Frontières en immunologie

Cette revue de point de vue est organisée autour de deux figures tabulées, l’une résumant les résultats des autoanticorps (AB) anti-NMDAR1 et les intégrant dans un modèle explicatif (figure 1) et l’autre essayant de donner des recommandations claires pour le processus de décision clinique du traitement immunosuppresseur en fonction de l’état actuel des connaissances (figure 2).

Veuillez noter que la nouvelle nomenclature GluN1 pour NMDAR1/NR1 n’est pas prise en compte ici pour des raisons de cohérence avec la plupart de la littérature respective examinée.

Récepteurs NMDA dans le cerveau et la périphérie

Les récepteurs N-méthyl-d-aspartate (NMDAR) sont des canaux ioniques dépendant du glutamate, abondamment exprimés dans le cerveau des mammifères (1). Ils forment des hétéromères des sous-unités NR1, NR2 et NR3, NR1 étant le seul partenaire obligatoire. Les NMDAR sont essentiels à la régulation de la fonction neuronale/synapse et sont également exprimés par des types de cellules non neuronales dans le cerveau, comme les astrocytes, les oligodendrocytes ou les cellules endothéliales (2-5). En outre, une expression périphérique a été signalée, par exemple dans le tractus gastro-intestinal ou dans les cellules immunitaires (6).

Encéphalite anti-NMDAR

Des auto-anticorps de la classe des immunoglobulines G (IgG) dirigés contre NMDAR1 ont été initialement liés à une condition nommée « encéphalite anti-NMDAR » (7-10). En 2007, Dalmau et ses collègues ont décrit pour la première fois un syndrome paranéoplasique, sur la base de 12 femmes atteintes de tératome ovarien, porteuses d’IgG AB contre les sous-unités NMDAR NR1/2. Le syndrome se composait de manière variable de psychose, de déclin cognitif, de crises d’épilepsie, de dyskinésie, de diminution de la conscience et d’instabilité autonome. Les auteurs ont rapporté dans de nombreuses publications ultérieures, sur la base d’un nombre croissant d’individus atteints d’encéphalite anti-NMDAR, des titres élevés de NMDAR1-AB de la classe IgG dans le sérum et le liquide céphalo-rachidien (LCR) dans cette affection ainsi qu’une réponse fréquemment favorable au traitement immunosuppresseur (7-10). Comme mécanisme physiopathologique propre au syndrome, on a suggéré une diminution des courants médiés par NMDAR1-AB, due à une meilleure internalisation du récepteur, et donc à une expression de surface réduite (11). Cependant, pendant plusieurs années, les sujets sains n’ont même pas été étudiés en nombre appréciable pour la séroprévalence de NMDAR1-AB. Néanmoins, la présence de NMDAR1-AB de la classe IgG dans le sérum (et pas seulement dans le LCR) était et est toujours revendiquée comme étant spécifique de la maladie (7-10), ce qui a provoqué une certaine confusion dans la littérature et malheureusement aussi dans la pratique clinique.

Syndromes rappelant l’antagonisme de NMDAR1

Du fait que l’hypothèse d’une hypofonction de NMDAR avait été émise comme mécanisme central de la schizophrénie, en raison de l’induction de symptômes psychotiques par les antagonistes (12, 13), la question s’est posée il y a plusieurs années de savoir si une sous-population de sujets schizophrènes pouvait être des cas d’encéphalite anti-NMDAR précédemment ignorés. Jusqu’à présent, la littérature – essentiellement basée sur des échantillons de petite taille et suivant la  » revendication initiale de spécificité de maladie de NMDAR1-AB de la classe IgG  » – a donné des résultats discordants (14-20). De la même manière, d’autres pathologies, qui évoquent également l’antagonisme des NMDAR, comme l’épilepsie ou la démence, ont été étudiées pour détecter la présence de NMDAR1-AB. Une multitude de publications sont apparues, dont beaucoup de rapports de cas, décrivant des associations entre NMDAR1-AB et une grande variété de syndromes. Enfin, on a également signalé que les NMDAR1-AB d’autres classes d’immunoglobulines (Ig) (IgM et IgA) étaient associés à des pathologies (17, 21-23). Une question intéressante qui est restée totalement ouverte jusqu’à présent est de savoir si les NMDAR1-AB peuvent également conduire à des  » phénotypes périphériques « , compte tenu de l’expression des NMDAR dans les organes et tissus périphériques (6).

Distribution égale du sérum NMDAR1-AB à travers la santé et la maladie

De manière inattendue, un travail récent de notre part et de celle d’autres personnes sur ensemble >5 000 individus a remis en question la « revendication de spécificité de la maladie » de tout NMDAR1-AB en démontrant une séroprévalence NMDAR1-AB dépendante de l’âge jusqu’à >20%, y compris IgM, IgA et IgG, chez les sujets sains et malades. Il est intéressant de noter que les NMDAR1-AB de la classe IgE ont été recherchés mais jamais détectés (24). Les maladies étudiées dans ces études comprennent des affections neuropsychiatriques (schizophrénie, troubles affectifs, maladie de Parkinson, sclérose latérale amyotrophique, maladie d’Alzheimer, accident vasculaire cérébral, sclérose en plaques et troubles de la personnalité) ainsi que des affections médicales générales, par exemple le diabète ou l’hypertension (24-28). De plus, la gamme des titres de NMDAR1-AB dans le sérum et la distribution des classes d’Ig étaient comparables dans tous les groupes de maladies étudiés ainsi que chez les individus sains (24-28). Toute personne de 40 ans a une chance de ~10% et toute personne de 80 ans a une chance de ~20% de présenter une séropositivité NMDAR1-AB (24).

Fonctionnalité de NMDAR1-AB

Cette découverte surprenante a soulevé la question de savoir si ces AB sont tous fonctionnels. Étant donné que des mosaïques de biopuces et un test cellulaire, la procédure standard clinique (cellules HEK293T transfectées avec NMDAR1 et AB secondaires contre l’IgG, l’IgM ou l’IgA humaine ; Euroimmun, Lübeck, Allemagne), ont été utilisés pour toutes ces déterminations de NMDAR1-AB (voir également ci-dessous), des tests supplémentaires ont dû être réalisés pour consolider davantage ces résultats inattendus en prouvant la fonctionnalité des AB. Ces tests in vitro (tous réalisés avec des sérums après précipitation des immunoglobulines au sulfate d’ammonium et dialyse) ont révélé des effets similaires de NMDAR1-AB – indépendamment de la classe Ig – sur l’internalisation des récepteurs dans les neurones humains dérivés des IPSC ainsi que dans les neurones primaires de souris. De même, les NMDAR1-AB de toutes les classes d’Ig ont réduit les courants provoqués par le glutamate dans les oocytes de Xenopus laevis exprimant NR1-1b/NR2A (26, 28, 29). Des études in vivo chez la souris et l’homme suggèrent des effets comparables du sérum NMDAR1-AB de toutes les classes d’Ig en ce qui concerne la modulation des fonctions cérébrales (voir plus de détails ci-dessous).

Méthodes de détection de l’AB – encore des progrès à faire

Un problème encore en suspens appelant une normalisation est la diversité des méthodes appliquées pour la détermination de l’AB avec une spécificité et une sensibilité différentes. En ce qui concerne le NMDAR1-AB (pour lequel nous disposons de l’expérience la plus solide), les tests cellulaires sont certainement la meilleure méthode pour détecter le NMDAR1-AB, car les épitopes sont exposés de manière naturelle pour permettre à l’AB de les détecter spécifiquement. Mais même ces tests diffèrent, certains auteurs utilisant des cellules vivantes transfectées transitoirement, acceptant leur variabilité potentielle et les problèmes de variation d’un lot à l’autre, tandis que d’autres utilisent des cellules fixées et perméabilisées exprimant la sous-unité NMDAR1 entière, ce qui permet probablement une meilleure standardisation (Euroimmun). Ce dernier test est actuellement utilisé dans le monde entier pour diagnostiquer l’encéphalite à NMDAR1-AB. Sur la base de notre propre expérience avec ce test en association avec des études de fonctionnalité réalisées en parallèle (internalisation des récepteurs, électrophysiologie et études in vivo), il semble être la méthode la plus fiable à ce jour. Il est cependant fortement recommandé d’utiliser ce test en combinaison avec des AB secondaires hautement spécifiques pour les différentes classes d’Ig (anti-IgG humains, anti-IgA humains et anti-IgM humains), car les AB à réaction croisée peuvent conduire à des conclusions erronées concernant, par exemple, la prévalence des IgG AB. L’utilisation de coupes de cerveau de rat, de souris, d’homme ou de singe pour la détection immunohistochimique d’AB spécifiques peut constituer un complément utile de preuves. En revanche, le test ELISA typique basé sur des peptides ne peut pas être recommandé comme méthode de détection de NMDAR1-AB, car de nombreux résultats faussement positifs et/ou faussement négatifs peuvent être obtenus en raison de l’exposition non naturelle (éloignée de la position dans la membrane cellulaire) de l’épitope. Ces tests semblent uniquement adaptés aux analyses de suivi, par exemple, la détermination de l’évolution du titre AB en utilisant une série d’échantillons provenant du même donneur, préalablement clairement diagnostiqués comme séropositifs par des tests cellulaires et fonctionnels.

Un rôle décisif de la barrière hémato-encéphalique (BHE) pour la pertinence syndromique

En nous demandant pourquoi tant de porteurs sériques de NMDAR1-AB restent en bonne santé, nous avons émis l’hypothèse qu’une BHE compromise pourrait décider de leur signification physiopathologique. Il est important de noter que la perméabilité accrue de la BHE peut varier d’une région à l’autre, ce qui explique les conséquences symptomatiques variables d’une personne à l’autre (30). Comme modèle animal, nous avons étudié des souris ApoE-/- présentant une fuite connue de la BHE par rapport à leurs congénères de type sauvage (31). L’injection intraveineuse de fractions d’Ig purifiées provenant de sujets humains séropositifs pour NMDAR-AB (IgM, IgG et IgA) a entraîné des altérations de l’activité spontanée en champ libre et une réponse hypersensible (liée à la psychose) au MK-801 en champ libre exclusivement chez les souris ApoE-/- (28). En explorant le rôle d’une BHE compromise, également chez l’homme, nous avons constaté que les symptômes neurologiques étaient plus graves chez les porteurs de NMDAR1-AB (toutes classes d’Ig confondues) ayant des antécédents de complications à la naissance ou de neurotraumatismes, conditions qui s’accompagnent probablement d’une fuite chronique de la BHE (28). Dans le même ordre d’idées, nous avons étudié les porteurs de l’APOE4, car l’haplotype APOE4 a été associé à une BHE perméable (32, 33). Nous avons obtenu les premiers indices que le NMDAR-AB peut renforcer les délires de grandiosité et la manie chez les porteurs de l’APOE4 atteints de troubles neuropsychiatriques, qui sont alors plus susceptibles d’être diagnostiqués schizo-affectifs (29). Un rôle modificateur des NMDAR1-AB circulants préexistants (de toutes les classes) a également été observé dans l’accident ischémique cérébral humain. Chez les patients dont la BHE était intacte avant l’apparition de l’insulte, les NMDAR1-AB étaient protecteurs en ce qui concerne l’évolution de la taille des lésions, tandis que chez les porteurs de l’APOE4, les NMDAR1-AB étaient associés à des volumes d’insulte plus importants (24). Ces résultats soulignent que non seulement le degré mais aussi la durée du dysfonctionnement de la BHE, aigu ou chronique, peuvent jouer un rôle central dans le façonnement du syndrome par les NMDAR1-AB.

Le cerveau en tant qu’immunoprécipitateur des NMDAR1-AB

Les NMDAR1-AB circulants de tous les isotypes d’Ig ont temporairement diminué après un AVC (24). Nous avons donc émis l’hypothèse que le tissu cérébral, avec ses NMDAR1 densément exprimés (accessibles après la rupture de la BHE), pouvait agir comme un piège pour les NMDAR1-AB circulants (25). Nous avons d’abord cherché à savoir si les NMDAR1-AB sériques étaient détectables dans le LCR. Sur 271 sujets d’âge moyen (atteints de sclérose en plaques ou témoins de la maladie) pour lesquels des paires LCR-sérum étaient disponibles, 26 étaient séropositifs pour le NMDAR1-AB (ce qui est dans la fourchette attendue) mais, fait remarquable, un seul était positif pour le LCR. En revanche, le tétanos-AB (omniprésent en raison de la vaccination obligatoire mais ne se liant pas au tissu cérébral) était présent dans le sérum et le LCR de tous les sujets, les niveaux dans le LCR étant plus élevés lorsque la BHE est compromise. Des expériences de transposition chez la souris ont confirmé l’hypothèse selon laquelle le cerveau joue le rôle d' » immunoprécipitateur  » : l’injection simultanée d’IgG NMDAR1-AB et d’un  » non-sens-AB  » ne se liant pas au cerveau (IgG anti-GFP) a entraîné une forte détectabilité du premier uniquement dans le cerveau (nettement plus prononcée en cas de dysfonctionnement de la BHE) et du second uniquement dans le LCR (25). Ces données peuvent aider à expliquer les conséquences symptomatiques potentielles du sérum AB dirigé contre des antigènes cérébraux. Alors que la fuite de la BHE joue un rôle majeur et doit être évaluée dans les cas où l’on soupçonne une pertinence pathologique des NMDAR1-AB circulants, des résultats négatifs concernant les titres d’AB dans le LCR ne peuvent pas automatiquement exclure des effets sur le cerveau.

Epitopes reconnus par les NMDAR1-AB

La question suivante était de savoir si ces NMDAR1-AB apparemment globalement fonctionnels reconnaissaient le même épitope et si cela pouvait potentiellement expliquer leur séroprévalence élevée. Une fois encore, de manière inattendue, la cartographie épitopique utilisant sept constructions NMDAR1 différentes a révélé la reconnaissance par les sérums positifs aux NMDAR1-AB de différents épitopes, situés dans le domaine extracellulaire de liaison au ligand et le domaine N-terminal (NTD) ainsi que dans le domaine intracellulaire C-terminal et le domaine des pores extra larges. La séropositivité de NMDAR1-AB était polyclonale/polyspécifique dans la moitié des sérums étudiés et probablement mono ou oligoclonale/oligospécifique (principalement IgG) dans l’autre moitié. Dans l’ensemble, aucun schéma particulier lié à la maladie n’est apparu : Les épitopes de NMDAR1 étaient comparables dans tous les groupes de maladies (26). Les travaux publiés sur les épitopes de NMDAR1-AB étaient rares avant cette étude systématique et s’étaient concentrés sur les IgG reconnaissant la NTD et le domaine NTD-G7 (N368/G369), probablement parce que cette région et cette classe d’Ig ont d’abord été considérées comme pathognomoniques de l’encéphalite anti-NMDAR (8, 34). En effet, il semble que les facteurs prédisposant les jeunes femmes aux manifestations neuropsychiatriques de l’auto-immunité associée aux NMDAR1 soient liés aux épitopes NTD ou NTD-G7. Le rôle accentué des IgG dans ce contexte relève encore de la spéculation mais est probablement lié au changement de classe induit par l’inflammation dans le cerveau (36).

Facteurs prédisposant à porter ou à favoriser les NMDAR1-AB

Sur la base de ces résultats in vitro et in vivo, nous devons supposer que fondamentalement tous les NMDAR1-AB d’origine naturelle ont un potentiel pathogène indépendamment de l’épitope et de la classe d’Ig. Cela ne signifie toutefois pas que le type de classe d’Ig ne peut pas déclencher des cascades distinctes d’événements secondaires et ainsi façonner davantage la réponse tissulaire finale. Mais maintenant, d’autres questions se posent : comment expliquer la séroprévalence élevée de NMDAR1-AB, indépendante de la maladie, qui augmente avec l’âge ? Connaissons-nous des facteurs prédisposants et, dans l’affirmative, comment pouvons-nous intégrer leur rôle dans l’ensemble du tableau ? Les NMDAR1-AB ont été initialement associés à des conditions oncologiques (tératome) (7). Par la suite, une prédisposition à porter ces AB a été observée en cas de séropositivité à la grippe A et B, un résultat reproduit dans un échantillon indépendant (25, 28). Un marqueur génétique significatif à l’échelle du génome, rs524991, même lié à la biologie des NMDAR, a également été trouvé associé à NMDAR1-AB (28). La question de savoir si une fuite de la BHE, entraînant une exposition accrue de NMDAR1 central aux cellules du système immunitaire, peut induire la formation de NMDAR1-AB et/ou stimuler des clones de cellules B spécifiques préexistants n’est pas encore claire et doit être étudiée de manière systématique. Une autre idée attrayante qui n’a pas encore été étudiée dans le domaine de NMDAR1-AB est l’influence modulatrice potentielle du microbiome sur la stimulation de NMDAR1-AB (37).

Autres AB dirigés par l’antigène cérébral

Pourquoi voyons-nous NMDAR1-AB si abondamment dans la santé et la maladie ? Cela est-il également vrai pour d’autres AB dirigés contre des antigènes cérébraux ? Pour répondre à ces questions, nous avons étudié de manière analogue 24 autres AB sériques dirigés contre des antigènes cérébraux, précédemment liés à des conditions pathologiques. Encore une fois, à notre grande surprise, ce travail a révélé une fréquence, des titres et une distribution des classes d’Ig comparables chez les sujets sains et malades. La séroprévalence de l’ensemble de ces 24 AB était toutefois nettement inférieure (<2%) à celle de NMDAR1-AB (jusqu’à >20%) (27). Il est frappant de constater que la classe d’Ig prédominante ne dépendait pas non plus de l’état de santé ou de la maladie, mais de la localisation de l’antigène, les épitopes intracellulaires prédisposant aux IgG (27). La distribution égale de ces 24 autres AB dans l’état de santé et dans la maladie est moins étonnante si l’on considère que de multiples AB dirigés vers le cerveau ont été signalés dans le sérum d’humains sains et de différentes autres espèces de mammifères (38, 39) ainsi qu’en abondance dans le LCR de cas d’encéphalite (40), même si les antigènes cérébraux respectifs n’étaient pas spécifiés. En résumé, l’AB dirigé contre les antigènes cérébraux en général et le NMDAR1-AB en particulier semblent faire partie d’un répertoire auto-immun préexistant (37, 41-44) qui prend une importance (patho)physiologique dans des conditions de synthèse intrathécale ou de BHE compromise, par exemple, lors d’une blessure, d’une infection, d’une inflammation cérébrale ou d’une prédisposition génétique à la fuite de la BHE (haplotype APOE4).

Conclusions et recommandations

Toutes les NMDAR1-AB sériques d’origine naturelle ont évidemment un potentiel pathogène. Pour des raisons encore largement inexplorées, ils sont très fréquents (plus que les autres AB cérébraux identifiés jusqu’à présent), et leur prévalence augmente clairement avec l’âge. La séropositivité aux NMDAR-AB ne justifie absolument pas à elle seule un traitement immunosuppresseur. La pertinence syndromique du sérum NMDAR1-AB dépend de son accessibilité au cerveau, c’est-à-dire de la perméabilité de la BHE. De plus, l’inflammation cérébrale joue probablement un rôle crucial dans la détermination de l’acuité et de la gravité du syndrome, comme en témoignent les NMDAR1-AB circulants et, plus encore, les plasmocytes respectifs qui résident ou migrent potentiellement vers le cerveau dans des conditions inflammatoires pour produire des AB par voie intrathécale (40). Dans le milieu inflammatoire, ils sont stimulés lors de l’exposition à l’épitope et subissent un changement de classe en IgG (36). Les résultats obtenus chez les personnes atteintes d’une encéphalite herpétique peuvent étayer ce point de vue (22, 45).

Toute encéphalite sous-jacente, qu’elle soit infectieuse, lésionnelle, génétique ou « idiopathique », peut présenter un syndrome marqué par la présence de NMDAR1-AB dans le sens d’une « encéphalite de Dalmau » (7-10), qui nécessite alors un traitement immunosuppresseur en plus du traitement de l’encéphalite causale (si disponible). Il reste à déterminer si le NMDAR1-AB produit par voie intrathécale seul, sans inflammation sous-jacente préexistante, peut provoquer une « encéphalite de Dalmau ». Dans tous les cas où l’on soupçonne les conséquences symptomatiques d’un AB sérique dirigé contre des antigènes cérébraux en l’absence d’encéphalite manifeste, il convient d’évaluer la fuite de la BHE. Étant donné que le quotient d’albumine (employé comme approximation clinique pour diagnostiquer la rupture de la BHE) indique plutôt une perturbation de la barrière sang-FCS et peut ne pas toujours être pathologique dans les cas légers de fuite de la BHE (46-48), une détermination supplémentaire de la rupture de la BHE (globale ou locale) par une nouvelle méthode d’imagerie par résonance magnétique (IRM) (47), qui peut être établie en complément de l’IRM de routine avec prise de contraste, peut s’avérer utile pour estimer la nécessité et le bénéfice notamment d’interventions thérapeutiques immunosuppressives prolongées.

Contributions de l’auteur

L’auteur confirme être le seul contributeur de ce travail et l’a approuvé pour publication.

Déclaration de conflit d’intérêts

L’auteur déclare que la recherche a été menée en l’absence de toute relation commerciale ou financière qui pourrait être interprétée comme un conflit d’intérêts potentiel.

Financement

Ce travail a été soutenu par la Société Max Planck, la Max Planck Förderstiftung, la DFG (CNMPB), EXTRABRAIN EU-FP7, et le Niedersachsen-Research Network on Neuroinfectiology (N-RENNT).

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