Lymphocytes intra- e´pithe´liaux : impact en

Lymphocytes intra-
e´pithe´liaux : impact en
gastroente´rologie
Les lymphocytes intra-
epith eliaux (LIE) de l’intestin
forment une population h et erog ene
de lymphocytes T (LT), localis ee entre
les cellules  epith eliales  a la partie
basale de l’ epith elium intestinal. Les
LIE appartiennent au syst eme lym-
phoı¨de associ e al’intestinouGALT
(gut associated lymphoid tissue).
Al’ etat normal chez l’homme,
le nombre de LIE intestinaux est
estim e a 20 pour 100 cellules
epith eliales dans le duod enum [1].
Leur nombre d ecroı
ˆt progressive-
ment dans les parties distales de
l’intestin et se situe autour de 2  a
5 pour 100 cellules  epith eliales dans
le c^ olon normal [2]. Les LIE sont
distincts des LT p eriph eriques notoi-
rement par leur enrichissement en
LT CD8+ et en LT avec r ecepteur
gd (TCRgd), et par l’expression de
plusieurs r ecepteurs t emoignant soit
de leur diff erenciation particuli ere
HEPATO
y
GASTRO
et Oncologie digestive
Tir es  a part : G. Malamut
Pour citer cet article : Malamut G, Verkarre V, Meresse B, Cellier C, Cerf-Bensussan N.
Lymphocytes intra- epith eliaux : impact en gastroent erologie. H epato Gastro 2012 ; 19 :
329-336. doi : 10.1684/hpg.2012.0732
R esum e
Les lymphocytes intra- epith eliaux (LIE) intestinaux sont dans l’ epith elium  a
l’interface avec le milieu environnemental. Les LIE sont h et erog enes et leur
situation particuli ere sugg ere un r^ ole dans la r eponse immune inn ee et
adaptative contre les pathog enes lors des infections ou des antig enes
alimentaires en cas de rupture de tol erance. La perte d’hom eostasie intestinale
des LIE peut alors conduire  a leur expansion clonale  a l’origine des complications
lymphomateuses intestinales comme au cours de la maladie cœliaque. Cette
revue dresse une br eve description des LIE intestinaux et de leur implication en
pathologie digestive.
nMots cl es : lymphocytes intraepith eliaux (LIE), immunit e intestinale, R ecepteur T gamma-
delta, int egrine alphaEb eta7 (CD103), maladie cœliaque
Abstract
The intraepithelial lymphocytes (IEL) are in the epithelium at the interplay with
the outside environment. The LIE are variable and their particular position
suggests both a role in innate and adaptative immune response against
pathogens during infections or against alimentary antigens when tolerance is
broken. The impaired homeostasis of intestinal IEL may induce clonal expansion
at the origin of lymphomatous complications as it is the case in celiac disease. In
this review we address a brief description of intestinal IEL and discuss their role in
digestive pathology.
nKey words: intraepithelial lymphocytes (IEL), intestinal immunity, gamma-delta T cell rec-
eptor, integrin alphaEbeta7 (CD103), celiac disease
Intraepithelial
lymphocytes: impact in
gastroenterology
Georgia Malamut
(1)(2)(3)
, Virginie
Verkarre
(1)(3)(4)
, Bertrand Meresse
(1)(3)
,
Christophe Cellier
(1)(2)(3)
, Nadine
Cerf-Bensussan
(1)(3)
1
Universit e Paris Descartes, 15 rue
de l’Ecole de M edecine, 75006 Paris
2
H^ opital Europ een Georges Pompidou,
20 rue Leblanc,
75 015 Paris
3
Inserm U989, 156 rue de Vaugirard,
75015 Paris
4
H^ opital Necker Enfants Malades, service
d’anatomo-pathologie, 149 rue de S evres,
75007 Paris
e-mail : <[email protected].
fr>
doi: 10.1684/hpg.2012.0732
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HEPATO-GASTRO et Oncologie digestive
vol. 19 n85, mai 2012
ini-revueM
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soit de leur implication dans les interactions avec leur
partenaire  epith elial.
Origine et re´pertoire des lymphocytes
intra-e´ pithe´ liaux intestinaux
Apport des travaux expe´rimentaux
De nombreux travaux consacr es  al’ etude des LIE chez la
souris ont permis de d ecrire deux grandes sous-populations
de LIE : l’une dite conventionnelle,prochedesLT
p eriph eriques, appartenant  a l’immunit e adaptative et
l’autre dite non conventionnelle, apparent ee  a l’immunit e
inn ee et ayant des caract eristiques ph enotypiques propres
a l’intestin [3].
Les LIE dits conventionnels poss edent comme la plupart des
LT p eriph eriques et du chorion le r ecepteur pour l’antig ene
de type ab (TCRab). Compar es aux lymphocytes T
p eriph eriques, les LIE conventionnels contiennent une
proportion plus importante de LT CD8+ que de LT CD4+.
Les donn ees exp erimentales indiquent que cette sous-
population de LIE suit, comme les LT p eriph eriques, toutes
les  etapes thymiques de diff erenciation et de s election qui
sont indispensables pour la reconnaissance des antig enes
pr esent es par le complexe d’histocompatibilit e[4].LesLT
migrent ensuite en p eriph erie. Ces LIE se sensibilisent aux
antig enes luminaux dans les plaques de Peyer puis
empruntent le cycle h
emolymphatique [5]. Bri evement,
les LIE conventionnels sont sensibilis es aux antig enes
intraluminaux dans les organes lymphoı¨des associ es  a
l’intestin, plaques de Peyer et ganglions m esent eriques,
o u ils acqui erent les mol ecules de homing. En effet, la
stimulation antig enique par les cellules dendritiques entraı
ˆne
egalement l’expression de l’int egrine a4b7etdur ecepteur
de chimiokine CCR9 essentiel  a l’adressage des lymphocytes
matures dans l’intestin [5]. L’int egrine a4b7 interagit avec
son ligand, MADCAM-1 qui est fortement exprim e ala
surface des vaisseaux sanguins intestinaux et permet
l’adh esion des LT sur la paroi vasculaire intestinale [6]. Les
LT quittent la muqueuse intestinale par le r eseau lympha-
tique sous-s ereux pour gagner les ganglions m esent eriques
o ular eponse immunitaire initi ee dans les plaques de Peyer
ou la muqueuse est amplifi ee. Les LT rejoignent ensuite la
circulation sanguine par le canal thoracique. Ils p en etrent  a
nouveau dans la muqueuse intestinale  a travers les veinules
post-capillaires de la lamina propria et migrent soit dans le
chorion soit dans l’ epith elium [7].
Les LIE non conventionnels murins se divisent en deux
populations : les LIE exprimant un TCRgd et les LIE exprimant
un TCRab [3]. Ces LIE diff
erent des LT par l’expression d’un
cor ecepteur homodim erique CD8aa et n’expriment pas la
chaine CD8bqui est indispensable  a la diff erenciation
thymique des LT CD8ab. Ces LT CD8aa peuvent exprimer
des r ecepteurs NK [8]. La voie de diff erenciation des LIE non
conventionnels reste discut ee. Une voie de diff erenciation
intrathymique, distincte de celle des LT conventionnels, est
l’hypoth ese formul ee [9, 10]. Ils acquerraient des r ecepteurs
de homing pendant la diff erenciation thymique leur
permettant d’int egrer l’ epith elium intestinal directement
apr es leur sortie du thymus [10].
Description des lymphocytes intra-e´ pithe´liaux
chez l’homme
Les LIE de l’intestin humain repr esentent une population
h et erog ene de LT exprimant tous le marqueur CD7 commun
aux LT et NK [11]. Les LIE humains partagent un grand
nombre de caract eristiques avec leurs homologues murins,
en particulier l’enrichissement en LT CD8+ et en LT TCRgd qui
les distingue des LT p eriph eriques et des LT de la lamina
propria qui sont majoritairement CD4+. Il existe trois
populations distinctes de LIE. Les deux populations princi-
pales expriment le complexe de surface CD3 et un r ecepteur
T (90 %) soit TCRab (75 %) ou TCRgd (15 %). La troisi eme
population plus minoritaire (10 %) n’exprime pas de CD3 en
surface (CD7+sCD3e-). Quels que soient leurs marqueurs de
surface, les LIE se distinguent des lymphocytes pr esents dans
les autres sites lymphoı¨des par trois caract eristiques :
–les LIE sont majoritairement des lymphocytes de type
m emoire-effecteurs (exprimant CD45RO et CD28) [12] ;
–20 % d’entre eux contiennent des granulations cyto-
plasmiques tr es similaires  a celles observ ees dans les
lymphocytes cytotoxiques [13] ;
–plus de 90 % d’entre eux expriment l’int egrine aEb7ou
CD103 (HML1), un antig ene exprim e chez moins de 1 % des
lymphocytes sanguins ou des organes lymphoı¨des au repos
et pr esent dans seulement 40 %  a 50 % des lymphocytes T
du chorion [14]. Le CD103 permet l’adh esion des LIE aux
cellules  epith eliales par l’interm ediaire de son ligand, l’E-
Cadh erine, impliqu ee dans la formation des jonctions
serr ees et indispensable  a la coh esion  epith eliale [14]. La
mol
ecule CD103 semble favoriser la r etention des LIE au sein
de l’ epith elium [15]. Dans le chorion, ce marqueur r ev ele des
cellules dendritiques qui sont capables de pr esenter l’anti-
g ene. Environ 60 % des LIE expriment au moins un
marqueur de type natural killer (NK) qui pourrait participer
au contr^ ole de leur activation [11].
Les LIE CD3+TCRab
Ils repr esentent 65 % de tous les LIE et expriment
majoritairement le cor ecepteur CD8ab ; seule une faible
proportion de LIE CD3+TCRab+ expriment CD4 (moins de
15 % de tous les LIE). Les  etudes du r epertoire de la chaı
ˆne
beffectu ees chez des t emoins ont montr e que ces LIE
d erivaient d’un nombre restreint de clones variables d’un
individu  a l’autre [16].
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vol. 19 n85, mai 2012
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Les LIE TCRgd
Leur proportion est enrichie dans l’intestin (15 %) par
rapport  a celle du sang et de la lamina propria (5 %) avec
de larges variations individuelles et selon les territoires
pouvant atteindre 40 % dans le c^ olon [2]. La majorit e
d’entre eux sont CD4-CD8- mais ils peuvent exprimer le
CD8aa. Les LIE TCRgd sont consid er es comme des
sentinelles capables de r eagir rapidement aux agressions,
notamment  a travers la reconnaissance de mol ecules
induites par le stress comme MICA et MICB [17]. Le
r epertoire des LIE TCRgd pr esente des particularit es.
L’analyse de la r egion de diversit e de la chaı
ˆne dmontre
que le r epertoire de ces LIE est restreint et devient
oligoclonal apr es la naissance. Comme pour les LIE TCRab,
le r epertoire est diff erent d’un individu  a l’autre mais
conserv e sur toute la hauteur de l’intestin [18].
Les LIE CD7+CD3-
Ils n’expriment ni le CD3 de surface ni le r ecepteur T (LIE
CD3-TCR-) et sont CD4-, CD8- et CD103+. Ces LIE
repr esentent environ 10 % des LIE chez l’adulte sain (2-
20 %) et 30 %  a 40 % chez l’enfant. Leur nature reste
controvers ee et semble ^ etre h et erog ene. Ils pourraient
correspondre  a des pr ecurseurs T poss edant un CD3
intracytoplasmique ou de ceux de cellules NK [19].
‘‘ Les lymphocytes intra-e´pithe´liaux
intestinaux constituent une population
he´te´roge`ne de lymphocytes T CD103+
majoritairement CD8+’’
Fonctions des lymphocytes
intra-e´ pithe´ liaux
Activite´ cytotoxique
La cytotoxicit e peut s’exercer  a travers le largage de
mol ecules cytotoxiques comme la perforine et les granzy-
mes ou l’induction d’apoptose des cellules cibles  a
travers l’expression du TNF ou du ligand de FAS. Chez
la souris, l’activation cytotoxique des LIE conventionnels
n ecessite l’activation du r ecepteur T [20]. L’activation de la
cytotoxicit e dans les LIE non conventionnels peut se faire  a
travers le r ecepteur T, mais aussi  a travers des r ecepteurs
NK dits activ es. Les r ecepteurs NK pr esents sur les LIE T
humains apparaissent essentiellement comme r ecepteurs
modulant positivement (NKG2D, CD94/NKG2C, CDw101,
CD160) ou n egativement (CD94/NKG2A) l’activation du
TCR, plut^ ot que comme des mol ecules NK autonomes [11].
Cependant, le signal d elivr e par l’interleukine IL-15 (IL-15)
semble capable dans certaines circonstances d’enclencher
une cytotoxicit e a travers des r ecepteurs NK [21] (figure 1).
Synthe`se de cytokines
Les  etudes in vitro montrent que les LIE humains sont
capables de synth etiser de nombreuses cytokines aux
activit es pro-inflammatoires (IFNg, TNF) ou anti-inflamma-
toires (TGF-b, IL-10). Les ARN des cytokines IL-2, IL-8, IFN-g,
TNF-aet IL-1 bont  et ed etect es dans les LIE fraı
ˆchement
isol es.
Roˆle des lymphocytes intra-e´ pithe´ liaux
conventionnels
Les travaux r ealis es chez la souris sugg erent que les LIE
conventionnels participent comme les LT p eriph eriques  a
l’immunit e adaptative. Ils pourraient favoriser l’ eradication
sp ecifique des agents pathog enes et mettre en place une
m emoire immunitaire pr evenant les r einfections [7].
L’ etude de la r eponse  a des pathog enes dans plusieurs
mod eles exp erimentaux a montr e effectivement l’activa-
tion des LIE TCRab CD8+ en r eponse  a des r eovirus ou  a
Toxoplasma gondii [10].
Roˆle des LIE non conventionnels
Chez la souris, les LIE gd sont consid er es comme des
sentinelles et participent aux d efenses de la barri ere
epith eliale  a travers la production de peptides microbicides
telle que la lectine bact ericide RegIIIg[22] et/ou favoriser la
r eparation de l’ epith elium par la production de KGF [23].
Leur mode de reconnaissance diff ere de celui des LIE
TCRab car il ne n ecessite ni appr^ etement antig enique ni
interaction avec les mol ecules classiques du CMH. Leurs
ligands dans l’intestin humain restent mal d efinis. Les LIE
TCRgd utilisant la chaı
ˆne Vd1 pourraient reconnaı ˆtre des
mol ecules induites dans l’ epith elium par le stress MICA et
MICB, reconnaissance qui serait facilit ee par le marqueur
NK NKG2D capable d’interagir avec ces mol ecules [7].
‘‘ L’activation de la cytotoxicite´
des lymphocytes intra-e´pithe´liaux
intestinaux peut s’exercer au travers du re´ cepteur
T, mais aussi a` travers des re´cepteurs NK’’
Lymphocytes intra-e´ pithe´ liaux
et maladies digestives
Une augmentation des LIE peut ^ etre observ ee  a tous
les niveaux du tractus gastro-intestinal. Dans l’estomac,
la gastrite lymphocytaire est d efinie par un taux de LIE
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HEPATO-GASTRO et Oncologie digestive
vol. 19 n85, mai 2012
Lymphocytes intra-e
´pithe ´liaux (LIE)
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sup erieur  a 25 LIE pour 100 cellules  epith eliales. Dans
l’intestin gr^ ele, le premier stade de la classification de
Marsh (Marsh I) de la maladie cœliaque correspond  a une
augmentation isol ee de plus de 30 LIE pour 100 cellules
epith eliales. Dans le c^ olon, la colite lymphocytaire est
d efinie par un taux de LIE sup erieur  a 20 pour 100 cellules
epith eliales [24]. Les LIE peuvent d’ailleurs ^ etre augment es
simultan ement dans tout l’intestin avec gastrite lympho-
cytaire, maladie cœliaque et colite lymphocytaire associ ees
[25].
‘‘ Dans l’intestin gr^
ele, le premier stade
de la classification de Marsh de la maladie
cœliaque correspond a` une augmentation isole´e
de plus de 30 lymphocytes intra-e´pithe´liaux
pour 100 cellules e´pithe´liales’’
Le d eveloppement des techniques d’isolement des LIE de
l’intestin gr^ ele, de ph enotypage par cytom etrie de flux sur les
LIE fraı
ˆchement isol
es ou par immuno-histochimie sur lames
coupl ees aux techniques d’ etudes des r earrangements des
chaı
ˆnes du r
ecepteur T par PCR Multiplex a permis de mieux
caract eriser les LIE en pathologie digestive humaine et en
particulier au cours de la maladie cœliaque [26].
Lymphocytes intra-e´ pithe´ liaux
au cours de maladie cœliaque
et de ses complications (Sprues
re´fractaires-lymphomes)
Une caract eristique de la r eaction immunitaire intestinale
associ ee  a la maladie cœliaque est une hyperplasie massive
des LIE incluant les diff erentes sous populations selon le
stade de la maladie [1] [27]. Une augmentation du nombre
des LIE TCRgd est observ ee  a tous les stades de la maladie
cœliaque, y compris dans sa forme latente et de fac¸on
prolong ee apr es r egime sans gluten, et sont consid er es
essentiellement comme des r egulateurs de la r eponse
immunitaire [27]. L’augmentation des LIE TCRab+CD8+
est elle essentiellement observ ee chez les patients actifs
expos es au gluten [27]. Enfin, au cours de (SRII), on assiste  a
une disparition progressive de ces deux sous-populations
remplac ees par des LIE de ph enotype anormal (figures 2
et 3). Contrairement aux LIE normaux, les LIE de la sprue
r efractaire de type II n’expriment pas en surface le complexe
CD3-r ecepteur T ni les mol ecules de co-stimulation CD4 et
CD8 [28]. Ils peuvent par contre contenir des chaı
ˆnes
intracellulaires du CD3 comme la chaı
ˆne CD3e,r
ev el ee en
immunohistochimie. Cette caract eristique est  a l’origine du
NKp46 LIE LIE
Contrôle de I'activation des LIE par des récepteurs de l’immunité innée
↑ Récepteurs activateurs ↓ Récepteurs inhibiteurs
HLA-E HLA-E?
MICA MICA
Inhibition de I’activation
Cytotoxicité
Cytotoxicité
IFNγ
Prolifération
IL-15
NKG2D NKG2D
NKG2A
NKG2C
Figure 1. Au cours de la maladie cœliaque active (non trait ee), l’IL-15 favorise la cytotoxicit e des LIE en augmentant notamment l’expression des
r ecepteurs NK CD94 et NKG2D et leurs ligands MICA sur les cellules  epith eliales ( a gauche). Chez les patients non cœliaques les LIE CD94+NKG2A
+TCRgd+ inhibent les LIE HLA-E+CD8+TCRab+( a droite).
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trou ph enotypique CD3+CD8- sur coupes de tissus [29]
(figure 2).M
^
eme si la morphologie de ces LIE de la sprue
r efractaire de type II reste identique  a celle des LIE de la
maladie cœliaque, ils pr esentent un r earrangement clonal
des chaı
ˆnes du r
ecepteur T, gamma ou delta [29, 30]. Ces LIE
anormaux de la sprue r efractaire de type II expriment comme
les LIE normaux, le marqueur CD103. Le ph enotype des LIE
est normal au cours de la sprue r efractaire de type I (SRI) qui
ne se distingue de la maladie cœliaque active que par la
r esistance clinique et histologique au r egime sans gluten
[30].
Diff erents m ecanismes favoriseraient, au cours de la
maladie cœliaque, l’expansion des diff erentes sous-
populations de LIE et leur r^ ole dans l’induction des
l esions  epith eliales. L’activation des LT TCRab CD8+,
augment es essentiellement dans la maladie cœliaque
active chez des patients non trait es, pourrait ^ etre
favoris ee par la reconnaissance de certains peptides de
la gliadine  a travers leur r ecepteur T [27]. N eanmoins,
celle-ci ne peut expliquer l’expansion de LIE TCRgd ou
des LIE de la sprue r efractaire de type II d epourvus de
r ecepteur T  a leur surface. Deux autres m ecanismes
compl ementaires semblent jouer un r^ ole d eterminant. Un
premier m ecanisme implique la cytokine IL-15 dont la
synth
ese est nettement augment ee dans les ent erocytes
et les cellules monononucl ees du chorion chez les
patients avec une maladie cœliaque active ou une sprue
r efractaire de type II [31]. L’IL-15 contr^ ole l’expansion des
LIE et l’activation des fonctions effectrices des LT CD8+
notamment via la s ecr etion d’IFN-get de TNF-aet une
cytotoxicit e granzyme-perforine d ependante [31]. Le
second m ecanisme implique des r ecepteurs NK. Il a, en
effet,  et e observ e une expression accrue de plusieurs
r ecepteurs NK  a la surface des LIE, notamment sur des LT
B) Sprue réfractaire de type II
A) Maladie cœliaque
CD3 CD8
CD3 CD8
Figure 2. A) Atrophie villositaire partielle avec augmentation des LIE avec expression normale du CD3 et CD8 par les LIE dans le duod enum de
maladie cœliaque active (100). B) Atrophie villositaire subtotale. Pr esence de la chaı
ˆne CD3 intracytoplasmique (CD3e)r
ev elant le CD3 sur coupe
et absence d’expression du CD8 t emoignant du « trou ph enotypique » d’une sprue r efractaire de type II (200).
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