Mosquito-borne West Nile virus (WNV) infection is benign in most individuals but can cause encephalitis in <1% of infected individuals. We show that ∼35% of patients hospitalized for WNV disease (WNVD) in six independent cohorts from the EU and USA carry auto-Abs neutralizing IFN-α and/or -ω. The prevalence of these antibodies is highest in patients with encephalitis (∼40%), and that in individuals with silent WNV infection is as low as that in the general population. The odds ratios for WNVD in individuals with these auto-Abs relative to those without them in the general population range from 19.0 (95% CI 15.0–24.0, P value <10–15) for auto-Abs neutralizing only 100 pg/ml IFN-α and/or IFN-ω to 127.4 (CI 87.1–186.4, P value <10–15) for auto-Abs neutralizing both IFN-α and IFN-ω at a concentration of 10 ng/ml. These antibodies block the protective effect of IFN-α in Vero cells infected with WNV in vitro. Auto-Abs neutralizing IFN-α and/or IFN-ω underlie ∼40% of cases of WNV encephalitis.

Among emerging arthropod-borne viruses (arbovirus), West Nile virus (WNV) is a flavivirus that can be associated with severe neuroinvasive infections in humans. In 2018, the European WNV epidemic resulted in over 2000 cases, representing the most important arboviral epidemic in the European continent. Characterization of inflammation and neuronal biomarkers released during WNV infection, especially in the context of neuronal impairments, could provide insight into the development of predictive tools that could be beneficial for patient outcomes. We first analyzed the inflammatory signature in the serum of WNV-infected mice and found increased concentrations of several inflammatory cytokines. We next analyzed serum and cerebrospinal-fluid (CSF) samples from a cohort of patients infected by WNV between 2018 and 2019 in Hungary to quantify a large panel of inflammatory cytokines and neurological factors. We found higher levels of inflammatory cytokines (e.g., IL4, IL6, and IL10) and neuronal factors (e.g., BDNF, GFAP, MIF, TDP-43) in the sera of WNV-infected patients with neuroinvasive disease. Furthermore, the serum inflammatory profile of these patients persisted for several weeks after initial infection, potentially leading to long-term sequelae and having a deleterious effect on brain neurovasculature. This work suggests that early signs of increased serum concentrations of inflammatory cytokines and neuronal factors could be a signature underlying the development of severe neurological impairments. Biomarkers could play an important role in patient monitoring to improve care and prevent undesirable outcomes.

Les virus Usutu (USUV) et West-Nile (WNV) sont des arbovirus émergents transmis principalement par des moustiques du genre Culex. Chez l’humain l’infection peut entrainer des atteintes neurologiques suite à un accès des virus au système nerveux central (SNC) notamment par le passage de la barrière hémato-encéphalique (BHE). Ce projet de thèse s’intéresse à la caractérisation des mécanismes de passage et d’infection de la BHE par USUV et WNV. La neuroinflammation associée à ces infections étant une part importante de la pathogénèse, le rôle des cellules immunes et leur interaction avec la BHE ont aussi été étudiés. Ce travail a permis de mettre en évidence la susceptibilité de plusieurs types cellulaires neuronaux aux différentes lignées d’USUV ainsi que celle de modèles murins. La lignée Europe 2 semble être la plus virulente et son effet sur la BHE a été comparé avec celui de la lignée 2 de WNV, deux lignées associées à l’apparition de symptômes neuronaux lors d’infection humaine. Le modèle de BHE étudié permet la réplication des deux arbovirus avec un passage dans le SNC, WNV conduit aussi à une perturbation de l’intégrité de la barrière et les deux virus sont capable d’induire une forte réponse antivirale avec la sécrétion de molécules inflammatoires comme des cytokines (interleukines, interférons), des chimiokines et des molécules d’adhésion cellulaires. Cette inflammation induit le recrutement de cellules immunes amplifiant la neuroinflammation. D’autre part, USUV est capable d’infecter des cellules dendritiques qui seront aussi recrutées par la BHE à la différence de WNV, et peuvent être des chevaux de Troie lors de l’infection du SNC. Des sérums de patients ayant été infectés par le virus WNV ont été analysés afin de mettre en évidence la neuroinflammation et de trouver de potentiel biomarqueurs d’atteintes neuronales. Les patients infectés présentant des atteintes neurologiques montrent ainsi de fortes concentrations sériques de molécules pro-inflammatoires, persistantes plus de 20 jours après le début de l’infection, et la présence de molécules associées à des maladies neurodégénératives ou neuroinflammatoire. Par exemple, la concentration de TDP-43 pourrait être suivie après une infection par WNV afin d’anticiper les conséquences de son agrégation pouvant favoriser le développement de maladies neurodégénératives. Dans une démarche de « santé globale », ces travaux se sont aussi intéressés à la circulation de ces virus dans le sud de la France. Des tests de séroprévalence ont été menés afin de déterminer l’exposition des vecteurs, des réservoirs et d’autres hôtes à USUV et WNV. Enfin, en s’intéressant aux virus émergents responsables de troubles neuronaux, un travail de recherche sur l’infection de la BHE par le virus SARS-CoV-2 a été réalisé. En effet, ce virus est capable d’induire des symptômes neuronaux pouvant entrainer des séquelles. Les résultats suggèrent une faible infection directe de la barrière. L’ensemble de ces travaux permettent de mieux appréhender les infections virales de la BHE et la neuroinflammation, cela dans un contexte d’émergence avec des problématiques de santé publique soulevant l’importance de ces études.