Caractéristiques de la population étudiée et de l'échantillon
L'analyse finale a porté sur 112 sujets, dont 64 dans le groupe d'infection et 48 dans le groupe témoin sans infection. Les caractéristiques démographiques de base étaient similaires entre les groupes, tandis que les paramètres de laboratoire liés à l'infection étaient plus élevés dans le groupe d'infection, comme indiqué dans le tableau 1. Les infections étaient principalement causées par des bactéries à Gram négatif, les principaux agents pathogènes bactériens étant Klebsiella pneumoniae, Pseudomonas aeruginosa et Acinetobacter baumannii. D'autres agents pathogènes étaient Streptococcus pneumoniae, Staphylococcus aureus, des agents atypiques, des virus et des infections mixtes.
Les taux de récupération du LBA ont atteint le seuil prédéfini d'au moins 40 % pour tous les échantillons conservés, avec des taux légèrement plus faibles dans le groupe infecté par rapport au groupe témoin (médiane de 48,3 % contre 53,3 %, p = 0,03), ce qui est compatible avec une inflammation accrue des voies respiratoires et une congestion muqueuse dans les voies respiratoires infectées. Étant donné que le volume récupéré différait également entre les groupes (58 mL contre 64 mL, p = 0,04), toutes les concentrations de cytokines rapportées pourraient être influencées par une légère différence intergroupe dans le facteur de dilution ; une analyse de sensibilité prédéfinie, limitée aux échantillons ayant un taux de récupération ≥ 50 % (n = 42 dans le groupe infection, n = 34 dans le groupe témoin), a reproduit le sens et l'ampleur de chaque comparaison intergroupe (modification maximale de l'effet < 8 %), indiquant qu’un biais de dilution ne peut vraisemblablement pas expliquer les différences observées. Le délai entre le prélèvement et le traitement était de 65 minutes pour le groupe infecté et de 62 minutes pour le groupe témoin, restant ainsi dans la fenêtre de 2 heures. Les critères de contrôle qualité (CQ) au niveau de l'échantillon indiquaient des résultats de haute qualité. Les comptages différentiels cytologiques ont été obtenus à partir d'au moins 400 cellules comptées dans les 112/112 échantillons (100 %). Les acquisitions par cytométrie en flux ont satisfait au critère prédéfini d'au moins 1 × 105 événements CD45⁺ dans les 112/112 échantillons (100 %), avec une viabilité médiane des cellules vivantes de 89,4 % (EIQ 85,6–92,8 %). Toutes les plaques de dosage multiplex des cytokines ont satisfait aux critères de CQ après une seule réexécution. Pour les 13 analytes, le coefficient de variation intra-essai (CV) était de 4,7 % (2,1–9,3 %, tous < 10 %), le CV inter-plaques des échantillons de CQ regroupés était de 11,2 % (6,8–18,4 %, tous < 20 %), et le nombre médian de billes était de 78 événements/analyte/puits (53–142, tous ≥ 50).
| Variable | Infection (n = 64) | Témoin (n = 48) | Valeur p |
| Âge, années, médiane [EIQ] | 62 [54–71] | 60 [52–68] | 0,41 |
| Hommes, n (%) | 38 (59,4) | 26 (54,2) | 0,59 |
| IMC, kg/m2, médiane [EIQ] | 23,8 [21,4–26,2] | 23,5 [21,6–25,7] | 0,66 |
| Antécédents de tabagisme, n (%) | | | 0,52 |
| Jamais | 28 (43,8) | 25 (52,1) | |
| Ancien fumeur | 22 (34,4) | 16 (33,3) | |
| Fumeur actuel | 14 (21,9) | 7 (14,6) | |
| Hypertension, n (%) | 27 (42,2) | 18 (37,5) | 0,62 |
| Diabète sucré, n (%) | 17 (26,6) | 10 (20,8) | 0,49 |
| Maladie coronarienne, n (%) | 11 (17,2) | 6 (12,5) | 0,51 |
| Insuffisance rénale chronique, n (%) | 5 (7,8) | 3 (6,3) | 0,76 |
| Indication de bronchoscopie, n (%) | | | — |
| Pneumonie communautaire | 35 (54,7) | — | |
| Pneumonie acquise à l'hôpital | 19 (29,7) | — | |
| Pneumonie associée à la ventilation | 10 (15,6) | — | |
| Nodule pulmonaire indéterminé | — | 23 (47,9) | |
| Anomalie radiographique persistante | — | 15 (31,3) | |
| Évaluation d'une toux chronique | — | 10 (20,8) | |
| Pathogène en cause, n (%) | | — | |
| Bactéries à Gram négatif | 28 (43,8) | | |
| Bactéries à Gram positif | 16 (25,0) | | |
| Pathogènes atypiques | 7 (10,9) | | |
| Virus respiratoires | 8 (12,5) | | |
| Infection mixte | 5 (7,8) | | |
| Ventilation mécanique au moment du LBA, n (%) | 14 (21,9) | 0 (0) | <0,001 |
| Exposition aux antibiotiques dans les 72 h précédant le LBA, n (%) | 41 (64,1) | 0 (0) | <0,001 |
| Volume instillé, mL, médiane [EIQ] | 120 [120–140] | 120 [120–140] | 0,84 |
| Volume récupéré, mL, médiane [EIQ] | 58 [49–68] | 64 [55–73] | 0,04 |
| Taux de récupération du LBAF, %, médiane [EIQ] | 48,3 [42,5–55,6] | 53,3 [46,2–60,5] | 0,03 |
| Délai de traitement, min, médiane [EIQ] | 65 [50–85] | 62 [48–80] | 0,55 |
| GB sanguins, × 10⁹/L, médiane [EIQ] | 11,8 [8,6–14,5] | 6,4 [5,3–7,8] | <0,001 |
| Neutrophiles sanguins, %, médiane [EIQ] | 78,5 [70,2–86,4] | 60,3 [54,6–66,8] | <0,001 |
| Protéine C-réactive, mg/L, médiane [EIQ] | 78,5 [42,6–128,4] | 4,2 [1,8–8,6] | <0,001 |
| Procalcitonine, ng/mL, médiane [EIQ] | 0,86 [0,32–2,45] | 0,05 [0,03–0,08] | <0,001 |
Tableau 1 : Caractéristiques démographiques, cliniques et de traitement du LBA de la cohorte d'étude. Les caractéristiques démographiques de base, les comorbidités, les indications de bronchoscopie, les agents pathogènes responsables, les paramètres procéduraux et les valeurs de laboratoire sanguines périphériques sont comparés entre les 64 participants du groupe infection et les 48 du groupe témoin sans infection. Les variables continues sont exprimées en médiane [intervalle interquartile] et comparées à l'aide du test de Mann-Whitney U ; les variables catégorielles sont exprimées en n (%) et comparées à l'aide du test du chi-deux ou du test exact de Fisher, selon le cas. Abréviations : BAL = lavage bronchoalvéolaire ; LBA = liquide de lavage bronchoalvéolaire ; IMC = indice de masse corporelle ; IIQ = intervalle interquartile ; GB = numération des globules blancs.
Visualisation du recrutement des neutrophiles dans le LBA
Un changement net du rapport, passant d'une population dominée par les macrophages à une population dominée par les neutrophiles, a été observé chez les sujets infectés, comme illustré dans la Figure 2. Les préparations au cytocentri fuge ont été colorées selon la technique de Wright-Giemsa, et la coloration a révélé une distinction nette entre les deux groupes : le groupe témoin présentait davantage de macrophages alvéolaires, quelques lymphocytes et peu de neutrophiles, tandis que le groupe infecté était dominé par les neutrophiles, montrant fréquemment des bactéries intracellulaires, des noyaux dégénérés et des granulations toxiques. Des comptages différentiels basés sur l'analyse d'au moins 400 cellules ont été utilisés pour confirmer ces différences, montrant que le rapport des neutrophiles augmentait d'une valeur médiane de 3,2 % (IQ : 1,8–5,6 %) dans le groupe témoin à 68,4 % (IQ : 49,2–82,5 %) dans le groupe infecté (p < 0,001), tandis que celui des macrophages alvéolaires diminuait de 88,2 % (IQ : 82,4–92,5 %) à 22,6 % (IQ : 12,3–38,5 %) (p < 0,001). Les pourcentages de lymphocytes étaient similaires entre les groupes (7,4 % [4,8–11,3 %] contre 6,5 % [3,4–11,2 %], p = 0,42).
Les analyses de sélection par portes et de réduction de la dimensionnalité ont confirmé et approfondi les phénotypes cellulaires observés par microscopie. Après exclusion des débris, des doublets et des cellules mortes, les granulocytes CD45⁺CD66b⁺ représentaient une médiane de 65,8 % (EIQ : 46,2–79,4 %) des leucocytes CD45⁺ dans le groupe infecté contre 4,1 % (EIQ : 2,3–6,8 %) dans le groupe témoin (p < 0,001). Au sein de la population de granulocytes, les neutrophiles matures CD15⁺CD16⁺CD11b⁺ représentaient 92,4 % (EIQ : 87,5–95,8 %) de tous les granulocytes dans le groupe infecté contre 88,6 % (EIQ : 82,3–93,5 %) dans le groupe témoin, indiquant que le pool de neutrophiles recrutés était principalement composé de cellules matures et pleinement différenciées plutôt que de précurseurs précoces. Les projections UMAP et t-SNE basées sur la matrice de protéines de surface transformée par l’arcsinh montraient des topologies presque identiques, dans lesquelles les cas d’infection occupaient une île marquée de neutrophiles matures CD15⁺CD16⁺CD11b⁺ peu peuplée dans les échantillons témoins, tandis que l’île de macrophages alvéolaires HLA-DR⁺CD14⁺ présentait le schéma inverse, densément peuplée dans les témoins et peu peuplée dans les cas d’infection. Le méta-clustering par FlowSOM a identifié 13 sous-populations, parmi lesquelles une sous-population de neutrophiles matures (38,4 % [22,6–56,2 %] contre 2,8 % [1,5–4,6 %], p < 0,001) et un groupe de neutrophiles activés CD16-faible CD11b-élevé (22,6 % [11,4–32,5 %] contre 0,4 % [0,1–1,2 %], p < 0,001) présentaient les expansions intergroupes les plus importantes.
En ce qui concerne le nombre absolu de neutrophiles, on a observé une augmentation d'environ 50 fois du nombre de neutrophiles dans le LBA du groupe infecté par rapport au groupe témoin. Le nombre total de cellules nucléées par µL de LBA est passé de 156 cellules/µL (IQ 88–232) dans le groupe témoin à 384 cellules/µL (IQ 180–712) dans le groupe infecté (p < 0,001), et les taux de neutrophiles sont passés de 5 cellules/µL (IQ 2–13) dans le groupe témoin à 262 cellules/µL (IQ 89–578) dans le groupe infecté (p < 0,001). Les différences par paires du pourcentage de neutrophiles et du nombre absolu entre les groupes sont restées très significatives après ajustement de Benjamini–Hochberg (BH) (q < 0,001).

Figure 2 : Visualisation du recrutement des neutrophiles dans le LBA. Des champs représentatifs d'empreintes cytocentifugées colorés selon Wright-Giemsa provenant d'un participant témoin et d'un participant infecté illustrent le passage d'un profil cellulaire du LBA prédominé par les macrophages à un profil prédominé par les neutrophiles. Une stratégie de sélection en quatre étapes en cytométrie en flux (FSC singulets → leucocytes viables CD45⁺ → granulocytes CD66b⁺ après exclusion des CD14⁺HLA-DR⁺ → neutrophiles matures CD15⁺CD16⁺CD11b⁺), une projection UMAP des données de cytométrie en flux transformées par arcsh avec superposition des 13 méta-clusters FlowSOM colorés selon l'annotation biologique, ainsi que des diagrammes en boîte des pourcentages de neutrophiles dans le LBA et de la concentration absolue de neutrophiles (cellules/µL, échelle logarithmique) sont présentés côte à côte afin de permettre une comparaison directe des phénotypes cellulaires identifiés dans les groupes infecté et témoin. Abréviations : LBA = liquide de lavage bronchoalvéolaire ; FSC = diffusion avant ; UMAP = approximation uniforme du variété et projection. Veuillez cliquer ici pour visualiser une version agrandie de cette figure.
Visualisation des profils de cytokines inflammatoires du LBA
Un modèle de réponses coordonnées à travers plusieurs axes de cytokines a permis de distinguer le groupe infecté du groupe témoin, et les cytokines ont été regroupées en trois modules fonctionnels cohérents, comme illustré dans la Figure 3. Le regroupement des concentrations de cytokines transformées selon le logarithme décimal et normalisées, effectué selon la méthode Ward.D2, a produit un dendrogramme clair en deux groupes d'échantillons, où les échantillons infectés et les témoins occupaient des extrémités opposées du dendrogramme, avec seulement sept participants mal classés (six témoins regroupés avec les échantillons infectés, principalement des cas de toux chronique présentant une inflammation neutrophilique des voies respiratoires légère, et un échantillon infecté regroupé avec les témoins, correspondant à une pneumonie atypique précoce). Le dendrogramme des analytes a défini trois groupes de cytokines. Le groupe de chimokines, composé de CXCL8, CXCL1, CXCL10, CCL2 et CCL3, a montré la plus grande variation d'expression entre les groupes infecté et témoin ainsi que la plus forte corrélation intra-module. Le groupe pro-inflammatoire, comprenant IL-1β, IL-6, IL-17A et TNF-α, a présenté des augmentations dans la même direction, bien que moins marquées. Le groupe régulateur, incluant IL-10, IL-1RA, IFN-γ et G-CSF, était également élevé dans les échantillons infectés, indiquant que la réponse n'était pas purement pro-inflammatoire mais mobilisait simultanément des voies de régulation et antivirales.
Les médianes (écart interquartile) de tous les analytes testés étaient plus élevées dans le groupe infecté par rapport au groupe témoin, et la valeur p ajustée était inférieure à 0,001 pour les 13 analytes après correction du taux de faux positifs basée sur la méthode de Benjamini-Hochberg (BH-FDR). Parmi les analytes, CXCL8/IL-8 présentait la concentration la plus élevée et la variation d'expression la plus marquée (passant de 68 [32–142] pg/mL dans le groupe témoin à 2 485 [842–6 520] pg/mL dans le groupe infecté, soit une augmentation d'environ 36 fois). Un profil similaire a été observé pour CXCL1/GRO-α, avec une augmentation d'environ 21 fois (78 [36–148] contre 1 672 [524–3 890] pg/mL). IL-1β a montré une augmentation d'environ 13 fois (5,8 [2,6–11,4] contre 78 [29–184] pg/mL). IL-6, IL-1RA et G-CSF ont présenté des augmentations de 13 à 16 fois (16,4 [7,8–30,5] contre 248 [82–612] pg/mL ; 112 [48–258] contre 1 748 [658–3 964] pg/mL ; 24 [10–52] contre 384 [125–912] pg/mL, respectivement). D'autres augmentations plus faibles comprenaient TNF-α (~8 fois), CXCL10/IP-10 (~9 fois), CCL2/MCP-1 (~8 fois), CCL3/MIP-1α (~10 fois), IL-10 (~10 fois), IFN-γ (~6 fois) et IL-17A (~4 fois).
L'analyse de la caractéristique opérationnelle du récepteur intra-cohorte a identifié l'IL-8 (AUC 0,94), l'IL-1β (AUC 0,92), l'IL-6 (AUC 0,91), la CXCL1 (AUC 0,91) et le G-CSF (AUC 0,89) comme les analytes présentant la meilleure discrimination individuelle entre les groupes infecté et témoin ; ces valeurs d'AUC résument la discrimination au sein de la cohorte d'analyse en l'absence d'un ensemble externe de validation distinct. Une analyse de sensibilité réalisée par imputation multiple par équations en chaîne (m = 20) a produit des estimations situées à moins de 5 % des médianes obtenues avec les cas complets pour chaque analyte, sans modifier l'ordre de grandeur des effets.
Des analyses de sensibilité préétablies ont été utilisées pour évaluer l'influence de l'exposition antérieure aux antibiotiques et du sous-type de pneumonie sur les différences observées concernant les cytokines. Lorsque les comparaisons principales entre groupes ont été répétées après exclusion des 41 participants du groupe infection (64,1 %) ayant reçu des antibiotiques dans les 72 heures précédant le lavage broncho-alvéolaire (LBA), les 13 analytes sont restés significativement plus élevés chez les 23 cas d'infection restants que chez les témoins, après correction BH-FDR (ajusté p < 0,001 pour les cinq principaux discriminateurs), avec des estimations ponctuelles légèrement supérieures plutôt qu'inférieures aux médianes de l'ensemble du groupe (par exemple, CXCL8/IL-8 : 2 860 [980–7 110] pg/mL et IL-1β : 92 [34–210] pg/mL), ce qui est compatible avec un effet d'atténuation partielle des cytokines des voies respiratoires dû à l'exposition aux antibiotiques avant le LBA. La stratification du groupe d'infection selon le sous-type de pneumonie a révélé le même ordre de classement des chimiotactiques et des cytokines pro-inflammatoires dans les pneumonies communautaires (n = 35), les pneumonies nosocomiales (n = 19) et les pneumonies associées à la ventilation mécanique (n = 10), le sous-groupe de pneumonie associée à la ventilation mécanique présentant les niveaux médians les plus élevés pour CXCL8, CXCL1, IL-6 et G-CSF ; le statut de ventilation mécanique n'a pas modifié le sens des comparaisons entre groupes.

Figure 3 : Visualisation des profils des cytokines inflammatoires dans le liquide de lavage broncho-alvéolaire (BALF). Carte thermique de regroupement hiérarchique des concentrations transformées en log₁₀ et normalisées par le z-score des 13 analytes mesurés chez les 112 participants, avec des barres d'annotation colorées au-dessus de la carte thermique indiquant l'affectation au groupe (contrôle, infection), le sous-type de pneumonie (pneumonie communautaire [CAP], pneumonie associée aux soins de santé [HAP] ou pneumonie associée à la ventilation [VAP]) et la catégorie de pathogène causal (bactérie à Gram négatif, bactérie à Gram positif, atypique, virale ou infection mixte). Les diagrammes en boîte des cytokines présentant les différences d'abondance les plus marquées (CXCL8/IL-8, IL-1β, IL-6, CXCL1/GRO-α, G-CSF et TNF-α ; échelle log₁₀, pg/mL) comparent les groupes infectés et les témoins. *** p < 0,001 après correction du taux de fausses découvertes selon Benjamini–Hochberg (BH). Abréviations : BALF = liquide de lavage broncho-alvéolaire ; BH = Benjamini–Hochberg ; CAP = pneumonie communautaire ; HAP = pneumonie associée aux soins de santé ; VAP = pneumonie associée à la ventilation. Veuillez cliquer ici pour visualiser une version agrandie de cette figure.
Visualisation couplée du recrutement des neutrophiles et des profils de cytokines
Le couplage des compartiments cellulaires et solubles a révélé une forte connexion biologique entre le recrutement des neutrophiles et le système des chimioattractants, comme illustré dans la Figure 4. Une représentation bidimensionnelle a été obtenue par analyse en composantes principales (ACP) de la matrice standardisée des cellules et des cytokines, la CP1 expliquant 51,1 % de la variance totale et la CP2 un supplément de 12,7 %, soit une variance cumulée de 63,8 %. La CP1 séparait le groupe infecté des témoins, caractérisée par des contributions fortement positives des neutrophiles du LBA, de CXCL8, CXCL1, IL-6, IL-1β et G-CSF, ainsi que des contributions fortement négatives des macrophages. La CP2 distinguait une trajectoire riche en chimioattractants (fortes contributions positives de CXCL8 et CXCL1) d'une trajectoire riche en régulateurs (contributions positives d'IL-10, d'IL-1RA et d'IFN-γ), de sorte que, au sein du groupe infecté, les participants tendaient à se répartir selon la gravité, les cas de pneumonie associée au respirateur nécessitant une ventilation mécanique se situant dans le quadrant à forte concentration de chimioattractants.
Les corrélations de rang de Spearman par paires entre 17 caractéristiques cellulaires et solubles ont révélé une forte corrélation positive entre le nombre de neutrophiles dans le LBA et l'axe global des chimiotactines (CXCL8 ρ = 0,78 ; CXCL1 ρ = 0,74 ; CCL3 ρ = 0,69 ; CCL2 ρ = 0,61 ; CXCL10 ρ = 0,54 ; toutes les valeurs de p ajustées < 0,001). Un deuxième niveau de corrélations significatives a été observé entre les taux de neutrophiles et l'axe pro-inflammatoire (G-CSF ρ = 0,65 ; IL-1β ρ = 0,62 ; IL-6 ρ = 0,58 ; TNF-α ρ = 0,51), suivi de corrélations modérément positives avec l'axe régulateur (IL-10 ρ = 0,45 ; IL-1RA ρ = 0,48). Le pourcentage de macrophages présentait une corrélation négative inversée avec les axes chimiotactique et pro-inflammatoire, de force similaire. Les corrélations intra-axe étaient nettement plus fortes que les corrélations inter-axe (médiane |ρ| intra-axe = 0,68 contre médiane |ρ| inter-axe = 0,33), ce qui soutient l'existence de voies de régulation en amont communes contrôlant les axes chimiotactique, pro-inflammatoire et régulateur.
Le réseau de corrélation a représenté ce couplage dans un graphe où les neutrophiles du LBA constituaient le nœud central le plus important, avec toutes les 13 connexions vers les cytokines résistantes à la correction BH pour tests multiples. Sur les 136 connexions par paires possibles entre les 17 caractéristiques, 99 ont satisfait au critère conjoint de |ρ| ≥ 0,30 et de p ajusté selon BH < 0,05 et ont été conservées. Le graphe du réseau de corrélation présentait une architecture modulaire claire en trois blocs, reflétant les groupes obtenus par regroupement hiérarchique : les connexions les plus denses et les plus fortes existaient entre le module des chimioattractants et le nombre ainsi que le pourcentage de neutrophiles dans le LBA, des connexions de poids intermédiaire reliaient le module pro-inflammatoire aux neutrophiles et au module des chimioattractants, tandis que des connexions fines en provenance du module régulateur faisaient le lien entre les blocs des chimioattractants et pro-inflammatoire. Le nœud représentant le pourcentage de macrophages se situait à l'opposé du bloc neutrophile–chimioattractant et y était relié par un éventail d'arêtes à poids négatif. Collectivement, l'ACP, la matrice de corrélation et le graphe du réseau ont révélé un schéma cohérent dans lequel l'infiltration de neutrophiles dans le LBA et la réponse en chimioattractants sont fortement associées au niveau individuel des participants, tandis que les voies pro-inflammatoires et régulatrices constituent des modules bien définis mais interconnectés autour de cet axe neutrophile–chimioattractant.

Figure 4 : Visualisation couplée du recrutement des neutrophiles et des profils de cytokines inflammatoires. Biplot d'analyse en composantes principales de la matrice standardisée des cellules et des cytokines, avec les participants colorés par groupe, carte thermique de corrélation de Spearman, et graphe en réseau de l'ensemble des 17 caractéristiques cellulaires et solubles (taille des nœuds selon le degré, arêtes dimensionnées selon |ρ| et filtrées selon une valeur p ajustée par Benjamini–Hochberg < 0,05 et |ρ| ≥ 0,30), mettant en évidence le centre neutrophile–chimiokine. Abréviations : BH = Benjamini–Hochberg ; PC = composante principale. Veuillez cliquer ici pour visualiser une version agrandie de cette figure.
DISPONIBILITÉ DES DONNÉES :
Le jeu de données au niveau des participants désidentifiés et le code d'analyse R utilisés dans cette étude sont fournis sous forme de Tableau supplémentaire S1 et de Fichier supplémentaire 1. D'autres données soutenant les résultats de cette étude sont disponibles auprès de l'auteur correspondant sur demande raisonnable.
Tableau supplémentaire S1 : jeu de données du LBA. Veuillez cliquer ici pour télécharger ce fichier.
Fichier supplémentaire 1 : Un fichier ZIP contenant les codes d'analyse. Veuillez cliquer ici pour télécharger ce fichier.