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Leucocidine de Panton Valentine. 2002 Dr Alban LE MONNIER Service de Microbiologie GH Necker-Enfants-Malades. Cas clinique B. Sacko garçon africain de 3 ans / 21 Janvier 2002 (N.E.M.) Examen clinique : - Fièvre - Eruption papuleuse du tronc - Desquamation des pieds et des mains

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Presentation Transcript
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Leucocidine de

Panton Valentine

2002

Dr Alban LE MONNIER

Service de Microbiologie

GH Necker-Enfants-Malades

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Cas clinique

B. Sacko garçon africain de 3 ans / 21 Janvier 2002 (N.E.M.)

Examen clinique :

- Fièvre

- Eruption papuleuse du tronc

- Desquamation des pieds et des mains

- Arthralgies hanche droite (épanchement)

- Thrombophlébite infectieuse

Images au scanner évocatrices de pleuropneumonie à S. aureus

Diagnostic microbiologique: S. aureus isolé (SXT R, Péni R, Oxa S)

- Liquide articulaire (2)

- Métaphyse fémorale

- Hémocultures périphériques et sur KT

Diagnostic moléculaire :la souche possède les gènes codant

- les entérotoxines C, L, M, O et P

- la leucocidine de Panton Valentine

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«  … le pouvoir pathogène d’une bactérie est lié à sa capacité de survie mais aussi aux facteurs de virulence qu’elle peut produire ... »

Staphylococcus aureus

1/ Protéines de surface (initialisant la colonisation des tissus hôtes)

2/ Facteurs inhibant la phagocytose

3/ Enzymes extracellulaires et toxines

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1/ Protéines de surface

  • Facteurs plus ou moins spécifiques de S. aureus :
  • Colonisation de la peau et des muqueuses grâce à l’interaction avec la matrice extracellulaire
  • - Spa (protéine A) : interaction avec l’endothélium lésé
  • - Cna (lésion avec le collagène) favorisant l’infection du cartilage donc ostéo-articulaire
  • - FnBP : protéine de lésion à la fibronectine : favorisant l’adhérence aux caillots, à l’endocarde et aux biomatériaux
  • - Clfa : protéine de liaison au fibrinogène (clumping factor) permettant l’agrégation des SA
  • Ebps : protéine de liaison à l’élastine.
  • 2/ Facteurs inhibant la phagocytose
  • 3/ Enzymes extracellulaires et toxines
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1/ Protéines de surface

2/ Facteurs inhibant la phagocytose

Protéine A : permettant de résister à la phagocytose et à la fixation du complément.

Capsule : constitué d’exopolysaccharidique (glycocalix) forme un biofilm conférant une résistance à la phagocytose au site de colonisation.

3/ Enzymes extracellulaires et toxines

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1/ Protéines de surface

  • 2/ Facteurs inhibant la phagocytose
  • 3/ Enzymes extracellulaires et toxines
  • Sidérophore : captation-séquestration du fer
  • Coagulase :protéine extracellulaire qui forme avec la prothrombine un complexe staphylothrombine transformant le fibrinogène en fibrine,
  • Staphylokinase :permet la fragmentation du caillot à partir de thrombophlébites locales responsables de microemboles et de métastases infectieuses,
  • FAME et lipases : 80 % des SA possèdent ces enzymes modifiant les acides gras ; dans les abcès bactériens permet la modification des lipides anti-bactériens donc la survie des SA,
  • +  lactamases
  • Desoxyribonucléase (DNAase) …
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Toxines staphylococciques

  • -toxines :formation de pores transmembranaires
  • -toxines :shingomyélinase altérant les membranes riches en lipides (rares)
  • - -toxines :
  • Enterotoxines : A, B, C1, C2, C3, D et E …
  • - Exfoliatines A et B …
  • - Toxine du choc toxique staphylococcique (TSST-1) :
  • - Molécules à activité super antigène :
  • Liaison directe à grande affinité avec les Ag du CMH de classe II des CPA, entraînant
  • l’activation polyclonale des lymphocytes T V
  • Leucocidine et -toxines
  • Dingues, Clinical Microbiology Reviews, 2000
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Agr (accessory gene regulator) :

L’expression des exoprotéines et des toxines est fonction des signaux extracellulaires et est contrôlée par un régulateur global à 2 composants (Agr)

Ex : l’expression de la leucocidine est stimulée comme les autres toxines

en phase exponentielle et la protéine A ou la coagulase sont réprimées

Permet d’abord de synthétiser les FDV impliqués dans l’adhérence pendant la phase de colonisation (système Agr inactif).

Puis dans un second temps l’expression du système Agr qui va réprimer ces facteurs d’adhérence et induire la synthèse des facteurs d’invasion et de dissémination (dont les différentes toxines).

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Syndromes

  • Infections suppuratives : Impliquant la prolifération bactérienne l’invasion et
  • la destruction des tissus avec l’installation d’une réponse inflammatoire locale et
  • systémique
  • Peau, tissus mous
  • Tractus respiratoire
  • SNC
  • Tractus urinaire
  • Endovasculaire ou valvulaire-cardiaque
  • Musculaire et ostéo-articulaire
  • Toxémies : toxines produites in vivo ou introduites préformées dans l’organisme
  • Choc toxique staphylococcique
  • Exfoliation généralisées
  • TIAC voire entérocolites pseudomembraneuses …/ ...
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Leucocidine et g-hémolysines

Groupe de toxines bactériennes appartenant à la famille, récemment décrite, des toxines synergohymenotropes (SHT) (Supersac, Infect Immun, 1993)

- Leucocidine de Panton Valentine

- g- Hémolysine

- Leucocidine bovine

- Leucocidine M

- Toxine de S. intermedius(Prevost, FEBS, 1995)

« Groupe de toxines bactériennes détruisant les leucocytes par création de pores dans les membranes plasmatiques des cellules eucaryotes : entraînant des désordres de perméabilité et des désordres ioniques majeurs, le relargage de cytokines, l’activation intracellulaire des protéases, l’induction de l’apoptose, et enfin la mort cellulaire. »

Staphylococcus aureus PVL / Pasteurella hæmolytica leucotoxine / Actinobacillus actimycetemcomitans leucotoxine / Listeria Listerolysine O / Escherichia coli hæmolysine / Fusobacterium necrophorum leucotoxine

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Leucocidine de Panton Valentine

  • - Historiquement décrite pour la première fois en 1957 par Woodin
  • - Individualisation en 2 composés distincts en 1959
  • Purification de la protéine en 1960
  • Gènes clonés et séquençés en 1995 (Prevost, Infect Immun, 1995)
  • - Cristallisation en 2000 de LukS-PV et LukF-PV (Pedelacq, Int J Med Microbiol)
  • Structure :
  • - Protéines extracellulaires à deux composants, sécrétés par le S. aureus
  • protéine de classe S (LukS : 312 AA, 320 kDa)
  • protéine de classe F (LukF : 325 AA, 340 kDa)
  • - Protéines non associées mais qui agissent en synergie
  • - Faible activité biologique si action séparée
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Quelle est l’origine de cette toxine ?

  • Les protéines LukS-PV et LukF-PV sont codées par des gènes contigus et co-transcrits
  • Prevost, Infect immun, 1995

- Récemment localisés sur une particule phagique wPVL

(> 60 ORF)

Kaneto, Gene, 1998

- SA peut héberger le génome de différents bactériophages ;

Notamment SLT peut être libéré et aller infecter des souches de SA PVL négatives

Narita, Gene, 2001

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Propriétés et structure comparées

Leucocidine de Panton Valentine

g-hémolysines

Association de 2 composants :

S (HlgA ou HlgC) et F (HlgB)

4 variants moléculaires

Leucotoxique (in vitro)

Hémolytique

Association de 2 composants :

S : LukS-PV et F : LukF-PV

Leucotoxique

Non hémolytique

Dermo-nécrotique

Présente dans 97 % des S. aureus

Présente dans < 2 % des S. aureus

Les souches PVL positives sont aussi le plus souvent g-hémolysines positives

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Physiopathologie et pouvoir pathogène

En fait 6 combinaisons S + F sont biologiquement actives correspondant à 6 toxines différentes avec des degrés de virulence variables

HlgA + LukF-PV

HlgA + HlgB

LukS-PV + HlgB

LukS-PV + LukF-PV = PVL

HlgC + HlgB

HlgC + LukF-PV

Classification selon pouvoir toxique décroissant

Sequeira et al …

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Physiopathologie et pouvoir pathogène (2)

  • Tropisme cellulaire variable selon la toxine :
  • - Macrophage
  • - Monocytes
  • - Polynucléaires
  • +/- Erythtocytaire (g-hémolysine)
  • Action comme un activateur des PNN humains
  • Perméabilisation des membranes cellulaires :
  • Deux classes de protéines S et F riches en feuillet b secrétées séparément
  • 1/ Reconnaissance de récepteurs spécifiques sur les membranes cellulaires par la molécule hydrophile LukS. Les PNN et les macrophages peuvent lier jusqu’à 10.000 molécules de LukS avec une grande affinité.
  • 2/ Incorporation du second composant lipophile LukF qui s’oligomérise au contact de LukS. Permettant la formation d’un complexe moléculaire en feuillet b s’intégrant dans la double chaîne phospho-lipidique et créant des canaux membranaires perméabilisant la membrane et la sensibilisant aux cations monovalents.

Ferreras, Biochim Biophys Acta, 1998

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Expérimentalement :

  • In vitro : la PVL purifiée entraîne un relargage d’histamine par les P. basophiles, d’enzymes (lysozymes, ..), d’agent chimiotactiques (LKT, Il8) et des métabolites de l’O2 par les PNN.
  • In vivo : Dans un modèle d’injection intradermique de PVL purifiée chez le lapin, on observe de sévères lésions inflammatoires dermo-nécrotiques.
  • Alors que que les autres g-hémolysines conservent un pouvoir inflammatoire mais non nécrotique dans ce modèle de lapin.
  • König, JID, 1995
  • Les premières observations cliniques montrent que :
  • La PVL est détectée chez moins de 5% des SA isolés à l’hôpital
  • Ces souches productrices de PVL semblent préférentiellement associées à des infections primaires de la peau type furoncles, à des abcès cutanés et à des infections nécrotiques sévères de la peau.
  • Prevost, J Med Microbiol, 1995
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Revue rétrospective de 172 cas de staphylococcies Entre 1986 et 1998, C.N.R. de toxémies staphylococciques

  • - Recherche des souches de SA porteurs des gènes de la PVL et de des g-hémolysines
  • 172 SA isolats cliniques représentatifs de toutes les infections staphylococciques pour étudier l’importance des souches de SA PVL + dans différents syndromes cliniques.

- g-hémolysines : 100 % +

- PVL +

93 % des furonculoses, anthrax , …

85 % des pneumonies communautaires nécro-hémorragiques diffuses

55 % des cellulites

50 % des abcès cutanés

23 % des ostéomyélites

13 % des panaris pulpaires

0 % des surinfection de brûlures

0 % des endocardites

0 % des Syndromes de choc toxique staphylococcique

0 % des pneumonies nosocomiales

0 % des médiastinites

0 % des infections urinaires

0 % des entérocolites

Lina et al. ,Clin Infect Dis, 1999

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Premières conclusions

- Pratiquement toutes les souches isolées de lésions dermo-nécrosantes sévères expriment la PVL.

Suggérant fortement le rôle de facteur de virulence de la PVL dans les infections cutanées nécrosantes mais aussi dans toutes les infections graves à point de départ cutané.

Revue des 8 cas de pneumonies communautaires sévères

dues à S. aureus producteurs de PVL

23/27 sont PVL + mais seulement 8 dossiers médicaux suffisamment renseignés

6/8 cas fatals : les DC sont survenus assez rapidement après le diagnostic.

Le sujet type :

Enfant ou jeune adulte immunocompétents sans antécédent particulier

Infection précédée d’un syndrome influenza-like

Leucopénie et hémoculture positive

Evolution très rapide

L’autopsie montre toujours une pneumonie nécro-hémorragique diffuse avec

images radiologiques caractéristiques.

Lina et al. ,Clin Infect Dis, 1999

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Matériel et Méthodes :

Recrutement / (C.N.R. des toxémies staphylococciques) depuis 1986

- 172 SA isolats cliniques rétrospectivement représentatifs de toutes les infections staphylococciques communautaires dans différents syndromes cliniques : 8 cas initiaux de pneumonies ont été rewievé

- puis un programme de surveillance prospective impliquant 76 hôpitaux les invitant à décrire les aspects cliniques de tous les nouveaux cas de pneumonies communautaires du 1er janvier 1999 au 31 décembre 2001.

Gilet et al. , Lancet , mars 2002

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Caractéristiques et données cliniquespour 52 patients présentant

une pneumonie communautaire à S. aureus

Gilet et al. , Lancet , mars 2002

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Données biologiques et radiologiques pour 52 patients présentant une

pneumonie communautaire à S. aureus

Gilet et al. , Lancet , mars 2002

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Prélèvements centralisés au CNR Lyon

  • Recherche des souches de SA porteurs des gènes de la PVL et de des g-hémolysines et la production de toutes les autres toxines,
  • Recherche de l’association éventuelle au gène mecA,
  • Détermination du profil de résistance aux -lactamines,
  • - Electrophorèse sur gel en champ pulsé.

Informations collectées :

Investigation des aspects cliniques,

radiologiques,

microbiologiques,

histopatologiques,

et pronostiques

de pneumonies communautaires sévères dues à S. aureus

producteurs de PVL vs PVL –

Durant cette période, 8 nouveaux cas de Pneumonie à SA porteurs du locus de PVL et 36 cas de pneumonies à SA PVL négatif

Gilet et al. , Lancet , mars 2002

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Représentation schématique des profils d’électrophorèse en champ-pulsé des isolats de SA PVL positifs.

Gilet et al. , Lancet , mars 2002

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Prise en charge

2 patients du groupe PVL + meurent immédiatement après admission.

12 contre 21 seront ventilés

8 contre 12 seront intubés dans les 24 H

14 contre 31 recevront un traitement empirique ; actif dans 93% contre 58 % des cas

Le suivi médian durera 9.7 jours contre 24.5 jours

La mortalité est de 75 % (12/16) contre 47 % (17/36)

(10 patients du groupe PVL + décéderont rapidement dans un SDR et de défaillance multiviscérale)

Survie :

- à 48H est de 62.5 % contre 94 %

- médiane entre l’admission et le DC est de 4 jours contre 25 jours

Gilet et al. , Lancet , mars 2002

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Courbe de survie des patients souffrant d’une pneumonie à S. aureus selon les génotypes de PVL.

Gilet et al. , Lancet , mars 2002

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Etudes histologiques

Zone de nécrose de la muqueuse laryngée et hémorragie.

Aspect nécrotique et hémorragique de la muqueuse trachéale.

Parenchyme pulmonaire massivement hémorragique. Les alvéoles sont remplies d’érythrocytes et d’amas de cocci.

Gilet et al. , Lancet , mars 2002

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Hypothèses :

  • Physiopathologie :
  • -La phase d’attachement sur les cellules épithéliales basales est importante
  • Elle est sans doute favorisée par le syndrome viral préalablement observé qui permet la desquamation de l’épithélium secrétoire cilié, indépendamment de l’action de la toxine.
  • - Dans un second temps survient une phase de prolifération couplée à la production de toxines (sous contrôle du système Agr)
  • L’inhibition des fonctions macrophagiques et la destruction des granulocytes expliquent alors l’extension très rapide des lésions et la leucopénie.
  • - les propriétés cytotoxiques de la PVL permettent alors d’expliquer la nature des lésions mimant les nécroses cutanées ulcérantes.
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Transmission:

Hormis un cas décrit de contamination par allaitement responsable d’une pneumonie infantile nécrosante à S. aureus PVL +

Le Thomas, j Clin Microbiol, 2001

Pour certains cas (2 DC les plus précoces) il a été possible de faire une liaison avec des infections cutanées nécrosantes suggérant une dissémination secondaire aux poumons par voie hématogène.

Dans la majorité des cas les données recueillies suggèrent une transmission aéroportée.

Depuis cette étude, 13 nouveaux cas confirment ces données et vont effectivement dans le sens d’une transmission aéroportée.

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Pleuropneumopathie toxique :

une nouvelle entité clinique à part entière

  • Les souches de SA PVL + peuvent compliquer un syndrome pseudo-grippal,
  • Elles sont associées à des infections primaires de la peau de type furoncle et des pneumonies nécrosantes sévères,
  • Touche une population jeune (enfants et jeunes adultes) en bonne santé,
  • Progresse rapidement vers une pneumonie nécrotique sévère avec hémoptysie et leucopénie, rapidement compliquée par une pleurésie purulente,
  • Histologiquement, les images sont caractéristiques de pneumonie nécro-hémorragique diffuse avec des images radiologiques caractéristiques,
  • Associée à une forte mortalité de façon précoce.
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Epidémie de 1918

Camp Jackson , SC, USA

Décès de 385 soldats suite aux complications d’une épidémie de grippe

Mais on retrouve dans au moins 153 cas du S. aureus dans leurs poumons.

84 ans avant Gilet, les médecins décrivent pourtant la même symptomatologie et les mêmes observations macroscopiques dans les poumons à l’autopsie !

Hypothèse séduisante

- la mort de ces soldats pourrait être le fait d’une souche de S. aureus porteur du gène de la leucocidine de Panton Valentine responsable de pneumonies de surinfection

- elle affirmerait la possibilité de contamination par voie aéroportée de ces souches de manière épidémique …..