B. Bellier

UPMC

Licence de sciences et technologies

Mention : Sciences de la Vie

Immunologie Générale

Vaccination

B. Bellier

MCU UPMC

UPMC-CNRS UMR7087

Pitié-Salpétrière, Paris

B. Bellier

A l’origine de la vaccination

• Observation dès le IIeme S. que les personnes ayant

préalablement survécu à une épidémie de peste sont

relativement résistantes lors des épidémies ultérieures.

• Pratique de la variolisation en Chine au Xeme S: injection à des

sujets sains du pue prélevé dans les pustules des malades :

pratique risquée (jusqu’à 10% mortalité) mais efficacité observée.

• De la variolisation à la vaccination:

– S’inspirant de ces pratiques et des observations où les femmes

chargées de la traite des vaches étaient résistante à la variole,

Edward Jenner eu l’idée d’inoculer en 1796 à un jeune garçon de 8

ans le virus de la vaccine (variole de la vache) et démontra sa

protection en injectant intentionnellement le virus de la variole.

– Généralisation de la pratique au XVIII S et risques plus limités

– Injection de la Vaccine (vacca = vache) = Immunisation =

Vaccination

B. Bellier

Les débuts de la vaccination

• Louis Pasteur:– 1880: souche vieillie de B Choléra chez la poule

– 1885: vaccin contre la rage – par inoculation d’extrait de

moelle épinière de lapin infecté par le virus de la rage

– Travaux sur la découverte et l’atténuation des

« microbes »

• Généralisation du principe de la vaccination :

– Induire une protection contre un agent pathogène

en administrant en préventif une forme

inoffensive du pathogène

– Innocuité obtenue par :

• Inactivation (chaleur,..)

• Atténuation de la souche

• Développement des vaccins

Variole

Rage

Peste

Diphterie

Coqueluche

Tuberculose

Tetanos

Fièvre Jaune

Rougeole

Oreillons

Rubéole

Hépatite B

B. Bellier

Variole: exemple d’efficacité vaccinale

• Vaccination anti-variole (smallpox):– Virus de la Vaccine (vaccinia)

– Souche Lister/Elstree

– Primo-injection A1-2, Rappels A11, A21

• Réponse à la vaccination:– Réplication locale - lésion= prise vaccinale

– Pustule+ aréole rouge: Jours 7-14 / fièvre

– Adénite: Inflammation des ganglions lymphatiques

– Au bout de 8-10 jours: Ac neutralisants (persistance >20 ans)

– Croûte – cicatrice

• Cadre juridique– Obligatoire en France de 1901 à 1978

– <26 ans (40% pop) non vaccinées

– 27-35 ans: uniquement primo-injection

– >35 ans: Primo+ 1 ou 2 rappels

• Efficacité de la vaccination– Impact épidémiologique au XIX

– Eradication déclarée en 1980 par l’OMS

B. Bellier

Efficacité vaccinale:

• Individuelle / population

– Individuelle: Immunité acquise

– Population: Eradication des réservoirs

• Requiert des campagnes de vaccination àl’échelle mondiale

• Rôle important en santé publique:

– plus de 52 M personnes meurent par an demaladies infectieuses

– Bilan de la vaccination aujourd’hui:

• Eradication Variole

• Protection contre infection mais pathogènecirculant

• Protection contre les effets les plus graves(formes neurologiques de Tuberculose)

• Absence de vaccin : VIH, VHC, Plasmodium(Palu), Cancer, …

– Objectifs de l’OMS:

• 2007: éradication de la poliomyélite

• 2010: éradication de l’Hépatite B, Rougeole,Rubéole

B. Bellier

04000Pneumonie

0,02 -190500 - 1000Convulsions

0,02 - 0,310 - 10 000Mort

0,05 - 0,10,5 - 2Panencéphalite

sclérosante

0,150 - 400Encéphalite

Complications de la

vaccination

(nb/100 000 cas)

Complications de la

Rougeole

(nb/100 000 cas)

Types de

complications

Notion de Bénèfice-Risque

• la vaccination a parfois été source de polémiques quant aux risques qu'elle peut engendrer

mais le rapport bénéfices-risques est toujours en sa faveur.

• Les essais chez l’homme des vaccins sont précédés d’une phase de développement

préclinique comprenant des études pharmacologiques et toxicologiques permettant de vérifier

l’innocuité, le pouvoir immunogène et la tolérance sur différentes espèces animales.

• Les essais chez l’homme (ou chez l’animal pour les vaccins vétérinaires) évaluent notamment

les caractéristiques de la réponse immune, l’interaction avec d’autres vaccins, la relation

dose/réponse, le schéma de vaccination, la tolérance et l’efficacité.

• Evaluations sur le long-terme

B. Bellier

Principe de la protection vaccinale

B. Bellier

Quelques définitions

• Vaccin :

Un vaccin est une préparation antigénique non pathogène etimmunogène

Le vaccin contient des antigènes identiques ou proches de l’agentinfectieux

Le vaccin induit une réponse immunitaire mémoire protectrice

• Antigène :

Molécule capable d’être reconnue par le système immunitaire

Ag soi - Ag non-soi

• Immunogène;

Antigène capable de déclencher une réponse immunitaire humorale oucellulaire

• Immunisation:

Procédé par lequel on confère à une personne ou à un animal lapropriété de se défendre contre la maladie (protection).

Immunisation active = vaccination

Immunisation passive = sérothérapie

Immunisation préventive

Immunisation thérapeutique

• Immunité :

Etat de résistance relative à une infection pouvant être acquise de façon

- active: naturelle (infection) ou artificielle (vaccination)

- passive naturelle (immunité maternelle) ou artificielle(sérothérapie)

Sérothérapie

Vaccination

B. Bellier

Principe de la protection vaccinale

• Génération des cellules mémoire responsables des réponses « mémoire »

• Caractérisées par des réponses immunitaires accélérées et amplifiées lors du

second contact antigénique

• Contribuent à la protection de l’organisme contre l’élément étranger déjà

rencontré

+7 +1 Jours

Ag

Réponseprimaire

Réponsesecondaire

Intensitéde la réponse

Maintien dela mémoire

B. Bellier

Réponse humorale «!mémoire!»

• Modifications Quantitatives

– Fréquence de cellules spécifiques de l’Ag > après expansion clonale

B. Bellier

Réponse humorale «!mémoire!»

• Modifications Qualitatives

- Commutation de classe IgM -> IgG IgA…

- Maturation d’affinité (hypermutation somatique)

- Seuil d’activation inférieur des B mémoire

Ag A Ag A

Ag B

B. Bellier

• Modifications quantitatives

– Augmentation de la fréquence et du nombrede LyT spécifique de l’Ag

• Modifications qualitatives

– Activation par l’Ag facilitée

– Division accélérée

– Fonctions effectrices amplifiées

– Fonctions effectrices multiples

– Topographie

Réponse cellulaire «!mémoire!»

(Murali-Krishna 1998)

B. Bellier

INFECTION SECONDAIRE

J1-2

Fonctions effectrices

multiples et renforcées

LyT effecteursecondaire

12H

Topographie de la réponse protectrice

Tissus = Organes lymphoïdes tertiaires

B. Bellier

Mécanismes protecteurs

• Anticorps :

– Taux sérique maintenu à long-terme

– AC neutralisants : bloquent l’infection• Essentiels pour immunité préventive anti-

virale et anti-bactérienne (toxines)

– Anticorps non-neutralisants:

• Coopération via Opsonisation

• Activation complément

• Rôle pour l’immunité anti-bactérienne

• CD8:– Lyse des cellules infectées par les pCTL

mémoire

– Rôle dans l’immunité anti-virale, anti-parasitaire et anti-tumorale

• CD4

– Help pour établir réponse CTL secondaire

– Rôle effecteurs immunité anti-bactérienne(mycobactéries)

B. Bellier

Les vaccins classiques

B. Bellier

Vaccins classiques

Il existe Trois catégories de vaccins :

– Vaccins vivants :

Ces vaccins contiennent une souche de la bactérie ou du virus très

proche de la souche sauvage mais ayant perdu ses propriétés

pathogènes (agent pathogène atténué) tout en conservant ses

qualités antigènes, donc capable de se développer dans l'organisme

et ainsi de stimuler une réponse immunitaire.

– Vaccins inactivés ou tués :

Ces vaccins contiennent des bactéries ou virus inactivés incapables

de se développer dans l'organisme, mais dont la présence stimule

une réponse immunitaire protectrice contre les futures agressions du

micro-organisme vivant.

- Vaccins sous-unitaires:

Ces vaccins contiennent une fractions des antigènes isolés à partir

du micro-organisme: antigènes protéiques non pathogènes rendus

immunogène par l’ajout d’adjuvant.

B. BellierEvolution des différents types de

vaccins depuis Jenner

!Hépatite B!Pneumocoques

!Méningites

!Hib

!Pa combo!DTP

!HA/HB

1700 1800 1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1991 2000

"Diphtérie

"Tetanos"Choléra

"Coqueluche

"IPV (polio Salk)

"Hépatite A

#Variole#Rage

#Tuberculose

#Grippe"Fièvre jaune

#Oreillons#Rougeole

#OPV (polio sabin)

#Rubéole

"Typhoïde

$Hépatite B rec.

# Vaccins vivants atténués

" Vaccins tués/inactivés

! Vaccins sous-unitaires purifiés

! Vaccins sous-unitaires recombinants

B. Bellier

Vaccins vivants atténués

Le virus sauvage est répliqué

dans des conditions

défavorables en culture

tissulaire

(température, milieu

appauvri, origine tissulaire)

Le processus est répété

plusieurs fois …

… afin de produire une

souche atténuée, incapable

de reproduire la maladieGénie génétique

(délétion des gènes de

virulence)

B. Bellier

Exemples de Vaccins vivants atténués

• Virus

– Rougeole

– Oreillons

– Rubéole

– Variole

– Varicelle

– Fièvre jaune

– Grippe (intranasal)

– Polio oral

– Rotavirus (oral)

• Bactéries

– BCG (tuberculose)

– Typhoïde oral

B. Bellier

Vaccins vivants atténués

Avantages:

• Forme atténuée de virus ou de la bactérie sauvage = proche d ’une infection

naturelle

• Ne cause pas la maladie mais induit une immunité protectrice

• Induction plus rapide d’une protection

• Réponse immune complète et similaire à l’infection naturelle

– Assure l’élimination complète du pathogène

• Meilleure sollicitation de l’immunité cellulaire :

– Antigènes intracytoplasmiques présentés efficacement par CMH-I

• Habituellement efficace avec une seule dose (titres anticorps peuvent persister)

• Injections de rappel non nécessaires pour certains vaccins : Immunité durable

• Induction d’une immunité locale

• Absence d’adjuvant

B. Bellier

Vaccins vivants atténués

Inconvénients :

• Obtention non aisée (multiples passages)

• Démontrer la non-pathogénicité de la souche mutante

• Peut garder une certaine pathogénicité

• Risque de mutation et de réversion vers caractère virulent

• Risque de dissémination

• Contre-indiqués chez sujets immunodéprimés

• Provocation éventuelle d’avortement

• Manipulation délicate

• Instable : stockage au froid (stockage et transport difficile)

B. Bellier

Vaccins cellulaires inactivésCas des vaccins viraux ou bactériens

Le virus ou la bactérie croît

dans des conditions

favorables

Est purifié …

… traité par la chaleur

ou des produits

chimiques

(Formaldéhyde)…

… est ainsi inactivé

mais toujours

immunogénique

B. Bellier

Bactéries en culture

Purification des

toxines bactériennes

et traitement par

la chaleur et/ou

chimique …

… ce qui a pour

conséquence

l’inactivation (anatoxine),

mais reste

immunogénique

Vaccins acellulaires inactivésCas des vaccins bactériens de type «!Anatoxines!»

Toxines bactériennes

Anatoxines

bactériennes

B. Bellier

Exemples de Vaccins inactivés

• Virus

– Rage

– Grippe (classique en IM)

– Polio (classique)

– Hépatite A

– Coqueluche

• Bactéries

– Coqueluche (classique « entier »)

– Diphtérie (Anatoxine diphtérique / Formol)

– Tétanos (Anatoxine Tétanique)

– Choléra (B inactivés + ss-u B Toxine Cholérique)

– Peste

B. Bellier

Vaccins inactivés

• Avantages

– Sécurité: Pas de mutation, ni de réversion

– Utilisables chez patients immunodéficients

– Protége contre formes graves de la maladie

– Immunité humorale suffisante après injections de rappel

• Inconvénients

– Inactivation complète à contrôler

– Généralement pas aussi efficace que les vaccins vivants

– Requiert généralement 3-5 doses (car pas de réplication) :

Nécessitent des rappels

– Nécessite un adjuvant

– Réponse immune généralement humorale (car pas de réplication)

– Réponse immune cellulaire limitée

– Pas d’élimination complète du pathogène

– Pas d’immunité locale

– Coûts supérieurs

B. Bellier

Vaccins sous-unitaires

Vaccins sous-unitaires sont constitués de sous-unités antigéniques

– Purifiées à partir des cultures = sous-unitaires purifiés

– Produits par génie génétique = sous-unitaires recombinants

Ex: cas du vaccin de l’hépatite B

Séquence correspondant

au déterminant antigénique

Construction

plasmidique

Système

d’expressionPurification

+

adjuvant

B. Bellier

Vaccins sous -unitaires :

immunisation par des protéines - polypeptides

• Avantages

– Sécurité (Immuno-déprimées)

– Réponse humorale +++; cellulaire (TH2)

– Réponse CTL grâce cross-présentation

• Inconvénients

– Peu immunogène

• Nécessite adjuvants: alum (ou IFA, CFA)

– Dégradation rapide

– Coût

– Fréquence de non-répondeurs supérieure

– Requiert es injections de rappel

B. Bellier

Adjuvants

– Adjuvant minéraux :

• Précipité insoluble; Alum (Hydroxyde ou

Phosphate d’Alu)

– Adjuvants huileux :

• émulsion eau-huile, IFA (Adjuvant Incomplet de

Freund)

– Constituants bactériens:

• Mycobactérie inactivée (Mycob tuberculosis) ou

constituants (Mycob bovis, BCG) : CFA

– Toxines bactériennes

• Toxine cholérique (CT) ou ss-u B purifiée (CTB),

Toxine pertussique (PT)

– Oligodésoxynucléotides CpG

• Séquence ADN bactérien non-méthylée (ODN

CpG) ; interaction avec TLR-9

– Adjuvants vésiculaires• Bicouche lipidique, liposomes - virosomes

– Cytokines• Médiateurs des RI: IL-2, IL-12, IFN-g, GM-CSF

•« adjuvare » : aider, assister

•Substance capable d’augmenter la réponse immune dirigée contre un Agadministré simultanément.

•Multiples / classification complexe (selon mode d’action - effets)

B. Bellier

Mode d’action des adjuvants

• Libération progressive de l’Ag

• Concentration antigénique

• Protections contre dégradation (IFA, ISCOM, Liposome)

• Aggrégats multimoléculaires d’Ag (Alum)

• Routage vers les organes lymphoïdes 2nd(IFA (sphérule d’huile))

• Effet « corps étranger »(CFA, ISCOM, Virosome)

• Favorise captation par les APC(Alum, CFA, ISCOM, Virosome)

• Activation directement des APC(Alum, cytokines , imiquimod, CpG)

• Orientation de la réponse immunitaire vers TH1(CFA , cytokines, imiquimod, CpG)

• Orientation de la réponse immunitaire vers TH2(alum , cytokines)

• Favorise réponse CTL(ISCOM, liposome, virosome (Ag endogène))

• Activation du complément(Alum, IFA)

A ce jour, les adjuvants utilisés dansles vaccins commerciaux nepermettent pas d’induire une réponseTH1

AgAg

+adjuvant

Alum:

B. Bellier

Vaccins sous-unitaires polysaccharidiques

Polysaccharide pure

• Ex: Meningocoques, Pneumocoques, Salmonella Typhi (anti-typhoïdique)

• Peu immunogène chez les enfants (<2 ans)

• Polysaccharides = Antigènes Thymo-indépendants: Activent peu ou pas la

mémoire immunitaire

• Effet de boost limité

• Injections régulières

Polysaccharide conjugué

• Ex: Haemophilus influenzae type b, Pneumocoques

• Associés à une protéine porteuse = Polyosides= Ag thymo-dépendants

• Immunogène chez enfants de 6 sem

• Activent la mémoire immunitaire

• Effet de boostpuissant

B. Bellier

Vaccins sous-unitaires «!particulaires!»

• Protéines virales purifiées qui s’assemblent en pseudo-particulesvirales : « Virus-like particles » ou VLP

– Pseudo-virion: complexe protéique # structure virale, # taille

– Sans génome viral: déficients pour la réplication

• VLP simples:– Auto-assemblage des protéines de surface

– Produites par génie génétique : système d’expression bactérien, levure,baculo

• Ex: HBV: Auto-assemblage des protéines de surface HBs en VLP

• Ex: HPV: Auto-assemblage des protéines de capside L1 en VLP

• VLP complexes:– Assemblage des protéines de core et d’enveloppe

– Produites dans système cellulaire

• Avantages– Sécurité

– Particules sont plus immunogènes que le protéines seules: Taille,Complexité

– Induit des AC y compris AC neutralisants

• Limites– Production

– Fragilité: Stockage au froid

– Réponse cellulaire limitée

B. Bellier

Vaccins HPV

• Les papillomavirus humains (HPV, human papilloma virus) de type

16 (50% des cas) et 18 (20% des cas) sont responsables des cancers

du col de l’utérus.

– Cancer du col de l’utérus : 2ème cancer pour F; 250 000 décès/an

• Gardasil : Merck. Octobre 2005. Vaccin quadrivalent produit chez la

levure contre les HPV- 6, 11, 16, 18. Essai phase III sur 6082 femmes :

protection 100 % des pré cancers du col et des cancers cervicaux non

invasifs.

• Attente de mise sur le marché

B. Bellier

Conditions d’efficacité des vaccins

• Mécanismes protecteurs appropriés

– AC neutralisants (infections virales , Toxines bactériennes)

– CTL (infections chroniques, parasite, cancer, …)

• Vaccins doit contenir les épitopes immuno-dominants

– Epitope majoritairement présenté et/ou reconnu

• Choix de la voie d’injection: Immunité locale ou systémique

• Variabilité antigénique limitée des pathogènes: cas de la grippe

B. Bellier

Influence de la voie d’injection

• Injections parentérales:

– Voies IM ou SC

• Favorisent la production d’anticorps sériques IgG

• Ex: Hépatite B

– Voies ID favorisent la réponse cellulaire de typehypersensibilité retardée

• Ex: Vaccination BcG

• Test IDR pour valider l’immunité induite

• Injections muqueuses

– Voie orale

• Favorise la production d’anticorps sécrétoires IgA

• Autorise production d’IgG sériques

• Ex: Polio orale (vaccin atténué en cas d’épidémie)

– Muqueuses (recto-vaginales): expérimental

B. Bellier

Exemple d’instabilité antigénique:

Vaccin contre la grippe

• 3 espèces de virus Influenzae : A, B, C

• Influenza A : plusieurs sous-types définis par Ag desurface:

– H : hémagglutinine (HA) : 15 types

– N : neuraminidase (NA) : 9 types

– Chez l’Homme: H1N1 et H3N2

– Chez oiseaux, volailles, porc: H5N1, H9N1, H7N1, H7N2

• Mutations de HA/ NA responsables de nouvellesépidémies chaque hiver

– Isole les derniers variants H3N2 et H1N1 de l’année encours (+B)

– Production du virus dans des œufs embryonnés puisinactivation

• Cassures antigéniques à l’origine de pandémie

– Apparitions de nouveaux sous-types

– Par recombinaison génétique avec autres virus (virusaviaire)

1918: Grippe Espagnole (H1N1)

1957: Grippe asiatique (H2N2)

1968: Grippe de Hong-Kong (H3N2)

1997: cas de grippe aviaire H5N1

B. Bellier

Variation antigénique du virus de la grippe

Changement par mutation:

«!Drift!» antigénique (dérive)

Certains

épitopes dessouchesprécédantessont

conservés.Sévéritéréduite de lamaladie et

dessymptômes(épidémie).Le virus peut

toujours serépliquer etse propager.

Changement par échange de gènes:

«!Shift!» antigénique (cassure)

Epitopes

différents desvirus précédant(pas de cross-réaction).

Pas de protectionpartielle des

infectionsprécédantes.

Maladie beaucoupplus sévère(pandémie).

Pandémie Flu de1918-19 a tué

>20,000,000(grippe espagnole).

B. Bellier

Variabilité de la réponse vaccinale

• Variabilité HLA

– Variabilité des épitopes reconnus: cf restriction au CMH

– Taux de non-répondeurs important si préparation mono-antigénique

• Age

– Dysfonctionnements immunitaires:

• RIC affectées liée à une diminution de production de lymphocytes T matures

(involution du thymus)

• Prolifération et sécrétion de cytokine diminuées

• Affecte capacité à induire réponse primaire / mais peu réponses mémoire

• RIH moins affectée (LB constants): Vaccin grippe: réponse AC équivalente entre

gp 87 ans vs 38 ans (Pozetto et coll. 1993)

• Il apparaît cependant que la réponse anticorps des personnes âgées serait plus

importante vis-à-vis de souches virales anciennes que de nouvelles (McElhaney,

1993).

• Statut immunitaire

B. Bellier

Dilemme vaccinal

Atténué Inactivé VLPSous-unitaire

Immunogénicité

Sécurité

Rép CTL

Rép AC

B. Bellier

Lacunes

•Des manques évidents :

–Infections virales

•HIV

•HCV

•WNV

Infections virales chroniques, Neutralisation inefficace

Instabilité génomique, échappement système immunitaire

–Cancer

Réponse CTL insuffisante

–Parasite

Réponse CTL insuffisante

–Prion

OINI

>> Nécessité de nouveaux vaccins

B. Bellier Développement d’un vaccin

Quelle stratégie vaccinale ?

Les bonnes questions

• Vaccin préventif et/ou curatif ?

• Quels sont les mécanismes protecteurs ?

• Quelles données cliniques pour corréler RI et protection ?

• Immunité humorale et/ou cellulaire

• Immunité Locale/Systémique

• Identification des antigènes (immunodominants)

• Stabilité ou non du pathogène ?

• Quelle formulation Ag ?

• Quelle voie et quelle fréquence d’injection ?

• Préférer mémoire centrales aux mémoire effectrices ?

• Comment assurer la pérennité de l’immunité ? (Rappels)

B. Bellier

Les nouveaux vaccins:

Comment concilier Sécurité-Immunogénicité-RIC

VLP

homologueDC

VLP

hétérologue