Prévention des maladies parodontales : au-delà du contrôle mécanique du biofilmPrevention of periodontal disease : beyond mechanical biofilm control

Introduction

La jonction dento-gingivale s’établit lorsque la dent fait son apparition dans la cavité buccale et, à partir de cet instant, les bactéries commencent à s’accumuler autour de sa surface. Mais avant qu’une infection puisse se déclarer, des mécanismes de défense innés (barrières épithéliales, phagocytes, défensines, facteurs du complément) sont prêts à protéger l’hôte. Contrairement à la réponse immune innée, la réponse immune acquise nécessite l’interaction et la reconnaissance de l’antigène pour l’activation de cellules telles que les lymphocytes T et B. Ceux-ci développent une spécificité distincte pour l’antigène et créent une mémoire immunologique qui protège l’hôte lors d’infections secondaires. Alors que les lymphocytes CD4 produisent des cytokines qui contrôlent le réseau de la réponse immunologique, les lymphocytes B secrètent des anticorps (immunoglobulines G et A : IgG, IgA) qui neutralisent les facteurs de virulence d’origine bactérienne. Il a été observé que des sujets atteints de parodontite avaient des taux d’anticorps sériques contre des pathogènes parodontaux plus faibles par rapport au groupe témoin de sujets sains (Shelburne et al., ²⁰⁰⁸). En revanche, d’autres études ont trouvé que les patients atteints de parodontite agressive ou chronique présentaient des dosages d’IgG sériques plus élevés pour Aggregatibacter actinomycetemcomitans et Porphyromonas gingivalis que les groupes témoins de patients sains ou présentant une parodontite stabilisée (Takeuchi et al., ²⁰⁰⁶ ; Rams et al., ²⁰⁰⁶). De plus, il semble que l’affinité des anticorps envers des pathogènes spécifiques (P. gingivalis) soit faible chez certains patients atteints de parodontite (Inagaki et al., ²⁰⁰³). Les vaccins fonctionnent grâce à la stimulation du système immunitaire pour produire des anticorps protecteurs contre les pathogènes avant même le tout premier contact. De ce fait, la mise au point d’un vaccin efficace nécessite l’identification d’épitopes immunologiquement pertinents qui induisent la production d’anticorps durables et d’affinité élevée afin d’assurer la protection de l’hôte. Cet article est une discussion sur les avancées dans la création de vaccins destinés à prévenir les maladies parodontales.

La maladie parodontale : une infection liée au biofilm

Le biofilm dentaire est une communauté microbienne incluse au sein d’une matrice. Il est composé de structures complexes pour pouvoir s’adapter aux conditions environnementales hostiles telles que celles provenant des mécanismes de défense de l’hôte (Carlsson, ¹⁹⁹⁷). C’est également un mécanisme de protection microbienne. Les cellules bactériennes d’une même espèce peuvent avoir des caractéristiques physiologiques différentes de leurs homologues planctoniques (Xu et al., ²⁰⁰⁰) en termes de production et de résistance aux acides (Vroom et al., ¹⁹⁹⁹), de production d’enzymes telles que les β-lactamases, la catalase, la superoxyde dismutase et le besoin en oxygène (de Beer et al., ¹⁹⁹⁴).

L’une des conséquences de la formation du biofilm est l’apparition d’un phénomène qualifié de « détection du quorum » (quorum sensing), qui depend de la densité bactérienne. Les bactéries communiquent entre elles via des processus de signalisation (Kleerebezem et al., ¹⁹⁹⁷) et échangent du matériel génétique, ce qui entraîne des modifications dans l’expression de gènes par rapport aux bactéries planctoniques (Hausner et al., ¹⁹⁹⁹ ; Christensen et al., ¹⁹⁹⁸ ; Licht et al., ¹⁹⁹⁹). La « détection du quorum » confère au biofilm l’expression de gènes codant pour la résistance aux antibiotiques et sélectionne les espèces microbiennes les plus capables de maintenir le biofilm (Shapito, ¹⁹⁹⁸).

Les micro-organismes du biofilm forment des co-agrégats selon des associations spécifiques avec à la fois les tissus de l’hôte et d’autres micro-organismes. Socransky et al. ont démontré la présence de 6 groupes qui explique le phénomène de succession depuis les bactéries colonisatrices primaires associées au début de la formation du biofilm (groupe jaune) jusqu’aux micro-organismes dominant dans des stades plus avancés du développement du biofilm (groupe rouge) (Socransky et al., ¹⁹⁹⁸). Étant donné que la prévalence de ces micro-organismes augmente dans le biofilm sous-gingival, cela affecte l’état de santé des tissus parodontaux (Ledder et al., ²⁰⁰⁷ ; Ximenez-Fyvie et al., ²⁰⁰⁰).

Le biofilm sous-gingival au stade de santé parodontale est composé essentiellement d’Actinomyces spp., contrairement au biofilm – que l’on trouve lors des parodontites – composé de Tannerella forsythia, P. gingivalis, Treponema denticola et A. actinomycetemcomitans et qui sont détectés à des taux élevés (Zambon, ¹⁹⁹⁶). D’autres espèces microbiennes associées au développement de la maladie parodontale comprennent Fusobacterium nucleatum, Campylobacter rectus, Prevotella intermedia, Prevotella nigrescens, Eubacterium nodatum (Haffajee et Socransky, ¹⁹⁹⁴), des virus tels que le cytomégalovirus humain, le virus d’Epstein-Barr et le virus Herpes simplex (Parra et Slots, ¹⁹⁹⁶ ; Contreras et al., ¹⁹⁹⁹, ²⁰⁰⁰ ; Ting et al., ²⁰⁰⁰), et des entérobacilles délicats (Rams et al., ¹⁹⁹⁶ ; Martínez-Pabón et al., ²⁰¹⁰).

Dès que les premières bactéries commencent à s’accumuler, et pendant que la maturation du biofilm se poursuit, la réponse immune contre les antigènes libérés par le biofilm établit un équilibre entre l’état de santé et la maladie parodontale (Kolenbrander et al., ²⁰⁰⁶). Les structures bactériennes externes sont les antigènes les plus reconnus par le système immunitaire, ce qui en fait des cibles intéressantes à rechercher pour mettre en œuvre des stratégies préventives telles que les vaccins. Il serait souhaitable de rechercher d’autres outils pour prévenir/contrôler l’infection parodontale, des solutions de remplacement qui refléteraient la compréhension des interactions à la fois moléculaires et biologiques entre les micro-organismes et l’hôte, et d’aller au-delà du traitement mécanique des biofilms tel qu’il a été pratiqué depuis des décennies.

Études in vitro

Un vaccin efficace doit induire une réponse d’anticorps qui soit capable de neutraliser sa cible. Saito et al. ont testé l’activité opsonophagocytique d’un anticorps polyclonal de lapin contre une protéine de la membrane externe de P. gingivalis (r40-kDA OMP Ab) (Saito et al., ¹⁹⁹⁹). Les résultats montrent que les cellules HL-60 ont phagocyté et détruit avec succès le P. gingivalis marqué en présence de l’anticorps et du complément humain. Par ailleurs, Hamada et al. ont démontré qu’un anticorps monoclonal humain dirigé contre r40-kDA OMP non seulement inhibait à 85 % l’adhésion de P. gingivalis aux cellules épithéliales de la gencive humaine mais diminuait également la perte osseuse parodontale chez le rat (Hamada et al., ²⁰⁰⁷). Des résultats similaires ont été observés pour un anticorps monoclonal recombinant humain dirigé contre le domaine hémagglutinine 130kDA (HuMAB-HMGD1) de P. gingivalis. L’anticorps créé a reconnu le r130kDA HMGD et a inhibé de façon significative l’activité hémagglutinante de P. gingivalis (Kaizuka et al., ²⁰⁰³).

Études animales

Le modèle le plus étudié est sans doute l’immunisation contre P. gingivalis (^{tableau 1}). L’exposition du système immunitaire à des anticorps étrangers, en particulier aux lymphocytes B, suscite la production d’anticorps contre l’antigène. Les modèles animaux permettent d’étudier la réponse immune contre des agents infectieux spécifiques ou des antigènes. De précédentes études menées chez des primates non humains (singes) (Macaca fascicularis) ont montré que l’immunisation à J0, puis aux 3^e, 6^e et 16^e semaines avec du P. gingivalis mort associé à un adjuvant (Syntex adjuvant formulation m : SAF-m) a conduit à une détection plus faible de P gingivalis dans les échantillons de plaque et à une perte osseuse parodontale moins importante. Voici une observation importante : bien que l’immunisation ait induit des dosages moyens élevés d’IgG, ils présentent un pic 6 semaines après la 3^e injection puis diminuent de plus de 50 % jusqu’à la 12^e semaine. Ils augmentent à nouveau après la 4^e injection (16^e semaine), puis diminuent de nouveau dans la même proportion jusqu’à la 36^e semaine, suggérant ainsi que les taux d’IgG ne sont pas stables dans le temps ni suffisants pour éliminer complètement P. gingivalis (Persson et al., ¹⁹⁹⁴).

Une autre étude a examiné les réponses cliniques, microbiologiques et immunologiques après une immunisation active à l’aide d’une protéase cystéine purifiée de P. gingivalis (porphypain-2) chez le singe Macaca fascicularis (Moritz et al., ¹⁹⁹⁸). L’un des groupes d’animaux a été immunisé avec de l’antigène porphypain-2 alors que les animaux du groupe témoin ont reçu des injections de placebo. Le modèle d’étude utilisé est celui d’une gingivite expérimentale suivie d’une parodontite induite par des ligatures selon un protocole en demi-bouche. La comparaison des sextants ligaturés montre une perte osseuse plus importante dans le groupe témoin que dans le groupe immunisé, comme l’indique l’analyse en imagerie densitométrique assistée par ordinateur. De plus, l’immunisation influence également le potentiel pathogène de la microflore du biofilm sous-gingival.

Le fimbriae de P. gingivalis est l’un des nombreux facteurs de virulence qui ont précédemment été identifiés comme étant associés au développement des parodontites (O’Brien-Simpson et al., ²⁰⁰⁰ ; Chandad et Mouton, ¹⁹⁹⁵). Sur un modèle de rat, les animaux immunisés avec une bactérie tuée à la formaline (P. gingivalis ATCC 33277) ou avec un complexe d’adhésine protéinase RgpA-Kgp montrent une perte osseuse parodontale significativement moins importante que les animaux témoins (immunisés avec l’adjuvant de Freund). De plus, les dosages d’IgG2 sont élevés, P. gingivalis n’a pas été détecté dans les échantillons de plaque sous-gingivale après le test (Rajapakse et al., ²⁰⁰²) et l’immunisation a suscité une réponse Th2 (O’Brien-Simpson et al., ²⁰⁰⁵).

L’hémagglutinine B recombinante de P. gingivalis (rHagB) produit des résultats similaires. La perte osseuse est moins prononcée chez les rats immunisés avec la protéine recombinante et l’on détecte des taux élevés d’IgG1 et d’IgG2 sériques. De plus, les cultures de cellules lymphoïdes de rate provenant de rats immunisés produisent des taux élevés d’interféron gamma (IFN-γ) puis d’interleukines 2, 10 et 4 (IL2, IL10 et IL4). Il est intéressant de noter que l’on ne détecte d’IgA salivaire chez aucun des animaux (Katz et al., ¹⁹⁹⁹). En revanche, l’administration intranasale de fimbriae de P. gingivalis en association avec une sous-unité de toxine B de choléra recombinante (rCTB) produit des dosages élevés d’IgA sécrétoires et protège contre la perte osseuse (Takahashi et al., ²⁰⁰⁷). Dans une autre étude, l’immunisation nasale de souris avec la région antigénique 25-kDa de l’hémagglutinine A de P. gingivalis et la protéine liante au maltose d’Escherichia coli (25k-hagA-MBP) montre une diminution significative de la perte osseuse alvéolaire causée par une infection buccale avec du P. gingivalis, même 1 an après l’immunisation (Du et al., ²⁰¹¹). L’immunisation sublinguale de souris avec la protéine de la membrane externe (40kDa-OMP) plus un ligand (pFL) codant pour un plasmide vecteur ADNc codant pour le ligand Flt3 (pFL) induit une production significative d’IgG et d’IgA sériques ainsi que d’IgA salivaires, comparable aux résultats obtenus avec le 40kDa-OMP plus toxine de choléra utilisé comme adjuvant. De plus, on observe une diminution significative de la perte osseuse alvéolaire causée par une infection avec P. gingivalis (Zhang et al., ²⁰⁰⁹). De façon similaire, l’administration orale d’un vaccin dirigé contre P. gingivalis 40kDa-OMP plus des dinucléotides CpG non méthlylés (CpG ODN) protège contre la destruction osseuse parodontale chez la souris. La réponse immune est caractérisée par la production significative d’IgG, d’IgA sériques et d’IgA sécrétoires (Liu et al., ^2010b). L’immunisation de rats avec un recombinant d’hémoglobine liant un domaine A (rHA2) provenant de P. gingivalis induit des dosages d’IgG2 anti-rHA2 mesurables au-delà de 70 jours. De plus, l’absence d’adjuvant n’affecte pas de façon significative l’induction de la réponse immune protectrice (De Carlo et al., ²⁰⁰³).

Des études in vitro et animales montrent que la vaccination sur des modèles à pathogène unique entraîne une baisse de l’activité bactérienne et moins de perte osseuse parodontale. Néanmoins, les modèles à bactérie unique et les bactéries planctoniques diffèrent de façon significative des maladies induites par le biofilm. Les pneumocoques montrent un processus différent d’expression des protéines entre les états planctonique et en biofilm, ce qui conduit à des réactions immunes variables. Une étude a trouvé que la production d’anticorps dans les infections invasives à Streptococcus pneumoniae était déviée vers des formes planctoniques de la bactérie. En revanche, les anticorps produits contre la forme en biofilm de la bactérie reconnaissent faiblement son homologue planctonique et ne confèrent pas de protection contre les pneumocoques virulents d’un autre sérotype (Sanchez et al., ^2011a). Par ailleurs, les biofilms de S. pneumoniae sont très atténués et sont incapables d’induire une maladie invasive à pneumocoque, mais ce n’est pas le cas pour les maladies naso-pharyngées chez la souris. L’adhésion du biofilm de pneumocoques aux cellules épithéliales est de 2 à 11 fois supérieure à celle des bactéries planctoniques et pourrait au contraire servir de source de bactéries libres (Sanchez et al., ^2011b). Brady et al., lors d’une ostéomyélite infectieuse chronique créée chez le lapin, trouvent une diminution des signes d’infection cliniques et radiographiques respectivement de l’ordre de 67 et de 82 %, lorsque les animaux sont traités avec un vaccin quadrivalent dirigé contre Staphylococcus aureus résistant à la méthicilline et à la vancomycine, par rapport à la vaccination seule ou à un traitement antibiotique administré seul (Brady et al., ²⁰¹¹).

La formation et la croissance du biofilm sont essentielles pour la pathogénicité. Les souris immunisées avec un vaccin ciblant la protéine de la membrane externe de Fusobacterium nucleatum (FomA) abrogent de façon significative la co-agrégation avec P. gingivalis et l’on observe par conséquent moins d’inflammation (Liu et al., ^2010a). On observe une production accrue de sous-classes d’IgG1 et d’IgG2 chez les souris immunisées avec du P. gingivalis puis du F. nucleatum ou vice-versa qu’avec chaque bactérie utilisée seule (Gemmell et al., ²⁰⁰⁴). En revanche, une étude précédente (Ebersole et al., ¹⁹⁹¹) menée chez des singes (Macaca fascicularis) immunisés avec P. gingivalis et Prevotella intermedia montre que l’on obtient une diminution des pathogènes spécifiques dans le biofilm sous-gingival, mais une plus grande perte osseuse par rapport au placebo. Ces résultats s’expliquent par la possibilité que l’induction d’une réponse immune à large spectre étendue aux multiples antigènes bactériens puisse conduire à une aggravation de la maladie, potentiellement associée à des réactions d’hypersensibilité aux bactéries situées dans le biofilm sous-gingival, et cela doit faire l’objet d’études plus poussées.

Dans les études que nous avons évoquées, on ne note aucun effet indésirable par suite de l’immunisation, et ce pendant toute la durée de l’étude. Cependant, les questions de sécurité dans les essais cliniques humains restent à être précisées par d’autres études. De façon indépendante, les études utilisant des modèles d’infection chez l’animal ont prouvé que du P. gingivalis tué ou ses antigènes purifiés induisent, dans certains cas, une réponse humorale immune assez forte chez l’hôte porteur de parodontite.

Immunisation contre les cytokines

Les vaccins n’ont pas seulement été mis au point pour agir contre les pathogènes mais peuvent également être orientés pour cibler des cytokines spécifiques (Bachmann et al., ²⁰¹¹). Par exemple l’IL1, qui joue un rôle important dans les maladies liées à la dégradation du collagène telles que l’arthrite (Saijo et al., ²⁰⁰² ; Moreira et al., ²⁰⁰⁵) et la parodontite (Laine et al., ²⁰¹⁰), a été étudiée. Les souris immunisées soit avec de l’IL1-α ou de l’IL1-β croisées chimiquement avec des particules de type virus (VLP) du bactériophage Qbêta montrent que l’on obtient une production durable d’anticorps (Spohn et al., ²⁰⁰⁸). Ces anticorps neutralisent de façon spécifique l’activité de l’IL1-α ou de IL1-β et protègent fortement les animaux contre l’inflammation et la dégradation du collagène dans le modèle de l’arthrite. Les résultats sont comparables à ceux obtenus avec une administration quotidienne d’un antagoniste du récepteur de l’interleukine 1 (IL1-Ra) dans le même modèle (Inoue et al., ²⁰⁰³). Il est intéressant de noter que le blocage de l’IL1-β est plus efficace que celui de l’IL1-α (Joosten et al., ¹⁹⁹⁹). Cependant, le vaccin ne neutralise que sa cible spécifique (c’est-à-dire, par exemple, IL1-β) et pas les molécules des membres de sa famille par homologie (par exemple IL1-α, IL1-Ra). On obtient des résultats comparables avec des vaccins dirigés contre le Tumor Necrosis Facteur alpha (TNF-α) (Spohn et al., ²⁰⁰⁷) et avec l’utilisation d’anticorps anti-IL17 (Lubberts et al., ²⁰⁰⁴).

En résumé, la modulation de la réponse immune par des vaccins pourrait être un outil thérapeutique intéressant pour les maladies parodontales, si l’on en juge par les résultats obtenus avec les modèles d’arthrite et d’inflammation.

Conclusion

La recherche d’un vaccin pour prévenir les maladies parodontales existe depuis plusieurs décennies et la mise au point de celui-ci est marquée par de sérieuses avancées. Les études précliniques apportent la preuve du concept lorsqu’elles tentent d’induire une réaction immunologique avec un vaccin qui prévient la parodontite dans le modèle animal. Cependant, la complexité due à la nature polymicrobienne des parodontites liées au biofilm ainsi que les réactions compliquées de la réponse du système immunitaire nous obligent à continuer à travailler sur ce qui pourrait être une alternative de prévention hautement ciblée en santé buccale. À ce jour, il semble idéaliste de mettre au point un vaccin contre le biofilm parodontal et, dans le futur, le vaccin devrait avoir un effet protecteur étayé par une administration sécurisée et des réactions indésirables minimes.

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