Neurophysiopathologie de la rage

Neurophysiopathologie

de la rage

Henri Tsiang

L’etude de la neurophysiopathologie de la rage met en evidence des modifications fonctionnelles au tours de l’infection virale. Ces dysfonctions du systeme nerveux sont analysees par des criteres electrophysiologiques ou par l’etude des neurotransmetteurs. Les donnees suggerent que le virus rabique peut provoquer ces dysfonctions a distance, dans des structures nerveuses oti il n’est pas necessairement present. La connaissance des mecanismes neuropathogenes permettrait une approche therapeutique originale.

lnstitut Pasteur, unit6 de la rage, 25, rue du Docteur-Roux, 75724 Paris Cedex 15, France ANNALES

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es manifestations cliniques de la rage chez l’homme et I’extreme agressivite induite par le virus rabique chez les carnivores ont certainement ete a l’origine de la fascination qu’exerce cette affection du systeme nerveux central (SNC). En revanche, les statistiques indiquent une incidence relativement faible de la rage : plus de 35 000 cas diagnostiques dans le monde en 1992 d’apres les chiffres de l’Organisation mondiale de la Sante 1211. Ce chiffre doit etre fortement corrige a la haussepour tenir compte des tres nombreux cas oti la maladie n’est pas identifiee ou non repertorice. La rage frappe par son mode de contamination qui est un acte agressif : la morsure par un ccanimal enrage )) dans le sens litteral aussi bien que medical. Un autre aspect de la rage a ete evoque par de nombreux chercheurs : le manque de correlation entre les lesions histologiques microscopiquement visibles et l’evolution toujours fatale de la maladie 115, 191. Non que les lesions soient absentes ; elles seraient plutot inconstantes et done, semble-t-il, non obligatoires a l’evolution d’un organisme vers la mort. En l’absence d’une comprehension immediate des mecanismes de pathogenie de la rage, l’implication de mecanismes fonctionnels neuronaux a ete evoquee, aussi bien pour expliquer les modifications comportementales (vers l’agressivite dans le cas de certaines especes animales) que la pathogen&se rabique (vers une issue fatale toujours ineluctalqle) [7,15,19]. Etant don& que le virus rabique possede des proprietes neurotropes particulieres, d’une part en raison de son affinite neuronale, et d’autre (1995) 6,2,125-129

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part pour son transport intra-axonal et trans-synaptique, les aspects neuro-physiopathologiques de la rage presentent un inter& exceptionnel en tant que modele d’etude. Au tours de ces10 dernieres an&es, une demarche experimentale a ete entreprise pour comprendre les mecanismes neurophysiologiques pouvant jouer un role au tours de la pathogen&e de la rage.

Etude de I’activite electrique c&brale L’etude de l’activite electrique c&ebrale au tours de la rage avait essentiellement ete faite par des enregistrements ponctuels realises dans la phase clinique aigue chez I’homme. Les electro-encephalogrammes (EEG) au tours de la rage humaine n’avaient pas permis d’identifier des elements specifiques [16, 221. Les seuls enregistrements de I’EEG sur l’infection rabique experimentale avaient ete realises chez le lapin [181. Ces travaux pionniers ont permis une etude preliminaire de l’activite electrique spontanee (fig 1). Plus recemment, une etude encephalographique a et& realisee par enregistrement continu de l’activite electrique cerebrale spontanee chez la souris au tours de l’infection experimentale par une souche de virus rabique fixe (CVS) [61 et une souche de virus sauvage isolee d’un renard enrage 151. Au tours de cette etude, I’enregistrement de I’EEG a ete realise grace a des electrodes superficielles implantees au niveau des aires fronto-parietales et parieto-occipitales avant infection. Lenregistrement de l’electro-oculogramme a ete realise simultanement. 125

Au tours de l’infection par le virus rabique fixe, on observe une alteration progressive de l’EEG [61. Cette degradation se traduit essentiellement par un ralentissement generalise de l’activite electrique (2-4 cycles/s), une diminution progressive de l’amplitude de l’EEG avec un aplatissement de l’activite corticale vers un EEG plat. Les animaux survivent en moyenne pendant 30 minutes avec un EEG plat apres la mort cerebrale, comme l’atteste

l’enregistrement de l’arret cardiaque. Accompagnant ces dysfonctionnements de l’EEG, des signes precoces sont observes avant le debut des manifestations cliniques. 11s consistent en une alteration des phases de sommeil avec une disparition progressive des phases de sommeil paradoxal et l’apparition de myoclonies faciales pseudo-periodiques. Lorsque les souris sont infectees par le virus rabique sauvage, l’enregis-

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200 yv

Fig 1. Enregistrement continu de I’EEG au cows de /‘infection par le virus rabique fixe chez /a souris. A. Ondes lenfes rythmiques (4-5 cycles/s) dans la rbgion frontopari&al de /a souris Ba/b/c au tours de /‘a/t&afion de la phase de sommeil et chez la souris C57.B1/6 au tours de /a phase mature. B. Episodes de train d’ondes spontankes au tours d’une phase d’endormissement chez la souris t@moin avanf inoculation (CBA Control Drowsiness), et une activif& de fypeparoxysfique chez /a souris infecf6e (CBA Rabies). Figure exfraite de Brain Res (1986) 398, 128- 140.

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trement de l’activite electrique c&ebrale montre une conservation des activites EEG pratiquement pendant toute la periode des signes cliniques [5]. Leffondrement generalise des activites EEG n’est observe que quelques heures avant la mort. 11est de fait surprenant qu’un EEG (( normal B soit observe a un moment aussi proche de la mort rabique, a un moment oh l’infection du SNC est deja importante. Ces observations sont surprenantes face a la disparition precoce des criteres de reconnaissance des phases de l’EEG au tours de la rage fixe. En revanche, une analyse quantitative des phases d’eveil et de sommeil montre que la regulation de ces phases est profondement perturbee et cela, de facon precoce. En effet, on observe une disparition des phases de sommeil au profit des phases d’eveil, conduisant a un &at d’insomnie. Ces resultats obtenus chez la souris ont ete confirm& chez le rat (non publies) et chez le chat (publication en preparation) qui represente un vecteur carnivore de la rage dans la nature, mais egalement un modele experimental particulierement bien etudie pour la regulation des etats de vigilance. Ces donnees indiquent une difference profonde dans la pathogenese des deux souches virales. La capacite du cerveau a continuer de generer des activites complexes telles que des EEG montre que les populations neuronales infectees sont encore actives quelques heures avant la mort. Cela a lieu a un moment ob on peut imaginer que le (q desordre H cerebral a deja atteint un niveau important comme nous le verrons plus loin par l’etude des neurotransmetteurs. 11s indiquent egalement qu’au tours de la rage, la desorganisation c&ebrale intervient a un niveau d’integration du reseau neuronal plutot qu’au niveau de neurones individuels. Cela justifie une etude des proprietes neuronales de structures nerveuses par des criteres neuropharmacologiques au tours de l/infection rabique.

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Implication de la sbrotonine La serotonine (5-hydroxytryptamine, 5-HT) est impliquee dans la regulation des etats de vigilance et des troubles du sommeil 1231. Elle est aussi responsable des modifications comportementales observees dans certaines pathologies nerveuses dont les manifestations cliniques sont proches de celles observ6es au cows de la rage 171. Ces elements ont justifie le choix dans l’etude de ce neurotransmetteur au niveau de son recepteur neuronal. La liaison de la 5-HT tritiee sur des membranes synaptiques preparees a partir de structures nerveuses (cortex cerebral, stiaturn, hippocampe) disskqkes a partir de rats enrages a et6 etudiee 121. Les resultats montrent une diminution significative de la liaison de la 5-HT a son recepteur cortical (environ SO%), une diminution moins importante au niveau du striatum, et aucune difference de liaison a partir de membranes synaptiques preparees a partir de l’hippocampe infect4 (fig 2). L’analyse des constantes d’affinite montre que cette diminution est due

a une reduction du nombre de recepteurs. L’emploi d’antagonistes permet egalement de montrer par saturation des recepteurs ~-HTIA et ~-HT~B que cette diminution affecte essentiellement les recepteurs 5HT~D.

La diminution de liaison est un phenom&e precoce, survenant a un moment oti le cortex cerebral n’est pas visiblement infect6 par le virus rabique, mais oti le noyau dorsal du raphe qui contient la majorite des neurones serotonergiques est infectc!. Ces elements suggerent que cette diminution de liaison est un phenomene indirect et montrent que l’infection de certaines structures nerveuses peut avoir une consequence pathogene a distance. Uatteinte du systeme serotonergique est egalement mise en evidence par des experiences de liberation evoquee de 5-HT dans les preparations de membranes synaptiques provenant de rats enrages [l]. Une diminution significative de liberation evoquee par la veratridine ou le potassium est observee, indiquant un dysfonctionnement de la 5-HT.

5-HT,D binding (%) c>--o 100

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50

0 DAYS Fig 2. Cin&iques de /a liaison de la s&otonine 8 son kcepteur 5-HTlo au tours de la rage dans le corfex &rkbra/ de raf (-0;) et de la @p/icafion virale (-0.). La cifl&ique de cette liaison est dtudi4e par masquage des sites 5-HTlA (buspirone), 5-HTl B (propranolo), 5-Hfi c (mesulergine). le nombre de sites de liaison (Bmax 4 SEMpour chaoue valeur) est obtenu iipartir de la courbe de saturation pour la (I#) 54iTmesur6e chaque‘jour en utilisani une gamke de IO-12 concenfrations de @and radioactif Les oaram&es de liaison sent ana/vs& .4 /‘aide d’un looiciel. Le nombre de particoles infecfie&es est exprime en hoses Males in&a-c&?bra/es 5d (DL50) par gramiide fissu nerveux cortical Figure extraife de Eur J Pharmacol (1993) 129-138.

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Les consequences de l’atteinte du systeme serotonine sont difficiles a apprecier. L’intervention directe de la 5-HT sur le comportement, la regulation du sommeil sont probables. On peut aussi penser qu’elle peut agir sur la regulation des autres neurotransmetteurs qui interviennent sur les &apes ulterieures de l’atteinte fonctionnelle du SNC. 11est peu vraisemblable que la serotonine soit un element directement implique dans la mort rabique. En revanche, il est vraisemblable qu’elle soit un element declenchant des mecanismes pathogenes, sans doute multiples et complexes et qui restent a identifier.

Agressivitb et systkme GABAergique Une des principales manifestations cliniques au tours de la rage est l’induction dun comportement agressif 1151.Ce comportement est amplifie chez les carnivores et se trouve a la base des mecanismes impliques dans la transmission naturelle de la rage. La rage &ant transmise presque exclusivement par morsure, l’absence de ce comportement entrainerait de fait l’extinction de la rage. Or il est reconnu que le systeme GABA-ergique (acide y-amino-butyrique) qui joue un role preponderant dans la regulation des comportements agressifs pourrait etre implique au tours de la rage 181.Le systeme GABAergique participe egalement a la regulation du fonctionnement des autres neurotransmetteurs, en jouant un role essentiellement inhibiteur. Une etude sur la capture et la liberation evoquee de GABA radioactif a partir de cultures de neurones primaires corticaux infectees par le virus rabique permet de mettre en evidence une alteration de ces fonctions 1111. Ces donnees suggerent l’implication du systeme GABAergique dans les mecanismes neuronaux, pouvant intervenir dans l’agressivite induite par l’infection rabique. 127

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Fig 3. Ci&fique

de I’effetantiviral des antagonistes non comp6Ms du NMDA. Des cultures identiques de neurones corticaux d’embryons de rat sont kcubees en prksence milieu i-0-L 1 mM de MK-801 i-0-i. 1 mM de ketamine (--) ei 1 kM de fhienylphen&cikne, JCP (-9. Les surnageants des cultures sontpr4evk toutes /es 24 heures et /a production virale est fitrke par la m&hodedesplages de /yse (plaque forming unit :pfu).

Propri&tis antivirales d’antagonistes de neurotransmetteurs La plupart des interventions therapeutiques en dehors de la vaccination et de la serotherapie n’ont pas et6 tres encourageantes au tours de la rage experimentale. L’utilisation de substances modulatrices de fonctions nerveuses a et6 tentee pour modifier l’evolution fatale de la rage. 11 est connu que certaines pathologies affectant le systeme nerveux peuvent @tre likes a l’implication des acides amines excitateurs (AAE) tels que le glutamate ou l’aspartate, que la neurotoxicite des AAE est souvent lice a l’hyperstimulation de leur recepteur N-methyl-D-aspartate (NMDA) [3, 171 et que les antagonistes du NMDA ont un effet protecteur vis-a-vis des AAE [41 (fig 3). Plusieurs antagonistes ont ete testes au tours de l’infection rabique [12, 14, 201. Des antagonistes non competitifs du NMDA, dont la ketamine et le MK-801, diminuent tres sensiblement la replication virale dans les cultures de neurones (neurobla128

stomes ou neurones corticaux primaires). Cette diminution d’un facteur 100 a 10 000 n’est pas observee pour les antagonistes competitifs ou des cellules non nerveuses. Les antagonistes du kainate (AI’51 ou du quisqualate (CNQX) n’ont pas d’effet antiviral. Paradoxalement, le calcium ne semble pas etre implique dans la neurotoxicite, sa depletion n’affectant en rien la replication virale 1131in viva, un retard dans l’infection de certaines structures nerveuses est constate par traitement avec la k&amine, en revanche, la protection n’affecte pas la mortalite 1141.

L’etude de la modification des fonctions nerveuses au tours de la rage s’inscrit necessairement dans une approche a long terme de la comprehension des mecanismes pathogenes de la rage. Cette etude est aussi necessairement pluridisciplinaire et fortement contingente des decouvertes en neurosciences. Elle s’inspire beaucoup des recherches dans le domaine des neuropathologies degeneratives. Les mecanismes de la pathogen&e rabique sont loin d’etre elucides. Plusieurs approches experimentales sont engagees aujourd’hui. Outre celles basees sur l’etude de l’alteration des mecanismes neuronaux d&rites ici, d’autres voies de recherches sont poursuivies. Parmi elles, le role immunopathologique de la reponse immune avait ete etudie et consider+ comme un element modulateur de l’expression clinique de la maladie. Des arguments militent pour un role eventuel de la nucleocapside rabique qui se comporterait comme un superantigene et interviendrait dans les phenomenes de paralysie rabique [lo]. Des auteurs signalent l’intervention possible de la NO au tours de la pathogenese rabique [91. Si les dysfonctionnements neuronaux precoces peuvent @tre effectivement identifies, les &apes ulterieures sont difficiles a identifier, en particulier au moment de la periode pre-agonique oti les evenements se ANNALES

superposent. Comment dans ces conditions, identifier les evenements reellement significatifs ? I1 est aujourd’hui premature de leur attribuer un role definitif dans la letalite virale. En revanche, les dysfonctions neuronales qui ont ete mises en evidence peuvent etre reliees aux manifestations cliniques et comportementales observees au tours de la rage. En effet, les systemes de neurotransmetteurs impliques dans la regulation de ces manifestations sont affect& de facon precoce, a un moment oti ils semblent etre les premiers a etre modifies. Les resultats obtenus nous donnent aussi uncertain nombre d’enseignements indirects. Lobservation que le virus rabique peut, dans de nombreux cas agir de faGon indirecte sur des fonctions nerveuses, nous Porte a reviser un certain nombre d’idees. En particulier, le reflexe consistant a considerer que les alterations doivent etre recherchees dans les structures nerveuses oti se trouve l’agent infectieux ne peut plus &tre maintenu. Beaucoup d’arguments montrent que les alterations neuronales peuvent avoir lieu a distance, la oti le virus n’est pas encore present. Inversement, des structures nerveuses infectees peuvent fort bien continuer a fonctionner <doit &tre revise dans la dualite neurone/glie. Nous savons que le virus rabique infecte presque exclusivement les neurones. Cette observation avait conduit la plupart des chercheurs sur la rage a intervenir a ce niveau. 11 devient evident que les cellules non nerveuses, en particulier celles de la glie, dont l’etude avait ete soigneusement ecartee puisqu’elle n’est pas infectee, pourraient reprendre une importance capitale.

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En effet, loin d’&re uniquement un support pour les neurones, les cellules gliales sont reconnues comme possedant de tr& nombreuses fonctions dont certaines initialement attribuees aux seuls neurones. 11 devient Evident que m@me si elles ne sont pas infectkes, les cellules de la glie peuvent nkanmoins ctre le siPge d’altgrations fonctionnelles qui, par retour pourraient fort bien affecter les neurones. Ces 616ments multiplient les perspectives de recherche, qui outre l’utilisation de mkthodes experimentales de plus en plus sophistiquees, ouvrent le champ 5 de nouvelles approches. L’Gvolution de la rage est toujours fatale. Si son traitement par vaccination a subi de nombreuses amkliorations en terme d’efficacit6 et de securit& cette 6volution reste i&luctable lorsque les premiers signes cliniques sont observ&. La compr& hension des m&anismes neuronaux de la pathogen&se rabique pourrait 2 terme apporter des outils supplementaires B l’arsenal thkrapeutique antiviral aujourd’hui tres restreint. En particulier, l’utilisation de substances neuro-modulatrices pourrait modifier l’&volution de l’infection rabique.

Remerciements L’auteur remercie la Communaut4 Direction de la 6tudes techniques financier qu’elles 6tude.

la Commission de europkenne et la recherche et des pour le support ont apportk A cette

Rt!+f&enees 1

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