thématique D Tolérance en transplantation

Tolérance en
transplantation
d’organe
Coordinateur : A. Le Moine,
Institut d’immunologie médicale,
Université Libre de Bruxelles,
Gosselies,
département de néphrologie,
hôpital Érasme, Bruxelles, Belgique
(La question de la tolérance en transplantation : mythe ou réalité ?
A. Le Moine (page 86)
"Induction de tolérance : de la délétion à la régulation
F.S. Benghiat, A. Le Moine
(Transplantation d’îlots et tolérance - C. Beuneu
(page 96)
(L’induction de tolérance en greffe d’organe : bientôt une réalité ?
V. Donckier, R.Troisi, A. Le Moine
(page 106)
(Mesure de l’alloréactivité au moyen des tétramères de complexes
majeurs d’histocompatibilité - D. Klestadt
(page 113)
* Institut d’immunologie médicale, Université Libre
de Bruxelles, B-6041 Gosselies, Belgique.
Induction de tolérance :
de la délétion à la régulation
" F.S. Benghiat*, A. Le Moine*
L’
efficacité du système immuni-
taire repose sur son aptitude à
distinguer le soi du non-soi. En équi-
libre, il maintient l’intégrité des struc-
tures propres à l’individu (soi) tout en
éliminant les intrus (non-soi) tels que
des pathogènes infectieux. Lors de la
greffe d’un organe génétiquement diffé-
rent (allogénique), le système immuni-
taire du receveur réagit vigoureusement
contre le tissu étranger, ce qui mène au
rejet de celui-ci. Cet obstacle est
contourné par l’administration de traite-
ments immunosuppresseurs. Malheu-
reusement, plusieurs inconvénients
limitent leur utilisation. D’une part, ces
traitements altèrent l’ensemble des
réponses immunitaires, augmentant le
risque relatif d’infections mortelles et
de cancers. D’autre part, malgré une
immunosuppression importante, ils ne
semblent pas abolir la survenue du rejet
chronique. La situation idéale serait que
le système immunitaire considère l’allo-
greffe et ses alloantigènes comme fai-
sant partie intégrante du soi (un soi
étendu), évitant de la sorte la prise chro-
nique d’immunosuppresseurs et permet-
tant qu’un état de tolérance active
et spécifique garantisse la survie de
l’organe tout au long de la vie.
ALLOANTIGÈNES
ET REJET D’ALLOGREFFE
Le rejet d’allogreffe (allo en grec signi-
fiant “autre”) résulte de la reconnaissance
par l’hôte d’antigènes de transplanta-
tion. Ces alloantigènes sont subdivisés
en deux grandes catégories. D’une part,
les antigènes du complexe majeur d’his-
tocompatibilité – CMH ou Human
Leucocyte Antigen (HLA) – de classe I
et de classe II et, d’autre part, les anti-
gènes mineurs. La principale fonction
des CMH de classe I et de classe II est
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de fixer des peptides antigéniques et de
les présenter aux lymphocytes T. Leur
topographie, la nature du peptide pré-
senté ainsi que le type de lymphocytes
“répondeurs” dépendent du type de
CMH considéré. Les CMH de classe I
(HLA-A, -B et -C) sont présents de
façon constitutive sur toutes les cellules,
alors que les CMH de classe II (HLA-
DR, -DP et -DQ), à l’état de base, ne
sont exprimés qu’à la surface des cel-
lules présentatrices d’antigènes (CPA),
à savoir les cellules dendritiques (DC),
monocytes, macrophages et lympho-
cytes B. Lors de situations patholo-
giques (ischémie-reperfusion du greffon
par exemple), certaines cytokines peu-
vent induire l’expression de CMH de
classe II [interférons (IFN)α,β,γou
l’interleukine (IL)4] à la surface de nou-
veaux types cellulaires (cellules endo-
théliales…) ou augmenter l’expression
du CMH de classe I (IFNγ) et, dès lors,
augmenter la présentation d’antigènes
aux lymphocytes et la réactivité anti-
donneur. Les CMH de classe I présen-
tent des peptides intracellulaires
(comme des peptides viraux ou tumo-
raux) aux lymphocytes T CD8+ alors
que les CMH de classe II présentent aux
lymphocytes T CD4+ des peptides pro-
venant de protéines extracellulaires
préalablement phagocytées et apprê-
tées. Il s’ensuit une activation du lym-
phocyte et l’induction d’une réponse
immunitaire de rejet. Il existe deux
voies de reconnaissance des alloanti-
gènes par les lymphocytes CD4+ de
l’hôte (figure 1) :soit sous forme de
peptides allogéniques apprêtés et pré-
sentés dans un CMH de classe II du
receveur (voie indirecte), soit sous
forme intacte sur les cellules du don-
neur (voie directe). Après transplanta-
tion, les CPA du donneur résidant dans
le greffon migrent vers les tissus lym-
phoïdes avoisinants pour activer direc-
tement les lymphocytes alloréactifs
(rejet aigu). Avec le temps, les CPA du
donneur disparaissent et la voie indirecte
de reconnaissance des alloantigènes
devient prédominante. De nombreux
auteurs considèrent cette voie de recon-
naissance comme étant à la base du rejet
chronique. Bien qu’il existe une multi-
tude de voies menant au rejet d’allo-
greffe, il existe cependant des patients
qui acceptent à long terme une allo-
greffe fonctionnelle avec des doses
infimes, voire sans immunosuppresseur.
Comment explique-t-on cet état de tolérance
“spontanée” ? Quels qu’en soient les méca-
nismes, ces observations sont néanmoins
rassurantes, dans le sens qu’elles démon-
trent qu’il est possible de tolérer des alloan-
tigènes. Tentons de récapituler les méca-
nismes impliqués dans la tolérance au soi
et, ensuite, d’imaginer comment ceux-ci
pourraient s’appliquer aux allogreffes.
LA TOLÉRANCE NATURELLE AU SOI
On distingue au moins deux grands
mécanismes impliqués dans la tolérance
au soi.
La tolérance centrale
ou la sélection thymique
Le thymus joue un rôle primordial dans
la maturation des lymphocytes T et dans
les phénomènes de tolérance au soi.
Lorsqu’ils arrivent dans le thymus, les
précurseurs des lymphocytes T (thymo-
cytes) réarrangent tout d’abord les
gènes de leur récepteur T (TCR) afin de
l’exprimer à leur surface. Les possibilités
de combinaison de ces réarrangements
sont telles qu’elles donnent lieu à un
répertoire très diversifié de thymocytes
exprimant chacun un TCR particulier.
Ensuite, les thymocytes subissent deux
sélections successives, l’une positive,
l’autre négative, au terme desquelles
leur maturation sera achevée (figure 2).
La sélection positive permet aux seuls
thymocytes qui expriment un TCR
reconnaissant les molécules du CMH du
soi de survivre et de poursuivre leur
maturation. Cette étape confère aux
lymphocytes T la particularité d’être
restreints au CMH du soi, c’est-à-dire
qu’ils sont capables de distinguer les
Figure 1. Présentation directe et indirecte des alloantigènes.
)Voie directe : présentation du CMH de classe I ou II du donneur sous forme intacte aux lym-
phocytes CD8+ et CD4+ de l’hôte, respectivement.
)Voie indirecte : les protéines allogéniques sont phagocytées par les CPA de l’hôte ; elles sont
ensuite apprêtées et présentées sous forme de peptides dans un CMH soit de classe I, soit de
classe II du receveur aux lymphocytes CD8+ et CD4+ respectivement.
CD8
CPA du donneur
Donneur
CD4
Récepteur T
CMH
de classe II CMH
de
classe I
CD8
CPA du receveur
Voie directe Voie indirecte
CD4
CMH
de classe II CMH
de classe I
Cellule
du
greffon
Récepteur T
Peptide allogénique
Récepteur T
Receveur
CPA : cellule présentatrice d’antigène ; CMH : complexe majeur d’histocompatibilité.
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peptides du soi de peptides étrangers, à
condition qu’ils soient présentés dans
un CMH du soi. En présence d’un CMH
allogénique, les lymphocytes perdent
tous leurs repères et considèrent le com-
plexe CMH-peptide comme étranger et
de forte affinité. Lors de la sélection
négative, les cellules épithéliales thy-
miques présentent aux thymocytes des
antigènes du soi et induisent la mort des
thymocytes autoréactifs qui présentent
une trop forte affinité pour ces anti-
gènes. L’expression d’un panel mini-
mum d’antigènes du soi par les cellules
épithéliales thymiques est sous contrôle
du promoteur AIRE (auto-immune
regulator). Son défaut est responsable
de syndromes auto-immuns. In fine, ne
sortent du thymus que des lymphocytes
de faible affinité pour les antigènes du
soi. Cependant, si leur seuil d’activation
est suffisamment abaissé, ils représen-
tent une menace “autoréactive”. C’est
pourquoi d’autres mécanismes en péri-
phérie sont indispensables pour préve-
nir l’apparition de maladies auto-
immunes.
La tolérance périphérique
Différents mécanismes participent à la
tolérance périphérique, comme la délé-
tion des lymphocytes T, leur anergie ou
leur régulation par des cellules spéciali-
sées. Des découvertes récentes ont
confirmé l’existence de lymphocytes
appelés régulateurs (T reg). On en dis-
tingue de différents types. Les Treg
naturels CD4+ sont générés dans le thy-
mus. Ils possèdent d’emblée des pro-
priétés régulatrices et expriment de
manière constitutive la chaîne αdu
récepteur à l’interleukine (IL)-2, le
CD25. Les T reg induits sont, quant à
eux, générés en périphérie à partir des
lymphocytes CD4+ naïfs. D’autres cel-
lules régulatrices ont également été
décrites dans les compartiments CD8+,
CD4
neg
CD8
neg
(doubles négatives) et des
natural killers.
"Les lymphocytes T régulateurs
naturels. Les T reg naturels sont des
émigrants thymiques dont le TCR pré-
sente une haute affinité pour les anti-
gènes du soi, cependant insuffisante
pour provoquer leur délétion (figure 2).
Ces T reg CD4+CD25+ représentent 5 à
10 % des lymphocytes CD4+ périphé-
riques. Leur rôle physiologique com-
plexe est de garantir l’homéostasie de
l’ensemble des réponses immunes, y
compris l’autoréactivité, mais aussi
l’hypersensibilité (atopie). Ainsi, leur
absence (thymectomie pendant la période
néonatale) ou leur dysfonctionnement
sont responsables du développement de
syndromes auto-immuns chez la souris
et chez l’homme (colite inflammatoire,
diabète, thyroïdite, sclérose en plaques,
etc.). Le CD25 (récepteur de haute affi-
nité pour l’IL-2) est une molécule
essentielle pour la génération, la survie
et la fonction des T reg. Les souris défi-
cientes pour l’IL-2 ou pour le récepteur
à l’IL-2 possèdent très peu de T reg et
présentent également des désordres
lymphoprolifératifs et auto-immuni-
taires par défaut d’homéostasie. Les
Treg ne produisent pas d’IL-2, mais
utilisent l’IL-2 provenant des autres
lymphocytes T. Outre le CD25, ils
expriment d’autres marqueurs molécu-
laires comme le CD45RB, le CTLA-4
(cytotoxic T-lymphocyte antigen 4), le
GITR (glucocorticoid-induced tumor-
necrosis factor [TNF]-receptor), le
CD122 (chaîne βdu récepteur à l’IL-2)
ou le CD62L (L-sélectine). Cependant,
toutes ces molécules sont également
exprimées sur les lymphocytes nouvel-
lement activés, ce qui rend l’isolation de
ces T reg difficile. Récemment, on a
découvert le facteur de transcription
foxp3 qui, en plus d’être exprimé de
manière spécifique par les T reg, repré-
sente un facteur crucial dans leur déve-
loppement et leur fonctionnement. La
mutation du gène foxp3 provoque l’ap-
parition d’un syndrome inflammatoire
auto-immun chez la souris (scurfy syn-
drome) ainsi que chez l’homme (syn-
drome IPEX – immunodysregulation,
polyendocrinopathy and enteropathy,
X-linked). De plus, l’introduction du
gène foxp3 dans un lymphocyte naïf
Figure 2. La sélection thymique.
TCR restreint
au CMH du soi
TCR de faible
affinité
TCR d'affinité
intermédiaire
Sélection positive Mort par négligence
TCR non restreint
CMH du soi
Cellule thymique
épithéliale
Thymocyte
Peptide
du soi
Maturation
en lymphocyte T
effecteur
Maturation
en lymphocyte T
régulateur
CD4+CD25+
TCR de forte
affinité
Sélection négative
Mort par apoptose
Sélection positiveSélection négative
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CD4+CD25- lui confère un phénotype
de T reg (suppression de la production
d’IL-2, surexpression de CD25, CTLA-
4 et GITR) et des propriétés régulatrices
qu’il ne possédait pas auparavant. In
vitro, les T reg inhibent la prolifération
des lymphocytes effecteurs par un
mécanisme contact-dépendant qui utilise
le CTLA-4. Le CTLA-4 interviendrait
d’une part dans l’activation des T reg,
qui résulte de l’engagement du TCR et
d’un signal de costimulation médié par
le CTLA-4. D’autre part, le CTLA-4 à
la surface des T reg interagirait avec son
ligand (CD80 ou CD86) présent sur les
cellules dendritiques pour induire la
production de l’enzyme indolamine 2,3-
dioxygénase (IDO). Cette enzyme
métabolise le tryptophane du milieu
extracellulaire en kynurénine. Le
manque de tryptophane empêche les
lymphocytes activés de proliférer, et la
présence de kynurénine les rend plus
sensibles à l’apoptose. Finalement, le
CTLA-4 au contact de son ligand à la
surface des lymphocytes répondeurs
pourrait induire directement un signal
de désactivation.
"Les T reg induits. Contrairement aux
Treg naturels, l’activité suppressive des
Treg induits est cytokine-dépendante,
et on les classe en fonction du profil de
cytokines qu’ils produisent. On dis-
tingue ainsi la population T regulatory 1
(Tr1), producteur d’IL-10, et les T hel-
per 3 (Th3), producteurs de trans-
forming growth factor (TGF)β. Les
Treg induits sont générés en périphérie
à partir de lymphocytes T naïfs. Ceux-ci,
lors d’une stimulation inadéquate soute-
nue, deviendraient régulateurs (par
exemple lors de la présentation d’anti-
gènes par une CPA immature, déficiente
en molécule de costimulation). Cette
transformation pourrait être facilitée par
la présence de molécules telles que le
TGFβ,connu pour augmenter le seuil
d’activation des lymphocytes naïfs et
pour induire l’expression de foxp3.
LA TOLÉRANCE EN TRANSPLANTATION
On parle de tolérance centrale ou “délé-
tionnelle”, ou encore “récessive”, lors-
qu’une greffe de moelle est effectuée
afin d’induire un chimérisme hémato-
poïétique. En effet, une fois acceptées
par le receveur, les cellules souches
allogéniques ainsi que celles du rece-
veur vont donner naissance aux diffé-
rentes lignées hématopoïétiques,
notamment les thymocytes et les cel-
lules chargées de médier la sélection
négative des précurseurs alloréactifs
dans le thymus. Les thymocytes dirigés
contre les antigènes du donneur seront
éliminés dans le thymus de la même
manière que les thymocytes de trop
forte affinité pour les antigènes du soi.
L’induction d’une telle tolérance est
lourde, car elle nécessite le plus souvent
un traitement myéloablatif.
La tolérance périphérique résulte de
l’utilisation d’anticorps interférant avec
l’activation ou la prolifération lympho-
cytaire, ce qui a pour effet d’anergiser
ou d’induire l’apoptose des cellules
répondant à l’alloantigène. Pour que
cette tolérance se maintienne, des
mécanismes actifs de régulation sont
nécessaires pour lutter contre de nou-
veaux émigrants thymiques alloréac-
tifs. De nombreux travaux de transplan-
tation expérimentale montrent que les
Treg sont capables de réguler des lym-
phocytes alloréactifs. Les T reg induits
ont été décrits comme responsables du
maintien de la tolérance d’allogreffe
chez la souris après un traitement
immunosuppresseur transitoire. Des
expériences de transfert de ces T reg
induits ont mis en évidence leur capacité
à transformer des lymphocytes T CD4+
naïfs (de souris non greffées) en lym-
phocytes tolérants et régulateurs à leur
tour (infectious tolerance), qui permet-
tent à une souris n’ayant jamais vu l’al-
loantigène de le tolérer sans immuno-
suppresseur et de manière spécifique
(figure 3). De plus, ils sont capables
de rendre tolérants des lymphocytes
naïfs spécifiques à un antigène tiers
à condition qu’il soit présenté par
la même CPA (linked suppression)
(figure 4).
Des expériences convaincantes démon-
trent également que le devenir de l’allo-
greffe dépend de la balance entre les
Treg et les lymphocytes T effecteurs du
rejet (T eff), la tolérance résultant d’une
suprématie des T reg (figure 5). Dans la
plupart des cas, le rapport naturel
Treg/T eff pour un alloantigène consi-
déré favorise in fine l’agression du gref-
fon. Dès lors, pour prévenir cette agres-
sion et induire la tolérance au tissu allo-
génique, il faudrait diminuer le réper-
toire alloréactif et, parallèlement, aug-
Figure 3. “Infectious tolerance”.
Souris tolérante à "A"
après immunosuppression
transitoire
A
A
A
B
C
B C
A
Souris naïve
recevant les splénocytes
de la souris tolérante
Greffe "A"
Souris tolérante à "A"
sans immunosuppression
Souris rendue tolérante vis-à-vis de l’alloantigène "A".
Transfert des splénocytes de la souris rendue tolérante à une souris n’ayant jamais vu l’alloantigène.
Tolérance de l’alloantigène "A" sans immunosuppresseur.
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menter le nombre de T reg. Une maniè-
re serait d’apparier des CMH de classe
II entre donneur et receveur de telle
sorte que les antigènes tiers soient tolé-
rés par linked suppression. Une autre
manière consiste en l’utilisation d’anti-
corps monoclonaux soit bloquant, soit
induisant de la déplétion. Ces derniers
ont pour cible différentes molécules
impliquées dans l’activation lymphocy-
taire, telles que les molécules associées
au TCR (CD3, CD4 ou CD8), les molé-
cules de costimulation (CD28, CD40L)
ou certaines molécules d’adhésion. Cela
empêche l’activation des lymphocytes
alloréactifs effecteurs et, parallèlement,
permettrait l’apparition de T reg induits.
Cependant, des données récentes ont
montré que ces molécules ne seraient
pas totalement inoffensives vis-à-vis
des T reg. Le blocage du CD28, par
exemple, a des effets équivoques
puisque, indirectement, le CD28 est
indispensable à la génération thymique
et à la survie en périphérie des T reg
naturels. En effet, en l’absence de
CD28, les lymphocytes T convention-
nels ne sont plus activés, la production
d’IL-2 est dès lors compromise et le
nombre de T reg s’en trouve réduit.
Les T reg naturels jouent, eux aussi, un
rôle dans la suppression de la réponse
allogénique. Leur implication a d’abord
été démontrée dans des modèles de
transfert chez des animaux lymphopé-
niques où le cotransfert d’une grande
quantité de CD4+CD25+ provenant
d’animaux naïfs retarde l’apparition de
la maladie du greffon contre l’hôte
(GVH) ou de la maladie de l’hôte contre
le greffon (HVG). Ensuite, dans des
modèles d’acceptation spontanée d’al-
logreffes – sans adjonction d’immuno-
suppresseurs – chez des receveurs
immunocompétents, la déplétion des
Treg naturels par l’injection d’anti-
corps anti-CD25 induit une augmenta-
tion des réponses allogéniques de type
Th1 et Th2 qui mènent au rejet de ces
Figure 4. “Linked suppression”.
Souris tolérante à "A"
après immunosuppression
transitoire
A
T reg CPA
A
A
A
B
B
C
A
A x B
A
A x B
B
Souris tolérante à "A x B"
Greffe "A x B"
CMH "A"
Souris tolérante à "A"
après immunosuppression
transitoire
AA
Greffe "B" rejetée
Greffe "B"
Greffe "B"
Souris tolérante à "B"
Une souris rendue tolérante spécifiquement vis-à-vis de l’alloantigène "A" rejette l’alloantigène tiers "B".
Dans les mêmes conditions, l’alloantigène tiers "B" est accepté, à condition qu’il soit présenté par la même
cellule présentatrice d’antigène (CPA) que l’antigène tolérisé "A".
CPA : cellule présentatrice d’antigène ; CMH : complexe majeur d’histocompatibilité.
T reg CPA
B
CMH "B"
T reg CPA
A x B
CMH "A"
CMH "B"
T eff
Figure 5. La balance entre les lymphocytes T effecteurs (T eff) et les lymphocytes T régulateurs (T reg).
T reg
T eff
T eff
T reg
T reg
Tolérance
Rejet
ImmunothérapieAppariement
des CMH
CMH : complexe majeur d’histocompatibilité.
T eff
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