Cellules NK en thérapie cellulaire

Revue
Thérapie cellulaire
Stéphanie Nguyen
1
Loïc Fouillard
2
Sébastien Maury
3
1
Service d’hématologie clinique,
hôpital Pitié-Salpêtrière,
75013 Paris
2
Service d’hématologie clinique,
hôpital Saint-Antoine,
75012 Paris
3
Service d’hématologie clinique,
hôpital Henri-Mondor,
94000 Créteil
<sebastien.maur[email protected]>
Pour couvrir cette thématique très large, nous avons choisi de cibler les communica-
tions consacrées à trois populations cellulaires qui peuvent être utilisées en thérapie
cellulaire de façon innovante. Leur physiopathologie laisse entrevoir des perspecti-
ves d’application clinique dans plusieurs champs de l’hématologie, tels que l’effet
antitumoral, la modulation de la réaction du greffon contre l’hôte (GvH), la
reconstitution immunitaire, ou encore en dehors de l’hématologie en particulier la
médecine régénérative.
Sont donc abordées dans ce résumé les communications consacrées aux cellules
NK, aux cellules souches (en particulier mésenchymateuses) et à leurs propriétés de
plasticité cellulaire et enfin aux lymphocytes T régulateurs (Treg).
Correspondance :
S. Maury
Hématologie 2007 ; 13 (spécial 1) : 59-68
Hématologie, vol. 13, n° spécial 1, mars 2007
59
doi: 10.1684/hma.2007.0098
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Les cellules natural killer (NK) ont connu un regain d’intérêt en
hématologie clinique depuis la description par l’équipe ita-
lienne de Perugia d’un effet du greffon contre la leucémie
(GvL) NK-dépendant chez des patients allogreffés, en situa-
tion haplo-identique, pour leucémie aiguë (LAM) avancée
[1]. Depuis, les résultats cliniques post-greffe haplo-identique
ou avec 1 ou plusieurs mismatch HLA de classe I sont plutôt
discordants et la réalité de l’alloréactivité NK reste sujette à
débat. Plusieurs questions restent en suspens : comment pré-
dire l’alloréactivité NK afin de choisir le « bon » donneur ?
Quels sont les mécanismes de mise en place du répertoire NK
et de la tolérance au soi ? Existe-t-il une alloréactivité NK en
système HLA identique ? Comment améliorer la reconstitution
immunitaire après greffe haplo-identique ? Quelle est la
place de l’injection de cellules NK alloréactives ?...
Plusieurs communications lors de l’ASH 2006 ont contribué à
faire avancer ces différents sujets et nous aider à mieux
comprendre et utiliser les cellules NK en thérapie cellulaire
antitumorale ou anti-infectieuse.
Cellules NK
et alloréactivité antileucémique
Les modèles d’alloréactivité NK reposent sur le principe
qu’une sous-population de cellules NK, chez un donneur
donné, exprime un récepteur inhibiteur KIR (killer Ig-like
receptor) ne reconnaissant aucune molécule HLA de classe I
sur les cellules tumorales cibles du receveur. L’absence de
reconnaissance du KIR par son ligand HLA-I entraîne une
levée de l’inhibition de la cytotoxicité NK et permet à la
cellule NK de tuer la cellule cible.
Trois modèles prédictifs de l’alloréactivité NK ont été
proposés :
A) Modèle d’incompatibilité HLA donneur-HLA receveur (ou
incompatibilité ligand-ligand) (figure 1).
Ce modèle, proposé par l’équipe italienne de Perugia, prédit
l’existence d’une alloréactivité NK après greffe haplo-
identique, en étudiant le typage HLA du donneur et le typage
HLA du receveur [1]. Il repose sur l’absence, chez le rece-
veur, d’un ligand HLA de classe I présent chez le donneur.
Dans cette situation, les cellules NK du donneur qui expriment
comme unique récepteur KIR spécifique du soi un KIR spécifi-
que d’un ligand HLA de classe I absent chez le receveur, ne
sont plus inhibées et sont donc alloréactives. Cette alloréacti-
vité supposée est corrélée avec la mise en évidence, ex vivo,
de clones NK issus du donneur alloréactifs envers les cellules
cibles du receveur.
En communication orale, Ruggeri et al. (n° 437) ont réactua-
lisé leur série de 112 LAM greffés à partir de donneurs
haplo-identiques avec des cellules NK alloréactives (n = 51)
ou non alloréactives (n = 61). Ils confirment leurs excellents
résultats précédents [1], en nuançant cependant les résultats
en fonction du statut à la greffe. La greffe à partir de donneurs
ayant une alloréactivité NK était corrélée à : 1) un taux de
rechute fortement diminué quand les patients étaient greffés
en rémission (3 % versus 47 % ; p < 0,003), 2) une meilleure
EFS chez les patients greffés en rechute (34 % versus 6%;
p = 0,04) et en rémission (67 % versus 18 % ; p = 0,02).
À noter que dans la dernière série de 104 greffes haplo-
identiques publiée par l’équipe de Perugia [2], comprenant
67 LAM et 37 LAL, les résultats étaient sensiblement différents
avec : une EFS similaire pour les patients greffés en rémission
Cellules NK en thérapie cellulaire
Stéphanie Nguyen
A25, Bw4, Cw1
A2, Bw4, Cw2 A25, Bw4, Cw1 A3, Bw6, Cw1
NK
NK
NK
Cw1
Cw2
KIR2DL2 Cw1
KIR2DL1
HLA-C groupe 1
HLA-C groupe 2
HLA-C groupe 1
Cw1
HLA-C groupe 1
Cw1
Cw1
HLA-Bw4
HLA-Bw4
Bw4 KIR3DL1 Bw4
RECEVEUR DONNEUR
Absence de ligand
du groupe C2
Présence de ligand
du groupe C1 et C2
Figure 1. Modèle du mismatch Ligand/Ligand.
Hématologie, vol. 13, n° spécial 1, mars 2007
60
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pour LAL et LAM (environ 47 % avec un suivi médian de
22 mois) et surtout l’absence d’impact pronostique du mis-
match HLA dans le sens de la GvL NK. En fait, dans cette
série, le seul facteur pronostic en terme d’EFS et de rechute
était le statut à la greffe.
B) Modèle d’incompatibilité KIR donneur-HLA receveur (ou
incompatibilité KIR-ligand) (figure 2).
Ce modèle proposé par Leung et al. [3] prédit l’alloréactivité
des cellules NK du donneur en étudiant le génotype KIR du
donneur et le typage HLA du receveur. Si le donneur exprime
au moins un KIR dont le ligand HLA de classe I est absent chez
le receveur, il existe une alloréactivité NK envers les cibles
tumorales du receveur et un effet bénéfique sur le devenir en
post-greffe haplo-identique. Symons (n° 604) a rapporté, en
communication orale, un effet bénéfique de la présence d’un
mismatch KIR/ligand dans le sens de la GvL NK, chez
60 patients adultes greffés en haplo-identique avec condi-
tionnement atténué, pour des maladies hématologiques
avancées, en terme de survie globale (médiane de 622 jours
chez les 32 patients ayant au moins 1 KIR/ligand mismatch
versus 208 jours chez les 27 patients n’ayant pas de mis-
match, p = 0,008), et de délai de survenue d’une rechute.
Les gènes codant pour les KIR (localisés sur le chromosome
19) et les gènes codant pour le HLA (localisés sur le chromo-
some 6) ont une ségrégation indépendante et le répertoire
phénotypique KIR d’un individu est régulé par le génotype
KIR et non le génotype HLA. Il est donc possible pour un
individu de ne pas exprimer de KIR spécifique de ses propres
molécules HLA, ou à l’inverse de manquer de ligand HLA
spécifique de ses propres récepteurs KIRs. Le modèle du
ligand manquant chez le receveur/KIR présent chez le don-
neur est donc applicable également, en théorie, en situation
d’allogreffe HLA identique. C’est ainsi qu’a été décrite une
alloréactivité NK, après allogreffe géno-identique T déplétée
(avec un effet bénéfique en terme de DFS et OS), chez les
patients porteurs d’une LAM et dont le typage HLA révélait
l’absence d’au moins 1 ligand-C ou B pour les KIRs du
donneur [4]. Les mécanismes d’une alloréactivité NK en
situation HLA identique sont mal connus, et l’hypothèse est
qu’il existerait des clones autoréactifs quiescents chez le
donneur qui se « réactiveraient » en post-greffe chez le rece-
veur HLA identique.
Concernant les mécanismes de tolérance, deux études inté-
ressantes sont à noter : Cooley et al. (n° 918) ont décrit une
sous-population circulante, chez les sujets sains, de cellules
NK CD56dimKIR-NKG2A-. Cette population n’exprime
aucun récepteur inhibiteur spécifique du soi et devrait donc
être potentiellement autoréactive. Cependant, les tests fonc-
tionnels montrent une cytotoxicité diminuée vis-à-vis de K562,
l’absence de granzyme intracellulaire et une incapacité à
produire de l’INF-c. Après 14 jours de culture avec de l’IL-15,
les cellules NK ont acquis les KIR et NKG2A ainsi que des
fonctions cytotoxiques et de production d’IFN gamma. Les
auteurs concluent que cette population CD56dimKIR-
NKG2A- est immature plutôt qu’autoréactive.
Yu et al. (n° 919) ont, quant à eux, étudié les cellules NK chez
10 individus de typage HLA différent mais ayant le même
haplotype KIR de type A, c’est-à-dire comprenant les KIRs
inhibiteurs KIR2DL3, KIR2DL1 et KIR3DL1 ayant les ligands
respectifs HLA-Cw3, Cw4 et Bw4. La capacité de production
d’IFN-cpar les cellules NK a été étudiée quand les cellules
étaient incubées avec la lignée HLA négative 721-221,
transfectée ou pas avec ces différents ligands HLA de classe I.
Les cellules NK exprimant exclusivement un KIR spécifique du
soi produisaient plus d’INF-cface à une cible n’exprimant
pas le ligand HLA-I en rapport, alors que les cellules NK
exprimant uniquement un KIR non spécifique du soi étaient
peu fonctionnelles face à n’importe quelle cible testée. En
fait, chez tous les individus, les cellules NK exprimant les KIRs
spécifiques du soi étaient plus fonctionnelles que les cellules
NK exprimant des KIRs non spécifiques du soi. Les 3 KIRs
inhibiteurs testés avaient donc des capacités de tolérance
prédictibles par le typage HLA des individus.
Ces deux études sont importantes, car elles remettent en
question le dogme que chaque cellule NK d’un individu
exprime au moins 1 KIR inhibiteur spécifique du soi, et nous
permettent de mieux comprendre les mécanismes de tolé-
rance au soi.
Cw1
NK
KIR2DL1
HLA-C groupe 1
Cw1
HLA-C groupe 1
Cw1
DONNEUR
Génotypage KIR : présence du KIR 2DL1 (dont le
ligand fait partie du groupe C2)
Cw1
RECEVEUR
A25, Bw4, Cw1
A3, Bw6, Cw1
Absence de ligand
du groupe C2
Figure 2. Modèle du mismatch KIR/Ligand.
Hématologie, vol. 13, n° spécial 1, mars 2007
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C) Modèle du « ligand manquant » (figure 3).
Partant de la constatation que la majorité de la population
caucasienne exprime, au niveau génotypique, la plupart des
KIR inhibiteurs spécifiques des molécules HLA de classe I du
groupe C1 (KIR2DL2/2DL3, présents respectivement chez
49-60 % et 85-93 % de la population), C2 (KIR2DL1,
91-100 %) et Bw4 (KIR3DL1, 87-98 %), il a été proposé de
n’étudier que l’absence de ligand HLA de classe I chez le
receveur, sans tenir compte du typage HLA ou du génoty-
page KIR du donneur. En communication orale, Miller et al.
(n° 171) ont analysé l’impact de l’absence d’au moins 1
ligand C1, C2 ou Bw4 spécifique des KIRs chez 2 062
patients allogreffés en situation phéno-identique pour des
hémopathies myéloïdes (n = 719 avec les 3 ligands des KIRs
exprimés versus n = 1 343 avec au moins un ligand des KIRs
absent). Chez les patients greffés en maladie hématologique
peu avancée (LAM en RC1, LMC en PC1, MDS avec anémie
réfractaire), le risque de rechute à 3 ans était diminué s’il y
avait au moins 1 ligand de KIR absent (RR 0,54, n = 354,
p = 0,03 ; 6 % de rechute versus 11 % quand tous les
ligands étaient présents). En revanche, en situation de mala-
die avancée, on ne retrouve plus de bénéfice de l’absence de
ligand des KIRs chez le receveur.
Greffe haplo-identique
et reconstitution immunitaire
Outre la perte de l’effet GvL médié par les cellules T, les
greffes haplo-identiques CD34+ sélectionnées exposent au
risque de déficit immunitaire prolongé du fait de la déplétion
extensive du greffon en cellules T. L’équipe de C. Bordignon
(n° 307) a présenté les résultats du protocole de phase II,
évaluant l’efficacité sur la reconstitution immune de l’adjonc-
tion précoce en post-greffe haplo-identique de cellules T
transduites pour un gène suicide (cellules TK) chez
17 patients. Les résultats sont très bons, avec 1 seul patient
décédé d’infection sur les 14 chez lesquels les cellules TK se
sont développées, une détection précoce de précurseurs T
spécifiques du CMV et de l’EBV, une amélioration significa-
tive du répertoire T en 6 mois et une normalisation en 1 an, la
survenue d’une réaction du greffon contre l’hôte (GvH) grade
I-IV chez 6 patients complètement éteinte par le système du
gène suicide, et une survie globale de 50 % à 3 ans.
Plusieurs posters ont mis en avant la nécessité de co-injecter
des cellules T, NK ou des cellules accessoires pour améliorer
la reconstitution NK (Nguyen et al., n° 3120) ou l’immunité
adaptative anti-infectieuse (Ruggeri et al., n° 3210) après
greffe haplo-identique, ou encore favoriser l’expansion NK
après injection de cellules NK (Miller et al., n° 3642). Une
approche intéressante est celle de l’équipe de Tuebingen qui
a rapporté les résultats d’une étude pilote chez 27 enfants
ayant reçu un greffon haplo-identique, non plus CD34+
sélectionné, mais CD3/CD19 déplété (CliniMACS) après
conditionnement intensif ou réduit pour hémopathie maligne
ou tumeur solide avancées (Lang n° 3121). Les greffons
obtenus par cette méthode de sélection étaient riches en
cellules souches (16 x 10
6
/Kg), NK (13,7 x 10
7
),
monocytes-granuleux (6 x 10
8
) et déplétés en cellules T (4,9
x10
4
/Kg) et B (< 0,01 %). La reconstitution T était rapide
avec une absence d’infection virale létale et 49 % de patients
vivant à 0,8 an, la seule cause de décès étant la rechute. Le
taux de GvH aiguë était faible (26 % de GvH grade II). La
même approche de greffe haplo-identique T et B déplétée a
été effectuée chez l’adulte (Bethge et al., n° 3136) après
conditionnement atténué associé à de l’OKT3, chez 22
patient à haut risque de rechute, avec un taux de survie
globale à 185 jours de 45 %, une GvH aiguë grade II-IV
(n = 4 grade III-IV) de 59 %, une TRM à J100 de 27 %.
A25, Bw4, Cw1
A3, Bw6, Cw1
Cw1 HLA-C groupe 1
Cw1
HLA-C groupe 1
Cw1
Cw1
HLA-Bw4
NK KIR2DL1
Bw4
RECEVEUR
DONNEUR
On part du principe que le donneur exprime les 3 KIRs
inhibiteurs spécifiques des ligands C1, C2 et Bw4
KIR2DL2
NK
NK KIR3DL1
Absence de ligand du
groupe C2
Figure 3. Modèle du ligand manquant.
Hématologie, vol. 13, n° spécial 1, mars 2007
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Injections de cellules NK
en thérapie cellulaire
Passweg et al. (n° 411) ont présenté les résultats d’une étude
de phase II venant de deux centres (Basel, Suisse et Francfort,
Allemagne). Quinze patients ont reçu2à3injections de
cellules NK du donneur (NK-DLI) à J3, J40, J100 ou J40, J100
post-greffe de CSH haplo-identiques de façon préemptive,
dans le but d’améliorer la prise de greffe et d’obtenir un effet
GvL. Les cellules NK étaient sélectionnées en deux étapes
(déplétion CD3 puis enrichissement CD56+, CliniMACS)et
réinjectées à une dose médiane de 1,3 x 10
7
/kg sans
activation ni traitement immunosuppresseur préalables chez
le receveur. La dose médiane de cellules T réinjectées était de
0,2 x 10
4
/kg. Les 2 patients ayant reçu le plus de cellules T
(7,2 et 5,3 x 10
4
CD3+/kg) ont développé une GvH sévère
grade III et IV. Les 13 autres patients ayant reçu < 1 x 10
4
/kg
CD3+ n’ont pas développé de GvH. Huit patients sont
vivants. Les causes de décès sont 4 rechutes, 2 rejets et 1 GvH
grade IV.
Gada et al. (n° 3642) ont étudié les effets de l’injection de
cellules NK haplo-identiques sélectionnées en deux étapes
(déplétion CD3 puis sélection positive CD56+), activées
pendant la nuit par de l’IL-2 puis réinjectées chez 9 patients
porteurs de LAM avancée recevant de l’IL-2 en sous-cutané
(6 doses). Aucun patient n’a été mis en rémission complète et
il n’y a pas eu d’expansion NK in vivo. Les produits sélection-
nés en deux étapes ont été comparés avec (a) les produits
sélectionnés par une seule étape de T déplétion, et (b) les
sangs de cordon. L’expansion des cellules NK, après
14 jours de culture in vitro, était meilleure pour les produits
CD3 déplétés (comprenant des cellules B et des monocytes) et
les sangs de cordon, que les produits sélectionnés en deux
étapes. L’auteur en conclut que la co-infusion de cellules
accessoires peut être nécessaire pour obtenir une meilleure
expansion de cellules NK in vivo, et que l’expansion de
cellules NK à partir de sang de cordon peut être une voie à
suivre.
Conclusion
Les cellules NK gardent toute leur place en thérapie cellulaire
et les essais cliniques exploitant leur alloréactivité sont ame-
nés à se développer. Cependant, tous les problèmes ne sont
pas réglés et des études doivent être menées visant à favori-
ser l’expansion des cellules NK post-injection, dépasser les
phénomènes de tolérance au soi et améliorer la reconstitution
immunitaire post-greffe. Le statut de la maladie semble être un
point très important et l’efficacité des cellules alloréactive est
probablement insuffisante pour contrôler une maladie héma-
tologique en situation réfractaire. Enfin, la compréhension
des mécanismes de tolérance au soi des cellules NK est
essentielle du point de vue fondamental, mais également
pour l’application clinique car elle permettrait de moduler
cette tolérance pour les rendre alloréactives.
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