Bien que les vaccins représentent une avancée majeure pour la santé publique, le risque d’effets secondaires constitue une menace réelle pour leur acceptation par le grand public et les professionnels de santé. La France se classe, d’ailleurs, comme le pays manifestant la plus grande défiance envers le vaccin. Cela s’est souvent traduit pas des couvertures vaccinales faibles. L’origine de cette perte de confiance est, entre autres, liée à la polémique intense autour du vaccin anti-hépatite B (HB) et le risque de sclérose en plaques dans les années 1990. Le but de cette thèse est d’évaluer le lien potentiel entre vaccination et démyélinisation, en considérant deux exemples : les vaccins anti-VHB et anti-papillomavirus (HPV). Une approche méthodologique, progressive, fondée sur les preuves a été utilisée pour les deux vaccins. La génération d’hypothèse a considéré la plausibilité biologique, les rapports de cas publiés, les analyses de disproportionnalité conduites dans le système américain de pharmacovigilance des vaccins (i.e., Vaccine Adverse Event Reporting System (VAERS)), et l’analyse des signaux détectés par la surveillance passive. Concernant la vaccination anti-VHB, des analyses attendu/observé ont également été menées à partir des cas confirmés rapportés à la pharmacovigilance française dans les années 1990. Des revues systématiques de toutes les études individuelles ayant évalué la plausibilité de l’association entre démyélinisation et les deux vaccins considérés ont été réalisées, tandis que des méta-analyses ont permis d’obtenir des estimations de risque « poolées » à partir des preuves accumulées à ce jour. Les résultats restent mitigés pour les deux vaccins. Pour la vaccination anti-VHB, une plausibilité biologique faible et indirecte, l’analyse du signal français détecté en 1996 qui a révélé une disjonction complète entre les populations cible et rejointe, ainsi que les résultats des analyses de disproportionnalité dans VAERS sont des éléments en faveur d’une possible association entre démyélinisation centrale et vaccin anti-VHB. Cependant, ni la méta-analyse, ni les analyses attendu/observé (bien que leurs conclusions puissent être renversées par un facteur modéré de sous-notification), n’ont fourni de résultat statistiquement significatif. En tout état de cause, si un risque en excès existait, il serait faible et ne concernerait que l’adulte. Les recommandations actuelles qui minimisent la probabilité d’exposition à l’âge adulte, sont donc plus que justifiées. Pour la vaccination anti-HPV, le risque de démyélinisation centrale semble, à ce jour, écarté. Néanmoins, un doute subsiste concernant un possible risque en excès pour le syndrome de Guillain et Barré. Il serait nécessaire de conduire d’autres études, rendues difficiles par la rareté de l’événement, estimée à 1 cas pour 1,000,000 doses vendues. En conclusion, une association forte avec un risque de démyélinisation semble à exclure pour les deux vaccins, rendant la balance bénéfice/risque largement positive pour ces produits, dès lors qu’ils sont utilisés dans leurs populations cibles. Dans ce contexte, une communication scientifique, indépendante et claire est la clé pour promouvoir les programmes de vaccination et créer la confiance et l’adhésion du grand public. Les décisions politiques ont aussi une lourde responsabilité. En effet, les suspensions des campagnes nationales de vaccination peuvent avoir des conséquences délétères à long terme. Le futur de la pharmacovigilance des vaccins pourrait résider dans la mise en place d’un réseau collaboratif entre le patient et son médecin, via l’utilisation de SMS et smartphones, comme cela existe déjà en Australie. En plus de collecter les effets secondaires des vaccins, cela représenterait une opportunité unique de placer le patient au coeur du système de surveillance, lui offrant une voix et contribuant à restaurer sa confiance envers les vaccins, et même envers les décideurs de santé publique. / While vaccines represent a great achievement for public health, the risk of adverse effects is a real threat for vaccine acceptability by both the population and healthcare professionals. France still ranks as the country having the highest vaccine defiance. This often turned into poor vaccination coverages. This origin of this mistrust in vaccines is probably related to the intense polemic around anti-hepatitis B (HB) vaccination and the risk of multiple sclerosis in the 1990’s. The main aim of this thesis was to assess the putative link between vaccination and demyelinating disorders by considering two examples: anti-HB and anti-papillomavirus (HPV) vaccines. For both vaccines, methods adopted a stepwise evidence-based approach. Hypothesis generation was based on evidence regarding the biological plausibility, the published case reports, the disproportionality analyses conducted in the US Vaccine Adverse Event Reporting System (VAERS) and the analysis of signals detected by spontaneous reporting systems, if any. For the research question centered on the anti-HB vaccination, observed-to-expected analyses based on all confirmed cases reported to the French pharmacovigilance in the 1990’s were also conducted. Systematic reviews of all individual studies having assessed the possible association between demyelination and either anti-HB or HPV vaccines were then conducted while meta-analyses brought pooled risk estimates of all evidence published so far. Results were non-conclusive for both vaccines. For anti-HB vaccination, several elements could give credence to an association with central demyelination: a weak and indirect biological plausibility, the analysis of the French signal detected in the 1990’s which revealed a complete disjunction between the target and the joint populations, and the results of the disproportionality analyses in VAERS. Nevertheless, neither the meta-analysis nor the observed-to-expected analyses (although might be easily reversed by a moderate degree of underreporting), provided statistically significant findings. If the excess risk actually existed, it would be weak and would be a concern for adults only. The current recommendations which are minimizing the probability of the French population to be exposed at an adult age, are therefore more than justified. For the anti-HPV vaccination, after reviewing all materials available, the risk of central demyelination seems, at this date, unlikely. Nevertheless, a doubt remains regarding a possible excess risk of Guillain Barré Syndrome (GBS) in the follow of an anti-HPV immunization. More specific studies would be needed, although the rarity of this event renders its evaluation difficult. From the studies already conducted, it was estimated that this excess risk, if any, would be lower than 1 per 1,000,000 doses sold. To conclude, a strong association with a risk of central demyelination can be ruled out for both vaccines, making the benefit and risk balances still largely positive for both products if used in their current target populations. In that context, an independent, clear and scientifically-based communication is the key element to promote vaccination programmes and to generate the confidence and adherence of the general population. Political decisions also carry a heavy responsibility in ensuring trust towards vaccination programmes, as the suspension of national immunization campaigns which could have long-lasting deleterious consequences. The future of vaccine pharmacovigilance could rely on the implementation of a collaborative GP-patient network-based solution using SMS and smartphones, as already experimented in Australia. While collecting potential adverse effects of vaccines, it would also be a unique opportunity to place the patients at the heart of the surveillance system, giving them a voice and potentially contributing to restore their confidence in vaccines and even, in the decision-makers in the field of public health.

L'IRM quantitative a un potentiel énorme pour fournir une valeur intrinsèque et indirecte aux propriétés des tissus utiles au diagnostic, au pronostic et aux essais cliniques de la sclérose en plaques (SEP), qui est une maladie inflammatoire du système nerveux central. Complémentaire à l’imagerie cérébrale, étudier l’impact de la maladie sur la moelle épinière grâce à l’imagerie quantitative, en particulier l’IRM de diffusion, devient un véritable défi. L'acquisition et le traitement de ce type de données posent des problèmes inhérents en raison de la distorsion de susceptibilité, de la petite section transversale de la moelle et l’absence de repères anatomiques visibles qui permettant d'identifier des voies ou du niveau vertébral. Dans ce contexte, nous proposons plusieurs contributions pour le traitement et l'analyse statistique de ces données. Tout d'abord, nous proposons de nouvelles métriques géométriques pour évaluer et comparer différentes méthodes de correction de distorsion en mesurant l'alignement du modèle de diffusion reconstruit avec l'axe central apparent de la moelle épinière. Deuxièmement, en utilisant une cohorte de patients atteints de SEP et de témoins sains, nous étudions le lien entre les mesures de diffusion et la présence ou l'absence de lésion dans un niveau vertébral donné et nous montrons que nous pouvons prédire ce dernier avec une bonne précision en utilisant un apprentissage linéaire multivarié. Enfin, nous montrons la faisabilité d’une étude longitudinale de l’évolution des métriques d'IRM de diffusion en réalisant une étude de reproductibilité à l’aide d’un ensemble de données test-retest, et l’appliquons aux 2 premières acquisitions (M0 et M12) de notre cohorte de patients. / Quantitative MRI has huge potential to provide intrinsic and normative value to tissue properties useful for diagnosis, prognosis and ultimately clinical trials in multiple sclerosis (MS) which is an inflammatory disorder of the central nervous system. Complementary to brain imaging, investigating how the spinal cord is damaged using quantitative imaging, and in particular diffusion MRI, becomes an acute challenge. Acquiring and processing this type of data present inherent challenges due to the susceptibility distortion, the small crosssectional area of the spine and the lack of visible anatomical landmarks to help identification of tracts or vertebral level. In this context, we propose several contributions for the processing and statistical analysis of this data. First, we propose novel geometric metrics to evaluate and compare different distortion correction methods by measuring the alignment of the reconstructed diffusion model with the apparent centerline of the spine. Second, using a cohort of MS patients and healthy controls, we study the link between diffusion measures and the presence or absence of lesion in a given vertebral level and we show that we can predict the latter with good accuracy by learning a multivariate linear classifier. Last, we show the feasibility of longitudinal study of the evolution of diffusion MRI metrics by performing a reproducibility study using a test-retest dataset and apply it to the 2 first timepoints (M0 and M12) of our cohort of MS patients.

L'objectif de cette thèse est d'analyser une base de données d'images de résonance magnétique (IRM) cérébrales de patients atteints de sclérose en plaques (SEP). Dans ce but, deux marqueurs ont été choisis (la charge lésionnelle et l'atrophie). Ceux-ci peuvent être évalués manuellement. Cependant, ces mesures sont fastidieuses et sujettes à une grande variabilité intra et inter experts. L'enjeu de cette thèse est donc de les automatiser. Cette automatisation commence par l'amélioration et la proposition de nouveaux algorithmes semi-automatiques. Ceux-ci permettent d'obtenir plus rapidement et de manière contrôlée par l'expert des mesures de référence. De nouvelles méthodes automatiques ont aussi été proposées. Une chaîne de traitement visant à segmenter les différents compartiments (substance blanche, substance grise et liquide céphalo-rachidien) a été mise en place. Les segmentations produites par cette chaîne ont été utilisées pour calculer automatiquement un seuil à appliquer sur une séquence IRM pour obtenir une segmentation des lésions. Cette approche est reprise de la littérature mais deux nouvelles versions en sont ici proposées. La première segmente les lésions du cortex, la seconde celles du cervelet. Enfin, les segmentations obtenues par la chaîne de traitement sont utilisées pour calculer la fraction parenchymateuse cérébrale et ainsi évaluer l'atrophie. Ces méthodes ont été comparées aux autres méthodes automatiques existantes et disponibles sur internet ainsi qu'aux mesures de référence obtenues par un expert. À partir de ces travaux, la base de données a été analysée. Les algorithmes développés ont été implémentés dans un nouveau logiciel : SepINRIA.

La sclérose en plaques (SEP) atteint autour de 80.000 personnes en France. L'imagerie par résonance magnétique (IRM) est un outil essentiel pour le diagnostic de la SEP. Plusieurs bio-marqueurs sont obtenus à partir des IRM, comme le volume des lésions, et sont utilisés comme mesure dans des études cliniques en SEP, notamment pour le développement des nouveaux traitements. La segmentation manuelle des lésions est une tâche encombrante et dont les variabilités intra- et inter-expert sont grandes. Nous avons développé une chaîne de traitement automatique pour la segmentation des lesions focales en SEP. La méthode de segmentation est basée sur l'estimation robuste d'un modèle paramétrique des intensités du cerveau qui permet de détecter les lésions comme des données aberrantes. Nous avons aussi proposé deux méthodes pour ajouter de l'information spatiale avec les algorithmes mean shift et graph cut. Nous avons validé quantitativement notre approche en utilisant des images synthétiques et cliniques, provenant de deux centres différents pour évaluer la précision et la robustesse.

La sclérose latérale amyotrophique ou SLA est une affection neurodegenerative conduisant à la mort des motoneurones, et responsable du décès des patients en moins de trois ans après la survenue des premiers symptômes. En l'absence de la découverte des causes chez la plupart des patients a considérablement pesé dans les difficultés que nous rencontrons pour découvrir un nouveau traitement. Une meilleure approche de l'épidémiologie pourrait permettre d'améliorer la connaissance de la maladie et pourrait offrir la possibilité de mieux formuler les hypothèses physio pathologiques possibles. Dans un premier temps, nous avons etudié le taux de mortalité de la SLA en France entre 1968 et 2007. Le taux brut a été de 1,74/100.000 avec un taux plus important chez l'homme que chez la femme. Le rapport standardisé de mortalité, après correction pour l'âge et le sexe, a augmenté de 0,54 (95% IC = .49-.59) en 1968 pour atteindre 1.26 (95% IC =1.20, 1.32) en 2007. Cette augmentation de mortalité est mieux expliquée par un effet dit cohorte, qui implique tous les sujets nés en même temps, plutôt que par un effet dit période. Le changement d'exposition à des toxiques environnementaux pourraient expliquer ces effets cohortes. Nous avons ensuite analysé les taux et les prédicteurs de survie au Centre SLA de la Salpêtrière en se focalisant sur la période 2002-2009 pour la survie et 1995-2009 pour les prédicteurs. Aucune variable n'est meilleure pour prédire la survie, mais une combinaison de variables (le début par les membres, la durée début des symptômes et première visite, et la force musculaire) est associée à une survie prolongée. Ce taux de survie a clairement augmenté depuis 2006.

La présente étude explore le fonctionnement émotionnel et cognitif, ainsi que les interrelations émotion-cognition, chez 40 patients atteints de sclérose en plaques (SEP) depuis ≤ 5 ans. Les émotions sont envisagées sous l'angle des caractéristiques émotionnelles individuelles, des états émotionnels et en tant que composantes des tâches cognitives. Elles sont évaluées à partir des adaptations françaises d'outils validés. Les sujets SEP sont comparés à une population témoin appariée. Les résultats mettent en évidence des altérations émotionnelles et cognitives précoces dans la SEP et soulignent la nécessité d'une prise en charge spécialisée et multidisciplinaire. L'étude indique, également, que les émotions influencent différemment les performances cognitives, en fonction des caractéristiques émotionnelles étudiées et de la nature de la tâche. Le présent dispositif peut s'avérer utile pour explorer les interrelations émotion-cognition dans le cadre d'autres maladies neurologiques.

La sclérose en plaques est une maladie inflammatoire et démyélinisante chronique du système nerveux central présentant une expression clinique très variable d'un patient à l'autre. Face à cette hétérogénéité, l'identification de biomarqueurs issus de la neuro-imagerie capables de refléter les dommages responsables des déficits cognitifs et moteurs retrouvés chez ces patients est cruciale pour l'évaluation de l'efficacité de nouvelles thérapies. Lors de ce travail de thèse, nous avons étudié et mis en avant l'atteinte morphologique (changements de volume et de forme) du thalamus, structure cérébrale centrale, au travers de populations représentant l'ensemble des formes cliniques de la maladie. Nous avons ensuite évalué l'effet d'un traitement lors d'une analyse volumétrique longitudinale menée sur 12 mois. La répétabilité des résultats concernant la mesure du volume thalamique atteste alors de la qualité de la méthode utilisée. / Multiple sclerosis is a chronic inflammatory and demyelinating disease of the central nervous system having a highly variable clinical expression from patient to another. Given this heterogeneity, the identification of neuroimaging biomarkers able to reflect damages responsible for cognitive and motor deficits found in these patients is crucial for evaluating the efficacy of new therapies. In this thesis, we studied and highlighted the morphological damages (changes in volume and shape) of the thalamus , a central brain structure, through populations representing all clinical forms of the disease. We then evaluated the effect of treatment in a longitudinal volumetric analysis conducted over 12 months. Repeatability of thalamic volume results attests the quality of the method used.

Le MSRV (Multiple Sclerosis Associated Retro Virus) fait partie de la famille de rétrovirus endogènes humains HERV-W. Une protéine d'enveloppe provenant du MSRV est retrouvée chez la plupart des patients atteints de sclérose en plaque (SEP). Cette protéine (Env-ms) a des propriétés pro-inflammatoires sur les cellules immunitaires et pourrait donc jouer un rôle dans la pathogenèse de la SEP en exacerbant la diapédèse leucocytaire observée dans le système nerveux central (SNC) des patients. Cette étude vise principalement à analyser les effets de Env-ms sur la barrière hémato-encéphalique (BHE) au niveau moléculaire et fonctionnel. Nous avons pu démontrer que l'enveloppe recombinante du MSRV était capable de stimuler plusieurs paramètres inflammatoires sur un modèle humain de BHE in vitro, la lignée HCMEC/D3. En effet, Env-ms induit une surexpression d'ICAM-1, une protéine impliquée dans l'adhésion des leucocytes aux cellules endothéliales, d'une manière dose dépendante ainsi qu'une production dose dépendante de cytokines pro-inflammatoires comme l'IL-6 et l'IL-8. De plus, par une approche utilisant des siRNAs, nous avons pu montrer que Env-ms était reconnue par le récepteur TLR4, un récepteur de l'immunité innée exprimé par les cellules endothéliales. Nous avons aussi montré par des essais fonctionnels que Env-ms stimulait de manière significative l'adhésion de cellules immunitaires activées à la monocouche de cellules endothéliales. Enfin, nous avons aussi mesuré les effets de Env-ms sur des cultures primaires de cellules endothéliales HUVEC et nous avons pu montrer que les propriétés pro-inflammatoires de la protéine d'enveloppe étaient similaires à celles observées sur le modèle HCMEC/D3 Ces résultats appuient l'hypothèse selon laquelle le MSRV pourrait être impliqué dans la pathogenèse de la SEP ou bien dans le maintien d'un niveau d'inflammation élevé favorisant le désordre immunitaire observé chez les patients. Le MSRV pourrait également jouer un rôle dans d'autres maladies inflammatoires chroniques. / The MSRV (Multiple Sclerosis Associated Retro Virus) belongs to the human endogenous retrovirus HERV-W family. An envelope protein originating from the MSRV was found in most patients with multiple sclerosis (MS). This protein (Env-ms) has pro-inflammatory properties on several immune cells and could therefore play a role in the MS pathogenesis by promoting the leukocyte diapedesis observed in the central nervous system of patients. Our study aims to analyze the effects of Env-ms on the blood-brain barrier (BBB) at a molecular and functional level. We have demonstrated that the recombinant MSRV envelope was able to strongly stimulate several inflammatory parameters on a human BBB in vitro model, the HCMEC/D3 cell line. Indeed, Env-ms induced overexpression of ICAM-1, a major mediator of leukocyte adhesion to endothelial cells, in a dose-dependent manner and a strong dose-dependent production of the pro-inflammatory cytokines IL-6 and IL-8. Furthermore, using a silencing approach with siRNAs, we have shown that Env-ms was recognized via the TLR4 receptor, a pattern recognition receptor of innate immunity present on endothelial cells. Indeed, the knock down of TLR4 abolishes the pro-inflammatory effects of Env-ms. We have also shown using functionnal assays, that the treatment of brain endothelial cells with Env-ms significantly stimulated the adhesion of activated immune cells to the monolayer of endothelial cells. We also assessed the effects of Env-ms on primary endothelial cells HUVECs and we observed that the pro-inflammatory properties of the envelope protein were similar to those observed on HCMEC/D3. These findings support the hypothesis that MSRV could be involved in the pathogenesis of MS disease or at least in maintenance of inflammatory conditions thus fueling the auto-immune disorder. The MSRV could also play a role in other chronic inflammatory diseases.

Chez les patients atteints de sclérose en plaques (SEP), l'inflammation induit une demyélinisation et une mort neuronale. La capacité de remyélinisation, hétérogène chez les patients, est intimement corrélée à la sévérité des symptômes. Les raisons de cette hétérogénéité ne sont pas connues, principalement car ce mécanisme n'a jamais été étudié dans un contexte expérimental approprié. Afin d'y remédier, nous avons développé un nouveau modèle en combinant une démyélinisation focale chez des souris nude à une greffe de lymphocytes (LT) provenant de donneurs sains ou de patients SEP. Cette modèle nous a permis de reproduire l'hétérogénéité de remyélinisation. En comparant le profil de sécrétion des patients selon leur capacité de réparation, nous avons mis en évidence des différences dans celui-ci, qui induisait selon le cas une activation bénéfique ou délétère des microglies ayant pour conséquence une différentiation efficace ou entravée des cellules précurseur d'oligodendrocytes. Cette capacité hétérogène des LT à répondre à une stimulation est partiellement expliqué par le background génétique du patients : les patients porteurs de variants associés à des gènes impliqués dans la fonction des LT folliculaires et des LT CD4+ naïfs induisaient un défaut de remyélinisation lorsque greffés dans une lésion démyélinisée, et ce en dirigeant l'activation microgliale vers un phénotype délétère. En résumé, les LT dirigent l'activation microgliale lors de la remyélinisation et sont donc au moins partiellement responsables de l'échec ou de la réussite de ce mécanisme. La façon dont ils réagissent à la démyélinisation est au moins en partie due au patrimoine génétique du patient. / Inflammation in the central nervous system leads to demyelination and neurodegeneration in patients with multiple sclerosis (MS). MS severity is closely correlated with the efficacy of myelin repair, a process whose effectiveness is very heterogeneous among patients. The reasons of this heterogeneity are largely unknown, mainly because it has never been addressed in a humanized pathological context. To tackle this question, we developed a new model combining focal demyelination in nude mice and graft of MS or healthy donor (HD) lymphocytes (LT). We were able to reproduce partially remyelination heterogeneity. Comparing the secretory profile of patients LT according to their repair capacities, we highlighted an heterogeneous cytokine response leading to a differential microglial (MIG) activation and ultimately an efficient or inefficient maturation of precursor cells during remyelination. To decipher why LT from patients display an heterogeneous response, we hypothesized that the genetic variants known for MS susceptibility could also drive disease severity by influencing LT functions. We found that the interaction of variants associated with genes responsible for T Folicular Helper and naïve Th0 cells functions induce the secretion by patient LT induce a pro-inflammatory activation in MIG, leading to remyelination failure.LT orchestrate MIG activation and are therefore responsible for the success or failure of remyelination. Capitalizing on patients with high repair capacities to understand the cellular and molecular actors leading to successful remyelination in pathological conditions seem to be a key approach to develop therapeutical targets.

La sclérose latérale amyotrophique (SLA) est une maladie dégénérative neuromusculaire fatale. Elle est accompagnée par des altérations métaboliques, se manifestant précocement dans des modèles murins. L’objectif de cette thèse a été d’identifier les cibles moléculaires impliquées dans ces changements. Pour ce faire, nous avons étudié le muscle glycolytique, le premier touché par la dénervation au cours de la maladie dans un modèle de SLA, la souris SOD1G86R. Nous avons montré un déséquilibre entre les voies métaboliques glucidiques et lipidiques à un stade présymptômatique, avec une préférence pour la voie catabolique des lipides. Cette altération peut expliquer notre observation sur le changement des capacités à l’exercice des souris SOD1G86R présymptômatiques. Dans ce contexte, nous avons montré que l’inhibition pharmacologique de PDK4, un des principaux inhibiteurs de la glycolyse, est bénéfique, retardant l’apparition des symptômes. En prenant compte des spécificités métaboliques des différents éléments de l’axe neuromusculaire, ce travail ouvre des nouvelles pistes thérapeutiques pour le traitement de la SLA. / Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) is a fatal degenerative disease characterized by loss of upper and lower motor neurons, denervation and skeletal muscle atrophy. ALS is accompanied by metabolic alterations that are early events in mouse models for ALS. The main objective was to identify molecular targets responsible for these alterations. For this, we analyzed several metabolic regulators localized in presymptomatic glycolytic muscle tissue of an ALS mouse model, the SOD1G86R. We identified a pre-symptomatic alteration of metabolic equilibrium, showing an inhibition of glycolysis accompanied by an upregulation of lipid catabolic pathway. This alteration has functional significance, being reflected in a modified capacity of SOD1G86R mice to adapt to different types of exercise. Pharmacological inhibition of PDK4, one of the main inhibitors of glycolysis, delayed disease onset, underpinning the importance of metabolic equilibrium in disease progression. Taking into consideration the metabolic specificity of the different elements on the neuromuscular axis, this work opens towards new therapeutic approaches for ALS.