Les cellules dendritiques

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Les cellules dendritiques
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es cellules dendritiques, individualisées par Steinman
et Cohn en 1973, du fait de leur aspect morphologique caractérisé par de nombreux prolongements
cytoplasmiques sous forme de dendrites, suscitent aujourd’hui
un intérêt croissant en cancérologie en raison de leur rôle dans
l’induction d’une immunité antitumorale.
NOSOLOGIE
On distingue trois types de cellules dendritiques.
■ Les cellules dendritiques d’origine myéloïde se différencient
à partir de précurseurs médullaires hématopoïétiques CD34+,
sous l’influence de différentes cytokines. Les cellules de Langerhans de la peau et les cellules dendritiques tissulaires sont
incluses dans ce groupe. Ces cellules dendritiques représentent
environ 0,1 % des leucocytes du sang. En raison du développement récent des connaissances sur ces cellules et de leur utilisation dans des protocoles de vaccination antitumorale, cette
revue leur sera consacrée.
■ Les cellules dendritiques folliculaires sont présentes dans
les follicules lymphoïdes des ganglions et dans la rate. Elles ne
sont pas d’origine hématopoïétique. Elles jouent un rôle essentiel dans l’activation des lymphocytes B mémoires par leur
capacité à présenter des antigènes à leur membrane de façon
prolongée.
■ Les cellules dendritiques d’origine lymphoïde ont été identifiées récemment. Leur rôle reste obscur.
PROPRIÉTÉS
Les cellules dendritiques sont considérées comme les “cellules
sentinelles” du système immunitaire. En effet, de par leur
localisation préférentielle au niveau des différentes
muqueuses, elles sont les premières en contact avec les pathogènes ou des protéines étrangères introduites dans l’organisme.
*Unité d’immunologie clinique, INSERM 255, Institut Curie, 26, rue d’Ulm,
75248 Paris.
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Ces cellules dendritiques immatures vont internaliser ces antigènes exogènes par endocytose ou macropinocytose, permettre
la dégradation de cet antigène sous forme de peptides (protéolyse de l’antigène) et l’association de ces peptides aux molécules HLA de classe I ou II. Sous l’influence de signaux
inflammatoires locaux telle la production de cytokines
(TNFα), ces cellules dendritiques immatures vont migrer via
les vaisseaux lymphatiques vers les zones T des ganglions
lymphatiques (cortex profond). Elles présentent alors les peptides antigéniques associés aux molécules HLA de classe I ou
II aux lymphocytes T CD4 ou CD8. Elles développent de
longs prolongements cytoplasmiques (dendrites) permettant un
contact cellulaire étroit avec de nombreux lymphocytes T. Ces
cellules sont alors appelées cellules interdigitées.
Les cellules dendritiques sont des cellules “professionnelles”,
spécialisées dans la présentation de l’antigène aux lymphocytes T. Elles seraient les seules cellules présentatrices d’antigènes capables d’induire une immunisation primaire de type
cellulaire pour un antigène donné. Ce sont les cellules les plus
efficaces pour induire une réaction allogénique.
PHÉNOTYPE
La figure 1 schématise les voies de différenciation des cellules
dendritiques à partir de précurseurs hématopoïétiques CD34+
ou de monocytes CD14+.
La cellule dendritique immature a un rôle essentiel dans la
capture de l’antigène, ce qui explique certaines caractéristiques
phénotypiques telles leur activité importante de macropinocytose et de phagocytose, l’expression de certains récepteurs Fc
(CD32) permettant l’internalisation de complexes immuns et
de récepteurs aux mannoses fixant les antigènes riches en mannose. Les molécules HLA de classe II sont principalement
intracytoplasmiques. Au contraire, la cellule dendritique
mature spécialisée dans la présentation de peptides antigéniques aux lymphocytes T se caractérise par la forte expression
membranaire de molécules HLA de classe II, associées à des
peptides, ainsi que des molécules de costimulation B7-1
(CD80), B7-2 (CD86), CD40, ICAM1 conduisant à une activation optimale des lymphocytes T. L’expression des marqueurs
de différenciation CD83 et CMRF 44 serait assez restreinte à
cette population de cellules dendritiques matures et ces marqueurs sont utilisés comme outil diagnostique en complément
du marqueur S100. Les antigènes de différenciation CD14 et
CD1a aident à distinguer respectivement les macrophages/
monocytes des cellules dendritiques.
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CD1a+
GM-CSF + TNFα
CD1a+
Cellules de Langerhans
(Granules de Birbeck +)
GM-CSF + TNF
CD34+
Cellules-souches
CD14+
GM-CSF + TNFα
CD1a+
Cellules dendritiques
CD14+
F
CS
M-
CD14+
Monocytes
Macrophages
GM-CSF + IL4
CD1a+
TNFα ou
signaux inflammatoires
Cellules dendritiques
immatures
CD1a+
Cellules dendritiques
matures
CD14+/-, CD1a+, HLA classe II+,
B7+, R-Mannose++, CD32+,
CD83+/-, CMRF-44 +/-
CD14-, CD1a+, HLA classe II++,
B7++, R-Mannose+/-, CD32-,
CD83+, CMRF-44 ++
Figure 1. Origine et différenciation des cellules dendritiques.
PRODUCTION ET PURIFICATION
Ce sont les nouvelles méthodes de purification et d’expansion
in vitro de ces cellules qui ont permis l’explosion actuelle des
travaux sur les cellules dendritiques.
Les cellules dendritiques peuvent être amplifiées in vitro à partir de cellules-souches CD34+ isolées de la moelle osseuse, du
sang de cordon ou du sang périphérique après mobilisation de
ces précurseurs par du G-CSF. Ces cellules sont alors cultivées
en présence de GM-CSF et de TNFα. Par cette approche,
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10 6 cellules dendritiques sont en moyenne générées après
3 semaines de culture in vitro, à partir de 104 cellules CD34+
médullaires.
L’addition d’autres facteurs comme le Flt3 ligand ou le cKit
ligand pourrait améliorer le rendement de ces cultures.
Dans d’autres protocoles, les cellules dendritiques sont produites à partir de monocytes du sang périphérique isolés par
adhérence ou par élutriation, puis mis en culture en présence
d’IL4 et de GM-CSF pendant 5 à 7 jours. Ainsi, par cette
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méthode, 3 à 8.106 cellules dendritiques sont obtenues à partir
de 40 ml de sang total.
Initialement isolées par des méthodes physiques de gradient
cellulaire s’appuyant sur leur faible densité, elles sont
aujourd’hui purifiées par immunosélection négative ou positive à l’aide d’anticorps. Elles n’expriment pas les marqueurs
présents dans les autres populations leucocytaires de lymphocytes T (CD3), de lymphocytes B (CD19, CD20), de cellules
“natural killer” (CD16, CD56) et de neutrophiles (CD15). Les
techniques de cytométrie de flux avec tri cellulaire à l’aide
d’anticorps anti-CD1a ou des nouveaux anticorps monoclonaux dirigés contre les molécules CD83 et CMRF 44 exprimées de façon préférentielle par les cellules dendritiques
matures sont également utilisées pour purifier ces cellules.
RATIONNEL DE L’UTILISATION DES CELLULES
DENDRITIQUES EN CANCÉROLOGIE
La cellule dendritique est responsable in vivo de la
présentation des antigènes tumoraux
À la suite des travaux pionniers du groupe de T. Boon, il apparaît clairement aujourd’hui que les cellules tumorales expriment des antigènes tumoraux pouvant être reconnus par des
lymphocytes T spécifiques. Néanmoins, la cellule tumorale
n’est pas une bonne cellule présentatrice d’antigène car elle
n’exprime pas à sa membrane des molécules de costimulation
lymphocytaire (B7), et des anomalies de régulation des molécules HLA de classes I et II associées aux tumeurs ont été
décrites. Par ailleurs, des expériences de “cross priming” ont
démontré dans des modèles tumoraux murins que les antigènes
tumoraux cibles d’une attaque immunologique n’étaient pas
présentés directement de la cellule tumorale aux lymphocytes T
mais nécessitaient l’intervention de cellules dendritiques responsables, en fait, de l’immunisation contre ces antigènes.
Après transfection de tumeurs avec l’ADNc du GM-CSF,
cytokine induisant la différenciation des cellules dendritiques,
l’augmentation de l’immunogénicité de ces tumeurs et leur
rejet chez l’animal suggèrent également un rôle des cellules
dendritiques dans ces modèles.
Cellules dendritiques : marqueurs pronostiques
en cancérologie
D’après des études immunohistochimiques à l’aide d’anticorps
anti-S100, la présence de cellules dendritiques en grand
nombre dans le stroma tumoral de cancers des voies aérodigestives supérieures, bronchiques, digestives, du col de l’utérus et
de la prostate est associée à un meilleur pronostic clinique.
Dans les mélanomes, la proportion de cellules de Langerhans
infiltrant les tumeurs diminue avec la progression de la
maladie.
Anomalies fonctionnelles des cellules dendritiques en
cancérologie
Par différents mécanismes, il semble que la cellule tumorale
inhibe certaines activités fonctionnelles des cellules
dendritiques infiltrant les tumeurs et empêche ainsi une
réaction immunitaire antitumorale de se développer.
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Ainsi, le groupe de Gabrilovich a montré que, chez des souris
porteuses de tumeurs, les cellules dendritiques présentaient
différentes anomalies phénotypiques et fonctionnelles les rendant moins efficaces dans leur capacité à présenter des antigènes tumoraux. Chez l’homme, les cellules dendritiques infiltrant les tumeurs du rein et de la prostate semblent garder un
phénotype immature (CD83-, CMRF 44) peu fonctionnel.
Différentes molécules sécrétées par la cellule tumorale comme
l’interleukine 10 ou le VEGF (Vascular Endothelial Growth
Factor) pourraient être responsables d’une absence de différenciation et d’une perte de fonctionnalité des cellules dendritiques infiltrant les tumeurs.
Le rôle majeur joué par les cellules dendritiques dans l’induction d’une immunité antitumorale et leur état d’anergie ou
d’absence de recrutement au site tumoral observé in vivo
représentent donc le rationnel des stratégies visant à activer et
sensibiliser in vitro ces cellules dendritiques avec des antigènes tumoraux dans un but vaccinal.
ROLE DES CELLULES DENDRITIQUES DANS L’INDUCTION
D’UNE IMMUNITÉ ANTITUMORALE
Induction in vitro de lymphocytes T cytotoxiques dirigés
contre des antigènes tumoraux
Différents arguments cliniques et expérimentaux suggèrent
que l’induction de lymphocytes T cytotoxiques antitumoraux
est le plus souvent corrélée à une réponse clinique antitumorale. Or, différentes propriétés des cellules dendritiques leur
confèrent un avantage majeur par rapport aux autres types de
cellules présentatrices d’antigènes pour générer une réponse
immunologique cellulaire antitumorale. Ainsi, les cellules dendritiques présentent des peptides dérivés d’antigènes exogènes
de façon HLA classe I restreinte pouvant être reconnus par des
lymphocytes T CD8 cytotoxiques tandis que la majorité des
autres types cellulaires internalisent ces antigènes exogènes
dans la voie endosomale, conduisant à une présentation des
peptides par les molécules HLA de classe II. Par ailleurs, ces
cellules dendritiques sécrètent, lors de cette présentation antigénique, de grandes quantités d’interleukine 12, cytokine
jouant un rôle majeur dans l’induction d’une réponse immunitaire de type cellulaire.
Différents groupes ont montré qu’une immunisation in vitro à
l’aide de cellules dendritiques pouvait générer des lymphocytes T cytotoxiques contre des peptides dérivés des transcrits
de fusion abl-bcr dans la leucémie myéloïde chronique, de la
tyrosinase, de Mart 1 et de gp100 dans le mélanome,
d’Her2/neu dans le cancer du sein ou de PSMA (Prostate Specific Membrane Antigen) dans le cancer de la prostate.
Réponse clinique antitumorale dans des modèles
expérimentaux murins après immunothérapie adoptive avec
des cellules dendritiques
Le tableau I résume les travaux démontrant clairement une
efficacité antitumorale des cellules dendritiques sensibilisées
avec différents antigènes tumoraux. Cet effet est observé aussi
bien dans des protocoles de vaccination empêchant le dévelopLa Lettre du Cancérologue - volume VII - n° 1 - janvier-février 1998
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pement de tumeurs que dans des stratégies thérapeutiques sur
des tumeurs établies. Lorsque l’antigène tumoral est identifié,
l’incubation de cellules dendritiques avec des protéines ou
peptides tumoraux ou la transfection de cellules dendritiques
avec l’ADNc codant pour cet antigène ont été réalisées. Néanmoins, en l’absence de caractérisation des antigènes tumoraux
potentiels, situation rencontrée le plus souvent en clinique
humaine, des réponses antitumorales ont également été observées soit en chargeant ces cellules dendritiques avec des lysats
tumoraux, de l’ARN extrait de tumeurs ou des peptides obtenus
par élution acide de tumeurs, soit en fusionnant ces cellules
dendritiques avec des cellules tumorales.
De façon paradoxale, il est apparu que les cellules dendritiques
immatures étaient plus efficaces pour entraîner une protection
tumorale que des cellules dendritiques différenciées et activées.
Enfin, dans tous ces modèles, des lymphocytes T cytotoxiques
antitumoraux sont générés après immunisation in vivo.
Tableau I. Réponse clinique antitumorale dans des modèles expérimentaux murins après immunothérapie adoptive avec des cellules dendritiques.
Tumeurs
Nom et mode
de présentation
de l’antigène
tumoral
-3 LL
(carcinome pulmonaire)
-C3-HPV 16
(fibroblaste transfecté
avec HPV 16)
-MO5-Ova
(mélanome transfecté
avec Ova)
f1-β Gal
(fibroblaste transformé
et transfecté avec β Gal)
Mut 1
(peptides)
HPV 16 E7
(peptides)
B16-Ova
(mélanome transfecté
avec Ova)
Origine
et méthode
de culture
des cellules
dendritiques
Prévention croissance
tumorale
Moelle osseuse
+ GM-CSF-IL4
Ovalbumine (Ova)
(peptides)
β Gal sous forme
de protéine soluble
Induction d’une
réponse clinique
antitumorale
Auteurs
Mayordomo J.I.
1995
Traitement tumeurs
établies
Prévention croissance
tumorale
Paglia P.
1996
Ovalbumine
(peptides)
Moelle osseuse
+ GM-CSF
ou lignée
dendritique
(D2SC/1)
Moelle osseuse
+ GM-CSF-IL4
Prévention croissance
tumorale
Celluzzi C.M.
1996
MCA-205
(fibrosarcome)
TS/A (adénocarcinome
mammaire)
Élution acide
de peptides
Moelle osseuse
+ GM-CSF-IL4
Traitement tumeurs
établies
Zitvogel L.
1996
3T3-p53
(fibroblaste transfecté
avec p53 mutée humaine)
p53 muté
(peptides)
Moelle osseuse
+ GM-CSF-IL4
Traitement tumeurs
établies
Gabrilovich D.I.
1996
MC38
(adénocarcinome)
Fusion tumeurscellules dendritiques
Moelle
+ GM-CSF
Traitement métastases
établies
Gong J.
1997
NFSA-Mart1
(fibrosarcome transfecté
avec Mart 1)
Mart 1
(Adénovirus)
Moelle osseuse
+ GM-CSF-IL4
Ribas A.
1997
CT26-β Gal
(adénocarcinome colique
transfecté avec b Gal)
β Galactosidase
(Adénovirus)
Song W.
1997
CT26-β Gal
(adénocarcinome colique
transfecté avec b Gal)
β Galactosidase
(Rétrovirus)
Moelle osseuse
+ GM-CSF-IL4
ou lignée
dendritique
(XS 52)
Moelle osseuse
+ GM-CSF- IL4
Prévention croissance
tumorale
Traitement tumeurs
établies
Prévention croissance
tumorale
Traitement
métastases établies
Survie prolongée
Traitement métastases
établies
MC-38-Muc 1
(adénocarcinome
transfecté avec Muc 1)
Muc 1
(Adénovirus)
Moelle osseuse
+ GM-CSF
Prévention croissance
tumorale
Gong J.
1997
La Lettre du Cancérologue - volume VII - n° 1 - janvier-février 1998
Specht J.M.
1997
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Chez l’homme...
Le groupe de R. Levy, à Stanford, a traité 4 patients atteints de
lymphome B folliculaire par des cellules dendritiques chargées
avec l’immunoglobuline monoclonale des patients. Tous les
patients ont développé une réponse immunologique de type
cellulaire contre des déterminants antigéniques de
l’immunoglobuline exprimée par leur lymphome. Une réponse
clinique complète et une réponse partielle ont également été
observées. Un protocole de phase I dans des tumeurs
prostatiques, développé par G. Murphy à Washington, utilisant
des cellules dendritiques pulsées avec des peptides dérivés de
la PSMA, a montré une bonne tolérance clinique et quelques
réponses biologiques reflétées par une diminution des
concentrations sériques de PSA. Des protocoles de phase I
sont actuellement réalisés à Pittsburgh (M. Lotze) et à Zurich
(F. Nestlé) chez des patients atteints de mélanomes.
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L’administration chez la souris d’un nouveau facteur de croissance, le Flt3 ligand, a induit une augmentation in vivo des
cellules dendritiques dans différents tissus et des réponses cliniques antitumorales. D’autres travaux ont montré que la
nature et la concentration de l’antigène ainsi que sa voie
d’administration jouaient un rôle important dans le ciblage
préférentiel in vivo de l’antigène vers les cellules dendritiques.
Ainsi se dessinent pour l’avenir deux principales stratégies
d’utilisation des cellules dendritiques en clinique, l’une consistant en leur expansion et sensibilisation à des antigènes tumoraux ex vivo suivies d’une réinjection de ces cellules dans des
protocoles d’immunothérapie adoptive, la seconde visant à une
meilleure immunisation de ces cellules in vivo. Un travail
élégant du groupe de L. Falo (Pittsburgh) a récemment montré
qu’une immunisation sous-cutanée avec de l’ADN nu représentait une approche originale pour sensibiliser préférentiellement in vivo des cellules dendritiques.
■
CONCLUSION
Les cellules dendritiques représentent certainement
aujourd’hui l’un des adjuvants les plus puissants pour entraîner
une réponse immunologique cellulaire antitumorale. Les résultats convaincants obtenus dans des modèles expérimentaux
murins placent ce nouvel outil thérapeutique en première ligne
des stratégies d’immunothérapie en cancérologie. Néanmoins,
différentes questions relatives à la formulation de l’antigène
tumoral (peptide, protéine, ADN), au choix des méthodes de
purification et d’expansion de ces cellules et à une meilleure
définition des relations entre leur phénotype et leur fonction
sont encore l’objet de controverses.
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P
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s a v o i r
p l u s
❏ Hart D.N.J. Dendritic cells : unique leukocyte populations which control the
primary immune response. Blood 1997 ; 90 (9) : 3245-87.
❏ Mayordomo J.I., Zorina T., Storkus W.J., Zitvogel L.,
Garcia-Prats M.D., DeLeo A.B., Lotze M.T. Bone marrow-derived dendritic
cells serve as potent adjuvants for peptide-based antitumor vaccines. Stem Cells
1997 ; 15 : 94-103.
❏ Schuler G., Steinman R.M. Dendritic cells as adjuvants for immune-mediated
resistance to tumors. J Exp Med 1997 ; 186 : 1183-7.
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