Immunité

Les relations entre cellules immunitaires et tumeurs ont été précisées récemment. Il apparaît que dans certains cancers, l’inflammation est un constituant important du microenvironnement tumoral. En 2011, Robert Schreiber a développé le concept d’ « immunoediting » pour décrire les trois phases de la réponse immunitaire tumorale qui conduisent aux modifications de l’immunogénicité des cellules tumorales (Figure 15). La première phase est la phase d’élimination, où le système immunitaire reconnaît les cellules cancéreuses et est capable de les détruire. S’ensuit alors une phase dite d’équilibre, dans laquelle des clones tumoraux peu immunogènes qui ont survécu à la phase d’élimination sont maintenus dans un état de dormance par le système immunitaire, potentiellement pendant de longues durées.

56 Enfin, après une adaptation, les cellules tumorales acquièrent la capacité à contourner la réponse immunitaire par différents mécanismes, et la phase d’échappement immunitaire survient (Schreiber et al. 2011). La réponse inflammatoire favorise alors la cancérogenèse, la prolifération, l’angiogenèse, les métastases et la chimiorésistance.

Dans le cas du PDAC, la réponse immunitaire, initialement anti-tumorale, évolue clairement pour devenir pro-tumorale et favoriser le développement du cancer. Cette réponse est principalement constituée par les cytokines anti-inflammatoires comme l’IL-1, l’IL-8, l’IL- 10, le MCP-1 et le TGFβ produites par les cellules cancéreuses, les CAFs et par les cellules immunitaires du microenvironnement. Les cellules cancéreuses parviennent à échapper au système immunitaire, soit en évitant d’être détectées, soit en y devenant résistantes (Sideras et al. 2014). Ce chapitre décrira rapidement les principales populations immunitaires anti- tumorales, puis de manière plus détaillée les populations pro-tumorales du microenvironnement.

a) Populations anti-tumorales

i) Réponse innée

Les cellules tueuses naturelles, ou NK, sont capables de lyser sans activation préalable les cellules étrangères ainsi que les cellules altérées comme les cellules tumorales. Elles produisent des cytokines, dont l’IFNγ, et utilisent le système perforine/Granzyme B et les ligands de récepteurs de mort (FasL et TRAIL).

Les macrophages sont issus de la différentiation de monocytes attirés au sein des tissus par des sécrétions de cytokines, chimiokines, ou autres signaux cellulaires. Ils ont pour rôle de phagocyter les débris cellulaires et les agents pathogènes, sécrètent de grandes quantités de cytokines pro-inflammatoires (IL-1β, TNF-α), et activent les lymphocytes T en présentant des antigènes tumoraux (Martinez et al. 2014).

Les cellules dendritiques (DCs) font le lien entre immunité innée et adaptative, en jouant un rôle de sentinelle du système immunitaire. Elles expriment à leur surface des glycoprotéines membranaires du CMH (Complexe Majeur d’Histocompatibilité) dont la fonction va être de présenter des antigènes aux lymphocytes T et B dans les organes lymphoïdes. Les DCs reconnaisssent, capturent et dégradent les antigènes étrangers, et les apprêtent sur les molécules de CMH, devenant ainsi des DCs matures (Wörmann et al. 2014).

57 ii) Réponse adaptative

Les lymphocytes T et B composent la réponse immunitaire adaptative, et sont classifiés en différentes classes selon leurs marqueurs de surface qui déterminent leur fonction biologique. Les lymphocytes T CD8 sont dits cytotoxiques, ils reconnaissent les peptides présentés par le CMH-I des cellules tumorales et sont capables de les éliminer via le TNFα ou par l’activation de macrophages. Ils sont associés à un meilleur pronostic dans de nombreux cancers, notamment le cancer colorectal (Galon et al. 2006), ovarien (Sato et al. 2005), du poumon (Kawai et al. 2008) et du pancréas (Fukunaga et al. 2004). Malheureusement, au cours de la progression tumorale et donc de l’échappement immunitaire, la proportion de LTs CD8+ diminue et ces cellules perdent également leurs marqueurs d’activation biologique (Yu et al. 2012). Nous avons vu que cette immunosuppression pouvait impliquer les CAFs, mais nous verrons que d’autres sous-populations immunitaires peuvent bloquer les effets cytotoxiques des CD8.

Les lymphocytes « helper » CD4 soutiennent l’activation des LTs CD8+, des lymphocytes B et des macrophages via la sécrétion de cytokines comme l’IL2. On distingue plusieurs sous-populations de LTs « helper », avec des rôles plutôt ambigus dans le contexte tumoral. Néanmoins, on considère plutôt que les Th1 sont anti-tumoraux, ils produisent de

l’IFNγ, activent les CD8 cytotoxiques ainsi que les macrophages. Les Th2 sont quant à eux

plutôt associés à un mauvais pronostic dans plusieurs cancers dont celui du pancréas, mais ils peuvent également exercer des fonctions anti-tumorales (De Monte et al. 2011).

Les lymphocytes B sont responsables de l’immunité humorale, puisqu’ils produisent, après différentiation au contact d’un antigène des anticorps dirigés contre cet antigène pour le neutraliser. Plusieurs sous-populations de lymphocytes B ont été identifiées, avec des effets pouvant être protumoraux. Certains lymphocytes B sécrètent des cytokines capables d’induire le recrutement de lymphocytes T régulateurs, et d’inhiber la réponse T CD8 (IL-4, IL-10, TGFβ) (Fremd et al. 2013). Plus récemment, Lee et ses collaborateurs ont mis en évidence que la délétion du « hypoxia inductible factor 1α » (HIF1α) accélérait le développement de lésions cancéreuses dans un modèle murin Kras-muté, et que cet effet était associé à une forte accumulation de lymphocytes B au sein du pancréas. La déplétion de ces lymphocytes par un anticorps anti-CD20 inhibait le développement de lésions cancéreuses dans ce modèle< (Lee et al. 2016).

58 Au cours de l’immuno-échappement, de nombreux mécanismes comme l’absence de reconnaissance des antigènes tumoraux, ou l’immunosuppression par d’autres cellules immunitaires empêchent les lymphocytes de jouer leur rôle anti-tumoral. Il a également été montré récemment que la tumeur imposait des restrictions métaboliques qui restreignaient la réponse des cellules T (Chang et al. 2015).

Figure 16 : Différents acteurs de l’immunité anti-tumorale (https://www.creative- diagnostics.com/Tumor-Immunity.htm)

b) Macrophages associés aux tumeurs

Au niveau de la réponse innée, les macrophages associés aux tumeurs ou TAMs sont les composants les plus importants. Les macrophages sont recrutés et passent d’un phénotype M1 (pro-inflammatoire) à un phénotype M2 (anti-inflammatoire) sous l’action de cytokines du microenvironnement comme l’interleukine-10, le TGF-β, le SDF-1, la thrombospondine et

59 le CSF-1 (« colony stimulating factor-1 »). Les macrophages présentent des origines diverses, et l’équipe de DeNardo a identifié dans des modèles murins de PDAC deux origines associées à des fonctions biologiques particulières. En effet, si les macrophages provenant de l’activation de monocytes circulants avaient plutôt un rôle de cellule présentatrice d’antigène, les macrophages activés au sein du tissu pendant la progression tumorale étaient associés à des profils trancriptomiques fibrotique, avec un rôle dans la production de protéines et le remodelage de la matrice extracellulaire (Zhu et al. 2017). D’autre part, à des stades précoces de la carcinogenèse pancréatique, les macrophages infiltrant le pancréas sont impliqués dans le processus de transdifférentiation des acini. En secrétant des cytokines pro-inflammatoires comme la chimiokine RANTES et le TNFα, les macrophages induisent la métaplasie acino- canalaire par l’activation de la voie NFκB (Liou et al. 2013).

Des travaux récents de l’équipe de Varner ont mis en évidence un rôle majeur de l’isoforme p110γ de la sous-unité catalytique des PI3K de la classe 1B. Ils ont montré que, dans le PDAC, l’activité de cette lipide kinase dans les macrophages était responsable de la suppression de la réponse T cytotoxique, de la réaction fibrotique et du rôle pro-métastatique (Kaneda et al. 2016). De manière plus générale, ils ont démontré que la PI3Kγ était à l’origine d’un switch entre immuno-stimulation et suppression par les macrophages dans le cancer. La voie PI3Kγ inhibe l’activation de la voie NFκB, et active le facteur de transcription C/EBPβ, à l’origine de modifications transcriptionnelles qui favorisent l’immunosuppression et la croissance tumorale (Kanda et al. 2016).

Très récemment, Candido et ses collaborateurs ont montré que les macrophages étaient une sous-population leucocytaire majeure au sein du PDAC, et qu’ils contribuaient de manière importante au génotype squameux de l’étude de Bailey (mauvais pronostic, plus métastatique) (Bailey et al. 2016). Le ciblage des macrophages CSF1R-positifs induit une augmentation de l’apoptose des cellules cancéreuses, associée à une restauration de l’activité des cellules T (Candido et al. 2018). Les macrophages sont en effet capables d’inhiber la réponse des lymphocytes T via plusieurs mécanismes comme la production d’espèces réactives de l’oxygène ou la production de cytokines immunosuppressives comme l’interleukine-10 et le TGF-β. Ils sont également capables d’induire l’apoptose des LTs via le TNF et le monoxyde d’azote (NO) (Saio et al. 2001), et ils produisent également de l’arginase- 1, une enzyme qui métabolise l’arginine nécessaire à la prolifération des LTs au sein du microenvironnement (Rodriguez et al. 2004). Ils jouent aussi un rôle important dans l’invasion

60 en influençant le remodelage de la matrice extracellulaire (Afik et al. 2016) et en produisant des stimuli chimiotactiques comme l’EGF et l’interleukine-1b. Les TAMs sont aussi largement impliquées dans la cascade d’invasion/métastase, cet aspect sera traité en détail dans la troisième partie de ce travail (Figure 17).

Figure 17 : Implications des TAMs dans la progression tumorale (Rogers et Holen 2011)

c) Neutrophiles associés aux tumeurs

En 2009, une étude de l’équipe d’Albelda a montré que, au même titre que plusieurs phénotypes de macrophages avaient été mis en évidence, les neutrophiles associés aux tumeurs pouvaient également avoir plusieurs états d’activation et de différentiation et étaient classifiables en TAN « N1 », anti-tumoraux, et TAN « N2 » protumoraux (Fridlender et al. 2009). En effet, dans un contexte tumoral et sous l’effet du TGFβ notamment, les neutrophiles passent du phénotype N1, avec l’expression de cytokines et chimiokines, de bas niveaux d’arginase, et la capacité de tuer les cellules cancéreuses in vitro, au phénotype N2. Les TANs

61 N2 ont une signature moléculaire proche de celle des macrophages M2, ils favorisent la croissance tumorale en produisant des facteurs angiogéniques et des MMPs, répriment la réponse immunitaire anti-tumorale, et sont largement impliqués dans l’apparition de métastases (Shaul et Fridlender 2018).

d) Cellules myéloïdes suppressives MDSC

Les cellules myéloïdes suppressives, ou MDSCs sont des cellules immunitaires immatures, d’origine myéloïde, et à propriétés immunosuppressives. Dans des souris développant un PDAC, elles sont retrouvées en grandes quantités dans la rate et dans les tumeurs pancréatiques (Bayne et al. 2012). Ce sont des cellules immatures capables de se différencier en cellules dendritiques, en macrophages ou en granulocytes, qui affectent à la fois la réponse innée et adaptative. Elles proviennent de précurseurs souches hématopoïétiques, notamment sous l’action du GM-CSF ou de l’IL-1β produits par les cellules cancéreuses pancréatiques (Bayne et al. 2012 ; Tu et al. 2008). Dans des modèles de cancer du sein, Walte et ses collaborateurs montrent que l’activation de la voie mTOR dans les cellules cancéreuses, en favorisant la sécrétion de G-CSF, stimule aussi l’accumulation de MDSCs (Welte et al. 2016). L’expression du facteur de transcription Snail (inducteur de l’EMT) dans les cellules cancéreuses ovariennes induit une augmentation de sécrétion de CXCL1 et CXCL2, des ligands de CXCR2, et va favoriser la migration des MDSCs au site tumoral (Taki et al. 2018). Enfin, il a été montré récemment que l’hypoxie au sein des tumeurs, via le facteur de transcription HIF-1, favorise également le recrutement de MDSC. Dans un modèle de cancer du foie, les auteurs ont démontré que HIF-1 induit l’expression d’une enzyme (ectonucleoside triphosphate diphosphohydrolase 2) qui convertie l’ATP en AMP, maintenant les MDSCs dans un état indifférencié et empêchant ainsi leur différenciation en cellules dendritiques (Chiu et al. 2017).

Morphologiquement, les MDSCs ressemblent à un mélange de monocytes et granulocytes, et deux sous-types majeurs de MDSCs ont été décrits : les MDSCs granulocytiques (G-MDSC) et monocytiques (M-MDSC) (Movahedi et al. 2008). Les G-MDSC utilisent plutôt les espèces réactives de l’oxygène pour l’immunosuppression avec des contacts directs avec les cellules T, tandis que les M-MDSC utilisent l’iNOS, l’arginase et la

62 sécrétion de cytokines, et ne nécessitent pas de contact cellule-cellule (Youn et al. 2012). Une étude récente de l’équipe de Korkaya met aussi en évidence une infiltration spatio-temporelle différente des sous-types de MDSCs, avec plutôt une infiltration de la tumeur primaire par les M-MDSC et des sites métastatiques par les G-MDSC (Ouzounova et al. 2017).

Leur action immunosuppressive passe par plusieurs facteurs (Figure 18), dont la séquestration de cystéine, un acide aminé essentiel à l’activation des lymphocytes T ; par l’expression de hauts niveaux d’arginase, ce qui conduit à un manque de L-arginine nécessaire à la synthèse de protéines par les lymphocytes T ; par la production d’espèces réactives de l’oxygène ou de TGF-β. Ces différents facteurs inhibent les fonctions des lymphocytes T et des cellules NK (Bayne et al. 2012 ; Pergamo et Miller 2017). La déplétion de MDSC dans des GEMM de PDAC entraine une accumulation de LT CD8+ activé au sein de la tumeur, et augmente l’apoptose des cellules cancéreuses (Stromnes et al. 2014). L’autophagie a également été démontrée comme une voie importante de l’immunosuppression par les MDSCs. Chez des patients et des souris atteints de mélanome, les MDSCs présenent des hauts niveaux d’autophagie, et la suppression de l’autophagie dans les cellules myéloïdes entraine un ralentissement de la croissance tumorale associé à un défaut de la dégradation lysosomale et à une réponse immunitaire anti-tumorale (Alissafi et al. 2018). De plus, via la sécrétion de TGFβ et d’IL-10, les MDSCs peuvent induire la polarisation des macrophages associés aux tumeurs ainsi que le développement de lymphocytes T régulateurs immunosuppresseurs (Pergamo et Miller 2017).

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Figure 18 : Implications des MDSCs dans la progression tumorale (Millrud et al. 2017)

e) Lymphocytes T régulateurs

Les lymphocytes T régulateurs appartiennent à la réponse inflammatoire adaptative. Ils expriment la chaîne α du récepteur de l’IL-2 (CD25) et le facteur de transcription Foxp3 (Forkhead box P3) (Fontenot et al. 2003). Physiologiquement, ils sont impliqués dans la régulation des réponses des lymphocytes T effecteurs, et sont essentiels pour la tolérance aux antigènes du soi et aux antigènes non dangereux. Dans un contexte tumoral, ils vont être recrutés et exercer des fonctions immunosuppressives qui seront cette fois délétères (Figure 19). L’accumulation de lymphocytes T régulateurs ou LTreg chez les patients est corrélée à une diminution de l’infiltration des LTs CD8+ et à un mauvais pronostic dans différents cancers dont celui du pancréas (Curiel et al. 2004 ; Hiraoka et al. 2006). Plusieurs publications

64 importantes ont été réalisées récemment, avec l’identification de mécanismes et de nombreuses cibles thérapeutiques potentielles dans les LTreg.

L’inhibition de la réponse immunitaire passe par l’expression de CTLA-4 (Cytotoxic T- Lymphocyte Antigen 4), une protéine qui régule négativement la réponse immunitaire en interagissant avec les molécules de co-stimulation CD80/CD86 à la surface des cellules dendritiques, inhibant ainsi le signal dans les lymphocytes T (Wing et al. 2008). Ils expriment aussi le PDL1, qui va lier PD1 (Programmed cell death 1), une molécule de co-stimulation négative à la surface des lymphocytes activés. Les LTreg produisent aussi l’IL-10 et le TGF-β qui bloquent les réponses T antigène-spécifiques, ainsi que l’enzyme IDO (Indoleamine 2,3- dioxygénase) qui catabolise le tryptophane, un acide aminé essentiel aux lymphocytes T effecteurs. Enfin, le récepteur à l’IL-2 à la surface des LTreg va capter l’IL-2 et induire une carence qui va limiter l’activation des LTs CD8+ (Chinen et al. 2016). Il a aussi été montré très récemment que les LTreg induisaient des dommages à l’ADN aux lymphocytes T effecteurs via une compétition métabolique (d’avantage de transporteurs de glucose dans les LTreg en comparaison aux LTs effecteurs), et par suite la sénescence des LTs. Cette sénescence passe par les voies STAT et MAPK, et peut être prévenue en inhibant la signalisation STAT dans les lymphocytes (Liu et al. 2018). L’équipe de Zou a également mis en évidence que sous des conditions de stress oxydatif, les LTreg pouvaient entrer en apoptose, et que ces LTreg apoptotiques convertissaient de grandes quantités d’ATP en adénosine via CD39 et CD73, entrainant ainsi une immunosuppression médiée par le récepteur A2A à l’adénosine (Maj et al. 2017). L’équipe de Vignali a aussi démontré que l’interaction entre la sémaphorine-4a, un ligand exprimé par les cellules immunitaires (lymphocytes T, celules myéloïdes), et le récepteur neuropiline-1 (Nrp1) des LTreg jouait un rôle important dans la survie des LTreg via la voie Akt/mTOR, et était nécessaire à leurs fonctions immunosuppressives (Delgoffe et al. 2013). Un pourcentage important de LTreg Nrp1-positifs corrèle avec un mauvais pronostic, notamment dans le mélanome. Au sein d’une même tumeur, les LTreg Nrp1-déficient produisent de l’IFNγ, qui fragilise les LTreg NRrp1-positifs, en améliorant ainsi la réponse immunitaire anti-tumorale et l’élimination des cellules cancéreuses (Overacre-Delgoffe et al. 2017).

La voie NF-κB est aussi très impliquée dans les fonctions des LTreg. Particulièrement, le proto-oncogène c-Rel de la famille des NF-κB est nécessaire à l’apparition et au maintien des LTreg. Dans des modèles de mélanomes, l’inhibition chimique ou génétique de NF-κB c-

65 Rel, la croissance tumorale est drastiquement réduite, et l’efficacité des immunothérapies anti-PD-1 est restaurée (Oh et al. 2017 ; Grinberg-Bleyer et al. 2017). L’équipe de Pan a également mis en évidence que la protéine YAP (Yes-associated protein), un co-activateur transcriptionnel de la voie Hippo, est fortement exprimée dans les LTreg et renforce l’expression de Foxp3 et les fonctions immunosuppressives des LTreg. Cet effet passe par une stimulation par YAP de la voie de l’activine, qui amplifie les voies SMAD et TGFβ dans les LTreg (Ni et al. 2018).

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