Covid-19 et anosmie : le virus infecterait les cellules sustentaculaires mais non les nerfs olfactifs (Interview)

Le « rail olfactif » conduisant au SNC ne serait pas infecté par le SARS-Cov-2. Des chercheurs d’INRAE, en collaboration avec l’Anses, ont démontré, dans le cadre d’un modèle animal, que le virus infecte les cellules sustentaculaires de la muqueuse nasale mais non les nerfs olfactifs. Nicolas Meunier, neurobiologiste, Unité mixte de recherche virologie et immunologie moléculaire INRAE/UVSQ, nous présente les résultats de leurs travaux publiés dans la revue Brain Behaviour and Immunity.
JIM.fr : Pouvez-vous nous rappeler les objectifs de vos travaux ?
Nicolas Meunier : Je travaille depuis quinze ans sur le système olfactif en utilisant le modèle rongeur et je m’intéresse aux relations entre la cavité nasale et l’immunité dans le cadre du passage d’un pathogène vers le système nerveux central. Depuis presque cent ans, même si les détails cellulaires n’étaient pas connus, il était compris qu’une infection des neurones olfactifs dans notre cavité nasale pouvait permettre à un pathogène de pénétrer dans le SNC et d’échapper à la barrière hémato-encéphalique présente autour du cerveau. Nous avons donc voulu comprendre quelles sont les défenses mises en jeu au sein de la cavité nasale en utilisant comme modèle des virus respiratoires peuvent potentiellement infecter ces neurones.
Dans le cas du SARS-CoV-2, nous avions un exemple parfait d’un virus respiratoire supposé capable d’entrer dans le SNC en passant par les neurones olfactifs. Au début de l’épidémie, c’était l’hypothèse majeure de toute la communauté scientifique. Nous avons utilisé des hamsters qui sont de bons modèles car ils présentent un profil d’expression des récepteurs du SARS-CoV-2 similaire à l’Homme. Nous avons voulu voir quels types cellulaires étaient infectés et vérifier si une infection des neurones pouvait expliquer un passage du SARS-CoV-2 de la cavité nasale vers le SNC en provoquant une anosmie comme complication. En effet, la perte d’odorat est un symptôme très fréquent chez les patients souffrant de la COVID-19.
JIM.fr : Pouvez-vous nous expliquer pourquoi vous vous êtes orienté plus spécifiquement vers les cellules de soutien dîtes sustentaculaires ?
Nicolas Meunier : Il a été montré très tôt que le SARS-CoV-2 avait le même système d’interaction cellulaire que le SARS-CoV-1 c’est-à-dire se lier à ACE2 (enzyme de conversion de l’angiotensine 2). Plusieurs publications ont pointé le fait qu’au niveau de l’épithélium olfactif ces protéines seraient exprimées par les cellules sustentaculaires tandis que les neurones ne l’expriment pas. Il était donc probable que ce soit ces cellules qui étaient infectées. La protéase TMPRSS2 a un rôle générique impliqué dans la maturation de différents précurseurs. Le virus utilise aussi cette protéase pour sa propre maturation. Pour qu’un tissu soit infecté, il faut donc qu’il y ait au moins ces deux acteurs : la protéase TMPRSS2 pour l’activer et ACE2, le site d’entrée dans la cellule. Les cellules sustentaculaires étaient donc les cibles les plus probables du virus.

Le rôle de ces cellules n’est pas encore bien déterminé. Elles semblent avoir notamment une fonction trophique d’apport d’énergie aux neurones. Il a été montré que les neurones étaient capables de capter le glucose sur la face externe dans la partie mucus où baignent leurs cils et les cellules sustentaculaires libérent du glucose dans le mucus. Les cellules de soutien assurent aussi l’équilibre ionique de ce mucus qui est très pauvre en chlore. Des études montrent également la fonction immunitaire de ces cellules capables de phagocyter des grosses particules pour les dégrader. Elles ont un rôle majeur de structure, des fonctions multiples et probablement d’autres encore moins connus à la différence des neurones olfactifs dont la fonction de détection les odeurs est très étudiée.

JIM.fr : Quels ont été les résultats de vos travaux ?
Nicolas Meunier : Nous avons voulu regarder concrètement sur les modèles animaux,  si lorsque nous infections ceux-ci avec le SARS-CoV-2, nous avions une infection des cellules sustentaculaires et à la suite une infection des neurones olfactifs pouvant expliquer l’anosmie observée chez l’Homme.

Dans l’épithélium olfactif du hamster, nos résultats ont montré qu’il y avait une infection très importante des cellules sustentaculaires, mais limitée à celle-ci uniquement. Nous travaillons sur de nombreux virus respiratoires et le SARS-CoV-2 est le seul à infecter massivement les cellules présentes dans la muqueuse olfactive.

JIM.fr : Vous avez également constaté que la muqueuse nasale subit une desquamation ce qui pourrait expliquer la perte d’odorat. Pouvez-vous nous expliquer ?
Nicolas Meunier : En parallèle à cette infection limitée aux cellules sustentaculaires, nous avons en effet constaté une perte complète de l’épithélium olfactif qui se désolidarise de sa lame basale par une desquamation. Nous avons recherché s’il y avait une infection des neurones olfactifs et nous n’en avons pas trouvé malgré les contacts très étroits entre les cellules sustentaculaires et les neurones.

Nous n’avons pas trouvé de virus dans le SNC

Nous avons scruté les différentes zones du SNC et nous n’y avons pas non plus trouvé de virus. Nous aurions pu imaginer qu’une fois l’épithélium olfactif desquamé, une protection moindre aurait pu permettre au virus d’infecter les cellules en sous muqueuse ou directement les nerfs pour remonter au SNC mais nous n’avons pas constaté cela du tout. Si l’infection se déroule de manière similaire (aux hamsters) chez l’Homme, il est donc très peu probable que le virus puisse pénétrer dans le SNC.
JIM.fr : Comment d’autres études récentes sont-elles parvenues à l’hypothèse selon laquelle le virus infecte les nerfs olfactifs et le SNC ?
Nicolas Meunier : La plupart de ces études restent hypothétiques. Quelques travaux sont basées sur des échantillons humains et leurs résultats semblaient indiquer que le SARS-CoV-2 infecte les neurones olfactifs permettant un passage vers le SNC . Cependant, pour l’instant ces études ne sont basées que sur une identification morphologique. Nous avons procédé à des doubles marquages en immunohistochimie permettant de montrer la colocalisation du virus dans une cellule identifiée. Pour cela nous utilisons un marqueur des cellules sustentaculaire et un autre de la présence du virus. Ne pas disposer d’outils permettant de bien caractériser les cellules de la cavité nasale peut donc conduire à des conclusions erronées. Si notre étude montre que de manière générale, ce ne sont pas les neurones olfactifs qui se retrouvent infectés, ce n’est pas à exclure dans certains cas. En effet, nous avons travaillé sur un petit nombre de jeunes femelles hamsters. Or des études récentes montrent que l’homme serait plus sensible que la femme et d’autant plus si il est âgé et en surpoids. Il faudrait donc travailler sur des vieux hamsters mâles pour étudier ces différences potentielles.  

JIM.fr : Comment expliquer le fait que certains patients présentant les formes les plus sévères de la Covid-19 aient des manifestations neurologiques ?

Nicolas Meunier : Lors d’une infection massive au niveau des poumons, la suractivation du système immunitaire provoque des tempêtes cytokiniques qui déstabilisent énormément d’organes et de tissus. Le système immunitaire, en s’emballant, provoque dans certains cas un effondrement de la barrière encéphalique qui devient perméable. C’est une issue souvent fatale pour les patients car les pathogènes entrent alors dans le SNC et des encéphalopathies peuvent conduire à un effondrement des paramètres du système respiratoire. C’est ce qui a été soupçonné chez certains patients qui décédaient à la suite d’atteintes respiratoires. Non seulement leurs poumons avaient été atteints mais aussi les centres de contrôle respiratoire dans le tronc cérébral. Et donc beaucoup de chercheurs ont fait l’hypothèse que le virus passait la barrière encéphalique en infectant les neurones olfactifs  puis allait dans le tronc cérébral pour déstabiliser le centre de contrôle respiratoire. C’est-à-dire qu’une manifestation neurologique aboutirait à une incapacité respiratoire. Dans notre modèle de hamster, nous pouvons exclure cette hypothèse car nous n’avons pas du tout retrouvé ce passage vers le SNC et nous n’avons pas retrouvé non plus le virus dans le tronc cérébral. JIM.fr : En quoi vos travaux sont-ils rassurants ? 
Nicolas Meunier : De nombreuses études suggèrent que, si un patient a une encéphalopathie avec une infection du bulbe olfactif, il présente un terrain favorable pour développer par la suite une maladie neurodégénérative notamment la maladie de Parkinson. C’est notamment décrit dans le cas de la grippe où, à l’issue de la pandémie qui a eu lieu lors de la première guerre mondiale, il y a eu beaucoup de cas de Parkinson chez les survivants dans les années qui ont suivi. Cette hypothèse épidémiologique est confortée par des études qui montrent que l’un des symptômes premiers de ces maladies neurodégénératives, Alzheimer ou Parkinson, est la perte d’odorat. Ce point est forcément inquiétant vu le nombre de personnes souffrant d’anosmie à la suite de la Covid-19. Elles auraient eu une susceptibilité par la suite de développer une maladie neurodégénérative. Nos travaux excluent fortement ce mécanisme, ce qui est rassurant.

D’autre part et de façon plus pragmatique, l’épithélium olfactif subirait une destruction massive causée par le SARS-CoV-2 mais il se régénèrerait au bout de 15 jours à 1 mois comme cela se fait habituellement. En effet, même en l’absence de tout pathogène, la muqueuse se régénère en permanence car l’environnement à l’air libre, comprenant beaucoup d’oxygène et pas d’eau, est extrêmement agressif pour les cellules. Des études récentes suggèrent en fait que l’anosmie est plutôt un critère positif de rétablissement montrant que le système immunitaire se défend très bien pour éliminer le virus. JIM.fr : Est-il possible de vérifier ces résultats chez l’Homme ?
Nicolas Meunier : Il manque effectivement les preuves définitives de ce qui se passe chez l’Homme car nous restons sur un modèle animal (très proche cependant de ce qui se passe chez l’être humain). Il faudrait une étude faite chez l’homme avec les moyens adéquats, mais cela semble extrêmement compliqué si le virus est rapidement éliminé de la cavité nasale comme c’est le cas chez le hamster ou le virus n’est plus présent 7 jours après l’infection.

La confirmation de ces résultats chez l’Homme semble difficile

Il faudrait donc pratiquer une biopsie de l’épithélium olfactif quelques jours après l’infection pour étudier ce point ce qui ne peut se faire sans connaitre la date précise de l’infection. Certains pays ont lancés des protocoles de test de l’efficacité de futurs vaccins et infectent donc des volontaires. Peut-être que des protocoles seront mis en place pour prélever une partie de leur épithélium afin de voir ce qui se passe.

JIM.fr : Certains patients infectés par le SARS-CoV-2 souffrent également d’une agueusie. Comment l’expliquez-vous ?
Nicolas Meunier : A ma connaissance, nous sommes la seule étude qui a caractérisé d’un point de vue cellulaire l’infection au niveau de la cavité nasale. Au niveau de la cavité buccale, aucune étude n’a été faite. Les hypothèses sont qu’il y aurait une infection d’autres cellules que celles qui sont responsables de la détection du goût. Au niveau de la langue, nous trouvons essentiellement des kératinocytes qui expriment le récepteur ACE2 mais pas les cellules du bourgeon du goût. On ne comprend donc pas encore ce qui se passe. L’hypothèse la plus probable est celle d’une inflammation locale qui aboutit peut-être à une mauvaise régénération des bourgeons du goût. Mais cela me laisse perplexe car cette perte du goût est à priori rapide or si c’est un problème de régénération cela se produit sur plusieurs semaines. Une autre hypothèse plus séduisante, est qu’une inflammation au niveau des kératinocytes aboutirait à un dysfonctionnement de la transmission de l’information des bourgeons du goût.
JIM.fr : En cas de virus respiratoires comme la grippe, les mécanismes d’action conduisant à l’anosmie sont-ils différents de celui du SARS-Cov-2 ?
Nicolas Meunier : Dans la littérature, cela n’est pas bien décrit. Certains virus respiratoires peuvent infecter les neurones olfactifs et c’est le cas du virus influenza (ce qui n’est donc pas le cas du SARS-CoV-2). Nous avons observé que cette infection reste localisée sur les modèles de souris et de plus seul un petit nombre de neurones est infectés si nous comparons à l’infection massive des cellules sustentaculaires provoquée par le SARS-CoV-2. Les anosmies liées à la grippe qui sont plutôt rares sont plus la conséquence d’une inflammation générale de la cavité nasale aboutissant à une obstruction des voies aériennes. L’anosmie grippale serait alors liée à l’incapacité de l’air à arriver au niveau de la muqueuse olfactive plutôt qu’à une destruction de l’épithélium. Mais cela reste une hypothèse.
JIM.fr : Quelles sont les prochaines étapes de vos recherches ?
Nicolas Meunier : Depuis le début, notre projet est de comprendre les défenses présentes au niveau de la muqueuse olfactive pour limiter potentiellement le passage des virus vers le SNC. La question qui se pose, avec le SARS-CoV-2, est d’expliquer si le mécanisme de desquamation que l’on observe fait partie d’un processus de défense mis en place par la muqueuse pour empêcher le virus de pénétrer dans le SNC ou si c’est un effet secondaire de l’infection dû à l’infiltration par des cellules immunitaires. Nos prochaines étapes vont consister à comprendre le rôle des cellules immunitaires que nous avons observées massivement autour des cellules sustentaculaires infectées par le SARS-CoV-2.

Propos recueillis par Alexandra Verbecq

Référence

Bertrand Bryche et coll. : Massive transcient damage of the olfactory epithelium associated with infection of sustentacular cells by SARS-CoV-2 in golden Syrian hamsters, Brain, Behavior, and Immunity, July, 2020. https://doi.org/10.1016/j.bbi.2020.06.032