Lors de la découverte de l'IL-23 et de l'IL-27, les premières études fonctionnelles indiquaient un rôle complémentaire de ces cytokines vis-à-vis des fonctions de l'IL-12, notamment dans l'induction et le maintien de la différenciation des réponses de type Th1. Grâce à une analyse de l'implication de ces cytokines dans divers modèles expérimentaux, il est maintenant clair que ces trois cytokines possèdent des fonctions bien distinctes.
4.3.1 L'IL-12
L'IL-12 est bien connue pour induire la prolifération des cellules NK, des T CD4+ naïfs et
des T CD8+ activés par l'engagement de leur TCR (Fig 28) 265-267 et est particulièrement
efficace pour induire la production d'IFNJ par ces cellules 268-271. Cette propriété de l'IL-12
repose sur sa capacité même à faible dose à induire la production d'IFNJ mais surtout à
coopérer avec d'autres stimulants. L'IL-2 ou le ligand du CD28 synergisent avec l'IL-12 pour l'induction d'IFNJ principalement par l'augmentation de la stabilité de son ARNm
272,273. L'IL-18 potentialise fortement les effets de l'IL-12 sur la production d'IFNJ 274-276. La synergie entre ces deux cytokines s'effectue d'une part au niveau transcriptionnel par
l'augmentation de la liaison de facteurs de transcription au promoteur du gène de l'IFNJ
et d'autre part au niveau de la capacité des cellules cibles à répondre étant donné que
l'IL-12 augmente l'expression des chaînes D et E du récepteur de l'IL-18 et que
l'expression de l'IL-12RE2 est induite par l'IL-18 273,277-279. Seule la coopération entre ces
deux cytokines active la production d'IFNJ par les macrophages, les DCs et les cellules B
280-283. Différents modèles ont démontré la relevance des effets de l'IL-12 sur les DCs et les macrophages notamment par l'induction de la production de NO et l'augmentation de l'expression du CMH de classe II, B7.1 et B7.2 284. Par ailleurs, l'IL-12 agit sur les DCs
pour augmenter sa propre production 247.
L'IL-12 joue un rôle essentiel dans la différenciation optimale des réponses de type Th1
notamment par l'induction d'IFNJ mais aussi en inhibant la production d'IL-4, cytokine de
type Th2 285,286. Ainsi l'IL-12 est nécessaire à la survie de l'hôte face à des pathogènes
intracellulaires comme Toxoplasma gondii et Leishmania major 287,288. Cependant, une
étude montre qu'en absence d'IL-12 ou du signaling de l'IL-12, il persiste des réponses Th1 résiduelles. Cette réponse, bien que limitée, assure une protection suffisante contre l'infection par T gondii dans des conditions où la production d'IL-10, cytokine
anti-inflammatoire, est inhibée 289. De plus, l'IL-12 est incapable d'induire de manière efficace
l'expression de T-bet, facteur de transcription essentiel pour la différenciation des cellules Th1, suggérant que l'IL-12 participe au maintien et à l'expansion des réponses
préalablement orientées vers un phénotype Th1 290. L'implication de l'IL-12 dans la
génération des Th1 a été mise en évidence par de nombreuses études utilisant des souris invalidées pour le gène de la p40 ou de l'IL-12RE1. La découverte de l'IL-23 a imposé une analyse plus fine des résultats obtenus et a permis d'éclaircir les incohérences
observées entre les souris p40-/- et p35-/-. Bien que plus sensibles que les souris de type
sauvage, les souris p35-/-, déficientes pour l'IL-12 mais pas pour l’IL-23, sont de manière
générale plus résistantes que les souris p40-/-, qui ne produisent pas d'IL-12 et d'IL-23, à
divers pathogènes tels que Listeria monocytogenes, Mycobacterium tuberculosis,
Francisella tularensis, Cryptococcus neoformans 291-296. Par la même occasion, le rôle de l'IL-12 dans le développement de maladies autoimmunes a été réexaminé. L'étude de modèles expérimentaux de maladies autoimmunes, tels que l'encéphalyte autoimmune expérimentale (EAE) ou l'arthrite induite par le collagen (CIA), avait mis en avant un rôle déclencheur de l'IL-12 297-299. Ces observations ont été confirmées par la prévention du
développement de la maladie chez les souris IL-12p40-/- et suite à l'utilisation d'anticorps
dirigés contre la p40 300-304. Le doute quant au rôle de l'IL-12 s'est installé lors de l'application de ces modèles aux souris p35-/- qui présentent une exacerbation de la
maladie indiquant que l'axe IL-12/IFNJ joue plutôt un rôle protecteur 305. L'utilisation des souris p19-/- a permis d'identifier l'IL-23 comme facteur critique dans le développement de ces maladies 306-308.
Concernant les réponses humorales, l'IL-12 diminue la production d'IgG1 et d'IgE et oriente le changement isotypique vers les IgG2a. En réalité l'IL-12 n'agit par directement sur les cellules B et cette propriété est dépendante de l'IFNJ 309.
Finalement, l’IL-12 possède une activité anti-tumorale. Chez la souris, l’IL-12 empêche l’apparition de différentes tumeurs 310,311 ou induit leur régression quand elles sont
constituées 312. Les mécanismes impliqués dans cette activité anti-tumorale sont
complexes et font intervenir l’immunité innée et acquise. La capacité de l'IL-12 à
augmenter l’activité cytotoxique des lymphocytes T CD8+, des cellules NK et NKT est
souvent impliquée 313. L’action anti-tumorale de l’IL-12 s’exerce également via son action
sur la production d’IFN-Ȗ et d'autres cytokines pro-inflammatoires qui possèdent des
effets toxiques direct au niveau des cellules tumorales ou par des mécanismes anti-angiogéniques314,315.
4.3.2 L'IL-23
Les premieres études concernant la fonction biologique de l'IL-23 ont montré une
importante capacité à induire la prolifération des lymphocytes T CD4+ mémoires activés
par des anticorps anti-CD3, anti-CD28 alors qu'il n'a pas d'effet sur la prolifération des T CD4+ naïfs. En plus de cet effet sur la prolifération, l'IL-23 induit la production d'IFNJ par
ces cellules mémoires 316. Ces résultats suggéraient un rôle déterminant dans le maintien
de la réponse Th1 mémoire mais l'absence d'anomalie dans le développement de cette réponse chez les souris p19-/- infectées par T gondii a remis en cause le rôle de l'IL-23 dans la réponse Th1 317.
Par la suite, l'identification des cellules effectrices de type Th17 et l'implication de l'IL-23 dans le maintien et l'expansion de ces cellules a révélé la principale fonction de cette cytokine (cf 1.4.4.1) 256. Par la comparaison des souris p35-/- et p19-/-, l'axe IL-23/IL-17 a ensuite été rapidement reconnu responsable de nombreuses pathologies autoimmunes comme l'EAE, la CIA et des modèles de maladie inflammatoire du tube digestif (IBD)
306,308,318-322.
Le simple fait que cet axe IL-23/IL-17 ait été maintenu au cours de l'évolution indique qu'il n'intervient pas uniquement dans le développement de maladies autoimmunes. Via l'induction d'IL-17, l'IL-23 participe au maintien de l'homéostasie des neutrophiles 323.
Par ailleurs, l'étude des réponses immunitaires des souris p19-/- vis-à-vis de différents pathogènes a mis en évidence un rôle de l'IL-23 dans les défenses contre des bactéries
telles que Klebsiella pneumoniae, Helicobacter pylori, Salmonella enterica,
Mycobacterium bovis, Mycoplasma pneumoniae ou encore Citrobacter rodetium 324-330. Selon le modèle infectieux, différentes populations cellulaires sont à l'origine de la
production d'IL-17. En plus des Th17, les cellules NKT, les T JG et les T CD8+ sécrètent de
l'IL-17 en réponse à l'IL-23 331. A côté du rôle de l'IL-23 dans les défenses contre des pathogènes bien spécifiques, la réponse inflammatoire initiale induite par l'IL-23 coopère sans doute avec la réponse immune effectrice induite par l'IL-12 pour le contrôle efficace des infections 332.
Dans un modèle de colite l’effet pro-inflammatoire de l’IL-23 passe par l’inhibition du
développement de cellules T régulatrices Foxp3+. Les différentes expériences indiquent
que l'IL-23 agit de manière indirecte sur les T regulateurs et que cette fonction est
indépendante de l'IL-17 mais dépendante d'un autre facteur encore non identifié 333.
Différentes études décrivent un rôle de l'IL-23 dans les réponses anti-tumorales. L'IL-23 est capable d'inhiber la croissance de diverses lignées cellulaires tumorales 334-337. En
l'absence de cellules T CD8+, l'IL-23 perd ses capacités anti-tumorales suggérant un rôle
prépondérant de ces cellules. Une équipe a cependant obtenu des résultats
contradictoires. Dans leur conditions expérimentales, les souris p19-/- sont résistantes au
développement de tumeurs induites par un agent chimique suite à une diminution de la production de facteurs inflammatoires importants pour l'induction de tumeur (comme la
matrix metalloproteinase 9) ainsi qu'une augmentation du nombre de T CD8+
cytotoxiques infiltrants 338. Il a récemment été montré que dans l'environnement tumoral
l'IL-23 augmente le recrutement et les fonctions suppressives de cellules T régulatrices
favorisant ainsi la progression tumorale 339. Ces résultats, en opposition avec ceux
obtenus dans le modèle colite, indiquent que les fonctions de l'IL-23 sont dépendantes du contexte environnemental. Une analyse plus appronfondie est donc nécessaire pour clarifier le rôle de l'IL-23 dans les réponses anti-tumorales.
4.3.3 L'IL-27
Les premières fonctions de l'IL-27 ont été découvertes par l'étude des réponse immunes chez les souris WSX-1-/-, déficientes pour la chaîne D du récepteur de l'IL-27. Dans des modèles d'infection par des bactéries ou des parasites intracellulaires, deux équipes ont mis en évidence l'importance de ce récepteur dans l'initiation des réponses Th1 340,341.
Les souris WSX-1-/- présentent une sensibilité accrue à l'infection par Listeria
ou parasitaire très élevée. Ces souris ont également un défaut de formation de
granulomes en réponse à une infection par Mycobacterium bovis 341. Dans ces
expériences, la production d'IFNJ par les lymphocytes T CD4+ dans la phase initiale de
l'infection est diminuée. Le rôle de l'IL-27 dans les défenses contre Leismania major a été
confirmé dans les souris EBI3-/- 342. L'IL-27, de par son rôle pro-Th1, participe également
au développement des maladies dans les modèles murins d'IBD spontanée chez les souris IL-10-/-, de diabète ou d'arthrite rhumatoïde 343-345. Il a ensuité été montré que
l'IL-27 induit l'expression de T-bet dans les lymphocytes T CD4+ naïfs et par conséquent
l'expression de l'IL-12RE2 32,346,347. La stimulation des T CD4+ naïfs par l'IL-27 n'est cependant pas suffisante pour induire une production optimale d'IFNJ laquelle requiert
une coopération entre l'IL-27 et l'IL-12 260. Deux autres mécanismes facilitent le
développement des Th1: l'IL-27 induit l'expression de molécules d'adhésion intercellulaire (ICAM-1) essentielles pour l'établissement des contacts entre l'APC et la
cellule T 348-350; il est aussi impliqué dans l'inhibition de l'expression de GATA-3, facteur
de transcription orientant la différenciation vers les réponses Th2 32. L'ensemble de ces résultats a fourni la base du modèle dans lequel l'IL-27 constitue un inducteur précoce de la prolifération et de la différenciation des réponses Th1 en conférant aux cellules T la capacité de répondre à l'IL-12. Cette dernière maintient et amplifie cette différenciation lymphocytaire dans la voie Th1 (Fig 29).
L'étude des réponses vis-à-vis d'autres pathogènes dont l'élimination dépend d'une réponse Th1 a révélé un rôle moins important de l'IL-27 dans la génération des réponses
Th1. Les souris WSX-1-/- infectées par Trypanosoma cruzi, Toxoplasma gondii,
Mycobacterium tuberculosis ou encore Leishmania donovani développent efficacement des réponses Th1 qui sont même plus importantes que chez les souris sauvages
264,351-354. Dans ces modèles, en l'absence du récepteur de l'IL-27, une augmentation de
l'activation, de la prolifération et de la production de cytokines pro-inflammatoires par les lymphocytes T est responsable de lésions importantes au niveau de différents organes pouvant parfois mener à la mort de la souris. Ces expériences ont mis en évidence une fonction immunorégulatrice inattendue de l'IL-27. L'implication de l'IL-27 dans l'initiation des réponses Th1, en apparente opposition avec les résultats ci-dessus, peut être expliquée par une influence du milieu cytokinique. En effet, l'infection par Leishmania major induit une production importante d'IL-4 lors de la phase précoce de l'infection. L'IL-27 intervient pour contrecarrer la différenciation de la réponse Th2 induite par l'IL-4
355. Le rôle immunosuppresseur de l'IL-27 n'est pas limité aux réponses Th1, il a
également été observé dans le cadre de réponses Th2 et Th17. Les souris WSX-1
-/-génèrent une réponse Th2 plus robuste et plus efficace que les souris sauvages suite à
de cytokines lors du développement d'asthme allergique diminuant ainsi l'inflammation
des poumons et l'hyper-réactivité des voies respiratoires 358,359. L'exacerbation des
symptomes chez les souris WSX-1-/- et p28-/- dans différents modèles d'EAE est associée
à une augmentation du nombre de Th17 dans le SNC 360-363. Cette propriété de l'IL-27 a
été confirmée dans d'autres modèles de maladies médiées par les Th17 tels que la CIA et
l'EAU (experimental autoimmune uvéoretinitis) 364,365. Le rôle direct de l'IL-27 dans
l'inhibition de l'expression de RORJT, facteur de transcription indispensable pour la
différenciation des Th17, a ensuite été démontré 363,366.
Plusieurs mécanismes permettent à l'IL-27 d'exercer un rôle régulateur sur l'ensemble des réponses effectrices. L'IL-2 est une cytokine produite par les cellules T activées et est nécessaire à leur prolifération. L'IL-27 inhibe cette production d'IL-2 par un mécanisme
dépendant de la protéine SOCS3 350,367. Bien que la neutralisation de l'excès d'IL-2
prolonge la survie des souris WSX-1-/- suite à l'infection par Toxoplasma gondii, il n'y a aucune évidence de l'implication de cette cytokine dans le développement d'EAE plus
sévère 361,367. Ces données suggèrent l'existence d'un mécanisme complémentaire. Il a
rapidement été découvert que l'IL-27 induit la production d'IL-10 par les cellules T CD4+
et ce quelles que soient les conditions de polarisation de ces cellules (Th1, Th2 ou Th17)
mais aussi par les cellules T CD8+ 368-370. De plus, la présence d'IL-27 induit la génération
de cellules double productrices d'IFNJ et d'IL-10 qui jouent un rôle régulateur au cours de
différentes infections 371-373. La génération de ces cellules IL-10+Tbet+ mais FoxP3
-représente un mécanisme majeur pour les effets suppresseurs de l'IL-27 369,374.
A côté des cellules T CD4+, l'IL-27 influence l'activité ou le développement d'autres cellules. Au niveau des T CD8+, la présence du récepteur de l'IL-27 est indispensable
pour leur sécrétion d'IFNJ en réponse à une infection par un virus ou un protozoaire 375.
Comme l'IL-12, l'IL-27 influence les réponses humorales en diminuant la production d'IgG1 et d'IgE ainsi qu'en orientant le changement isotypique vers les IgG2a. Cette
propriété est maintenue dans les souris IFNJ-/- indiquant que l'IL-27 agit par un
mécanisme direct sur les cellules B, contrairement à l'IL-12 376. L'effet de l'IL-27 sur les
cellules NKs et les mastocytes est controversé. Des études in vitro indiquent une
augmentation de l'activité de ces cellules suite à une stimulation par l'IL-27 alors que l'analyse de leur fonction dans des souris WSX-1-/- montre que l'IL-27 aurait plutôt un rôle suppresseur 260,351,356. Un effet négatif de l'IL-27 a également été décrit pour l'activité bactéricide des macrophages murins 377 ainsi que pour la fonction des cellules NKT dans des modèles d'hépatite induite par la concanavaline A ou de colite induite par
l'DGalcer 378,379. Cependant, des expériences réalisées sur des monocytes et macrophages
humains indiquent que l'IL-27 active ces cellules notamment dans le cadre de la réponse anti-HIV 380-382. L'étude de la différenciation des T régulateurs murins en présence
d'IL-27 indique un rôle inhibiteur; cependant chez l'homme, l'IL-d'IL-27 induit l'expression de Foxp3 suggérant une spécificité d'espèce concernant cette fonction de l'IL-27 383-385. Au niveau des APCs, les effets de l'IL-27 semblent également complexes car d'une part elle diminue la capacité de DCs à induire une réponse CTL des T CD8+ mais d'autre part augmente l'expression du CMH de classe II, du CD80 et CD86 chez les monocytes et
donc leur capacité à présenter l'antigène 386,387. Finalement, l'IL-27 agit directement sur
les cellules souches hématopoïétiques et coopèrent avec le SCF (stem cell factor) pour induire leur différenciation 388. La plupart de ces études sont préliminaires et une étude plus approfondie est nécessaire pour mieux définir les effets de l'IL-27 sur ces différentes populations cellulaires.
Tout comme l'IL-12 et l'IL-23, l'IL-27 a des propriétés anti-tumorales. La surexpression
d'IL-27 au sein de différentes lignées tumorales inhibe leur croissance 389-391. Les cellules
impliquées dans le rejet des tumeurs induit par l'IL-27 sont principalement les cellules T
CD8+ mais d'autres type cellulaires tel que les cellules NK peuvent intervenir 392,393. Une
étude a également montré que l'IL-27 possède une activité anti-angiogénique qui
participe à sa fonction anti-tumorale et anti-métastatique 394.
4.3.4 L'IL-35
La seule fonction biologique de l'IL-35 connue à ce jour est sa participation aux fonctions régulatrices des lymphocytes T régulateurs. L'inhibition de la prolifération est partiellement perdue lorsque des T effecteurs sont cultivés en présence de T régulateurs
déficients pour le gène EBI3 ou p35 240. Le rôle régulateur de l'IL-35 a été suggéré dans
deux modèles de maladie autoimmune. Dans le modèle de CIA, l'injection d'IL-35 diminue la sévérité des symptomes gâce à une réduction de la fréquence des cellules
Th17 395. Les T régulateurs jouent un rôle important dans le contrôle du développement
de colite. Dans ce modèle d'IBD, la maladie est induite par le transfert de T naïfs chez la souris Rag1-/- et les T régulateurs transférés quelques semaines plus tard réversent le développement de la maladie. Si des T regulateurs déficients pour EBI3 ou p35 sont transférés, les symptomes de la maladie continuent à s'aggraver 240. La découverte de cette fonction régulatrice de l'IL-35 impose sans doute une réinterpretation de l'augmentation de la sévérité de différentes maladies autoimmunes observée chez les souris p35-/- et EBI3-/- 305,306,366.
4.3.5 Les dimères de p40
Chez la souris, les homodimères de p40, capables de se lier au récepteur mais pas d'activer la cascade de signalisation, constituent un antagoniste de l’IL-12 in vitro et in vivo 396,397.
Récemment, des fonctions spécifiques de ces homodimères ont été découvertes. La stimulation de cellules microgliales par des homodimères de p40 induit leur production de
TNF(tumor necrosis factor)-E et d'IL-16, deux cytokines impliquées dans le
développement de maladie du SNC telle que l'EAE 398,399. La stimulation de cellules
microgliales provenant de souris p35-/-, IL-12RE1-/- et IL-12RE2-/- a confirmé que cette
propriété est uniquement dépendante de la p40 et indépendante de la p35 400,401. Dans
un contexte de maladie inflammatoire ou virale des voies respiratoires, les homodimères de p40 sont produits par les cellules épithéliales bronchiques humaines ou murines. Dans des modèles expérimentaux d'infection virale, les homodimères de p40 induisent un recrutement des macrophages et leur surexpression est associée au développement
rapide d'une réponse immune protectrice 402,403.