5 avril 2020 - Le potentiel antiviral de la chloroquine : 130 ans et toujours active ?

Le Comité de crise Covid-19 de la Société Française de Virologie - Association Loi 1901

Correspondance : Bureau de la Société Française de Virologie - contact@societe-francaise-de-virologie.fr

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Quelque chose de bleu, quelque chose de vieux

La chloroquine est une aminoquinoline de groupe 4 connue essentiellement pour son effet antipaludéen. Elle est dérivée d’un colorant synthétique, le bleu de méthylène dont le Dr Paul Ehrlich avait découvert, dès 1891, la capacité à détruire spécifiquement le parasite sans affecter les tissus voisins (revue en [0]). Un dérivé présentant une meilleure efficacité que la quinine utilisée jusqu’alors, la quinacrine, fut commercialisée en 1931. C’est le chimiste allemand Johan « Hans » Andersag, qui, par une ultime modification de la quinacrine, obtint la chloroquine (CQ) dont l’efficacité anti-parasitique était très supérieure, et qui contrairement à la quinacrine ne colorait pas les yeux et la peau en jaune…

Les propriétés anti-inflammatoires de la CQ furent découvertes opportunément durant la 2^e Guerre mondiale. Son indication clinique ne devint cependant envisageable qu’à partir de 1955, lorsque l’addition d’une chaîne bêta-hydroxyl permit de générer un composant à la toxicité 2 à 3 fois moindre, l’hydroxychloroquine (HCQ), pour une efficacité équivalente. L’HCQ est actuellement prescrite pour le traitement longue durée de maladies inflammatoires ou auto-immunes, telles que le lupus systématique érythémateux, l’arthrite rhumatoïde, l’arthrite idiopathique juvénile, ou le syndrome de Sjögren, à des doses quotidiennes supérieures à celles utilisées dans un traitement antipaludéen.

Toxicité

Les effets secondaires les plus fréquemment observés, à la posologie prescrite et pour l’indication clinique approuvée, sont maux de tête, nausées et vomissements, palpitations cardiaques, et plus rarement, rétinopathie et hyperpigmentation cutanée. Une étude réalisée en 2010, conduite sur environ 4000 sujets traités pour de l’arthrite rhumatoïde ou pour un lupus érythémateux, a démontré que la toxicité était significativement corrélée à la durée du traitement (c’est-à-dire à l’effet cumulatif de la dose), et que l’âge, la dose quotidienne et le poids du patient n’étaient pas des facteurs prédictifs [2]. Une étude postérieure, conduite sur environ 2000 patients traités pour de l’arthrite rhumatoïde depuis 5 ans minimum, relevait une incidence plus élevée, de 7,5 %, mais qui variait en fonction de la consommation quotidienne [3] La prévalence à 10 ans des rétinopathies chez les sujets ayant reçu quotidiennement 4-5 mg/kg/j, la dose moyenne usuellement prescrite, restait toutefois basse (2 %).

L’HCQ a également été testée chez des sujets atteints de cancer, seule ou en combinaison avec d’autres molécules, dans au moins sept essais thérapeutiques qui ont tous confirmé son innocuité et une bonne tolérance sur 2 mois à la dose de 400 à 600 mg/jour, et jusqu’à 1200 mg/jour dans deux études (revue dans [4]).

Structure et propriétés chimiques

Du point de vue chimique, CQ et HCQ sont des racémiques, c’est-à-dire des molécules chirales dont la synthèse génère à part égale des énantiomères lévogyres et dextrogyres (molécules en miroir). In vitro, on n’observe pas de stéréosélectivité (c’est-à-dire d’usage préférentiel d’un des deux énantiomères) de la CQ ou de l’HCQ contre la majorité des souches Plasmodium, ce qui n’est pas le cas pour tous les analogues de la CQ (revue dans [5]). L’absorption par voie orale ne semble pas non plus stéréosélective (75 % de la dose est absorbée au niveau de l’estomac, et induit potentiellement des nausées) mais la fixation à certains composés du plasma révèle un degré de stéréospécificité qui affecte la distribution respective et la concentration volumique des énantiomères dans le sang et dans les tissus.

La CQ/HCQ se présente sous trois formes à pH neutre : non protonée, mono-protonée et di-protonée. Les deux dernières formes étant chargées positivement, seule la forme non protonée peut traverser la membrane plasmique.

Propriétés biologiques et cellulaires

La CQ et l’HCQ présentent une affinité sélective pour certaines cellules sanguines comme les thrombocytes et les granulocytes, ainsi que pour l’albumine et l’alpha-1-glycoprotéine acide (ou orosomucoïde), deux protéines globulaires dont la sécrétion est augmentée en phase aiguë d’inflammation. Le pic de concentration dans le plasma est atteint entre 4 et 72 h, mais l’élimination urinaire est lente, avec un temps de rétention dans les urines pouvant aller jusqu’à plusieurs mois après l’arrêt du traitement [6].

Dans la cellule, la CQ/HCQ se comporte comme un agent lysosomotropique, c’est-à-dire ayant une attraction sélective pour les lysosomes, des vacuoles digestives contenant des enzymes destinées à la dégradation de molécules intracellulaires, les hydrolases. Ces enzymes ne sont actives qu’à pH acide. La séquestration de la forme protonée de la CQ dans ce compartiment entraîne l’augmentation du pH du lysosome, le rendant non fonctionnel [7-9]. C’est sur cette fonction cellulaire que repose l’efficacité de la CQ dans le traitement antipaludéen. Le parasite utilise en effet l’hémoglobine des érythrocytes de l’hôte comme source nutritive majeure. L’inhibition de la fonction lysosomale propre du parasite dans les érythrocytes (qui sont dépourvus de lysosomes) conduit à l’inhibition de l’autophagie et à l’induction de l’apoptose, permettant ainsi l’élimination du parasite [10].

Les voies de l’autophagie et de l’apoptose sont également considérées comme des cibles d’intervention thérapeutique en oncologie, les cellules cancéreuses ayant tendance à up-réguler l’autophagie dont elles sont dépendantes. Les premiers résultats de phases I et II font ressortir un bénéfice clinique de la CQ lorsqu’elle est utilisée en combinaison avec d’autres molécules thérapeutiques [4].

Propriétés anti-inflammatoires et immunosuppressives

Les propriétés anti-inflammatoires et immunosuppressives de la CQ, connues depuis les années 1950, sont à la base de l’indication pharmaceutique de la CQ pour le traitement à long terme de l’arthrite rhumatoïde ou du lupus. Toutefois, les mécanismes qui sous-tendent l’efficacité de ces traitements n’ont commencé à émerger que dans la dernière décade. L’hypothèse la plus communément admise jusque-là était que l’acidification du pH endosomal dans les cellules immunitaires inhibait l’activation des pattern recognition receptors (PRR) de la famille des toll-like récepteurs (TLR). Cette famille de récepteurs reconnaît les motifs nucléotidiques de type CpG présents dans la séquence des acides nucléiques et joue un rôle clé dans l’induction de la réponse inflammatoire [11, 12]

Toutefois, une étude de 2011, menée sur des cellules dendritiques plasmacytoïdes (pDC) ou des cellules monocytaires sanguines traitées au préalable par de la CQ, puis incubées avec des sera de patients atteints de lupus érythémateux systémique, montrait que la CQ n’exerçait qu’un rôle mineur, négligeable, sur l’acidification vésiculaire de l’endosome – rejoignant ainsi des observations antérieures –, mais interférait directement avec la fixation de ligands nucléotidiques de type CpG, bloquant ainsi la signalisation [13, 14]. Cet effet inhibiteur de l’HCQ sur la signalisation via les TLRs avait précédemment été observé dans une étude similaire, chez des patients atteints d’arthrite rhumatoïde [15]. Enfin, une étude très récente rapporte que l’HCQ agit également, chez ce type de patient, sur la dimérisation des TLR dans l’endosome, une étape également critique de la signalisation [16].

Propriétés antivirales et effets sur la réponse immunitaire à l’infection in vitro

La fusion à bas pH de certains virus, en particulier des virus à ARN, avec la membrane de l’endosome leur permet de libérer leur génome dans le cytoplasme après leur entrée dans la cellule, et représente une étape clé du cycle d’infection. Cette étape est une cible potentielle des aminoquinolines de type 4 comme la CQ et ses dérivés, qui sont chargés positivement [17]. L’inhibition de la fusion endosomale n’est cependant pas le seul mode d’action de la CQ/HCQ, comme l’ont montré des études sur différents virus dont l’entrée ne dépend pas de la fusion avec des vésicules à pH acide, tels que herpès simplex virus, rotavirus, le virus simien 40, ou encore le virus de la vaccine [18-21].

L’augmentation du pH des vésicules du réseau trans-Golgi a en effet des conséquences sur l’activité et/ou la synthèse de plusieurs enzymes cellulaires, dont les hydrolases acides, les pro-hormones convertases et les glycosyltransférases. Ces enzymes interviennent, directement ou indirectement à toutes les étapes du cycle viral, et dans certaines fonctions de la cellule-hôte détournées par le virus, telles que l’activation de l’autophagie. Leur dysfonctionnement altère également l’exécution de modifications post-traductionnelles critiques impliquées dans l’interaction virus/récepteur, comme la glycosylation, ou les clivages protéolytiques induisant le changement conformationnel final permettant à certains virus de passer d’une forme immature, non-infectieuse, à une forme mature infectieuse [22]. In vitro, selon la nature du virus et les conditions de traitement, la CQ/HCQ peut agir sur une ou plusieurs de ces étapes [23-27].

Nous avons présenté plus haut les propriétés anti-inflammatoires de la CQ via son interaction avec les TLRs dont la fonction est également d’alerter l’organisme de la reconnaissance d’une infection microbienne et de déclencher la réponse immunitaire adaptative. La signalisation se fait via l’interaction directe entre le TLR et les motifs CpG présents en l’occurrence dans les génomes viraux. La chloroquine inhibe ainsi l’autophagie et l’activation des TLRs après infection, réduisant ainsi la sécrétion de cytokines pro-inflammatoires, en particulier du TNF (facteur de nécrose tumorale, aussi connu sous le nom de cachexine), de l’interleukine-6, et de l’interféron gamma [28, 29]

Inversement, une étude a révélé un effet co-stimulateur de la CQ et d’une imidazoquinoline, le R848 sur l’activation du TLR7/8, impliqué chez l’homme dans la reconnaissance des virus ARN monocaténaire de polarité positive, une famille dont font partie, entre autres, les coronavirus [30]. Cet effet synergique est similaire à celui observé entre le R848 et des oligonucléotides contenant des motifs CpG [31]. Ces données suggèrent que, sous certaines conditions, la CQ/HCQ pourrait avoir un effet positif in vivo sur l’activation de la réponse à l’infection.

Données cliniques et précliniques

Les études cliniques en infectiologie incluant la CQ ou l’HCQ dans des protocoles à visée préventive ou thérapeutique présentent une grande hétérogénéité en termes de dose et de durée du traitement, leur rationnel n’étant jamais clairement explicité. Elles sont résumées dans le tableau 1, qui reprend à titre de comparaison le protocole curatif de l’infection à Plasmodium, et le protocole de traitement de l’arthrite rhumatoïde. Dans tous ces essais la molécule a été administrée per os.

Virus de l’immunodéficience acquise de type I, VIH-1 (rétrovirus)

Les thérapies anti-VIH-1 actuelles, en dépit de leurs capacités optimales à supprimer la virémie, peinent à restaurer la balance des CD4 et à réduire le taux de CD8 chez des sujets symptomatiques. Les études in vitro indiquent que la CQ, en plus de son activité antivirale, peut inhiber l’activation immune dans les pDCs (voir plus haut). Cet effet sur les pDCs a été confirmé in vivo dans un modèle de virus de l’immunodéficience simienne (VIS), mais sans conséquence sur la composition des cellules monocytaires sanguines [32].

Au moins neuf essais cliniques ont été conduits chez l’homme, toujours sur un petit nombre de patients, soit en monothérapie, soit en combinaison/comparaison avec un autre traitement (tableau 1) [33-42]. Six de ces études concluent à un bénéfice mineur, ou au mieux, équivalent à celui des thérapies actuelles, deux concluent à l’absence de bénéfice, et une décrit une exacerbation de la maladie [41]. Les schémas d’administration diffèrent au point qu’il n’y a pas d’études comparables, et il est difficile de tirer des enseignements de ces essais.

Enfin, un taux de transmission mère-enfant plus faible a été rapporté chez les femmes VIH-1 positives sous traitement antipaludéen et dont le cordon ombilical contenait de la CQ. Les enfants nés de ces mères avaient des taux de CQ plasmatique détectables à 15 et 18 mois [35]. Inversement, la chloroquine augmente la charge virale VIH présente dans le lait des mères, et l’allaitement est déconseillé [43].

Virus influenza de type A (paramyxovirus)

La chloroquine a été évaluée dans une seule étude, comme traitement préventif potentiel en cas de pandémie influenza de type H1N1 (tableau 1) [44]. Cette étude est la plus large réalisée avec la CQ dans le cadre d’une maladie virale (>700 sujets). Aucun bénéfice clinique n’a été relevé, que ce soit sur l’incidence de l’infection, ou sur l’incidence des cas sévères. Les études précliniques chez le furet, le seul animal développant les symptômes cliniques de la grippe après infection par le virus influenza, n’avaient pas montré non plus d’effet significatif [45]. Une étude plus récente réalisée dans un modèle d’infection létale chez la souris confirme que la CQ administrée per os est incapable de prévenir l’infection par une souche H1N1, mais relève un effet inhibiteur drastique sur la mortalité de la progéniture lorsque la CQ est instillée par voie nasale (50 mg/kg) (70 % survivants versus 0 % dans le groupe placebo) [46].

Virus chikungunya (alphavirus)

Trois études de thérapie post-infection ont été conduites, visant à améliorer le statut clinique des sujets infectés et, en particulier, à soulager les douleurs musculo-squelettiques et l’arthrite [47-49]. Aucun bénéfice clinique n’a été observé, dans les trois études, et deux d’entre elles ont noté des effets adverses tels qu’une augmentation des cytokines pro-inflammatoires [48, 49].

Dans l’article de Roques et ses collaborateurs de 2018 [49], une étude prophylactique conduite chez le singe macaque (Macaca fascicularis) conclut à une augmentation significative de la virémie associée à une clairance virale plus lente, comparée au groupe non traité, chez des singes ayant reçu de la CQ à 14 mg/kg par voie intraveineuse (IV) pendant 5 jours, puis ayant été infectés ce 5^e jour, 1 h après le 6^e traitement. Ces doses avaient été choisies pour obtenir une concentration plasmatique proche de l’IC50 observée in vitro contre le virus. Une exacerbation de la réponse interféron de type I, corrélée à la virémie plasmatique, une lymphopénie sévère, un retard dans l’apparition des immunoglobulines de type M (IgM) et des réponses cellulaires ont été observés chez les animaux traités.

Virus de la dengue (flavivirus)

Deux études ont été conduites chez des sujets infectés présentant de la fièvre et au moins deux autres symptômes associés à la maladie (douleurs retro-orbitale, douleurs musculaires, vomissements, éruption cutanée) depuis moins de 72 h [50, 51]. Dans la première, conduite en 2010 chez des patients brésiliens [50], le traitement n’a eu aucun effet sur la durée de la virémie ou sur l’antigénémie NS1, un marqueur de la présence de virus infectieux. Dans la seconde, conduite en 2013 chez des sujets vietnamiens [51], les patients traités décrivaient une amélioration de leurs conditions vie s’atténuant à l’arrêt du traitement. Les paramètres biologiques n’ont pas été mesurés dans ces études.

Virus de l’hépatite C (hepacivirus)

Une étude pilote randomisée en triple aveugle et avec placebo menée sur un petit nombre de patients (10) a montré une réduction significative de la virémie chez des patients non-répondeurs à la thérapie IFN/ribavirine [52]. Une normalisation de certains paramètres anthropomorphiques, biochimiques, du taux de ferritine et du taux de vitamine C a, de plus, était observée chez la plupart des patients [53].

Virus Zika (flavivirus)

Un des défis majeurs lors d’une épidémie de Zika virus est la prévention de l’infection congénitale et du risque de microcéphalie associée. La présomption d’un effet positif de la CQ chez la femme enceinte est forte. Le rationnel en est présenté dans un article de 2018, préconisant son introduction urgente dans des études cliniques [54]. Ce rationnel repose sur un faisceau d’études in vitro et sur une étude in vivo qui a montré sa capacité à protéger des souris au stade fœtal de la microcéphalie induite par l’infection Zika [55]. Cette étude a été reproduite récemment dans un modèle murin [56]. Ici encore le mode d’action supposé est une inhibition du relargage du génome viral dans le cytoplasme depuis les vésicules d’endocytose et l’inhibition des mécanismes d’autophagie détournés par le virus pour augmenter sa réplication.

Coronavirus associé au syndrome respiratoire aigu, SARS-CoV-1 et -2 (coronavirus)

Compte tenu de l’ampleur de l’épidémie de Covid-19, trois études cliniques exploratoires ont été conduites simultanément, chacune sur un petit nombre de patients infectés par le SARS-CoV-2 (tableau 1) [57-59]. Deux études en France combinant l’usage de l’azithromycine à l’HCQ ont donné des résultats opposés : l’une d’entre elles, incluant des patients (n = 20) à un stade précoce de l’infection (dès la détection de l’infection par le SARS-CoV-2), décrit une réduction de la charge virale dans 75 % des patients traités [57], et l’autre, focalisée sur des cas présentant des facteurs de comorbidités (n = 10/11) à un stade avancé de la maladie, n’a observé ni bénéfice clinique, ni diminution de la charge virale [58]. Par ailleurs, une étude randomisée publiée par une équipe chinoise incluant des patients infectés (n = 31) avec un stade de pneumonie déclarée, démontre une amélioration clinique suite au traitement avec l’HCQ seule et favorise un rétablissement plus rapide que le groupe placebo [59]. Ces études conduites au lit du patient nécessiteraient d’être confirmées sur un plus grand nombre de cas.

Dans le cas du SARS-CoV-1, la CQ a été évaluée chez la souris gestante C57BL/6 pour sa capacité à protéger les souriceaux de 5 jours contre une épreuve létale avec virus (voie intracrâniale). Les résultats ont montré que l’administration de CQ deux jours avant la délivrance conférait aux souriceaux nouveau-nés un taux de survie à 5 jours allant de 78 à 98 % selon la dose [60]. Les souriceaux acquéraient la CQ par voie transplacentale et par le lait maternel.

Analyse et recommandations

Au total, dix études ont constaté un bénéfice antiviral, généralement modeste de la CQ/HCQ, cinq n’ont décrit aucun effet, et quatre autres rapportent des effets aggravants (tableau 1, voir la colonne impact). L’hétérogénéité des protocoles, la définition des contrôles, des virus ciblés, et la rareté des études dans certains modèles font qu’il est difficile d’en tirer un enseignement ou des prédictions pour d’autres modèles infectieux. La plupart des essais cliniques ont été lancés sur la base de résultats in vitro. Les résultats tendent à montrer que lorsqu’un modèle préclinique est disponible, les résultats cliniques sont mieux corrélés, ce qui plaide pour le développement systématique de tels modèles, préalablement à toute étude.

La chloroquine et ses dérivés sont utilisés chez l’homme depuis plus de 100 ans pour lutter contre un parasite provoquant le paludisme, mais pour autant la connaissance de leur mode d’action dans d’autres modèles infectieux a proportionnellement peu évolué dans les 20 dernières années, et ce bien que leur potentiel dans la lutte antimicrobienne soit suggéré depuis longtemps [61]. Cette connaissance repose essentiellement sur les informations acquises dans des études concernant les deux seules indications médicales approuvées (antipaludéen et anti-inflammatoire dans des étiologies non infectieuses).

La comparaison d’études conduites dans différents modèles infectieux, présentée ici, soulève à ce jour plusieurs questions non résolues, qu’il nous semble important d’adresser.

Études in vitro

Nous aurions besoin de développer une meilleure connaissance du rôle des différentes formes de la CQ/HCQ, de leurs proportions relatives, et de leurs propriétés pharmacodynamiques spécifiques, dans les conditions du modèle d’infection étudié, afin de mieux estimer l’impact éventuel des variations de lot à lot lors de la production.

Il serait également utile et important de développer d’autres dérivés de la CQ avant une activité antivirale in vitro, afin d’obtenir le meilleur candidat pour chaque type de virus. Cette suggestion est basée sur trois articles. Le premier montre une inhibition plus faible de la croissance du Plasmodium de la CQ, comparée à ses dérivés [62]. Le second, plus récent, montre que l’efficacité in vitro de la CQ et de l’HCQ envers Plasmodium est similaire, mais qu’elle est meilleure pour l’HCQ envers SARS-CoV-2[63]. Le dernier, tout juste publié, présente un criblage de molécules commerciales anti-infectieuses, comme les dérivés par la CQ, et souligne qu’il y aurait d’autres candidats d’intérêt limitant l’acidification des endosomes pour inhiber potentiellement la réplication du SARS-CoV-2 [64].

Études précliniques/cliniques

Des études supplémentaires seraient nécessaires pour évaluer l’impact de la voie d’administration.

La cinétique de traitement est un paramètre de suivi bien connu dans les infections aiguës. Au-delà du suivi classique de l’effet-dose et de l’effet de la fréquence des doses sur la charge virale et les paramètres immunitaires, il serait utile de suivre en parallèle la rétention plasmatique de la drogue (y compris des métabolites, dont les effets ne sont pas connus) et son excrétion urinaire, en particulier en cas d’administration répétée. La disponibilité d’un modèle préclinique est un prérequis. Les modèles biomimétiques basés sur la reconstruction in vitro d’organoïdes humains sont à envisager en l’absence de modèle animal pertinent.

Les critères d’efficacité nécessitent une attention particulière. Le critère de négativation du test de détection d’une infection virale quelle qu’elle soit, peut introduire un biais dans l’interprétation. Un test quantitatif serait plus à même de corréler la décroissance naturelle de la charge virale à celle induite par le traitement. Une étude complète devrait inclure la charge virale chez tous les patients de l’étude et des critères d’effets thérapeutiques avec des dosages immunologiques, comme par exemple des interleukines.

Le design expérimental – qui permet de définir le nombre de patients à inclure à la cohorte selon le nombre de paramètres que l’on souhaite étudier [65] –, ainsi que l’analyse multiparamétrique [66] – qui permet d’évaluer l’effet synergique de différents paramètres dans une même étude –, sont des outils mathématiques et statistiques à envisager afin de limiter la taille et le nombre d’études tout en recueillant le maximum d’information.

Conclusion : l’histoire continue

La chloroquine, avec ses dérivés, est une molécule présentant des propriétés antivirales pleïomorphiques puissantes démontrées in vitro et un potentiel thérapeutique que nous ne maîtrisons pas encore mais que les résultats cliniques laissent entrevoir. Les nombreuses études lancées au niveau international dans le cadre du Covid-19 nous en apprendrons sans doute certainement plus que les données accumulées depuis 130 ans. Celles-ci permettront probablement de clarifier son indication potentielle dans le traitement de l’épidémie de SARS-CoV-2 dans les mois qui viennent.

Tableau 1. Liste des études conduites à ce jour.

CQ : chloroquine ; HCQ : hydroxychloroquine ; j. : jour ; sem. : semaine ; m. : mois ; pos. : positif ; neg. : négatif ; nr : non renseigné ; na : non applicable ;

↑: augmentation ; ↓: réduction ; *: patients asymptomatiques ; **; femmes enceintes.

Liens d’intérêts

Les auteurs déclarent ne pas avoir de lien d’intérêt en rapport avec cet article.

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