Immunité et cancer

DFGSM3

2012 2013

Pr Michel Abbal Pr Henri Roche

historique • Fin du XVIIIème siècle

– Célèbre approche thérapeutique de William Coley (1862-1936) qui en 1891 fait une première tentative de TTT d’un sarcome par streptococcus pyogenes

– puis il perfectionne cette approche grâce à 12 autres souches vaccinales ou leurs toxines : bcp de décès par infections mais des guérisons (ou régressions) de la tumeur

– Encore au XXI siècle TTT K superficiel de la vessie par instillation de BCG

• Notion d’Immuno-surveillance Ehrlich (1909), Burnet (1957), Thomas (1982)

• La réponse immune est efficace mais a ses limites

La cancérogénèse

• Nombreux mécanismes

• Dans cet exposé nous nous intéresserons uniquement à ceux qui rendent le système immunitaire inefficace – Insensibilité de la tumeur à des signaux de mort

délivrés par les lymphocytes

– Echappement de la tumeur à la réponse immune par • Non expression d’un caractère anormal de la tumeur pour

échapper au SI (système Immunitaire). (C’est une stratégie comparable à celle des virus).

• Inhibition par la tumeur des lymphocytes susceptibles de la détruire. (en corollaire activation des Treg).

Caractéristiques des cellules cancéreuses (Hanahan, Cell, 2011)

• Anciennes prolifération

résistance à l’apoptose

induction d’angiogénèse

immortalité

capacité d’invasion

pouvoir métastatique

• Nouvelles résiste à la destruction par le système immun.

induit une inflammation chronique stimulant la prolifération

L’Immunité joue un rôle dans le cancer

• La GVH dans la greffe allogénique permet l’éradication des cellules tumorales résiduelles (voir cours greffes)

• Les Tumeurs Infiltrées par des lymphocytes (TIL) sont en général de meilleur pronostic

• l’IL2 est efficace dans le TTT des K du rein et le mélanome (mais nombreux effets secondaires)

• Efficacité de certains TTT d’immunostimulation avec des antigènes tumoraux

• Cas particulier de protection anti cancéreuse par les vaccins anti HBV et anti PPV (mais on est amont du processus cancérigène)

L’Immunité joue un rôle dans le cancer

• Certains déficits immunitaires favorisent l’émergence de cancers (surtout les cancers viro-induits) – Modèles animaux

– Déficits humains • Congénitaux (réponse cellulaire et NK)

• Acquis : SIDA,

• les TTT immunosuppresseurs dans les greffes d’organes X 7.1 le risque !

• Chediak –Higashi et défaut d’activité des NK

• La réponse immune anti cancer existe : – Vaccination préventive (chez l’animal, puis chez l’homme dans

cas particulier (K col et papillomavirus)

– "Vaccination thérapeutique" = immunothérapie en complément aux TTT classiques.

Principe de la vaccination pour démontrer l’intérêt de la réponse immune anti tumorale

Tumeur Cellules Tumorales vivantes

Cellules Tumorales tuées

Lymphocytes T

Il s’agit de modèles experimentaux sans application actuelle en médecine )

L’immunosurveillance Le concept d’immunosurveillance immunitaire ou la règle des 3 E :

Elimination continue des cellules tumorales au fur et à mesure de leur apparition

Equilibre : les cellules tumorales sont présentes mais sous contrôle sans être physiquement éliminées.

Exp de tumeur chimioinduites chez la souris par un cancérigène à forte dose. A faible dose pas de tumeur, mais si on déplète la souris en T CD8 => la tumeur apparait. Chez l’homme des cellules cancéreuses circulent des mois et des années après un

TTT efficace sans la moindre récidive clinique

Echappement : le système immunitaire n’élimine ni ne contrôle plus la prolifération : la tumeur gagne

Mécanismes d’échappement de la tumeur au système immunitaire (1)

• La tumeur : – résiste à l’apoptose induite par les lymphocytes T CD8

– inhibe la production de cytokines anti tumorales

– produit des cytokines inhibitrices de l’immunité TGFb et IL-

10 et IDO actives sur les CPA et les T CD8

– exprime FasL qui entraine la mort des lymphocytes

– Induit des Treg

– Diminue l’expression de MICA nécessaire pour activer les

NK

Mécanismes d’échappement de la tumeur au système immunitaire (2)

La tumeur échappe à la "vue" par le Système Immunitaire en :

• N’exprimant pas sélectivement ses antigènes tumoraux

(les autres antigènes normaux sont correctement présentés)

• Diminuant l‘expression de tous les peptides normaux ou anormaux (comme le font de nombreux virus pour échapper au SI)

Selon 2 mécanismes Diminution de l’expression membranaire de HLA classe I Diminution de la production de peptides présentables par HLA

(rôle du proteasome, de TAP, ..). Dégradation du TCR.

En résumé

Escudier, Ann Oncol., vol 23, suppl8, 2012

Régression spontanée de tumeur Quelle est la part du système immunitaire ?

Ne pas confondre

• Antigène associé aux tumeurs AAT (TAA en anglais) Molécules (protéines) produites par la tumeur +ou –

spécifiques de celle-ci.

Cibles potentielles d’une réponse immune spontanée ou d’un TTT

Marqueurs tumoraux (souvent dits antigènes….)

Molécules (protéines) produites par la tumeur et des tissus sains Dosables dans le sang mais rarement utiles au diagnostic (sauf hcg) mais utiles pour la surveillance du TTT. Tissulaires intérêt diagnostique (anapath)

et

Marqueurs tumoraux • Il y en a plus d’une centaine connus.

• Des exemples

– ACE

– AFP

– CA 15.3 (sein) suivi K TT

– CA 19.9 (sein & ovaire)

– CA125 endomètre & ovaire

– bHCG (mole, seminomes testicule)

– TSH (thyroïde)

– Phosphatases alcalines

– PSA (prostate)

Antigènes des tumeurs (TAA) Cas particulier d’un Ag viral

exprimé par la cellule que le virus a transformé :

ex : Ag E6 ou E7 du HPV (K du col)

•Molécule normale devenue anormale

(dès lors reconnue comme étrangère par le SI).

• Mutation créant des néo-épitopes ex : p53

• Modifications post traductionnelle

• (altérations de la glycosylatio) ex : MUC1

• Expression hors d’un site privilégié ex : NY-ESO-1

•Mais aussi surexpression d’une molécule normale

O. Finn, N. Eng. J. Med., 2008

Les 3 grands types de TAA

Les peptides d’intérêt

Cas particulier des marqueurs clonotypiques

• Notion d’idiotype :

– lors des proliférations clonales des B (leucémies lymphomes) et plasmocytes (myélome) l’idiotype est le site anticorps de L’Ig clonale

– lors des proliférations clonales de lymphocytes T même particularité idiotypique au niveau du TCR du clone malin.

Mais pour être reconnu par le SI, il faut être "présentable"

Antigène cancer epitope Présenté par HLA

MAGE-A1 K du sein, prostate, Œsophage, et testicule normal

EADPTGHSY A1

MART-1 mélanome AAGIGILTV A2

Ces deux exemples illustrent s’il en était besoin, la limitation à

l’utilisation de tels peptides en vaccinologie.

Seuls certains HLA peuvent présenter et permettre l’initiation d’une

réponse.

les patients HLA A1 sont vaccinables avec MAGE-A1

les patients HLA A2 sont vaccinables avec MART-1.

La cause :

la fameuse restriction au CMH (voir cours DFGSM-2)

Il faut que la CPA, les lymphocytes T CD4, CD8 et la cible cellulaire

soient du même groupe HLA.

L’immunosurveillance repose sur : • Les NK (cellule tueuse)

• Les T CD8 (cellule cytotoxique)

• Les IKDC (Ifn producing Killer Dendritic Cells)

• Les B (ADCC via leur production d’anticorps)

• Les médiateurs (très nombreux) produits par les T

– MAF activateur des macrophages

– IFNg activation des NK

– IL-2 activation des T et NK

– TNF (ciblent la tumeur et les vaisseaux environnants)

– Et …… bcp d’autres

Le rôle des Tils

CD4

CD8

CD

CD8

TILS : Lymphocytes Infiltrant la Tumeur

ganglion

Tissu sain Tumeur Cellule tuée

Pronostic en fonction de l’infiltrat cellulaire peri et intra tumoral (1)

• Présence de CPA :

– Bénéfique si ce sont des CD matures

O. Finn, N. Eng. J. Med., 2008

Pronostic en fonction de l’infiltrat cellulaire peri et intra tumoral (2)

• Présence de TILs (Tumor Infiltrating Lymphocytes)

– Bénéfique, si :

• CD8 (parce que cytotoxiques)

– Néfaste, si :

• Th17 (parce que proinflammatoires)

• Treg (parce qu’immunosuppresseurs)

Les Tils : T CD8 et NK

CD8

CD8

NK

NK

Si la tumeur exprime HLA I

Les CD8 sont opérationnels Si la tumeur n’exprime pas HLA I

pour échapper au CD8

Les NK deviennent opérationnels

En résumé la tumeur doit exprimer un niveau faible de molécules HLA de classe I pour échapper aux T CD8 et aux NK

Les Tils : les Treg inhibent les CD8 et NK

CD8

CD8

CD8

Treg

NK

NK

Pronostic en fonction du rapport Th1/Th17 infiltrant la tumeur :

Cancer res 71(4) Feb 15, 2011

bcp de Th1/ peu de Th17

peu de Th1/ peu de Th17

bcp de Th1/ bcp de Th17

peu de Th1/ bcp de Th17

Surv

ie s

ans

mal

adie

J Pathol 2011; 224: 389–400

Un exemple de l’influence du rapport CD8/Treg des cellules infiltrant la tumeur (cancer du sein)

Survie sans rechute Survie

Dans d’autres cancers et avec des TTT différents les choses ne sont pas aussi tranchées. On n’en est pas encore à des TTT validés ciblant la destruction plus sélective des Treg

CD8/Treg haut

CD8/Treg bas

L’immunité innée joue elle aussi un rôle.

Apetoh, Nat Med, 2007

La mutation de TLR4 en position 299 diminue la capacité de présentation de cellules tumorales tuées par chimio et irradiation dans le cancer du sein et en conséquence la

réponse du système immunitaire

Et la réponse humorale ! Les anticorps anti TAA existent même chez le sujet sain :

1% des individus

Ils ciblent des TAA localisés :

Dans le cytoplasme : 40% (donc inaccessibles)

Dans le noyau : 25% (donc inaccessibles)

A la membrane cellulaire : 20% (donc accessibles)

Extra cellulaires (solubles) : 10% (donc inefficaces)

Sont ils capables de tuer les cellules ?

Avec l’aide du complément : probablement non !

En permettant l’ADCC des NK : probablement oui !

L’autoimmunité : Une réponse spontanée inadaptée

• Syndrome para-neoplasique autoimmun révélateur d’un K ; par exemple : anti onco-neuronaux et K du poumon à petites cellules. La maladie autoimmune (svt grave) perdure même après éradication complète de la tumeur.

Un effet secondaire inattendu du TTT immunostimulant

• Le TTT immunostimulant du mélanome peut entrainer l’apparition d’un vitiligo

• Le TTT immunostimulant par IL-2 peut induire une thyroïdite

HEVlowTumor HEVhigh Tumor

HEV blood

vessels

Tumor cells

No lymphocyte infiltration

Tumor stroma

Tumor cells destruction

DAPIT lymphocyteHEV

HEV blood vessels are major gateways for tumor-infiltrating lymphocytes

Role of tumor high endothelial venules (HEV) in breast cancer ( Martinet et al. Cancer Research 2011, Moussion and Girard, Nature 2011; Funding: Fondation RTIC, Programme ARC)

Tumor HEVs and benefits of chemotherapy and Trastuzumab ? Mechanisms regulating development of tumorHEVs ?

Cytotoxic lymphocyte infiltration

Immunothérapie Passive

• Cytokines adjuvantes IL2, IFNg

• Anticorps monoclonaux ciblant directement la tumeur

– ex anti CD20 dans les lymphomes

• Anticorps ou autre thérapeutique ciblant les Treg ????

Active

• Vaccination directe avec la tumeur (tuée) trop risqué

• CPA (CD) du patient "chargées en peptides" ex vivo et réinjectées au

patient pour stimuler els bons lymphocytes T (CD8). C’est un TTT

personnalisé parce que :

a chaque patient ses antigènes tumoraux avec leurs particularités

propres

a chaque patient ses cellules CPA (ou éventuellement T produits

ex vivo) pour respecter la restriction au CMH

L’immunotherapie a plusieurs objectifs

• Activer lesbonnes CPA (CD surtout)

• Sélectionner et activer de nouvelles cellules T (donc des naïves)

• Réorienter la réponse de cellules mémoires anergiques ou même régulatrices (suppressives) pour en faire des cytotoxiques.

• Le rôle essentiel est dévolu au cellules dendritiques qui doivent initier une réponse efficace (plutôt Th1 et pas Treg)

L’immunothérapie active est un adjuvant des TTT classiques

• Peu de résultats très significatifs mais des signaux d’induction de rejet de la tumeur

• Exemple : Sipuleucel T (cellules dendritiques autologues

chargées avec une protéine recombinante PAP/GM-CSF) et cancer de la prostate

pas de régression tumorale franche , mais allongement de la survie

• Perspectives nouvelles : Combinaison vaccin et chimiothérapie immuno suppressive anti Treg

Les cellules dendritiques • Elle sont produites à partir de précurseurs sanguins

du patient lui même

• Elles sont cultivées en présence de divers facteurs

pour acquérir les bonne propriétés

– GM-CSF, IFN-a, IL-4, ou IL-15

– Si leur phénotype est immature elles entrainent la

production de Treg et favorisent la croissance de la

tumeur !

• Elles sont chargées en peptides vaccinaux

• Puis injectées au patient

Un schéma d’immunothérapie anti cancéreuse

Monocytes + GmCSF + cytokines Cellules dendritiques

Cellules dendritiques Chargées d’antigènes

Biopsie tumeur

Cellules tumorales

antigènes tumoraux

Maio, Ann Oncol, vol 23, suppl8, 2012

Wolchok, Ann Oncol., vol 23, suppl8, 2012

Immunostimulation non spécifique

Anticorps thérapeutiques

• Contre la tumeur ou son environnement

– TAA,

– récepteur,

– vaisseaux, ..

– Les Tregs

– L’activation des T

• (Ac dits immunostimulants en fait ils sont inhibiteurs de la désactivation physiologique)

O. Finn, N. Eng. J. Med., 2008

Déjà en 2008 en cancérologie (a titre d’illustration en prévision du cours a venirsur l’immunothérapie en général)

Un exemple : le mélanome

• Ag Associés aux Tumeurs décelés très tôt

• Régression spontanée possible

• Dépigmentation auto immune ( vitiligo) signe d’une réponse immune

• Traitements par IL2, TIL, LAK, ..

• Critères connus de prédiction de réponse: séquences hypo méthylées

Les anticorps anti TAA ont’ils un intérêt pronostic ?

A défaut d’intérêt thérapeutique on constate que :

Cancer Immunol Immunother (2009) 58:1535–1544

A systematic review of humoral immune responses against tumor antigens

En pratique ce n’est utilisé

Immunoprévention

• Rôle protecteur de certaines maladies infectieuses de l’enfance et risque de développer un cancer

• Vaccins anti viraux dans la prévention des cancers viroinduits

Vaccin préventif

• Cas particulier des tumeurs viro-induites

• La réponse immune peut agir très en amont en éradiquant les cellules infectées avant qu’elles ne deviennent anormales (malignes)