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Cellules CAR-T
Le système immunitaire est res-
ponsable du maintien d’un état
d’homéostasie par l’identification
et la suppression de pathogènes ou
de cellules présentant des signaux
de transformation pathologique
(virus, néoplasies). Dès les années
1950, Burnet et Thomas [1, 2] ont
développé le concept d’immunosur-
veillance pour décrire l’activité anti-
tumorale du système immunitaire.
Par la suite, les études du contingent
lymphocytaireauseindelatumeur,
ou TILs (tumor infiltrating lymphocy-
tes), ont permis de montrer son
association au pronostic [3, 4].
L’immunothérapie adoptive repose
sur le transfert d’effecteurs pour
renforcer le système immunitaire.
Ces stratégies nécessitent la recon-
naissance de la cible d’intérêt par des
lymphocytes T cytotoxiques (CTL), à
travers un récepteur T (TCR) spéci-
fique. Les CTL sont ainsi capables de
reconnaître des antigènes associés
aux tumeurs (TAA), pouvant être soit
des molécules du soi, soit des néoan-
tigènes issus de mutations. Ces TAA
sont présentés par les molécules HLA
(human leukocyte antigen) restrei-
gnant l’activité des CTL, mais garan-
tes de la spécificité de la réponse.
Les TILs ont initialement été mis à
profit par Rosenberg et al. [5], trans-
formant le champ de l’immunothé-
rapie anticancéreuse. Cependant, les
taux de réponse trop variables témoi-
gnèrent des mécanismes d’échap-
pement des cellules cancéreuses à
l’immunosurveillance. Ces mécanis-
mes incluent notamment l’anergie
des effecteurs, la perte de molécules
de co-stimulation, l’expression de
molécules inhibitrices (PD-L1), l’ex-
pression de signaux de mort par la
tumeur (systèmes FAS et TRAIL), ou la
diminution des molécules HLA empê-
chant toute reconnaissance par les
lymphocytes T (LT) [6].
Ainsi, de nouvelles stratégies de
thérapie cellulaire ont dû être déve-
loppées pour conférer aux LT de
nouvelles capacités : les cellules CAR-
T en sont un exemple.
Mise au point des
CAR : des générations
successives
Àlafin des années 1980, Gross et al.
a décrit la possibilité de « designer et
rediriger la spécificité des LT d’une
façon non restreinte par le complexe
Pour citer cet article : Forcade E, Dumas P-Y. Cellules CAR-T. Innov Ther Oncol 2015 ; 1 : 34-37. doi : 10.1684/ito.2015.0006
RÉSUMÉ
Les cellules CAR-T se présentent comme une révolution en matière
d’immunothérapie grâce aux progrès de l’ingénierie cellulaire qui contour-
nent les mécanismes d’échappement tumoraux. Les progrès récents pour
améliorer leur spécificité et sécurité en font une nouvelle arme contre le
cancer.
lMots clés : cellules CAR-T ; signalisation ; antigène tumoral.
ABSTRACT
CAR-T cells represent a revolution in the field of immunotherapy thanks
to progress made in cellular engineering to overcome tumour escape
mechanisms. With recent progress to improve their specificity and safety,
CAR represent a breakthrough in the fight against cancer.
lKey words: CAR-T cells; signaling; tumor antigen.
CAR T-cells
Edouard Forcade
1,2
Pierre-Yves Dumas
1,3
1
Hôpital Haut-Lévêque
Service d’hématologie clinique
et thérapie cellulaire
Avenue de Magellan
33604 Pessac
France
<[email protected]>
<[email protected]>
2
Université de Bordeaux
Unité CIRID –UMR CNRS 5164
146, rue Léo Saignat
33076 Bordeaux
France
3
Unité INSERM 1035
Université de Bordeaux
146, rue Léo Saignat
33076 Bordeaux
France
Remerciements et autres mentions :
Financement : Programme MD-PhD CHU
Bordeaux.
Liens d’intérêts : les auteurs déclarent
n’avoir aucun lien d’intérêt en rapport
avec l’article.
Tirés à part : E. Forcade
34 Innovations & Thérapeutiques en Oncologie lvol. 1 –n81, sept-oct 2015 doi: 10.1684/ito.2015.0006
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majeur d’histocompatibilité (CMH), en faisant exprimer
un TCR chimérique composé d’une partie constante de
TCR, fusionné au fragment variable d’une immunoglo-
buline »[7]. Ce récepteur chimérique exprimé par les
cellules T a reçu le nom de CAR (chimeric antigen receptor)
et les cellules qui le portent sont donc les cellules CAR-T.
Depuis lors, plusieurs générations de LT modifiés se sont
succédé, visant à améliorer l’activité, la spécificité et la
persistance (mémoire) des CAR. Les CAR sont constitués de
3 parties (figure 1) [8] :
un domaine extra-cellulaire portant la spécificité du
CAR : le scFv (single-chain variable fragment) ciblant
le TAA de surface, pouvant provenir d’un anticorps
murin ou humanisé, ou être sélectionné à partir de
bibliothèque de phages ;
un domaine transmembranaire (dTM), relié à la
précédente par une charnière (hinge ou spacer)
jouant un rôle dans la conformation et l’accessibilité
du récepteur pour sa cible [9].Cespacer provient soit
de la partie extra-cellulaire du CD8a, soit d’un
fragment d’immunoglobuline (Fc) [10] ;
un domaine de signalisation intracellulaire.
Les progrès faits en termes de transduction du signal ont
donné naissance aux différentes générations de CAR.
La première génération a utilisé la portion intracyto-
plasmique du CD3z. Bien que montrant une fonction
effectrice, ces CAR ne persistent pas à long terme, du fait
de leur activation incomplète. La deuxième génération a
permis d’améliorer la prolifération et la survie des CAR par
l’adjonction d’une unité de co-stimulation (CD28 ou
4-1BB) [11]. La troisième génération utilise deux unités
de co-stimulation couplant au choix : CD28, 4-1BB, ICOS,
OX40.
Quelles cibles ?
Les CAR permettent une reconnaissance non restreinte
par le HLA, dont le champ s’ouvre aux cibles de nature non
protéique : hydrates de carbone et glycolipides. Ainsi,
une multitude d’antigènes peut être ciblée selon les
types histologiques. Le tableau 1 propose une liste non
exhaustive des CAR étudiés jusque-là en fonction de
leur spécificité antigénique, de leur construction et de
l’avancement des études.
Applications cliniques des CAR
La grande majorité des études cliniques [8, 29, 30] utilise
des LT autologues comme support à la production de CAR.
Le transfert du matériel génétique contenant la construc-
tion chimérique (couple ScFv-molécule(s) de transduction)
utilise des vecteurs viraux (lentivirus ou gamma-retro-
virus) lors de l’amplification des LT (système anti-CD3 +/-
Tableau 1. Caractéristiques des CAR (antigène cible et pathologie sous-jacente).
Table 1. Characteristics of CAR (antigen target and underlying pathology).
Cible Construction Type histologique Type d’étude Référence
CD19 ScFv –4-1BB –CD3 z(Penn) LAL B Phase 1 Maude et al. [12]
ScFv –CD28 –CD3z(MSKCC) LAL B Phase 1 Davila et al. [13]
ScFv –CD28 –CD3z(NCI) LAL B Phase 1 Lee et al. [14]
ScFv –4-1BB –CD3 zLLC Phase 1 Kalos et al. [15]
CD33/CD123 ScFv –CD28OX40 - CD3zLAM In vivo Pizzitola et al. [16]
CD138 ScFv - CD3z(NK) Myélome multiple In vivo Jiang et al. [17]
CD30 ScFv –CD3z(EBV) Hodgkin In vivo Savoldo et al. [18]
NY-ESO-1 ScFv –CD28 –CD3zMyélome multiple In vivo Schuberth et al. [19]
a-Folate récepteur ScFv - FceRIgK ovaire et épithélial Phase 1 Kershaw et al. [20]
CEA ScFv –CD28 –CD3zK colo-rectal Phase 1 Katz et al. [21]
Erb-B2,3,4 ScFv –CD28 –CD3zK sein In vitro Wilkie et al. [22]
Her2 ScFv –CD3zMédulloblastome In vivo Ahmed et al. [23]
ScFv –CD28 –CD3zSarcome Phase 1 Ahmed et al. [24]
MAGE-A1 ScFv –CD28 - FceRIgMélanome In vitro Willemsen et al. [25]
Mesotheline ScFv –4-1BB –CD3zMésothélium in vivo Moon et al. [26]
PSMA ScFv –CD28 –CD3zK prostate In vitro Maher et al. [27]
PSCA ScFv –b2–CD3zK prostate In vitro Morgenroth et al.[28]
LAL : leucémie aiguë lymphoblastique B ; LLC : leucémie lymphoïde chronique ; LAM : leucémie aiguë myéloïde ; K : cancer ; Penn : University of
Pennsylvania ; MSKCC : Memorial Sloan-Kettering Cancer Center ; NCI : National Cancer Institute.
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anti-CD28) durant 10 jours à 3 semaines. Le produit est
réinjecté au patient après administration d’une chimio-
thérapie de conditionnement (cyclophosphamide +/-
fludarabine) ayant pour objectifs la lympho-déplétion
(dont certaines populations régulatrices), la diminution
de la masse tumorale, des modifications de l’environne-
ment tumoral et l’élévation de cytokines plasmatiques (IL-
15 et IL-7) favorables à l’expansion des CAR, parfois
associés à l’injection d’IL-2 [31].
Concernant l’efficacité des CAR, les principales études
cliniques disponibles concernent le domaine de l’héma-
tologie et en particulier des leucémies aiguës lympho-
blastiques à précurseurs B (LAL B), avec près de 70 patients
inclus au total jusqu’à présent. Les taux de réponses
complètes (RC) observés varient de 70 à 90 % dans les trois
principales études [12-14], incluant notamment des
patients en rechute post-allogreffe. La persistance des
CAR et la RC ont été observées jusqu’à deux ans après
le traitement. Les études conduites dans les tumeurs
solides souffrent encore de leur taille et de résultats moins
favorables.
Effets secondaires
Le cytokine release syndrom [32] (CRS), ou syndrome de
relargage cytokinique, représente une conséquence
indirecte de l’utilisation des CAR et est associée à une
réponse anti-tumorale intense. Les manifestations clini-
ques, pouvant engager le pronostic vital, sont la consé-
quence d’une libération cytokinique conduite en grande
partie par l’interleukine-6 (IL-6). Différentes stratégies de
prévention et de traitement sont actuellement évaluées,
dont l’inactivation conditionnelle des CAR (cf. plus bas).
L’activité cytotoxique des CAR envers des tissus sains
exprimant la cible est dénommée effet « on target /off
tumor ». La toxicité semble acceptable sur certains tissus
(CAR CD19 et aplasie B) mais peut engager le pronostic
pour d’autres : manifestations cardiovasculaires et respi-
ratoires des CAR HER2 (human epidermal growth factor
receptor 2)[33].
À la suite de la constatation de ces effets secondaires,
des systèmes d’inactivation conditionnelle des CAR sont
actuellement étudiés en phase clinique incluant dans la
construction « un gène suicide » (thymidine kinase et
caspase-9 inductible) [34] inductible par des drogues.
Enfin, le risque théorique de modifications génétiques
insertionnelles [35] liés à l’utilisation des vecteurs viraux
nécessite un suivi prospectif à long terme.
Le futur des CAR ?
L’avenir des CAR reste entièrement ouvert, avec de
nombreuses questions en suspens et améliorations à
apporter. En effet, le type cellulaire portant le CAR (LT
versus NK [natural killer]), l’origine des LT (autologues
versus allogéniques versus sang placentaire), les sous-
populations de LT à transférer (différents compartiments
T, rapport CD4 : CD8) et le type de vecteur (transposon,
ARNm) sont en cours d’évaluation. Le développement de
CAR à double spécificité [36] et de CAR sécrétant des
anticorps contre les molécules inhibitrices (PD-L1) déve-
loppées par la tumeur, représente des approches sédui-
santes pour envisager une moindre toxicité et une plus
grande efficacité. Enfin, l’avenir des CAR dépendra aussi
de leur disponibilité (banque de CAR ? centres agréés ?)
et de leur coût (20 000 à 100 000 dollars américains
actuellement).
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1
re
génération 3
e
génération2
e
génération
Membrane cellulaire
scFv
CD3ζ
Hinge (CD8 or FcγR)
Domaine transmembranaire
Unité de co-stimulation
Figure 1. Composition des différentes structures de CAR.
Figure 1. Composition of different CAR structures.
E. Forcade, et al.
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