Anticorps monoclonaux comme substances thérapeutiques

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Forum Med Suisse 2008;8(8):140–143
Anticorps monoclonaux comme
substances thérapeutiques
Adrian F. Ochsenbein
Klinik und Poliklinik für Medizinische Onkologie, Inselspital Bern
Quintessence
( Les anticorps monoclonaux peuvent entraîner indirectement des réactions
cytotoxiques par l’activation du système du complément et/ou par le recrutement de cellules effectrices secondaires (par ex. cellules T, cellules NK [natural
killer], granulocytes). Les anticorps monoclonaux peuvent également intervenir
dans certains processus physiologiques cellulaires. Ils peuvent bloquer les récepteurs de certains facteurs de croissance à la surface des cellules ou neutraliser des ligands en circulation.
( L’utilisation d’anticorps murins était limitée par l’induction d’anticorps
humains anti-murins (HAMA). Il est cependant devenu possible, grâce à la
technologie génique, de produire des anticorps ayant une grande homologie
avec la molécule IgG humaine. Il s’agit des anticorps chimères (partie humaine
invariable, partie murine variable), des anticorps humanisés (seules subsistent
des séquences isolées d’acides aminés du CDR [Complementary Determining
Region] murin) et des anticorps monoclonaux entièrement humains.
( Grâce à la fabrication d’anticorps recombinants, il est devenu possible d’utiliser les anticorps monoclonaux de manière répétitive dans le traitement de
plusieurs maladies. Les anticorps monoclonaux sont utilisés aujourd’hui dans
le traitement de l’ostéoporose, des réactions de rejet des greffes d’organes, de
maladies auto-immunes, ainsi qu’en rhumatologie et en oncologie.
Summary
Monoclonal antibodies as therapeutic substances
( Antibodies are not toxic for a target cell per se but act either by blocking
vital signalling molecules on the cell surface or via a secondary effector mechanism including antibody-dependent cellular cytotoxicity (ADCC) or complement-dependent cytotoxicity (CDC). In addition, monoclonal antibodies block
central signalling pathways by binding to extracellular receptors or by neutralising their ligands.
( The therapeutic application of monoclonal antibodies of murine origin in
human disease was limited by the induction of human anti-mouse antibodies
(HAMA). The generation of chimaeric antibodies (the constant part of the antibody is human, the variable part is murine) lessened but did not eliminate the
murine content. Further elimination of rodent sequences enabled the production of humanised monoclonal antibodies (only amino acid sequences of the
CDRs are murine), followed by generation of fully human antibodies.
( The reduced immunogenicity of chimeric, humanised and fully human antibodies allowed repetitive application to patients with various diseases. Monoclonal antibodies are now established in the therapy of osteoporosis, transplant
rejection, autoimmune diseases, rheumatology and malignancy.
Introduction
Le potentiel thérapeutique des anticorps comme
«magic bullets» avait déjà été décrit par Paul Ehrlich en 1908. En 1975, Köhler et Milstein ont réussi
à fabriquer des anticorps monoclonaux à l’aide
de la technique de l’hybridome. Au cours des
25 dernières années, les techniques de biologie
cellulaire et moléculaire se sont affinées, si bien
qu’il est devenu possible aujourd’hui de fabriquer des quantités pratiquement illimitées d’anticorps monoclonaux murins, chimères et humanisés pour de nombreuses applications cliniques,
notamment dans la recherche, le diagnostic et le
traitement des maladies. Les premières applications thérapeutiques ont fait appel à des anticorps monoclonaux produits chez la souris (anticorps murins). Les injections d’anticorps murins
provoquaient cependant des réactions immunes
et entraînaient la formation d’anticorps humains
anti-souris (Human Anti-Mouse Antibodies –
HAMA). La découverte du fondement génétique
de la diversité des anticorps et la biotechnologie
du DNA recombinant ont, par la suite, ouvert
la porte aux formes partiellement humanisées
d’anticorps murins. Les anticorps monoclonaux
chimères, humanisés et entièrement humains
sont moins immunogènes, et induisent beaucoup
moins fréquemment la formation d’anticorps
anti-immunoglobuline dans le cadre de la pratique thérapeutique. Ces anticorps peuvent par
conséquent être utilisés de manière répétée durant une période prolongée. Les anticorps monoclonaux se sont ainsi largement imposés au cours
des dernières années dans le traitement de différentes formes de cancer, de certaines maladies
rhumatismales ou auto-immunes, de même que
dans le contrôle des réactions de rejet après
greffe.
De la souris à l’homme:
anticorps monoclonaux chimères,
humanisés et entièrement humains
Les premiers anticorps monoclonaux ont été fabriqués par la fusion d’une cellule B produisant
des anticorps et d’une lignée de cellules myélomateuses. Les cellules myélomateuses sont des
Vous trouverez les questions à choix multiple concernant cet article à la page 135 ou sur internet sous www.smf-cme.ch.
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lymphocytes B immortalisés ayant la faculté de
produire des anticorps. Cette fusion permet de
fabriquer des lignées cellulaires à très longue
durée de vie, capables de produire des anticorps
dont la spécificité peut être choisie [1].
L’anticorps anti-CD3 (Orthoclone OKT3®, muromonab-CD3) est un représentant de la première
génération. Il est utilisé dans le traitement du
rejet aigu après greffe d’organe et a été le premier anticorps monoclonal admis pour l’usage
thérapeutique chez l’homme. L’expérience clinique a montré que le muromonab-CD3 doit être
utilisé en association avec d’autres médicaments
immunosuppresseurs pour prévenir la réponse
immunitaire contre l’anticorps murin. Les anticorps HAMA peuvent néanmoins apparaître
malgré l’application simultanée d’une immunosuppression intensive. Une réaction immune
contre le muromonab-CD3 affaiblit la liaison
avec le CD3e et peut affaiblir l’effet thérapeutique.
La demi-vie normale du muromonab-CD3 dans
la circulation est de 18 heures. Après le développement d’anticorps HAMA, le muromonab-CD3
peut être éliminé de la circulation en quelques
heures seulement. On a également décrit la formation d’anticorps IgE circulants contre le muromonab-CD3 pouvant déclencher des réactions
anaphylactiques potentiellement fatales lors d’applications répétées.
Contrairement au traitement limité dans le temps,
propre aux rejets aigus de greffes, celui des maladies cancéreuses ou auto-immunes nécessite des
applications sur des périodes relativement prolongées pour obtenir l’effet thérapeutique désiré
de façon durable. La constatation selon laquelle
la réaction immunitaire du patient contre les anticorps de souris compromet l’efficacité thérapeutique dans ces affections chroniques a conduit au
développement de stratégies visant à diminuer
l’immunogénicité des anticorps monoclonaux
[2]. Dans un premier temps, on s’est mis à produire des anticorps monoclonaux chimères (fig. 1 x).
Ceux-ci sont constitués d’une partie murine variable et d’une partie humaine constante. La fréquence d’induction d’une réponse anti-anticorps
a ainsi considérablement diminué, ce qui a permis d’administrer ces médicaments de manière
répétée. Certains anticorps chimères, par ex. le
régions hypervariables
(CDRs)
régions framework
murin
chimère
humanisé
humain
Figure 1
Anticorps monoclonaux recombinants. Les séquences de souris sont représentées en rouge,
les portions humaines en blanc.
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rituximab (Mabthera®) et le cétuximab (Erbitux®)
n’induisent que rarement la formation d’antianticorps. L’incidence des HAMA atteint en revanche 61% avec l’infliximab (Remicade®). Le
développement d’anti-anticorps contre l’infliximab est corrélé avec la diminution de son efficacité thérapeutique et une augmentation du risque
de réactions aiguës lors de la perfusion. La formation de HAMA reste par conséquent un problème
potentiel significatif, même si les anticorps monoclonaux chimères se sont aujourd’hui solidement
implantés dans la pratique clinique. Ils exigent
toutefois un suivi attentif et, le cas échéant, l’administration concomitante de corticostéroïdes,
voire parfois l’interruption du médicament.
La poursuite systématique des efforts de recherche a par la suite conduit au développement d’anticorps humanisés. Dans les anticorps humanisés,
toutes les séquences d’acides aminés provenant
de la souris sont remplacées par des séquences
humaines, à l’exception des Complementary Determing Regions (CDR) responsables de la formation de l’antigène (fig. 1). On espérait obtenir ainsi
une réduction significative de l’immunogénicité
encore associée aux anticorps chimères. En pratique, on s’est cependant trouvé confronté à l’induction de réactions à anticorps humains antihumains (HAHA), dont l’incidence était néanmoins
relativement faible par rapport à celle constatée
avec les anticorps chimères. L’alemtuzumab (MabCampath®) induit des HAHA avec une incidence
de l’ordre de 1,9% et le transtuzumab (Herceptin®) avec une incidence encore inférieure de 0,1%.
D’autres anticorps humanisés, tels que le daclizumab (Zenapax®), induisent en revanche des
HAHA avec une incidence atteignant 34%. L’humanisation des anticorps murins ne se fait donc
pas sans problèmes, car les séquences d’acides
aminés situées entre les régions CDR contribuent
de manière non négligeable à l’affinité des anticorps. Il n’est donc pas possible, dans l’humanisation de certains anticorps, de conserver exclusivement les régions CDR, et il faut souvent se
résoudre à maintenir aussi certaines séquences
d’anticorps murins dans les segments situés entre
les zones CDR (Framework).
Des anticorps entièrement humains ont été développés au cours des dernières années, afin de
diminuer encore plus l’immunogénicité des anticorps monoclonaux thérapeutiques [3,4]. Différentes méthodes ont été utilisées: des souris porteuses d’un défaut immunitaire (severe combined
immune deficiency, SCID) peuvent être reconstruites à l’aide de tissu fœtal humain. L’immunisation de ces souris génère des anticorps humains.
La plus grande partie des anticorps humains est
cependant produite in vitro par la méthode PhageDisplay ou par l’intermédiaire de souris transgéniques produisant des anticorps entièrement
humains. Plusieurs de ces anticorps exclusivement humains sont actuellement testés dans le
cadre d’essais cliniques de phase I à III.
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Les anticorps entièrement humains sont-ils dès
lors supérieurs dans leurs applications thérapeutiques aux anticorps humanisés, et ces derniers
sont-ils vraiment meilleurs que les anticorps chimères? L’immunogénicité des anticorps thérapeutiques constitue un sérieux problème qui limite en pratique leur utilisation répétée dans le
traitement de différentes maladies. L’immunogénicité des anticorps monoclonaux est due d’abord
à la reconnaissance par le système immunitaire
des séquences d’acides aminés étrangères (séquences murines). C’est la reconnaissance de ce
phénomène qui a conduit au développement successif d’anticorps initialement chimères, puis humanisés et maintenant entièrement humains. Il
faut toutefois bien comprendre que même les anticorps entièrement humains conservent, de par
leur spécificité, une séquence d’acides aminés unique (étrangère) pour l’organisme. Cette séquence contient le site de formation des anticorps et
est appelée idiotype. L’organisme peut donc répondre à la présence de cette région idiotype des
anticorps entièrement humains par la formation
d’anticorps humains antihumains (HAHA). Les
anticorps ont fait leur apparition au cours de
l’évolution pour renforcer l’immunogénicité des
protéines étrangères. Ils le font en se liant à des
récepteurs Fc ou par l’activation de la cascade du
complément. Ces fonctions contribuent à conserver le caractère immunogène des anticorps, qu’ils
Effets
immunotransmis
Cellules effectrices
C1q
FcR
Cellules cibles
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soient chimères, humanisés ou entièrement humains (de par leur idiotype). Et, ce sont précisément ces propriétés des anticorps qui sont indispensables pour produire l’effet thérapeutique qui
consiste en la destruction des cellules cibles (par
ex. tumorales). La fabrication d’un anticorps avec
une fonction effectrice maximale contre certaines
cellules cibles, mais sans potentiel immunogène
propre, constitue donc une véritable gageure.
On dit souvent des anticorps monoclonaux qu’ils
présentent une homologie de séquence par rapport à l’IgG humaine de 75% pour les anticorps
chimères, de 95% pour les anticorps humanisés et
de 100% pour les anticorps entièrement humains.
Ces chiffres ne sont toutefois corrects que si l’on
part de l’idée que les anticorps humains et murins
sont totalement différents. D’un côté, il existe des
homologies de séquences fortement conservées
entre les anticorps humains et les anticorps murins. D’un autre côté, les anticorps entièrement
humains ne correspondent pas totalement à la
séquence programmée du génome, puisqu’une
mutation somatique efficace a lieu au cours de la
maturation de l’affinité de l’anticorps [5].
On peut retenir, en résumé, que le développement successif d’anticorps chimères, humanisés,
puis entièrement humains a permis de diminuer
significativement l’immunogénicité des anticorps
initialement murins. Si cette évolution a autorisé
une utilisation thérapeutique de ces anticorps
dans de nombreuses maladies de l’homme nécessitant des applications répétées, on ne saurait
considérer simplement le passage des anticorps
chimères aux anticorps humanisés, puis aux anticorps entièrement humains, comme un progrès
constant de la technique de traitement. Chacune
de ces classes d’anticorps provenant de procédés
de fabrication biotechnologique différents a ses
avantages et ses inconvénients, qu’il s’agit d’examiner au cas par cas, dans une perspective d’expérimentation clinique.
Mécanismes d’action des anticorps
monoclonaux non conjugués
ligands solubles
récepteurs membranaires
Effets
biorégulateurs
composante complémentaire C1q
récepteur Fc-g
Figure 2
Mécanismes effecteurs des anticorps monoclonaux. Effets immunotransmis par l’activation de
la cascade du complément par liaison de C1q à l’IgM membranaire ou à des molécules d’IgG
(CDC) ou par le recrutement de cellules effectrices via des récepteurs Fc (ADCC). Fonctions
biorégulatrices par liaisons croisées de récepteurs cellulaires avec transduction directe de
signaux intracellulaires (par ex. signaux d’apoptose) ou blocage de récepteurs ou de ligands
(par ex. récepteurs du facteur de croissance).
Mécanismes effecteurs immunotransmis
Les anticorps monoclonaux ne sont pas en soi
cytotoxiques pour une cellule cible. Ils induisent
en revanche des effets cytotoxiques (par ex.
contre les cellules tumorales) par une interaction
avec le système du complément ou avec des cellules effectrices (lymphocytes T, monocytes, granulocytes, éosinophiles, etc. (fig. 2 x, tab. 1 p).
Les effets cytotoxiques générés par l’activation
de la cascade du système du complément et par
la cytotoxicité induite par le complément sont
globalement désignés par le terme de Complement-Dependent Cytotoxicity (CDC) [6]. Les mécanismes effecteurs qui font appel à des cellules
effectrices secondaires sont appelés AntibodyDependent Cell-Mediated Cytotoxicity (ADCC) [7].
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Tableau 1. Mécanismes d’action des anticorps
monoclonaux thérapeutiques.
Anticorps isolés
Cytotoxicité par l’intermédiaire du complément (CDC)
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les qui montrent, en plus de la fonction biorégulatrice, des effets supplémentaires importants de
cytotoxicité cellulaire sous la dépendance d’anticorps.
Cytotoxicité cellulaire dépendant des anticorps (ADCC)
Interactions biorégulatrices (récepteur/ligand)
Vaccination anti-idiotypique
Immunoconjugués
Anticorps marqués par un isotope radioactif
Immunotoxines
Anticorps marqués par chimiothérapie
Immunoconjugués de cytokines
Immunoconjugués cellulaires
L’activation de la cascade du complément et celle
des cellules effectrices se fait par l’intermédiaire
d’hydrates de carbone de la partie Fc de l’anticorps. La partie Fc de l’IgG1 humaine est particulièrement efficace dans l’activation de la cascade du complément et des cellules effectrices
chez l’homme. La région constante de l’IgG1 humaine est par conséquent privilégiée dans la
fabrication des anticorps monoclonaux chimères
et humanisés ayant pour objectif une cytotoxicité
in vivo aussi puissante que possible.
Actions biorégulatrices
Les anticorps monoclonaux peuvent cependant
aussi induire des effets thérapeutiques sans devoir activer des mécanismes effecteurs immunologiques (fig. 2, tab. 1). Les anticorps monoclonaux
peuvent bloquer des récepteurs cellulaires de
surface ou neutraliser des ligands solubles (par
ex. vascular endothelial growth factor [VEGF],
TNF-a, etc.). Les anticorps peuvent aussi entraîner la transduction directe de signaux intracellulaires par cross-linking de récepteurs. Ceci peut
induire, suivant le récepteur, l’apoptose immédiate de la cellule. Un exemple d’anticorps monoclonal à effet biorégulateur est le trastuzumab
(Herceptin®), qui se lie au récepteur epidermalgrowth-factor family (HER-2/neu). Le blocage de
ce récepteur réduit le potentiel prolifératif des
cellules qui expriment le HER-2/neu de manière
excessive. On notera néanmoins que les effets biorégulateurs sont souvent difficiles à distinguer
des effets immunotransmis. Il existe précisément
pour le trastuzumab des données expérimenta-
Références
Correspondance:
Prof. Adrian F. Ochsenbein
Klinik und Poliklinik
für Medizinische Onkologie
Inselspital
CH-3010 Bern
[email protected]
1 Yoo EM, Chintalacharuvu KR, Penichet ML, Morrison SL.
Myeloma expression systems. J Immunol Methods. 2002;
261:1–20.
2 Berger M, Shankar V, Vafai A. Therapeutic applications of
monoclonal antibodies. Am J Med Sci. 2002;324:14–30.
3 Weiner LM. Fully human therapeutic monoclonal antibodies.
J Immunother. 1997;29:1–9.
4 Little M, Kipriyanov SM, Le Gall F, Moldenhauer G. Of mice
and men: hybridoma and recombinant antibodies. Immunol
Today. 2000;21:364–70.
5 Diaz M, Casali P. Somatic immunoglobulin hypermutation.
Curr Opin Immunol. 2002;14:235–40.
Immunoconjugués: anticorps porteurs
Le terme d’immunoconjugué est utilisé pour décrire des anticorps monoclonaux (ou d’autres
sous-unités) utilisés comme porteurs de substances actives, par ex. des radio-isotopes, des
toxines, des cytostatiques, des cytokines ou des
cellules (tab. 1). L’activité immunologique de ces
anticorps est alors sans importance. Les effets
qu’ils développent sont ceux de la substance
qu’ils transportent [8].
Les anticorps monoclonaux conjugués avec l’indium111 ou le technetium99 sont déjà utilisés dans
le diagnostic du cancer. Les radio-isotopes comme
l’iode131, l’itrium90 et le venium186 paraissent très
prometteurs dans l’optique des applications thérapeutiques. La fixation de l’isotope à l’anticorps
permet d’appliquer un rayonnement relativement
concentré sur le tissu tumoral. L’un des principaux
avantages thérapeutiques de la radio-immunothérapie par rayons bêta est que le rayonnement
pénètre de plusieurs millimètres dans la tumeur.
Il n’est donc pas nécessaire que l’antigène cible
soit exprimé dans chaque cellule tumorale.
Autres formes d’anticorps
Les anticorps dits bispécifiques sont capables de
reconnaître deux antigènes différents. Leurs effets sont indépendants de la région Fc, si bien
que ces molécules n’activent que très peu le système du complément et qu’ainsi une partie des
effets indésirables associés à ce mécanisme peut
être supprimée. Les anticorps bispécifiques ne
nécessitent dès lors pas la totalité des structures
de la molécule d’Ig et peuvent être réduits à des
fragments de Fv. Les combinaisons de deux ou
trois chaînes individuelles de Fvs résultent en des
anticorps bispécifiques de masse moléculaire minime qui pénètrent dans les tissus de manière
optimale. Malheureusement, leur demi-vie in vivo
est courte si on la compare à celle des molécules
à structure IgG complète.
6 Gelderman KA, Tomlinson S, Ross GD, Gorter A. Complement
function in mAb-mediated cancer immunotherapy. Trends
Immunol. 2004;25:158–64.
7 Casadevall A, Pirofski LA. Antibody-mediated regulation of
cellular immunity and the inflammatory response. Trends
Immunol. 2003;24:474–8.
8 Pastan I, Hassan R, Fitzgerald DJ, Kreitman RJ. Immunotoxin therapy of cancer. Nat Rev Cancer. 2006;6:559–65.