Tolérance périphérique

La présentation d’une vaste variété d’antigènes du soi permet donc de sélectionner négativement les lymphocytes T auto-spécifiques. Cependant, tous les antigènes tissulaires ne sont pas exprimés dans le thymus , ou sont exprimés à des niveaux insuffisants pour induire la délétion de l’ensemble des cellules auto-spécifiques. Il en résulte la sortie de lymphocytes T matures auto-spécifiques, du thymus, et donc potentiellement autoréactifs (209, 210). Différents mécanismes de tolérance périphérique, mutuellement non exclusifs, permettent alors de neutraliser ces lymphocytes en périphérie, protégeant ainsi l’organisme des maladies auto-immunes (Figure 13).

a. Tolérance périphérique passive

L’ignorance : Plusieurs mécanismes peuvent être responsables de ce phénomène d’ignorance.

Chez l’adulte, l’ignorance réside principalement dans la séquestration des antigènes dans des sites dits "privilégiés", non accessibles aux cellules T autoréactives, tels que l’oeil ou les testicules (211). De plus, les molécules de CMH de classe I sont absentes ou faiblement exprimées à la surface des neurones et des cellules oculaires permettant une protection de ces cellules vis-à-vis des lymphocytes T CD8 cytotoxiques. L’ignorance peut aussi être due à une trop faible expression des antigènes, qui ne permet pas l’activation des lymphocytes T. Bien qu’elle permette l’absence de développement de maladie auto-immune à court terme, l’ignorance n’est pas un mécanisme suffisant de tolérance. En effet, il contribue à la persistance physique de lymphocytes T autoréactifs fonctionnels en périphérie. Ce phénomène peut donc être dangereux pour l’organisme. Par exemple, des signaux

L’anergie : L’anergie est un état d’inactivation fonctionnelle de la cellule T, qui devient

réfractaire à toute re-stimulation par l’antigène (214). Elle peut être induite in vitro par une forte stimulation des cellules T via leur TCR en l’absence de second signal de costimulation. L’état anergique se caractérise par une incapacité des cellules T à proliférer et à produire de l’IL-2, et il peut être levé par l’addition d’IL-2 (17). Bien que la simple absence de costimulation suffise à induire l’anergie in vitro, l’engagement de CTLA-4 semble être nécessaire pour permettre l’anergie des lymphocytes T naïfs in vivo. En effet, le blocage de CD80 et CD86 inhibe l’induction de tolérance et le blocage de CTLA-4 perturbe l’induction d’anergie (215). La molécule PD-1, fortement exprimée sur les cellules anergiques, a également été reconnue pour son implication dans l’induction d’anergie (216). Des souris déficientes pour cette molécule développent différents syndromes auto-immuns. Il a été suggéré que PD-1 fonctionnerait en inhibant la sécrétion de cytokines ou en induisant l’arrêt du cycle cellulaire. Il a aussi été décrit que de faibles stimulations pouvait aussi engendrer un état d’anergie mais uniquement sur des cellules T mémoires (217). Ces cellules anergiques peuvent jouer un rôle immunosuppresseur en inhibant la prolifération de cellules T naïves (tolérance infectieuse) (218) ou en inhibant la capacité des DC à stimuler des lymphocytes T naïfs (219).

La délétion : La façon la plus directe et sans doute la plus efficace de prévenir l’auto-

immunité est l’élimination physique des lymphocytes T autoréactifs (ou délétion) nommée AICD, et fait intervenir principalement le système Fas/FasL. L’importance de cette voie est soulignée chez des souris déficientes pour l’expression de Fas ou de FasL, dont le défaut conduit à une maladie auto-immune proche du lupus érythémateux (220, 221). De même chez l’Homme, un défaut dans la signalisation induite par Fas est à l’origine d’un syndrome lymphoprolifératif auto-immun important (ALPS) (222). L’apoptose en périphérie n’est pas exclusivement dépendante de Fas. D’autres mécanisme peuvent être mis en jeu comme le récepteur au TNF qui joue un rôle identique à Fas (223).

Déviation phénotypique: La déviation phénotypique et fonctionnelle est basée sur

l’orientation vers une réponse immune peu agressive, inadaptée ou favorable aux cellules qui la promeuvent. La déviation immune est le processus selon lequel un tissu manipule la réponse immunitaire pour se préserver des lésions inflammatoires, ce qui aboutit à privilégier la fonction humorale et inhiber l’inflammation et la cytotoxicité. D’autre part, la diversion phénotypique est l’orientation, notamment par la sécrétion de cytokines, vers une réponse qui bien qu’effectrice est non pathogène ou inadaptée. Ainsi, la mise en place d’une réponse Th2

peut s’avérer protectrice contre les pathologies de type I, et vice-versa (224). L’illustration en est donnée par l’étude des rats LEW et BN, dont la réponse immune est génétiquement orientée (225). Le premier, qui développe préférentiellement une réponse de type I, n’est pas susceptible aux désordres de type allergique et aux infections parasitaires, tandis que le second, dont la réponse est orientée Th2, est résistant à l’induction de l’EAE. Cette diversion de la réponse est couramment utilisée comme mécanisme d’échappement par les cellules tumorales et les agents infectieux qui favorisent une réponse inadaptée à leur élimination (226).

b. Tolérance périphérique dominante

Contrairement aux autres mécanismes de tolérance périphérique passive, il s’agit d’un processus actif dans lequel une population de cellules contrôle ou régule l’activité d’une autre population. À l’heure actuelle, différentes populations de lymphocytes T ont été identifiées comme dotées de capacités régulatrices leur permettant de contrôler les réponses immunitaires normale et pathologique. Ces cellules jouent un rôle indiscutable dans la tolérance périphérique, notamment en prévenant le développement de maladies auto-immunes. Ces cellules T régulatrices sont classées selon deux catégories : les cellules induites dans des

conditions de stimulations particulières et les cellules T régulatrices naturellement présentes dans l’organisme. Parmi les lymphocytes T induit figurent les Tr1 et les Th3. Les cellules Tr1 ont été décrites par le groupe de Roncarolo qui a montré que des cellules T CD4+ murines activées en présence d’IL-10 se différencient en cellules régulatrices produisant de forts taux d’IL-10, capables d’inhiber la colite auto-immune (227). Les Th3 sont des cellules qui ont été identifiées initialement chez la souris, où l’administration orale de MBP les protégeait du développement de l’EAE (228), puis chez l’Homme (229). Elles sont caractérisées par leur forte production de TGF-ß.

Les principales cellules régulatrices naturelles décrites sont des lymphocytes T CD4+, mais des cellules régulatrices ont également été décrites dans la population T CD8+ et dans d’autres types cellulaires, comme les cellules NKT (230, 231) et les cellules T γδ (232, 233).

De plus, les cellules dendritiques sont fortement impliquées dans la tolérance et dans l’induction des cellules régulatrices (234, 235).

Figure 14. Marqueurs des lymphocytes T CD4 régulateurs naturels.

Le marqueur le plus spécifique et le plus fiable des lymphocytes T régulateurs naturels CD4+ est le facteur de transcription Foxp3, qui est exprimé par la majorité des cellules T CD4+ CD25+ et par une partie des lymphocytes T CD4+ CD25-. Les lymphocytes T CD4 CD45RBhigh

, GITRhigh

ou CTLA-4+ contiennent la population cellulaire Foxp3+ chez les souris naïves. Mais Foxp3 étant un marqueur intracellulaire, son utilisation reste limitée. Le marqueur membranaire CD127 couplé au CD25 (CD127low/CD25High) permet une meilleure discrimination des cellules régulatrices.

D’après Sakaguchi et al. (236).

CD25+ CD127- Foxp3+ CD25+ CTLA-4+ GITRhigh CD45RBlow CD5high 0 20 40 60 80 100

c. Les lymphocytes T CD4 régulateurs

Au début des années 70, le concept de lymphocytes T régulateurs (Treg), capables d’inhiber une réponse immunitaire, est apparu. Le groupe de Gershon et Kondo a, en effet, montré que certains lymphocytes T, qu’il nomme lymphocytes T suppresseurs, différents des lymphocytes "helpers", pouvaient diminuer l’intensité de la réponse immune (237). Dès 1969, Nishizuka et al. montrent que la thyméctomie néonatale chez la souris induit le développement de manifestations auto-immunes spécifiques d’organes qui peuvent être prévenues par le transfert de cellules spléniques de souris normales adultes (238). Cependant, l’incapacité à identifier un marqueur de surface pour ces cellules ou des médiateurs solubles associés à leur fonction a conduit à l’essoufflement des recherches dans ce domaine, et à la contestation de l’existence des cellules T suppressives (Figure 14). Ce n’est qu’en 1982 puis 1985 que Sakaguchi et al. ont amené de nouvelles évidences dans la caractérisation des lymphocytes T suppresseurs en montrant que les cellules responsables pouvaient être restreintes au marqueur CD5high (ou Lyt-1high) (239, 240). Puis les recherches toujours plus précises ont conduit à la découverte de nombreux marqueurs. Tout d’abord, Powrie et al. ont montré que l’injection de la sous-population T CD4 CD45RChigh

à des rats congéniques athymiques induit le développement de pathologies auto-immunes multi-organes (59-61, 241). Au contraire, le transfert de cellules T CD4 CD45RClow

ne conduit à aucune maladie et le co-transfert de ces cellules avec les T CD4 CD45RChigh

prévient le développement de la maladie multi-organes. Ainsi, la population lymphocytaire T CD4 CD45RClow contient des cellules capables de contrôler diverses manifestations auto-immunes. Des résultats similaires ont été décrits chez la souris où les cellules T CD4 séparées sur la base de l’expression différentielle de CD45RB induisent ou contrôlent une maladie intestinale sévère (Inflammatory Bowel Disease) (242, 243).

Dans le milieu des années 90, les travaux de Sakaguchi et de ses collaborateurs ont donné un regain d’intérêt au concept de lymphocytes T régulateurs. Ils ont décrit pour la première fois le phénotype d’une population de cellules T CD4+ suppressives, définies par l’expression de la chaîne α du récepteur à l’IL-2 (CD25), cruciales pour le contrôle des

Figure 15. Mécanismes suppresseurs majeurs des lymphocytes T régulateurs.

Description des différents mécanismes suppresseurs de lymphocytes T régulateurs centrés sur quatre modèles d’actions. a. Les lymphocytes T régulateurs peuvent sécréter des cytokines suppressives (IL-10, IL-35 et TGF-ß) qui peuvent inhiber les fonctions des cellules T répondeuses. b. Les cellules Treg activées peuvent agir comme cellules cytotoxiques et tuer les cellules effectrices notamment via la voie perforine/granzymes. c. Les lymphocytes Treg expriment avec une forte proportion la chaîne α du récepteur à l’IL-2 (CD25) et ont la

capacité d’entrer en compétition avec les lymphocytes T effecteurs. Cette privation en cytokines va entraîner à l’apoptose de la cellule cible. Les Treg peuvent aussi inhiber les lymphocytes T effecteurs par la production d’adénosine qui va se fixer à son récepteur (A2AR). d. Les lymphocytes Treg peuvent exprimer à leur surface des molécules telles que CTLA-4 et LAG-3 qui peuvent interagir avec les DC et inhiber leur maturation et leur fonction. Ces molécules peuvent aussi entraîner la production d’une molécule immunosuppressive, l’indoleamine 2,3-dioxygenase (IDO) par les DC.

D’après Vignali, DAA et al. (246).

a. Cytokines inhibitrices b. Cytolyse

c. Perturbation métabolique d. Mécanismes mettant en jeu les cellules dendritiques

Cellule effectrice Cellule effectrice apoptotique Granzyme A ou B Pore de perforine TGF-ß membranaire Lymphocyte Treg A travers les jonctions gap Mort due à la déprivation en cytokines Inhibition de la maturation et de la fonction des DC

l’utilisation de CD127 (chaîne alpha du récepteur à l’IL-7) couplé au marqueur CD25 (CD127low

/CD25High

) permet une meilleure discrimination des cellules régulatrices par rapport aux cellules activées (247, 248). Un autre grand pas a été franchi dans l’identification des Treg avec la découverte du facteur de transcription Foxp3 (forkhead box P3) (249-251). Foxp3, un nouveau membre de la famille des régulateurs transcriptionnels forkhead/winged helix, a été identifié comme un facteur de transcription majeur pour le contrôle du développement et de la fonction des cellules Treg. En effet, l’expression ectopique de Foxp3 dans des cellules CD4+CD25- leur confère un phénotype et une activité de cellules suppressives (249-251). Les souches de souris Scurfy possèdent une mutation invalidant le gène Foxp3. Les souris mâles portant cette mutation (sur le chromosome X) développent une hyperactivation des lymphocytes T avec une surproduction de cytokines pro-inflammatoires et meurent dans les 1 mois après la naissance (252). Les individus exprimant une protéine Foxp3 mutée développent un syndrome IPEX (Immunedysregulation Polyendocrinopathy Enteropathy X linked ) associé à une immunodéficience associée à une maladie auto-immune dans plusieurs organes endocriniens (comme un diabète de type 1 et une thyroïdite), une maladie inflammatoire de l’intestin, une dermatite atopique et des infections fatales (253- 255). Cependant, la localisation intracellulaire de Foxp3 ne permet pas son utilisation pour identifier les Treg et chez l’Homme, son expression peut augmenter de façon transitoire dans les lymphocytes T activés sans pour autant leur conférer des fonctions régulatrices (256). La relation entre l’expression de Foxp3 par les lymphocytes T activés et la mise en place des fonctions suppressives reste un sujet de débat. Walker et al. montrent que l’expression de Foxp3 par les T CD4 CD25- activés est suffisante pour les convertir en cellules régulatrices (257). Or Gavin et al. montrent au contraire que la population Foxp3 induite n’est ni anergique, ni suppressive in vitro et que l’expression de Foxp3 est transitoire (258). Cette expression décline dans le temps lors de cultures prolongées.

Les Treg sont générés dans le thymus puis rejoignent les organes lymphoïdes secondaires (236). Ils ont la capacité de migrer dans les sites d’inflammation ou au niveau des tumeurs (259). Les mécanismes moléculaires précis par lesquels les cellules régulatrices inhibent l’activation et la prolifération d’autres cellules sont très controversés. À l’heure actuelle, plusieurs mécanismes de suppression ont été décrits : suppression par l’intermédiaire

• Les principales cytokines décrites comme médiateurs de la suppression des Treg sont

l’IL10 et le TGF-ß (246). Le rôle de l’IL10 secrété par les Tregs a été montré dans différents types de maladies auto-immunes (260). Dans des modèles d’allergie, d’asthme, de colites et dans certaines infections (hépatite B), l’IL-10 sécrétée par les Treg semble contribuer aux mécanismes de suppression des Treg (246). Mais son rôle dans la suppression médiée par les Tregs CD4+CD25+Foxp3+ reste encore controversé. En effet, des études in vitro utilisant des anticorps neutralisants contre l’IL-10 ou des lymphocytes T incapables de répondre à l’IL-10 suggèrent que cette cytokine ne joue pas un rôle essentiel dans la fonction des Treg. Différentes études réalisées dans des modèles de diabète et de gastrite comme dans certaines infections (Mycobacterium tuberculosis, toxoplasma gondii) montrent que l’IL-10 produite par les Treg n’est pas nécessaire à la protection des animaux (261). L’importance relative de la production d’IL-10 par les Treg comme mécanisme de suppression semble finalement dépendre du tissu, de la maladie et du système expérimental. L'IL-10 conduit à un blocage de la transcription des gènes des cytokines et à une inhibition de l'accumulation de leurs ARNm (262). Les effets inhibiteurs de l'IL-10 passent aussi par une inhibition de la phosphorylation de CD28 lors de la stimulation du récepteur de l'IL-10 (263). L'IL-10 a de nombreux effets biologiques sur d'autres types cellulaires du système immunitaire comme les macrophages et les cellules dendritiques (264). Elle module l’expression des cytokines (IL-1α, IL-1β, IL-6,

IL-12, IL-18, GM-CSF, TNF, …), des chimiokines (MCP1, MIP-1α, MIP-1β, Rantes, IL-8,

…) et des molécules de surface (CCR1, CCR2, CCR5, CMH de classe II, ICAM-1, CD80, CD86), avec des conséquences importantes sur la capacité de ces cellules à s’activer et à initier des réponses immunes et inflammatoires.

Le rôle du TGF-β est lui aussi très discuté. Piccirillo et collaborateurs ont montré que

le TGF- ß n’est pas requis pour la fonction suppressive in vitro (265) par contre son rôle dans le contrôle de la colite et du diabète chez la souris a été fermement établi (266-269). Le TGF- ß produit par les Treg semble aussi impliqué dans le contrôle de la réponse immunitaire à Mycobacterium tuberculosis et dans la suppression des réponses allergiques (261). Dans un modèle de colite, les Treg déficients pour le TGF-ß sont toujours capables d’enrayer le développement de la pathologie, mais l’injection simultanée d’anticorps anti-TGF-ß annule cette protection (270). De plus, si les lymphocytes T CD4 colitogènes expriment un dominant négatif du récepteur au TGF-ß de type II, les lymphocytes Treg ne sont plus capables de prévenir le développement de la colite. Ceci démontre que l’expression d’un récepteur fonctionnel du TGF-ß par les lymphocytes T effecteurs est nécessaire pour l’effet inhibiteur des Treg. Mais les Treg ne sont pas l’unique source de cette cytokine suppressive. Les Treg doivent donc stimuler la sécrétion de TGF-ß par une autre population cellulaire. Certaines

études ont suggéré que les cellules Treg CD4+CD25+ activées exprimaient à leur surface une forme membranaire du TGF-β, et qu’elles pourraient ainsi délivrer du TGF-β aux cellules

répondeuses directement par contact cellulaire (271). Le TGF-ß inhibe la prolifération des lymphocytes T, soit par inhibition de la signalisation par le récepteur de l'IL-2, soit par inhibition de la sécrétion d’IL-2 (272). Le TGF-β supprime la production d’IFN-γ et de TNF- α par les cellules T. De plus, il antagonise l'effet de l'IFN-γ et du TNF-α sur les macrophages,

supprime la production de NO et d'ions superoxydes. Le TGF-β altère l'expression des

molécules de costimulation, diminue l'expression des molécules du CMH de classe I et II sur les CPA (272, 273) et altère l'expression de nombreuses molécules d'adhésion, comme la E- selectine, modifiant ainsi les capacités d'adhésion des lymphocytes et des neutrophiles sur les cellules de l'endothélium vasculaire (274).

Une enzyme participant à la fonction des Treg a été mise en évidence, celle de l’HO-1 (heme oxygenase 1), enzyme de dégradation de l’hème dont l’expression serait contrôlée par Foxp3 (275). L’effet anti-inflammatoire de cette molécule a été démontré dans l’asthme allergique. Il pourrait être en partie médié par une induction de production d’IL-10 et de TGF- ß membranaire (276, 277).

Récemment, une nouvelle cytokine inhibitrice, l’IL-35, a été décrite. Cette cytokine est préférentiellement exprimée par les Treg et semble requise pour une activité de suppression maximale des Treg (278). En revanche, une récente étude, chez l’homme, a montré que les Tregs humaines n’exprimeraient pas l’IL-35 de façon constitutive (279).

• Les Treg peuvent aussi médiés leur effet suppresseur en entraînant des perturbations

dans le métabolisme des lymphocytes T effecteurs. Par exemple, la privation d’IL-2, fortement consommée par les Tregs, jouerait aussi un rôle dans les mécanismes de suppression en induisant l’apoptose des cellules effectrices (280). Cette diminution d’expression pourrait être due, au moins en partie, à la consommation compétitive de la cytokine par les Treg qui expriment le récepteur à un fort niveau (281). Les Treg peuvent aussi inhiber l’activation des lymphocytes T in vitro en inhibant la production d’IL-2 (282). Il faut cependant noter que les lymphocytes déficients pour CD25 restent sensibles à l’activité suppressive des Treg (283).

Récemment, un autre mécanisme de suppression des Treg a été découvert: il s’agit du transfert par les connexons (un pore par où diffusent les petites molécules hydrophiles ou les

cyclique, et que celui des lymphocytes T conventionnels augmente fortement lors de la suppression. Cette hausse et l’activité des Treg sont reversées en présence d’un inhibiteur des connexons. De plus, un des gènes les plus réprimés par Foxp3 est Pde3b (cyclic nucleotide phosphodiesterase 3b), l’enzyme qui hydrolyse l’AMP cyclique (285). Son expression forcée dans les Treg induit une perturbation de l’homéostasie et du programme transcriptionnel en aval de Foxp3.

En 2007, il a également été établi que la génération locale d’adénosine par les Treg contribuait à la création d’un microenvironnement suppresseur (286). L’adénosine relarguée par les cellules apoptotiques lors de l’inflammation constitue un mécanisme physiologique de rétrocontrôle sur les lymphocytes T activés qui expriment le récepteur à l’adénosine (A2AR). Les travaux du groupe de Robson ont identifié les ecto-enzymes CD39 et CD73 comme spécifiquement exprimées à la surface des Treg et participant à leur fonction régulatrice en catalysant la production d’adénosine. Encore plus récemment, il a été montré que la stimulation du récepteur A2A inhibait la production d’IL-2 et d’IL-6 au profit du TGF-ß. De ce fait, la sécrétion d’adénosine orienterait les lymphocytes T vers le lignage régulateur tout en inhibant les différenciations Th1 et Th17 (287).

• Certaines études suggèrent que la suppression pourrait être exercée par une interaction

directe entre la cellule Treg et la cellule T effectrice ou la CPA, notamment par l’intermédiaire de CTLA-4. Contrairement aux cellules T naïves, les cellules Treg CD4+CD25+ expriment constitutivement la molécule CTLA-4 et ses ligands CD80 et CD86 sont exprimés par les CPA et les lymphocytes T CD4 activés. Le blocage de CTLA-4, par l’administration d’un anticorps anti-CTLA-4 bloquant, induit chez la souris naïve des