Bases Immunologiques de La Tolérance Orale

8e Congrès Francophone d'Allergologie
Bases Immunologiques
de La Tolérance Orale
Dr P.A. Apoil MD PhD
C.H.U. de Toulouse
(Laboratoire d’Immunologie)
Université Paul Sabatier
(LIM – EA3034)
P.A. Apoil (Toulouse)
P.A. APOIL - C.H.U. de Toulouse – CFA 2013
8e Congrès Francophone d'Allergologie
Conflits d’intérêt
• Intérêts financiers : aucun
• Liens durables ou permanents : néant
• Intérêts indirects : aucun
P.A. Apoil (Toulouse)
2
2
8e Congrès Francophone d'Allergologie
Conception ancienne de la tolérance :
1)- Le rôle primordial du système immunitaire est la lutte contre les
micro-organismes pathogènes
2)- La tolérance était envisagée comme « l’absence de réaction »
3)- La tolérance est un mécanisme principalement central, reposant
sur la délétion des lymphocytes (T & B) autoréactifs
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P.A. APOIL - C.H.U. de Toulouse – CFA 2013
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Conception actuelle :
La tolérance est un mécanisme actif, reposant sur de multiples
mécanismes, centraux et périphériques…
L’un de ces mécanismes, périphérique, indispensable à la survie de
l’individu est la tolérance induite au niveau du tube digestif, ou
Tolérance Orale (TO)
La TO est définie par « la suppression des réponses immunitaires
systémiques, cellulaire et humorale, dirigées contre un antigène,
faisant suite à l’administration de cet antigène par voie orale » (Chase
M.W.– 1946).
Mécanisme actif & spécifique qui nécessite la présence de l’antigène
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Tolérance Orale : principe / expérience princeps
Chase M.W.– 1946
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Lieu d’induction de la Tolérance Orale :
Le tissu lymphoïde associé au tube digestif (GALT) est le lieu privilégié
de l’induction de la tolérance vis-à-vis des antigènes alimentaires et
de la flore commensale
Exposition à 30 kg env. de protéines alimentaires /an
130-190 gr/jour de ces protéines traversent l’épithélium intestinal
500 - 1000 espèces bactériennes différentes
1012 bactéries / gr de selles
Grande variabilité interindividuelle et temporelle de cette flore
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FLORE COMMENSALE DU TUBE DIGESTIF
• Cavité Orale :
Microflore indigène > 500 espèces bactériennes différentes
Salive contient 1010 cfu/ml
• Estomac & Duodénum :
10 - 103 cfu/ml
• Jéjunum & Iléon :
104 - 108 cfu/ml
Lactobacilli, E. coli, Streptococci, Bacteroïdes, etc...
• COLON :
1012 - 1013 cfu/ml
Bacteroïdes, E. coli, Streptococci, Staphylococci, etc...
La plupart des espèces anaérobies ne sont pas cultivables
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La complexité du métagénome bactérien du
tube digestif dépasse celle du génome humain
• Homo Sapiens est un « hybride Homme –
Bactéries »
• Le génome Humain :
– 3.109 nucléotides (haploïde) dont 1% code
pour des protéines
• Le "métagénome" bactérien :
– > 1000 espèces, 5.106 nucléotides / génome
bactérien, soi 5.109 nucléotides dont 99%
code pour des protéines
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ORGANISATION GENERALE DU GALT
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Epithélium associé aux follicules
4000 cm2 (sur 300/400 m2)
10% des cellules épithéliales sont des cellules M
1012 cellules lymphoïdes / mètre d’intestin grêle
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ORGANISATION GENERALE DU GALT
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Acides aminés
Di-tri-peptides
Protéines intactes
Complexes immuns
Anti-acides
Protéines
Encapsulées
Injection iléale
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ORGANISATION GENERALE DU GALT
Epithélium associé
aux follicules
Plaque de Peyer
IEL
Cellule M
CRYPTES
Lamina Propria
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« Anatomie » générale du GALT
• Plaques de Peyer
tissu lymphoïde ressemblant à celui trouvé dans les
ganglions avec lymphocytes T et B, cellules
dendritiques, macrophages... Les plaques sont
surmontées d’un épithélium particulier riche en cellules
M (microfold cells)
• Tissu lymphoïde diffus de la lamina propria
(lymphocytes et cellules dendritiques, IELs)
• Ganglions lymphatiques mésentériques
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Sites d’induction de la Tolérance Orale
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Les nœuds lymphatiques du mésentère
(les + volumineux de l’organisme)
sont le site principal d’induction de la TO
FTY720 – anse isolée – ablation des NLM :
interdit l’induction de la TO
Nœuds
lymphatiques
mésentériques
Cette induction repose sur la migration des
cellules dendritiques de la lamina propria vers
les NLM
Cette tolérance diffuse ensuite au reste de
l’organisme
Cette « diffusion » de la TO ne concerne pas
les germes commensaux intestinaux
P.A. Apoil (Toulouse)
D’après Macpherson & Smith JEM 2006
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Transport par les cellules M des Plaques de Peyer
Antigène
s
Cellules « M » :
Antigènes particulaires
Cellule
Dendritique
C.
Epithéliale
(production d’IgA)
TGF
Lympho. T
Plasmocyte
Lymphocytes T CD4+,
spécifique des antigènes
présentés par les cellules
dendritiques, et
producteurs de TGF
Lympho. B
mémoire
IgA
Mais :
Induction de la TO possible
en l’absence de PP
P.A. Apoil (Toulouse)
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Transport Trans-épithélial
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Antigène
s
C.
Epithéliale
Antigène
s
Complexe
s immuns
(FcRn)
CD1
Lamin
a
Propri
a
Lympho. T
iEL
Antigènes solubles
+ Protéines non « digérées »
(2% sont intactes dans dans
circulation portale ou
lymphatique)
Circulation générale
(Rate, Foie)
Macrophage
capillaire
V.
Lymphatique
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Lymphocytes T iEL : rôle régulateur
peuvent être suppresseurs
NL. Mésentériques
P.A. Apoil (Toulouse)
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Détection & Transport par les cellules Dendritiques
Antigènes solubles
Antigène
s
Lamina Propria
TSLP
TGF
IL-10
Cell. Dendritiques CD103+
Productrices d’IL-10, TGF
Acide rétinoïque+
Induisent CD4+ Th2
Induisent CD4+ Tregs
A. Rét.
Cellule Dendritique
NL. Mésentériques
V.
Lymphatique
P.A. Apoil (Toulouse)
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Cellules Dendritiques CD103+ (complexe intégrine E 7)
Cellules dendritiques de NL mésentériques
L’acide rétinoïque
(métabolite de la Vitamine
A) favorise la
différenciation de T CD4+
naïfs en Tregs)
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MF. du Pré & J.N. Samsom Allergy. 2011
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Immunité Innée et adaptative sont liées pour l’initiation
de la plupart des réponses immunes
µ-organisme pathogène
PAMPs
TLR
Cellule présentatrice de l’antigène
(cellule dendritique ou macrophage)
cytokines
(IL-6, IL-12, TNF )
costimulation
T naïf
T effecteur
µ-organisme pathogène
IMMUNITE
PAMP = pathogen-associated
molecular pattern
INNEE
IMMUNITE
ADAPTATIVE
P.A. Apoil (Toulouse)
P.A. APOIL - C.H.U. de Toulouse – CFA 2013
L’interaction entre PAMPs et cellules dendritiques détermine le
type de différenciation Th « x » des lymphocytes T naïfs
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PAMP
ou pathogène
IgG2, IgG4
Pathogène
TOLL
Récepteur
PRR
internalisé
TH1
IL-12
IFN-
CD28
CD80
TCR
cellule T
Naïve
CD4+
HLA-II
cellule
dendritique
TH2
IL-4
IL-5
IL-10
IL-13
IgE, IgG1P.A. Apoil (Toulouse)
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défense vs
pathogènes
intracellulaires
Th1
STAT4
Tbet
réponse humorale
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autoimmunité
Th2
STAT6
GATA3
inflammation
défense vs
pathogènes
Th17
STAT3
CD4+
naïve
Th9
?
Tr1
?
IL-9
Treg
Th3
?
FOXP3
T suppresseurs
IL-10
TGF
Tolérance
Orale
P.A. Apoil (Toulouse)
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Th1
STAT4
Tbet
+
neg
Th2
IL-4
CD4+
naïve
IL-18
IL-33
neg
+
STAT6
GATA3
neg
neg
IL-2, IFN
+
IL-4, IL-5, IL-10
IL-6, IL-13
réponse humorale
allergie
NK
IL-27
Th17
IL-17, IL-22
STAT3
IL-23
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défense vs
pathogènes
intracellulaires
IL-5, IL-13
+
Th17 régulateur
Th17 effecteur
autoimmunité
inflammation
allergie
défense vs
pathogènes
P.A. Apoil (Toulouse)
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Sous-populations de lymphocytes T
(présentes dans le GALT)
• Lymphocytes T régulateurs (CD4+, CD8+ ?)
Au moins 3 types de sous-populations de lymphocytes T (CD4+) à
capacités suppressives :
– Tr1 (CD25-, produisent IL-10) intestin +++
– Th3 (produisent TGF ) intestin ++
– Treg (CD25++, FOXP3+, contact intercellulaire nécessaire)
intestin+/-, LAP+ (TGF )
• Lymphocytes Th1, Th2, Th9, Th17, Th22, etc
• Lymphocytes à TcR « invariant » ( , iNKT, MAIT)
P.A. Apoil (Toulouse)
P.A. APOIL - C.H.U. de Toulouse – CFA 2013
8e Congrès Francophone d'Allergologie
Lymphocytes Foxp3+…
1-10% des lymphocytes T CD4+ dans le sang et dans certains tissus sont Foxp3+
Les mécanismes exacts de la suppression de l’activation T par les Tregs Foxp3+ ne
sont pas identifiés (multiples mécanismes proposés)
L’absence de Foxp3 est incompatible avec la survie de l’individu (IPEX, scurfy)
Dans le sang périphérique, chez l’homme :
nTregs ou iTregs ?
Méthylation variable de FOXP3
Répertoire TcR des nTregs dévié vers l’autoréactivité (répertoire des iTregs ?)
Demi-vie courte (2-4 jours) et turn-over rapide (marquage au glucose deutéridé)
A partir de quel compartiment ces cellules T Foxp3+ sont-elles générées ?
In vitro, chez l’Homme :
Une stimulation intense des T CD4+ ou CD8+ via le TcR (et les signaux de costimulation) enraîne l’expression de Foxp3 dans 70-90% des lymphocytes T (CD4+
ou CD8+). Il est possible d’induire des (i)Tregs Foxp3+ spécifiques d’exo- ou d’alloantigènes. La stabilité in vivo de ce phénotype « induit » n’est pas connue.
La stimulation via le TcR chez la souris n’induit pas cette expression forte de Foxp3
P.A. Apoil (Toulouse)
P.A. APOIL - C.H.U. de Toulouse – CFA 2013
Etat « normal »
8e Congrès Francophone d'Allergologie
Tolérance aux bactéries
commensales
Tolérance aux protéines
alimentaires
Exclusion des bactéries de la
barrière épithéliale par les sIgA
et le mucus
IL-10
Acide Réti.
Th3, Tr1
Balance Th17/Tregs
Déficit en IgA : Phénomènes
allergiques (IgE accrues) et
autoimmunitaires (LED, PR, JCA,
Biermer, maladie coeliaque)
Production locale de TGF , IL10, Acide rétinoïque, IDO qui
promeuvent la différenciation
vers lymphocytes T régulateurs
P.A. Apoil (Toulouse)
P.A. APOIL - C.H.U. de Toulouse – CFA 2013
8e Congrès Francophone d'Allergologie
« Inflammation » pathologique
Réponse de l’immunité innée
aux PAMPs qui ont traversé
la barrière épithéliale (signaux
de danger infectieux & stress
cellulaire)
Activation des macrophages
et cellules dendritiques via
leurs TLRs et NODs
Production de cytokines (IL-6,
IL-12) qui promeuvent une
différenciation Th1 et Th17
des lymphocytes T et
suppriment les capacités
régulatrices des T régulateurs
P.A. Apoil (Toulouse)
P.A. APOIL - C.H.U. de Toulouse – CFA 2013
Autres facteurs « extrinsèques » de la TO
8e Congrès Francophone d'Allergologie
Rôle du degré d’infestation parasitaire…
Immaturité de la barrière intestinale / du GALT chez le nourrisson
Perméabilité intestinale – facteurs qui peuvent la perturber
AINS, tacrolimus, vieillissement, infections virales chroniques
Allaitement maternel
Apport de complexes immuns à IgG et de cytokines immunorégulatrices
Mode de colonisation bactérienne post-natale
Mode d’exposition aux allergènes
(orale / cutanée)
Verhasselt V.
Mucosal Immunol. 2010P.A. Apoil (Toulouse)
8e Congrès Francophone d'Allergologie
Induction de tolérance orale en période néonatale…
Risque +
« Fenêtre »
Risque +
Guérison
Induction de
tolérance
Naissance
> 12 mois
3-4 ?
6-7 ?
- Optimiser la colonisation bactérienne du tube digestif
(pré- pro- sym- biotiques)
- Optimiser l’exposition aux allergènes
(âge de début d’exposition, dose, intervalles)
- Allaitement maternel, poursuivi pendant la « fenêtre » d’induction
(complexes immuns & cytokines immunomodulatrices)
- Apport en vitamine A…
P.A. Apoil (Toulouse)
D’après Prescott S.L. 2008
P.A. APOIL - C.H.U. de Toulouse – CFA 2013
Tolérance Orale & ILCs
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Natural helper cells (NHC)
Innate lymphoid cells
Multi-potent progenitor type 2 cells
(MPPtype2)
Nuocytes
Innate type 2 helper cells (Ih2)
Ces 4 populations produisent des cytokines
Th2 et sont impliquées dans la défense antiparasitaire (helminthes) et l'asthme
"allergique".
Ces cellules n'expriment pas de marqueurs
T, B, NK, macrophagiques, granuleux
(éosinophiles ou basophiles),
mastocytaires ou de cellules dendritiques.
Facteurs de différenciation des NHC :
- TSLP (thymic stromal lymphopoietin)
- IL-33
- IL-25 (= IL-17E)
Hyperéosinophilie
Infiltration mastocytaire
GALT = Gut-associated lymphoid tissue
FALC = Fat-associated lymphoid clusters (mesenteric)
IgE
P.A. Apoil (Toulouse)
P.A. APOIL - C.H.U. de Toulouse – CFA 2013
Fonctions des cellules Natural Helper
8e Congrès Francophone d'Allergologie
1)- Immunité protectrice anti-helminthes
La destruction tissulaire par les helminthes induit la sécrétion d'IL-25 & IL-33 par les cellules épithéliales
en contact avec le parasite. IL-25 et IL-33 induisent une hyperéosinophilie et l'hyperplasie des cellules
caliciformes (production de mucus).
2)- Participation aux réponses allergiques
Implication probable dans l'asthme allergique et les allergies alimentaires.
3)- Réactions inflammatoires dans le
tissu adipeux
La surcharge graisseuse, en particulier
au niveau de la graisse intraabdominale / mésentérique,
s'accompagne d'un état inflammatoire
menant à l'insulino-résistance. La
production de cytokines Th2 par les
NHC est suspectée de jouer un rôle
dans l'induction de cet état
inflammatoire.
P.A. Apoil (Toulouse)
P.A. APOIL - C.H.U. de Toulouse – CFA 2013
Rôle (?) des lymphocytes T dits « non conventionnels »
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TcR
Lymphocytes T
"classiques"
Lymphocytes T "non
conventionnels"
invariant ?
Co-récepteur
non invariant
CD8+
CMH I
non
peptides
Bactéries, virus,
parasites, levures
non invariant
CD4+
CMH II
non
peptides
réponse B,
cytokines
non invariant
CD8+
MHC I
oui
peptides
non invariant
CD4- CD8- DN
MHC I
non
peptides
V 24-V 11
invariant
CD4+ ou DN
CD1d
oui
glycolipides
mycobactéries,
régulation
CD4neg CD8neg
MR-1
oui
Vit. B2 B6
bactéries
CD4- CD8- DN
divers
non
divers
virus ? , cancers
(biphosphonates)
V 9-V 2 (sang)
Vg9-Vd1 Vd3
(muqueuses
digestives)
invariant
Présentation NKG2D, KIR Antigènes Cible/fonction
Ces lymphocytes possèdent des TcR « invariants » qui :
Utilisent toujours les même gènes V
Ont une diversité jonctionnelle V et V très réduite
Intra-epithelial lymphocytes à TcR
Mucosal-associated invariant T cells (lymphocytes MAIT)
virus (HBV, HCV,
HIV…)
Bactéries, virus,
parasites, levures
P.A. Apoil (Toulouse)
Francophone d'Allergologie
MAIT : human Mucosal-Associated Invariant 8eTCongrès
cells
Doubles négatifs CD4-CD8- CD3+ d'origine thymique
Leur maturation dépend de la présence d'une flore commensale
dans l'intestin
TcR à diversité restreinte iV 14-Ja18 ou iV 7.2-Ja33
Associé préférentiellement à V 13, V 2 or V 22
Phénotype de cellules T mémoires
Expriment des récepteurs NK (NKG2D, NKps)
Reconnaissance de peptides présentés par MR-1 dans la lamina
propria de la muqueuse digestive
(# des iNKT qui reconnaissent CD1)
MR-1 présente des métabolites microbiens des vitamines B2 & B6
MR-1 : class-I like ( 2m), gène situé en dehors du CMH
Molécule ubiquitaire
Abondance ++ dans le sang périphérique (1-8%)
et le foie (20-45% de tous les lymphocytes T)
Fonctions antimicrobiennes (bactéries Gram- intestinales)
Production d'IFN , TNF , granzymes
Contrôle de la flore commensale
Action anti-bactéries intra-cellulaires
P.A. Apoil (Toulouse)
P.A. APOIL - C.H.U. de Toulouse – CFA 2013
8e Congrès Francophone d'Allergologie
Merci pour votre attention
P.A. Apoil (Toulouse)