La réaction inflammatoire allergique

I. Généralités

Les manifestations allergiques les plus connues sont la rhinite allergique, la dermatite atopique, le choc anaphylactique, les allergies alimentaires et l’asthme. Ces pathologies sont caractérisées par une production d’IgE spécifiques de l'allergène et le développement d’une réaction inflammatoire.

Chez un patient sensibilisé, la réaction inflammatoire pulmonaire se présente en deux phases (figure 1):

- Une réaction immédiate caractérisée par l’apparition, dans les 20 premières minutes qui suivent l’exposition à l’allergène, d’une obstruction bronchique marquée par un spasme du muscle lisse bronchique, une sécrétion de mucus, et un œdème du chorion. L'allergène active les mastocytes et les basophiles luminaux ou intra-épithéliaux via les IgE de membrane, entraînant la libération du contenu de leurs granules intracellulaires (molécules vaso-actives ou chimiotactiques, et cytokines [Pujol, 1987] aboutissant au déclenchement de la réaction allergique. Les médiateurs vaso-actifs (PGD2, LTC4/D4/E4) augmentent la perméabilité de la barrière épithéliale, permettant d’accroître le passage des allergènes dans la sous-muqueuse, et induisent une vasodilatation.

- La réaction retardée apparaît plusieurs heures (4 à 6 heures) après l'exposition à l'allergène. Elle est essentiellement liée à une inflammation de la muqueuse due aux éosinophiles et à d'autres cellules, parmi lesquelles les lymphocytes et les macrophages, attirés par des facteurs chimiotactiques. Ces cellules libèrent à leur tour des substances cytotoxiques comme les protéines des granules de l'éosinophile (MBP et ECP) [Gleich, 1990], responsables de la destruction de l'épithélium et entraînant une inflammation de la sous-muqueuse diminuant le diamètre des voies aériennes. Les sous-populations lymphocytaires activées lors de cette phase présentent un profil particulier de production de cytokines (dit de type 2), et sont responsables du recrutement de cellules dites effectrices.

L'asthme est défini comme une pathologie inflammatoire des voies aériennes. Sur le plan clinique, chez des individus susceptibles, cette inflammation est responsable des épisodes de dyspnée sifflante, variable, récidivante [Commitee ATS, 1962], associée à une constriction des bronches. Ces symptômes sont au moins partiellement réversibles soit spontanément, soit avec un traitement. L'inflammation peut également causer une augmentation associée de la réactivité des voies aériennes à une variété de stimuli (Global Initiative for Asthma,95). Chez ces patients atteints d'asthme, ces stimuli peuvent être extrinsèques (allergènes) ou intrinsèques, et sont responsables de la diminution du diamètre des voies aériennes.

En 1995, l'OMS le définit comme :

- Une inflammation polymorphe [Beasley, 1989] des voies aériennes caractérisée par une augmentation du nombre d'éosinophiles [Bousquet, 1990] de cellules T, de mastocytes et de neutrophiles au niveau de la muqueuse pulmonaire, et par une desquamation de l’épithélium pulmonaire. Cette inflammation des voies aériennes est généralement présente à un stade précoce de la maladie. Une inflammation chronique est associée à un remodelage des voies respiratoires conduisant à une réépithélialisation, une fibrose sub-épithéliale, une hypertrophie des muscles lisses et une prolifération des glandes submucosales.

- Une obstruction bronchique : l'arrivée d'air chez ces patients asthmatiques est limitée par une contraction des muscles lisses, un oedème sous-muqueux et une accumulation de mucus.

- Le développement d'une hyperréactivité bronchique (HRB) non spécifique causée par une grande variété de mécanismes associés à l'inflammation des voies aériennes.

La réaction inflammatoire est une cascade d'interactions entre les cytokines et des médiateurs inflammatoires libérés par les éosinophiles, les basophiles, les mastocytes et parfois les neutrophiles ou les cellules de structure des voies aériennes comme les cellules épithéliales et les fibroblastes.

II. La réaction inflammatoire allergique

1. Rôle de l'allergène
Les pathologies allergiques de type 1 sont le résultat de l’action complexe d’allergènes associée ou non à des facteurs non spécifiques tels que des infections ou la pollution atmosphérique, et d’une prédisposition génétique qui conduisent à une hyperréactivité immunologique et à une inflammation allergique. Il est clairement établi que la reconnaissance des allergènes par les IgE est une étape clé de la réaction allergique spécifique.

Le complexe allergène-IgE se fixe au récepteur de haute affinité pour l'IgE (FceRI) sur des cellules effectrices comme le mastocyte induisant la libération de médiateurs participant à l'établissement de la réaction inflammatoire allergique [Sutton and Gould, 1993].

Les principaux allergènes incriminés dans l’asthme allergique sont soit perannuels comme ceux provenant d’animaux de lieux d’habitation confinés (c’est le cas des acariens de la poussière de maison, des animaux d’intérieur, ou des blattes), soit saisonniers tels les pollens ou certaines moisissures, et sont dépendants de l'environnement géographique (e.g. pollen de cèdre au Japon, pollen de bouleau en Europe septentrionale, ou encore Ambroisie en Amérique du Nord).

Parmi les allergènes responsables des manifestations allergiques respiratoires, les acariens sont primordiaux. En effet, plus de 30 millions de sujets sont sensibles aux acariens dans le monde [Platts-Mills, 1991]. En France, 60 à 75% des asthmes allergiques perannuels sont en relation avec une sensibilisation aux acariens.

Les allergènes d’acariens de la famille des Pyroglyphidae (17 genres et 47 espèces) sont les responsables essentiels de l’allergie à la poussière de maison. Le genre Dermatophagoides est surtout rencontré en Europe, au Japon et en Amérique du Nord. Parmi ceux-ci les espèces Dermatophagoides pteronyssinus (Dpt) et farinae (Df) sont les plus fréquentes en Europe.

Ils représentent une source complexe d’antigènes et d’allergènes [Krilis, 1984; Arlian, 1987]. La caractérisation des principaux allergènes majeurs a permis de préciser les séquences liant les anticorps d’isotype IgE, et d’approfondir nos connaissances sur les mécanismes immunologiques susceptibles d’intervenir au cours de l’allergie aux acariens [Pestel, 1995].

a. Les principaux allergènes de Dermatophagoides pteronyssinus (Dpt)

Une trentaine de molécules allergéniques isolées de Dermatophagoides, et caractérisées par leur poids moléculaire (PM), sont reconnues par des IgE présentes dans les sérums de patients allergiques à Dpt [Baldo, 1991].

4 classes d’allergènes sont actuellement décrites :

• Les allergènes de classe I, incluant Der p 1 issu de Dpt, et Der f 1 purifié à partir de Df [Chapman and Platts-Mills, 1980] [Dandeu, 1982]. Ces glycoprotéines globulaires ont un PM de 25 kD et se retrouvent dans les déjections des acariens [Thompson and Carswell, 1988]. Elles présentent une activité cystéine-protéase [Dilworth, 1991].
• Les allergènes de classe II, incluent deux glycoprotéines de 15 kD (Der p 2 et Der f 2 ) principalement issues du corps des acariens [Heymann, 1989].
• Les allergènes de classe III, incluent Der p 3 et Der f 3, ayant un PM de 29 kD et présentant une homologie importante avec des sérines protéases telles que la trypsine et la chymotrypsine [Stewart, 1989].
• Les allergènes de classe IV, incluant une molécule de 60 kD (Der p 4) ont une activité amylasique et sont reconnus par les IgE présentes dans 46% des sérums des patients adultes allergiques a Dpt [Lake, 1991].

Il existe enfin sept autres allergènes de Dpt (Der p 5 à Derp 11), qui sont reconnus moins fréquemment par les sérums d’allergiques aux acariens de type Dermatophagoides.

b. Un allergène majeur de Dpt : Der p 1
Der p 1, un allergène majeur de Dpt, peut être reconnu par plus de 75% des IgE sériques de patients atteints d’asthme, de rhinite, ou de dermatite atopique [Chapman and Platts-Mills, 1980]. De plus, les taux d’IgE anti-Der p 1 sont corrélés aux valeurs de RAST anti-Dpt [Didierlaurent and Garcelon, 1991].

L’obtention de Der p 1 recombinant a facilité les études ultérieures sur sa caractérisation et sur ses effets dans la réponse allergique [Chua, 1992] [Greene, 1991] [Greene and Thomas, 1992].

Der p 1 est une glycoprotéine de 222 acides aminés (AA), de 25.371 kD, présentant 4 ponts disulfures intrachaîne. Elle possède une forte homologie de séquence avec des cystéine-protéases animales et végétales telles que la papaïne (30%) ou les cathépsines humaines H et B (26% et 21%) [Chua, 1988]. Enfin, Der p 1 est présent à fortes concentrations dans les déjections des acariens (<10 mg/ml) [Platts-Mills, 1987].

Ainsi l’Association Internationale d’Allergie et d’Immunologie Clinique a proposé qu’un taux de 2 à 10 µg de Der p 1 (ou de Der f 1) par gramme de poussière de maison soit considéré comme un facteur de risque pour la sensibilisation et le développement d’un asthme, et que des concentrations supérieures à 10 µg/g de ces allergènes soient considérées comme risque majeur pour le développement d’un asthme aigu par les patients allergiques à la poussière de maison [Dust mite Task Force of International Association of Allergy and Clinical Immunology, 1989]. Il semble qu'il existe une forte association entre la sensibilité (tests cutanés positifs, et présence d’IgE dans les sérums) à la poussière de maison et la présence de Der p 1 dans l’air de la maison [Price, 1990]. En effet, bien que la sensibilisation à un allergène puisse se déclarer à tout âge, l’exposition précoce à cet allergène (en particulier pendant la petite enfance) augmente le risque de développer un asthme ultérieurement. Ainsi, dans une étude portant sur 67 nouveau-nés, l’exposition à Der p 1 durant la petite enfance (à des niveaux de l’ordre de 10µg/g de poussière de maison) a été associée à un risque 4,8 fois plus élevé de développer un asthme à l’âge de 11 ans [Sporik, 1990].

c. Rôle de Der p 1 dans la réaction inflammatoire allergique
Plusieurs études ont pu souligner le rôle potentiel de Der p 1 dans l’induction de la réaction inflammatoire allergique de par son action d’une part sur les cellules épithéliales pulmonaires, et d’autre part sur les lymphocytes.

L’incubation de cellules épithéliales bronchiques humaines (BEAS) avec du Der p 1 augmente leur production de cytokines (IL-6, IL-8, GM-CSF). L’effet induit par l’allergène est aboli en présence de l’inhibiteur spécifique des cystéine protéases, E64 [King, 1998]. De plus, de par son activité enzymatique, Der p 1 augmente la perméabilité des cellules épithéliales en altèrant les jonctions serrées [Wan, 1999]. Cela permet alors une pénétration de l’allergène, et donc sa présentation ultérieure aux cellules de l’immunité.

En présence de Der p 1, des clones lymphocytaires CD4+ spécifiques de Der p 1 peuvent proliférer, et produire de l’IL-2, mais également des cytokines de type Th2 comme l’IL-4 et l’IL-5 [Yssel, 1992b]. Der p 1 peut également favoriser la réponse IgE d’une part en clivant le récepteur de basse affinité pour l’IgE (CD23) à la surface des lymphocytes B [Chua, 1988], générant la production de CD23 soluble qui augmente directement la synthèse d’IgE [Hewitt, 1995]. De plus, Der p 1 est capable de cliver la chaîne a du récepteur à l’IL-2 (CD25) des lymphocytes T du sang périphérique [Schulz, 1998], entrainant une diminution de la prolifération des cellules Th1 ainsi qu’une baisse de sécrétion d’IFN-g, favorisant ainsi un microenvironnement pro-Th2.

Enfin, in vivo, l’immunisation de souris avec Der p 1 induit une augmentation significative de la production d’IgE totales et spécifiques qui est associée à l’activité enzymatique de l’allergène [Gough, 1999].

2. La réponse IgE

Les immunoglobulines de type E (IgE) spécifiques de l’allergène peuvent se lier à leurs récepteurs de haute affinité (FceRI) sur les mastocytes, les basophiles et les cellules dendritiques, et jouent un rôle important dans la réaction allergique immédiate en permettant la libération de médiateurs solubles tels que l'histamine, les leucotriènes et diverses cytokines [Kinet, 1989]. Si la demi-vie des IgE libres est courte (quelques jours), les mastocytes peuvent rester sensibilisés durant des mois, car leur liaison au FceRI les protégent de l'action des protéases sériques.

Il existe un second récepteur pour les IgE. Il est dit de faible affinité (FceRII ou CD23), et est exprimé par les lymphocytes T et B, les monocytes/macrophages, les éosinophiles et les plaquettes [Capron, 1986] [Spiegelberg, 1981]. Le CD23, comme le FceRI, jouerait un rôle important de présentation des allergènes aux cellules T. Ceci a pu être montré dans des modèles murins de réaction allergique où la neutralisation de l’IgE, avec des anticorps ne provoquant pas de réactions anaphylactiques, diminue significativement l’éosinophilie pulmonaire, et la production de cytokines Th2 [Coyle, 1996b].

Les lymphocytes B peuvent produire différents isotypes de chaîne lourde d'immunoglobulines (Ig). Ce phénomène (appelé commutation isotypique) permet à un seul clone B de produire des anticorps ayant la même spécificité de reconnaissance de l'antigène, mais ayant des fonctions effectrices différentes. Après interaction spécifique avec l’allergène, les lymphocytes B vont interagir avec les lymphocytes T helper CD4+ (eux mêmes activés par les APC), être activés et opèrer une commutation de la synthèse d’Ig de l’isotype M vers l’isotype E. La commutation vers l'isotype E est sous la dépendance de deux signaux : la sécrétion d'IL-4 dans le microenvironnement et l'engagement du CD40 des cellules B par le CD40Ligand des cellules T [Vercelli, 1995] (Figure 2).

3. Les cellules importantes dans la réaction inflammatoire allergique

L'inflammation des voies aériennes chez les patients asthmatiques est caractérisée par une augmentation du nombre de lymphocytes T activés, d'éosinophiles, de mastocytes, de macrophages et parfois de neutrophiles dans la muqueuse, ainsi qu'un épaississement de la membrane basale [Bousquet, 1990] [Djukanovic, 1990] [Azzawi, 1990]. La persistance de l’inflammation conduit à un remodelage des voies aériennes caractérisé par un épaississement des parois des voies aériennes, une fibrose sub-épithéliale, une hyperplasie des myocytes et des myofibroblastes [Elias, 2000] [Homer and Elias, 2000].

a. Les mastocytes
Les mastocytes jouent un rôle important dans l’asthme. Ils sont localisés au niveau de la sous-muqueuse des voies aériennes , à l’interface entre les environnements extérieur et intérieur, ce qui leur permet de répondre rapidement aux stimuli par une sécrétion de cytokines et de médiateurs. Ils sécrètent des médiateurs préformés ou nouvellement synthétisés en réponse à des stimuli environnementaux, en particulier les allergènes. La fixation de ces allergènes au récepteur de forte affinité pour l’IgE (FceRI) exprimé par le mastocyte induit une libération rapide de cytokines, chimiokines et facteurs de croissance [Costa, 1998]. Les mastocytes sont une source importante de protéases telles que la tryptase ou la chymase [Walls, 1998] capables d’activer les cellules épithéliales, endothéliales, et les fibroblastes via les PAR (Protease Activated Receptors) [Hon, 1998]. De plus, le TNF-a sécrété par les mastocytes activés [Ohkawara, 1992], stimule le TNF-aR1 à la surface de ces cellules de façon autocrine augmente leur sécrétion de médiateurs par un mécanisme faisant intervenir NF-kB [Coward, 1998].

b. Les neutrophiles
Les neutrophiles sont les premières cellules à infiltrer le poumon après une exposition à un allergène [Teran, 1995]. Contrairement aux éosinophiles, cet afflux de neutrophiles n’est que transitoire, ce qui laisse suggérer une apoptose importante dans la régulation du nombre de neutrophiles dans les voies aériennes. Dans les sécrétions de patients présentant un asthme aigu, les neutrophiles prédominent plus fréquemment que les éosinophiles [Fahy, 1995], même en l’absence de tout épisode infectieux [Lamblin, 1998].

Les neutrophiles produisent une grande variété de produits incluant des lipides (les leucotriènes LTA4 et LTB4, PAF), des cytokines (IL-1b, IL-6, IL-8, TNF-a), des protéases (élastase, MMP9), des dérivés oxygénés (H2O2).

Lorsque les neutrophiles sont au contact des cellules de structures des voies aériennes, les leucotriènes LTA4 sont convertis en LTB4, un puissant bronchoconstricteur [Sala, 1997]. Le LTB4 est chimiotactique pour les neutrophiles, les éosinophiles et les monocytes. En activant le NF-kB [Stankova and Rola-Pleszczynski, 1992], il induit la synthèse d’IL-5, d’IL-6 et d’IL-8 [Yamaoka and Kolb, 1993] et augmente la production d’IgE par les cellules B [Yamaoka, 1994].

L’élastase a une action sur l’épithélium pulmonaire : elle induit la production de mucus, réduit la fréquence des battement des cils et induit la libération d’IL-8 et d’autres cytokines. Enfin, l’élastase dégrade les cellules endothéliales en favorisant leur apoptose, et active les mastocytes et les éosinophiles.

c. Les éosinophiles
Dans l'asthme, la persistance d'éosinophiles au niveau de la muqueuse des voies aériennes fait intervenir plusieurs facteurs. Elle pourrait résulter de la sécrétion de cytokines par les cellules Th2 activées. Il a été montré que outre les cellules Th2 et une production d'IL-5, l’éotaxine possède un pouvoir chimiotactique très puissant sur les éosinophiles [Ponath, 1996] [Garcia-Zepeda, 1996]. Une source importante d’éotaxine est le fibroblaste [Terada, 2000] [Teran, 1999] [Minshall and Hamid, 2000] bien que d'autres populations cellulaires telles que le macrophage, l’éosinophile, le mastocyte, les cellules T ainsi que les cellules musculaires lisses des voies aériennes peuvent également en produire [Ghaffar, 1999]. Des quantités importantes d’éotaxine peuvent être détectées dans les voies aériennes de patients souffrant d'asthme [Lamkhioued, 1997] [Taha, 1999] mais son rôle exact dans les situations allergiques restent encore a clarifier [Minshall and Hamid, 2000]. Il en est de même pour d'autres chimiokines telles que MCP (Monocyte Chemotactic Protein)-3, MCP-4, MCP-5, RANTES (Regulated upon activation, normal T cell expressed and secreted) [Gonzalo, 1998] [Powell, 1996].

Bien que le rôle exact de l’éosinophile dans la pathogénèse de l'asthme reste encore discuté, l'éosinophile est capable d'amplifier la réponse inflammatoire en libérant de nombreux médiateurs pro-inflammatoires. Ses protéines granulaires que sont MBP (Major Basic Protein), ECP (Eosinophil Cationic Protein) et EPO (Eosinophil Peroxydase) peuvent induire une cytotoxicité cellulaire, la dégranulation des mastocytes et des basophiles, stimuler la production de mucus [Hamid and Minshall, 2000]. La MBP jouerait, de plus, un rôle dans la mise en place de l’HRB dans des modèles murins de réaction allergiques [Uchida, 1993], [Coyle, 1995a]. De plus, les éosinophiles libèrent une grande variété de cytokines incluant l'IL-1, l'IL-2, l'IL-3, l'IL-4, l'IL-5, l'IL-6, l'IL-8, l'IL-10, l'IL-11, l'IL-12, du TGF-b, TNF-a, GM-CSF, MIP-1a et RANTES [Hamid and Minshall, 2000], toutes importantes dans la mise en place de la réaction inflammatoire.

d. Les cellules Th2

Définitions
Sur la base des observations originales de Mosmann et al [Mosmann and Coffman, 1989], les lymphocytes T CD4+ peuvent être subdivisés en au moins deux sous-populations appelées cellules de type 1 (Th1) et type 2 (Th2). Ces deux types cellulaires diffèrent dans leur profil de production de cytokines qui est associé à leur propriété fonctionnelles [Abbas, 1996]. Les cellules Th1 produisent de l'IL-2, de l'IFN-g mais pas d'IL-4 ni d'IL-5, et sont préférentiellement impliqués dans l'immunité vis à vis de micro-organismes intracellulaires grâce à leur capacité à induire une réaction inflammatoire, à aider les cellules B à la production d'anticorps opsonisants, ainsi qu'à activer les macrophages en augmentant leurs fonctions anti-microbiennes. De ce fait, les réponses induites par les cellules Th1 sont caractérisées par des réactions inflammatoires qui conduisent souvent à des lésions ou des destructions tissulaires.

Au contraire, les cellules Th2 produisent de l'IL-4, de l'IL-5, de l'IL-6, de l'IL-10 et de l'IL-13 mais pas d'IL-2 ou d'IFN-g, et aident les cellules B à la production d'anticorps d'isotype IgG1 (chez la souris) et IgE (chez la souris et chez l'homme). Grâce aux puissantes propriétés anti-inflammatoires de l'IL-4, de l'IL-10 et de l'IL-13, les cellules Th2 empêchent les dommages tissulaires induits lors des réponses immunes médiées par les cellules Th1. De plus, à cause de la production d'IL-4 et d'IL-13 qui sont des facteurs responsables du switch de la production d'anticorps vers l'IgE, et de l'IL-5 qui est un facteur de croissance et de différenciation des éosinophiles, les cellules Th2 jouent un rôle important dans l'élimination de parasites extracellulaires tels que les helminthes, mais également dans les réactions allergiques.

Rôle des cellules Th2
Chez l'homme
De nombreuses données expérimentales obtenues à partir d'études cliniques ou à partir de modèles animaux confirment le rôle des cellules Th2 et de leurs cytokines dans l'asthme allergique. Il existe une corrélation positive entre le nombre de cellules CD4+ activées détectable dans les lavages bronchoalvéolaires de patients asthmatiques par cytométrie en flux ou par immunohistochimie et le niveau de recrutement d'éosinophiles dans le parenchyme pulmonaire mais également avec le taux de transcrits codant pour l'IL-4 et l'IL-5, des cytokines de type Th2 [Bradley, 1991] [Robinson, 1992]. De plus, des quantités importantes de transcrits codant pour le l'IL-4, l'IL-5 et le GM-CSF ont été mises en évidence dans les biopsies bronchiques [Bentley, 1993], et dans les cellules T isolées des LBA [Robinson, 1993] de patients avec un asthme allergique exposés à une provocation bronchique avec l'allergène spécifique, indiquant que les cellules Th2 activées jouent probablement un rôle dans les réponses asthmatiques tardives grâce à divers mécanismes comme le recrutement d'éosinophiles dans l’épithélium pulmonaire.

Dans les modèles animaux
Les modèles animaux permettent de disséquer les mécanismes complexes qui conduisent à certaines caractéristiques pathologiques de l'asthme allergique humain grâce à la possibilité de manipuler la présence de certaines cytokines d’intérêt ou les sous-populations de cellules T dans le microenvironnement des voies aériennes. En utilisant de tels modèles, il a pu être montré que la déplétion en cellules T CD4+ avec un anticorps monoclonal conduit à une absence d'infiltrat d'éosinophiles et d'HRB [Nakajima, 1992] [Gavett, 1994] et que des souris SCID (Severe Combined ImmunoDeficiency) dépourvues de cellules B et T fonctionnelles, ne développent pas d'éosinophilie pulmonaire, ni d'hyperréactivité bronchiques (HRB) après un challenge antigénique avec de l'ovalbumine [Corry, 1996].

Les cytokines Th1 et Th2

Les cytokines Th1
- Interleukine-2 :

L’IL-2 est indispensable à la prolifération des lymphocytes T [Morgan, 1976]. Cette cytokine est exclusivement produite par les lymphocytes T CD4+ et CD8+ [Meuer, 1982], et agit de manière autocrine ou paracrine. Elle joue un rôle crucial dans la prolifération des lymphocytes T naïfs, et semble donc contrôler la mise en place de la réponse immune et, si cette réponse a lieu, l’IL-2 l’entretient.

Mais l’IL-2, à de fortes doses, peut aussi réprimer la réponse immune, en induisant la mort cellulaire par apoptose [Lenardo, 1991].

- IFN-g :

L’IFN-g (Interferon-gamma) est produit par les lymphocytes T CD4+ et CD8+ activés, les cellules Natural Killer (NK) [Trinchieri, 1989], et les éosinophiles [Lamkhioued, 1995].

Cette cytokine a tout d’abord un rôle essentiel au niveau des défenses non spécifiques de l’organisme, comme cela a été démontré dans des modèles de souris SCID [Bancroft, 1989]. L’IFN-g active les macrophages en augmentant leur pouvoir de phagocytose et leur capacités cytotoxiques [Nathan, 1983] [Nathan, 1984], ainsi qu’en augmentant l’expression de surface des molécules du CMH de classe II in vitro [Zlotnik, 1983] et in vivo [Dalton, 1993]. Enfin l’IFN-g semble capable d’activer la production de la cytokine pro-inflammatoire TNF-a par les cellules NK [Peters, 1986] et les capacités cytotoxiques des lymphocytes T CD8+, confirmant ainsi son importance dans la mise en place des mécanismes effecteurs cellulaires.

Au niveau des lymphocytes B, l’IFN-g présente une action opposée à celle de l’IL-4. Elle inhibe leur prolifération [Mond, 1985], l’expression de CD23 induite par l’IL-4 [Defrance, 1987], et l’expression des molécules du CMH de classe II. Elle inhibe la commutation isotypique permettant la production d’IgE in vitro [Thyphronitis, 1989] et in vivo [Finkelman, 1988].

L’IFN-g favoriserait l’induction d’un profil de type 1, mais son rôle exact reste confus. Son action polarisatrice a été montrée in vitro comme fonction de la présence ou non d’IL-4 : en présence des deux cytokines, la polarisation se fera préférentiellement vers un profil Th2 [Abehsira-Amar, 1992]. Il a été montré que les lymphocytes Th2 présentent à leur surface la chaîne b du récepteur à l’IFN-g, et pas les lymphocytes Th1 [Pernis, 1995]. C’est par ce récepteur que l’IFN-g inhibe la prolifération des lymphocytes ; les Th1 échapperaient alors, par absence du récepteur, aux effets anti-prolifératifs de l’IFN-g.

In vivo, l’IFN-g inhibe le recrutement pulmonaire des éosinophiles induit par l’antigène en inhibant l’infiltration des cellules CD4+ [Nakajima, 1993] [Iwamoto, 1993]. Un effet inhibiteur sur l’HRB a également été rapporté [Lack, 1994] [Lack, 1996] [Hofstra, 1998]. Enfin, des souris déficientes en récepteur pour l’IFN-g développent une réponse pulmonaire Th2 plus importante [Coyle, 1996a].

Les cytokines Th2

- IL-4

L’IL-4 est produite majoritairement par les lymphocytes T CD4+, mais aussi par les éosinophiles [Moqbel, 1995] et les basophiles [Seder, 1991]. Il a également été suggéré que les mastocytes, grâce à leur capacité à produire l'IL-4 à la suite d'une activation de leur récepteur de forte affinité pour l'IgE (FceRI) peuvent constituer une source précoce d'IL-4 [Bradding, 1992].

L’IL-4 stimule fortement les lymphocytes B, induit leur différenciation, augmente leur prolifération [Rabin, 1986] et l’expression de CMH de classe II [Roehm, 1984]. De plus la production d’anticorps d’isotype E est étroitement contrôlée par l’IL-4 chez l’homme comme chez la souris [Lebman and Coffman, 1988]. L’IL-4 est également un facteur de croissance pour les mastocytes in vitro [Mosmann, 1986], et pour les lymphocytes T, en stimulant selon un mode autocrine la prolifération des lymphocytes Th2 [Fernandez-Botran, 1986] et en induisant la production d’Il-4 in vivo [Gross, 1993] [Kopf, 1993]. Enfin, en parallèle de ces effets pro-Th2, l’IL-4 présente une activité inhibitrice de la réponse de type 1. Ainsi, in vitro, l’IL-4 supprime directement l’induction de cellules productrices d’IFN-g, tandis que la présence d’anticorps anti-IL-4 favorise leur génération de ces cellules [Hsieh, 1992]. Il est à noter également, que des résultats issus de reconstitution de souris déficientes en IL-4 (IL-4 -/-) indiquent qu'une réponse anticorps dépendante de l'antigène n'est possible que si les souris ont été reconstituées avec des cellules T CD4+ produisant de l'IL-4, et même en l'absence d'IL-4 produit par des cellules non CD4+ (souris déficientes en mastocytes par exemple) [Schmitz, 1994] [Takeda, 1997]. Au contraire, la production d'IgE médiée par l'IL-4 n'est pas détectable dans des souris reconstituées et dans lesquelles seules des cellules non CD4+ peuvent produire l'IL-4. Ces résultats indiquent donc que les cellules T CD4 sont les premières si ce n'est les seules sources d'IL-4 permettant la synthèse d'IgE.

Chez la souris, l’IL-4 est déterminante pour le développement de réponses Th2 [Kopf, 1993]. L'implication des cellules Th2 et de l'IL-4 a été démontrée par l'incapacité à induire une éosinophile pulmonaire et une HRB chez des souris déficientes soit en IL-4 [Lukacs, 1994], en récepteur pour l'IL-4 (IL-4R) [Brusselle, 1994] ou en STAT-6 [Kuperman, 1998], une tyrosine kinase spécifiquement impliquée dans la signalisation via l'IL-4R. De plus, en bloquant la fixation de l’IL-4 à son récepteur avec la forme soluble du récepteur (sIL-4R), des souris sont incapables de développer une réaction inflammatoire suite à une exposition à l’allergène [Henderson, 2000].

Enfin, des souris transgéniques pour l’IL-4 présentent une réaction inflammatoire péribronchique mais ne développent pas d’hyperréactivité bronchique [Rankin, 1996]. Ceci suggère donc que l’IL-4 seule ne suffit pas pour induire toutes les caractéristiques de l’asthme.

- IL-5

L’IL-5 est produit par les lymphocytes T CD4+, les mastocytes [Bradding, 1993], et les éosinophiles [Desreumaux, 1992]. Comme l’IL-4, il peut participer à la différenciation des lymphocytes B, mais des études ont montré une action moins spécifique, augmentant la production de tous les isotypes [Swain, 1985].

L’action majeure de l’IL-5 a toutefois lieu au niveau des éosinophiles, pour lesquels il agit comme un facteur de stimulation lors de leur maturation dans la moelle osseuse [Wardlaw, 1999], de différenciation [Yamaguchi, 1988], et dont il prolonge la survie. L’IL-5 augmente également les capacités cytotoxiques des éosinophiles et leur production de radicaux oxygénés [Lopez, 1988]. De ce fait, l’IL-5 est un médiateur particulièrement important dans le contexte des pathologies allergiques.

L’IL-5 active un certain nombre de kinases intracellulaires dont Jak-2 importante dans l’activation des éosinophiles et dans la prévention de l’apoptose des éosinophiles matures [Pazdrak, 1998] [Parganas, 1998] [Kagami, 2000].

Chez la souris sensibilisée à l’ovalbumine, l’administration intraveineuse d’oligonucléotides anti-sens spécifiques de l’IL-5 abolit l’éosinophilie pulmonaire et l’hyperréactivité bronchique [Karras, 2000]. De plus, après sensibilisation et exposition à des aérosols d'ovalbumine, des souris rendues déficientes en IL-5 sont incapables de développer les caractéristiques d'une réaction allergique [Foster, 1996]. Au contraire, la surexpression d'IL-5 dans l’épithélium pulmonaire de souris transgéniques conduit au recrutement d'éosinophiles, à une hypertrophie épithéliale et une production accrue de mucus [Lee, 1997], caractéristiques retrouvées chez les patients asthmatiques. Cependant, d’autres facteurs interviennent dans la mise en place l’HRB. Ainsi, la libération de la Major Basic Protein (MBP) par les éosinophiles est impliquée dans la mise en place de l’HRB [Coyle, 1995a]. En effet, l’administration intratrachéale de MBP à des souris induit une augmentation rapide de l’HRB [Uchida, 1993]. Néanmoins, la participation des éosinophiles interviendrait plus dans les réactions retardées que dans les réactions immédiates [Cieslewicz, 1999] plutôt médiée par les mastocytes. Des résultats issus de différents modèles animaux montrent que l'HRB peut être induite chez la souris par des mastocytes préalablement activés par un anticorps anti-IgE [Martin, 1993], indépendamment de l'IL-5 et des éosinophiles.

De façon intéressante, alors que la présence d'IL-5 semble importante pour induire une HRB [Foster, 1996] dans un modèle expérimental utilisant des souris C57/BL6, une autre étude utilisant des souris d'une autre souche (BALB/c) indique que l'IL-4 est capable d'induire une HRB indépendamment des actions des éosinophiles et de l'IL-5 [Corry, 1996]. Ces résultats apparemment contradictoires peuvent s'expliquer par les différentes voies par lesquelles les deux cytokines (IL-4 et IL-5) sont capables d'induire une HRB.

- IL-13

L'IL-13 présente des activités biologiques similaires à l'IL-4. Néanmoins, il existe deux différences importantes entre ces deux cytokines : une production d’IL-13 plus constante que celle transitoire de l'IL-4 [de Waal Malefyt, 1995], et une incapacité pour l’IL-13 (contrairement à l'IL-4) à induire la différenciation des cellules T naïves en cellules Th2 [de Waal Malefyt, 1995] [Sornasse, 1996], à cause de l'absence de récepteur fonctionnel pour l'IL-13 sur les cellules T [de Waal Malefyt, 1995].

L'IL-13 est capable d'induire, indépendamment de l'IL-4, quelques une des caractéristiques physiopathologiques de la réaction allergique [Wills-Karp, 1998] [Grunig, 1998]. La complexité des effets induits par les cytokines est souligné par le fait que la neutralisation de l'IL-4 pendant un challenge avec l'ovalbumine n'inhibe ni la réaction inflammatoire allergique, ni l'HRB [Coyle, 1995b] suggérant que, bien que l'IL-4 induise une réponse de type Th2 dans ce modèle, cette cytokine ne semble pas nécessaire à l'expression de l'asthme allergique. Ainsi, l'IL-13 (comme l'IL-4) est capable d'induire l'HRB, l'éosinophilie pulmonaire et la production de mucus. L'HRB induite par l'IL-13 est indépendante de la présence d'IgE ou de la présence d'éosinophiles [Wills-Karp, 1998]. La neutralisation de l’IL-13 avec des anticorps monoclonaux réduit la réaction inflammatoire, la production de mucus et de l’HRB [Grunig, 1998] [Li, 1999], alors que des souris transgénique pour l’IL-13 non exposées à l’allergène présentent une production accrue de mucus et une augmentation de la résistance de leurs voies aériennes [Zhu, 1999]. Le développement de la réaction inflammatoire fait intervenir le récepteur pour l’IL-4 (IL-4R). En effet chez des souris déficientes en IL-4R, ni l'IL-4, ni l'IL-13 n’'induisent cette réaction suggérant que le développement de la réaction allergique passe par une voie impliquant la chaîne a de l'IL-4R. De plus, des souris déficientes en STAT-6, une tyrosine kinase impliquée dans la voie de signalisation intracellulaire induite par l'IL-4 mais également par l'IL-13, ne développent pas d'HRB consécutivement à une exposition à l'ovalbumine et ne produisent pas de mucus [Kuperman, 1998].

- IL-9

Cytokine de type Th2, l’IL-9 semble également jouer un rôle important dans la physiopathologie de l’asthme. Chez l’homme, l’IL-9 et son récepteur sont fortement exprimés au niveau des bronches de patients asthmatiques [Shimbara, 2000]. L’instillation intra-trachéale d’IL-9 est associée à une éosinophilie, une production d’IgE et une HRB accrue en comparaison à des souris non traitées [Levitt, 1999]. Des résultats similaires ont été obtenus après à partir de modèles de souris transgéniques pour l’IL-9 [Dong, 1999] [McLane, 1998].

Cytokines polarisant la réponse immune vers le profil Th1 ou Th2

- Effets de l’IL-12 :

L’IL-12, principalement produite par les macrophages et les cellules dendritiques, est un fort inducteur de la réponse Th1 [Trinchieri, 1995].

L’IL-12 induit la production d’IFN-g par les cellules T et les cellules NK [Seder, 1993]. Ces deux cytokines agissent de façon synergique, puisque l’IFN-g contrôle positivement la synthèse d’IL-12 [Morris, 1994].

L’IL-12 semble être la cytokine la plus importante dans le développement de réponses Th1 protectrices contre les infections par des pathogènes intracellulaires tels que Leishmania major [Gorak, 1998]. Une faible production ou l’absence d’IL-12 est par contre associée à des pathologies faisant intervenir les cellules Th2 comme on l’observe dans l’asthme. In vivo, l’administration d’IL-12 recombinante à des souris réduit la réponse Th2 en augmentant la production d’IFN-g [Kips, 1996]. De plus, l’administration systémique ou locale d’IL-12 (dans les voies aériennes) abolit totalement l’éosinophile et l’HRB [Gavett, 1995]. Finalement, des souris déficientes en IL-12 développent une éosinophilie pulmonaire plus prononcée sans modification dans le niveau de production d’IL-5 et d’IFN-g [Gately, 1998].

- Effets de l’IL-18

Initialement identifié par Okamura et al [Okamura, 1995b] [Okamura, 1995a] en tant que Interferon-g-inducing factor (IGIF), l’IL-18 montre des similitudes importantes avec l'IL-1, tant au niveau de sa production, des voies de signalisation intracellulaire et des mécanismes d'action. L’IL-18 peut induire et augmenter la production d'IFN-g par des clones Th1 et des cellules NK. Des souris déficientes en IL-18 montrent une baisse importante de leur production d'IFN-g après stimulation par le LPS. Bien que l'IL-18 apparaît importante pour la production d'IFN-g in vivo, son mécanisme d'action restait encore peu clair. Il apparaît que l'IL-18 n'induit pas le développement des cellules Th1 mais agit tardivement sur les cellules Th1 induites par l'IL-12 pour augmenter leur production d'IFN-g [Robinson, 1997]. Cette production d'IFN-g par des cellules Th1 induite par l'IL-12 et l'IL-18 ne nécessite pas de stimulation via le TCR, voie considérée jusqu'alors comme exclusive dans la production d'IFN-g par les cellules CD4+ [Robinson, 1997]. Cette nouvelle voie de production d'IFN-g serait médiée par un élément de fixation de STAT4 [Barbulescu, 1998]. Néanmoins, plus récemment, des études montrent que l’IL-18 peut induire des réponses Th2 chez la souris. Ainsi, l’administration d’IL-18 à des souris augmente considérablement la production d’IgE en faisant intervenir des lymphocytes CD4+, l’IL-4 et le facteur de transcription STAT-6. Ces résultats ont été confortés par la mise en évidence d’IgE chez des souris transgéniques pour la caspase-1 présentant des quantités importantes d’IL-18 sériques [Yamanaka, 2000]. Enfin, des souris déficientes pour l’IL-18 peuvent développer une éosinophilie pulmonaire plus marquée que des souris sauvages à la suite d’un protocole d’exposition à l’allergène [Kodama, 2000].

- Effets de l’IL-10 :

L’IL-10 est produite par les lymphocytes Th2, mais aussi les lymphocytes B, les macrophages activés [Yssel, 1992a], et les DCs [Lore, 1998]. C’est par son action que les cellules Th2 régulent négativement les cellules Th1. En effet, l’IL-10 inhibe fortement l’activité macrophagique, dont la production d’IL-12 [D'Andrea, 1993], d’IL-1b, de TNF-a [Ralph, 1992] mais aussi d’IL-10, contrôlant ainsi sa propre production [de Waal Malefyt, 1991].

L’effet de l’IL-10 sur les DCs est relativement bien documenté. Ainsi, des DCs cultivées en présence d’IL-10 expriment moins de CD86 à leur surface et deviennent moins efficaces pour stimuler les cellules T dans les réactions lymphocytaires mixtes [Buelens, 1995]. Cependant, une autre étude montre que les DCs qui ont subi une maturation en présence d’IL-10 diminue leur production d’IL-12 et sont incapables d’induire la synthèse d’IFN-g par les cellules T [De Smedt, 1997]. Enfin, chez des souris déficientes en IL-10, les DCs favorisent des réponses Th1 [Igietseme, 2000].

Le rôle de l’IL-10 dans la réaction allergique est controversé. Certaines études ont mis en évidence de faibles quantitiés d’IL-10 [Borish, 1998] alors que d’autres ont montré des taux élévés [Tillie-Leblond, 1999] dans les LBA de patients asthmatiques. Des souris déficientes en IL-10 et exposées à des aérosols d’ovalbumine ne développent pas d’HRB mais présentent une réaction inflammatoire pulmonaire [Makela, 2000]. Dans une autre étude, l’administration d’IL-10 à des souris n’induit le développement d’une HRB que si les souris sont réexposées à des aérosols d’ovalbumine [van Scott, 2000].

Marqueurs exprimés par les cellules Th1 et Th2
Les récepteurs aux cytokines
Bien que la définition de sous-populations T CD4+ basée sur la différence de leur profil de sécrétion de cytokines ait été utile pour l'analyse de leur activité fonctionnelle, l'identification de marqueurs de surface stables et exclusifs reste encore à déterminer.

La première démonstration convaincante de l'expression différentielle d'une molécule de surface sur les cellules Th a été obtenue avec le récepteur pour l’IFN-g (IFN-gR). Aussi bien chez la souris [Pernis, 1995] que chez l’homme [Groux, 1997], il est montré que des cellules polarisées en Th1 et non les cellules polarisées en Th2, n'expriment pas la chaîne b du récepteur à l'IFN-g, chaîne impliquée dans la signalisation et non dans la fixation de l'IFN-g [Hemmi, 1992] [Soh, 1994]. De plus, en présence d'IL-12 et en absence d'IL-4, la stimulation et la culture de cellules T naïves humaines CD4+ CD45RA+ ou de cellules T issues du sang de cordon exprimant l'IFN-gR, conduit à une diminution de la quantité de transcrits codant pour la chaîne b de ce récepteur [Groux, 1997]. Ceci indique que la diminution d’expression de la chaîne b de l'IFN-gR à la surface des cellules T humaines est intrinsèque au processus de différenciation en cellules Th1, confirmant les observations faites chez la souris [Pernis, 1995].

De plus, le récepteur pour l'IL-18 (IFN-g-inducing factor), cytokine qui agit en synergie avec l'IL-12 dans la différenciation en Th1 [Yoshimoto, 1997] a été mis en évidence à la surface des cellules Th1 mais pas sur les cellules Th2 [Xu, 1998]. Ces résultats indiquent que l'IL-12 peut induire l'expression de l'IL-18R sur les cellules Th1 et que les cellules Th2 ne présentent aucune sensibilité à l'IL-18 [Yoshimoto, 1998].

Enfin, la polarisation vers un profil de type Th2 est due à la perte de la chaîne b2 du récepteur pour l'IL-12 à la surface des cellules T murines [Szabo, 1995] et humaines [Rogge, 1997], entraînant l'absence de signalisation via le récepteur pour l'IL-12 (IL-12R) [Guler, 1996]. Des cellules T isolées de lavages bronchoalvéolaires de patients atteints de sarcoidose (une pathologie inflammatoire médiée par les cellules Th1) expriment la chaîne b2 de l'IL-12R. Au contraire, des cellules T de LBA de patients asthmatiques (pathologie Th2) n’expriment pas la chaîne b2 de l'IL-12R [Rogge, 1999].

Les récepteurs aux chimiokines
La régulation du trafic lymphocytaire est complexe et implique la participation de molécules d'adhésion cellulaire, comme les sélectines et les intégrines, ainsi que la superfamille des chimiokines et leur récepteurs [Butcher and Picker, 1996] [Baggiolini, 1997]. La migration des cellules Th1 et Th2 vers les sites inflammatoires est finement régulée. Des études récentes indiquent que les sous populations Th1 et Th2 expriment préférentiellement certains récepteurs aux chimiokines appartenant à la famille des récepteurs pour les CC chimiokines (ou b chimiokines) ou CXC chimiokines (ou a chimiokines) (Figure 3).

Figure 3 : Circuits d’amplification des réponses de type 1 et de type 2.

(a). L’IFNg, produit par les cellules NK, et les cellules T et B de type 1, induit la production des ligands de CXCR3 (IP-10, I-TAC, Mig), ce qui provoque l’attraction de cellules polarisées supplémentaires.

(b). IL-4 et IL-13 induisent la production d’eotaxine et de MDC. Ces derniers attirent les cellules Th et Tc de type 2 (exprimant CCR3 et CCR4), ainsi que basophiles et éosinophiles. Repris de Mantovani, Immunology Today 1999.

D’après Sallusto et al [Sallusto, 1997], le CCR3 est préférentiellement exprimé par les cellules Th2 , et son expression est corrélée positivement avec la production d'IL-4. Les cellules Th2 expriment également CCR4 [Bonecchi, 1998] et CCR8 [Zingoni, 1998]. Les cellules polarisées en Th1 exprimeraient plutôt CXCR3 et CCR5. A titre d’exemple, il a pu être mis en évidence dans la polyarthrite rhumatoïde des cellules Th1 exprimant de manière prépondérante le CCR5 [Loetscher, 1998]. En ce qui concerne CXCR3, il semblerait que son expression ne soit pas restreinte aux cellules Th1 et pourrait être détectée sur des cellules Th2 en culture. Très récemment, CXCR6 a été décrit comme un récepteur aux chimiokines sélectivement exprimé par les cellules Th1 [Kim, 2001]. Les cellules CXCR6+ n’expriment pas la L-sélectine ou/et le CCR7 et ne peuvent donc pas se localiser dans les organes lymphoïdes mais sont, en revanche, présentes aux sites inflammatoires.

Il est important de noter également que l'expression des récepteurs aux chimiokines à la surface des cellules T n'est pas stable et montre des variations significatives en fonction de l'état d'activation des cellules et de la présence de cytokines endogènes. Par exemple, l'expression en surface du CXCR4 sur les cellules T est induite par de nombreuses cytokines, incluant l'IL-2, l'IL-4, l'IL-7 et l'IL-15 [Jourdan, 1998]. Par contre, l'IFN-g inhibe l'expression de CCR3 et augmente l'expression de CXCR3 et CCR1 [Sallusto, 1998]. L'activation des cellules T via le complexe TCR/CD3 entraîne une diminution de l'expression de beaucoup de récepteurs aux chimiokines tels que CXCR4 [Abbal, 1999], CCR1, CCR2, CCR5 [Loetscher, 1998], et CCR3 [Sallusto, 1997].

CRTH2

CRTH2 est un récepteur appartenant à la famille des récepteurs à sept domaines transmembranaires couplé aux protéines G cloné récemment [Nagata, 1999b] et sélectivement exprimé par les cellules T de type 2, les éosinophiles et les basophiles [Nagata, 1999b] [Nagata, 1999a] [Cosmi, 2000]. CRTH2 médie un flux de calcium intracellulaire en réponse à des facteurs produits par les mastocytes activés [Nagata, 1999a]. Récemment, la Prostaglandine D2 (PGD2) à été identifiée comme un ligand possible de CRTH2 dérivé des mastocytes [Hirai, 2001].

T1/ST2

Deux groupes indépendants ont identifié une nouvelle molécule de surface exprimée de façon stable sur les cellules murines Th2 et non Th1 [Xu, 1998] [Lohning, 1998]. Cette molécule désignée ST2 ou T1, avait été clonée en tant que récepteur orphelin codant pour une molécule récepteur-like de la superfamille des immunoglobulines [Klemenz, 1989] [Tominaga, 1991]. Bien que T1/ST2 présente une homologie de séquence limitée avec les récepteurs pour l'IL-1 (type 1 et type 2), il ne fixe pas l'IL-1a, l'IL-1b, l'IL-1RA ni l'IL-18.

L'injection d'un anticorps polyclonal anti-T1/ST2 à des souris infectées avec Leishmania major augmente la production d'IFN-g et diminue la production d'IL-4 et d'IL-5 par les cellules T, augmentant ainsi la résistance à l'infection par le parasite intracellulaire [Xu, 1998]. De plus, l'administration d'un anticorps monoclonal anti-T1/ST2 à des souris atteintes d'arthrite au collagène, pathologie principalement médiée par les cellules Th1, augmente la sévérité des symptômes [Xu, 1998]. D’autre part, dans un modèle murin de réaction allergique, l'injection d'un anticorps anti-T1/ST2 ou d'une protéine de fusion T1/ST2-Ig diminue l'éosinophilie et l'inflammation pulmonaire [Lohning, 1998]. Enfin, la neutralisation de T1/ST2 chez des souris exposées à une protéine du RSV (Respiratory Syncytial Virus) et développant une éosinophilie pulmonaire, réduit l’inflammation pulmonaire, la sévérité de la pathologie [Walzl, 2001]. Ces expériences indiquent que T1/ST2 est fortement associé à la fonction des cellules Th2. La présence de cette molécule semble permettre de faire la distinction chez la souris des cellules Th1 et Th2. Une telle mise en évidence reste encore à faire chez l’homme.

Facteurs de transcription

Les protéines STAT

Les protéines STAT jouent un rôle important dans la réponse sélective des cellules à des cytokines particulières [Kaplan and Grusby, 1998]. Après une stimulation par des cytokines, les protéines STAT sont phosphorylées par des Janus familly kinases (JAK) et, après leur dimérisation et leur translocation vers le noyau de la cellule, vont induire la transcription des gènes d'intérêt.

- STAT4

L’activation et le développement des cellules Th1 implique une signalisation via le facteur de transcription STAT4, appartenant à la famille des STAT [Zhong, 1994]. L'IL-12 active ce facteur de transcription [Jacobson, 1995]. Hoey et al ont suggéré que STAT4 activé pouvait agir directement sur le gène de l'IFN-g et augmenter sa transcription [Xu, 1996]. De plus, dans les cellules Th2, aucune activation de ce facteur n’est observée même en présence d’IL-12 [Szabo, 1995] mais la preuve de son rôle dans le développement des Th1 est venue de l'analyse de souris déficientes en STAT4 [Thierfelder, 1996] [Kaplan, 1996] qui n’ont plus de cellules Th1 fonctionelles. La production d'IFN-g semble ne pas être totalement dépendante de STAT4 [Kaplan, 1998] [Carter and Murphy, 1999]. Les cellules Th1 totalement différenciées peuvent produire de grandes quantités d'IFN-g en absence d'activation de STAT4 [Yang, 1999]. Il semblerait que d'autres facteurs induits ou réprimés par STAT4 puissent agir pour affecter la production d'IFN-g.

- STAT6

STAT6 est plutôt impliqué dans l’activation des cellules Th2. L'engagement de l'IL-4 avec son récepteur conduit à la phosphorylation de STAT6 par Jak1 et Jak3, induisant l'activation des gènes régulés par l'IL-4 comme ceux de l'IL-4R, de l'IgE et des molécules du CMH de classe II [Kaplan and Grusby, 1998]. Une voie alternative pour l’activation de STAT6, en particulier chez l'homme passe par l'IL-13 [Palmer-Crocker, 1996]. Enfin, dans les modèles murins d'inflammation allergique faisant appel à des souris déficientes en STAT6, il a été observé une atténuation importante de l'éosinophilie pulmonaire, de la production de mucus, de l'hyperréactivité bronchique et de la production d'IgE. Ceci souligne l’importance de STAT6 dans la réaction allergique.

- T-bet

Décrit par Szabo et al [Szabo, 2000], ce facteur est sélectivement induit dans des cellules se différenciant en Th1 mais pas en Th2, permet l’expression de l’IFN-g et réprime l’expression des cytokines Th2. Des cellules B et des cellules NK augmentent leur expression de T-bet après culture en présence d’IL-12. La production d’IFN-g et l’expression de T-bet par ces cellules sont augmentées après addition d’IL-18. Néanmoins, il semblerait que T-bet agisse avec d’autres facteurs pour augmenter l’expression d’IFN-g [Heath, 2000].

- GATA-3

Les cellules T naïves expriment peu de mRNA codant pour GATA-3 [Zhang, 1998] [Ouyang, 1998]. L'expression de GATA-3 est très augmentée dans des cellules différenciées en Th2 et très diminuée dans des cellules différenciées en Th1. En utilisant des clones établis ou des cellules Th1 et Th2 générées à partir de cellules CD4+ naïves, l'expression de GATA-3 restreinte aux cellules Th2 a été montrée. GATA-3 suffit à l'activation du promoteur de l'IL-5 mais pas de l'IL-4 dans un environnement non Th2 [Zhang, 1998] [Ranganath, 1998]. D’autres sites de fixation de GATA-3 doivent maintenant être identifiés. Cependant, certaines études ont montré que plusieurs régions voisines des loci IL-4/IL-13 peuvent lier GATA-3 [Ranganath, 1998].

Une augmentation significative de l’expression de GATA-3 a été observée dans les voies aériennes de patients asthmatiques [Christodoulopoulos, 2001]. Cette augmentation d’expression de GATA-3 corrèle avec l’expression pulmonaire d’IL-5 et l’hyperréactivité bronchique [Nakamura, 1999b]. Chez la souris, des études récentes démontrent l’implication de GATA-3 dans le développement de la réaction allergique. En effet, l’expression d’un dominant négatif de GATA-3 diminue l’inflammation des voies aériennes[Zhang, 1999]. De plus, l’administration intranasale d’oligonucléotides anti-sens spécifiques de GATA-3 à des souris réexposées à des aérosols d’ovalbumine abolit la réaction inflammatoire pulmonaire, la production de cytokines Th2 et réduit significativement l’HRB [Finotto, 2001], indiquant que GATA-3 joue un rôle majeur dans la phase effectrice de la réaction allergique chez la souris.

- c-Maf

L’incapacité de GATA-3 à activer le promoteur de l’IL-4 et à induire une synthèse d’IL-4 dans des conditions non Th2 suggère l’intervention d’autres facteurs de transcription qui pourraient agir en concert avec GATA-3 pour activer l’expression du gène codant pour l’IL-4. Le facteur de transcription c-Maf a été identifié comme étant spécifique des cellules Th2 et comme pouvant activer le promoteur de l’IL-4 [Ho, 1996]. Des souris knock-out pour c-Maf montrent une incapacité des cellules CD4+ à produire de l’IL-4, alors que la production d’IL-5 et d’IL-13 est normale [Kim, 1999]. Après immunisation, ces souris peuvent produire des IgE, probablement à cause de la présence d’IL-13.

En conclusion, l’asthme allergique, pathologie médiée par les cellules Th2, est la résultante de divers mécanismes complexes (réponse IgE, réaction inflammatoire et HRB). De nombreux facteurs, parmi lesquels le type d’antigène, le microenvironnement en cytokines polarisantes interviennent pour conduire à la mise en place de cette réponse Th2. Cependant, l’installation d’une réponse immune ne peut se faire sans l’intervention préalable de cellules présentatrices d’antigènes. Certaines peuvent interagir spécifiquement avec les cellules T naïves et initier le développement d’une réponse de type Th1 ou Th2 : c’est le cas des cellules dendritiques.

CHAPITRE II : Les cellules dendritiques

Les cellules dendritiques (DCs) sont issues des précurseurs de la moëlle osseuse. Ces précurseurs passent dans le sang et donnent naissance aux DCs périphériques. Ainsi, des DCs ont pu être mises en évidence dans la peau (où on les appelle cellules de Langerhans), dans l’intestin, les muqueuses orales et génitales, les bronches, les poumons, le foie, le coeur et les reins. Dans ces tissus, elles présentent de longs prolongements cytoplasmiques, s’insérant entre les cellules résidentes, leur permettant de capturer les antigènes de l’environnement. Les DCs migrent par les vaisseaux lymphatiques afférents ou le sang vers les zones T des ganglions ou de la rate où elles interagissent avec les cellules T recirculantes [Mondino, 1996]. Les DCs sont capables de capturer efficacement l’antigène, le fragmenter en peptides immunogènes qui seront présentées au niveau des molécules du complexe majeur d’histocompatibilité (CMH) de classe I et II. De plus, des signaux inflammatoires tels que des constituants d’origine bactérienne ainsi que tout ce qui pourrait être un ‘’signal de danger’’ sont capables d’induire la maturation des DCs leur permettant ainsi d’augmenter leur capacité à stimuler les cellules T [Sallusto, 1995b]. La nature des interactions entre les cellules T et les DCs vont déterminer le devenir de la réponse : tolérance ou immunité, avec l’émergence de cellules T ayant comme phénotype soit Th1, soit Th2. L’ensemble de ces différents aspects de la DC sera discuté dans les paragraphes suivants.

I. Origine et différenciation des DCs

1. Les DCs dérivées des précurseurs médullaires CD34+
Les cellules dendritiques ont pendant longtemps été identifiées comme provenant seulement de précurseurs myéloïdes, les rendant très proches des macrophages et des granulocytes. De nombreuses études ont montré l’existence de précurseurs communs aux cellules dendritiques et aux phagocytes d’origine myéloïde à la fois chez l’homme et chez la souris . Chez l’homme, il a pu être décrit l’existence de précurseurs CD34+ provenant de la moëlle osseuse dotés d’une double capacité de différenciation : le monocyte/macrophage et la DC [Reid, 1992]. Sous l’influence de GM-CSF, IL-3 et TNF-a, des colonies de DCs exprimant le CD1a, marqueur de cellules de Langerhans, et de monocyte/macrophage se développent. Plusieurs groupes ont identifié deux voies de développement de DCs issues des progéniteurs CD34+ sous l’influence du GM-CSF et du TNF-a [Caux, 1996]. D’un côté, des progéniteurs exprimant le CLA (cutaneous lymphocyte antigen) [Strunk, 1997] acquièrent très rapidement l’expression du CD1a, prolifèrent et se différencient en DCs présentant les caractéristiques de cellules de Langerhans décrites in vivo (le granule de Birbeck et l’expression de l’antigène Lag, ainsi que l’expression de la molécule d’adhésion E-cadhérine). Il a également été montré que la différenciation de ce type de précurseurs CD1a+ en cellule de Langerhans faisait intervenir également le TGF-b [Strobl, 1996]. De l’autre côté, des précurseurs exprimant de façon transitoire le marqueur monocytaire CD14 peuvent proliférer et se différencier progressivement en DCs de type interstitielles exprimant le CD1a, CD2, CD9 et CD68. Ces progéniteurs exprimant le récepteur pour le M-CSF peuvent également se différencier en macrophages sous l’effet de ce facteur de croissance.

2. Les DCs dérivées des monocytes du sang périphérique
Actuellement, il est clair que les monocytes du sang peuvent soit se différencier en macrophages ou en DCs en fonction de la présence de certains facteurs de croissance. En présence de GM-CSF et d’IL-4, les monocytes CD14+ se différencient sans proliférer en DCs exprimant le CD1a, après 5-7 jours de culture [Sallusto and Lanzavecchia, 1994]. Ces cellules dendritiques dérivées des monocytes (MDDC) présentent des caractéristiques de DCs immatures, avec des activités importantes de capture et d’internalisation de l’antigène et une faible capacité de stimulation des cellules T. Après une stimulation par le lipopolysaccharide (LPS), le TNF-a, l’IL-1b ou après ligation du CD40 (exprimé par les DCs) par le CD40L (exprimé par les cellules T), les MDDC maturent sans possibilité de dédifférenciation, et présentent les caractéristiques suivantes : une faible capacité de capture et d’internalisation de l’antigène ainsi qu’une grande capacité de stimulation des cellules T.

Un système de culture a permis de montrer que les monocytes sont bien des précurseurs directs des DCs [Randolph, 1998]. Ce système inclut des cellules endothéliales se développant sur une matrice de collagène et mime le recrutement des précurseurs depuis le sang vers les tissus. Après que les cellules mononucléées aient été incubées avec des monocouches de cellules endothéliales, les monocytes peuvent trans-migrer, capturer des particules de zymosan-FITC, et retraverser la couche de cellules endothéliales dans l’autre sens. Les cellules capables de retraverser la monocouche présentent une morphologie de DCs, diminuent leur expression de marqueurs monocytaires tels que le CD14 et augmentent leur expression de marqueurs de DCs matures tels que le CD86, CD83 et DC-LAMP. De façon intéressante, les monocytes qui n’ont pas retraversé la couche de cellules endothéliales acquièrent des caractéristiques de macrophages tissulaires. Ainsi, dans ce système exempt de toutes cytokines exogènes, les monocytes peuvent se différencier en DCs ou macrophages tissulaires en seulement 2 jours.

3. Les DCs d’origine lymphoïde
Actuellement chez l’homme, il existe également des précurseurs hématopoïétiques dont le phénotype est : lineage- CD34+ CD45RA+ HLA-DR+ et endopeptidase CALLA CD10+ [Galy, 1995] et qui peuvent générer en culture des DCs d’origine lymphoïde. Sous l’influence d’un cocktail de nombreuses cytokines (IL-1, IL-3, IL-7, SCF, GM-CSF, TNF-a), ces progéniteurs se différencient exclusivement en DCs. Cependant, en raison de la difficulté à obtenir un nombre suffisant de telles DCs, une étude phénotypique limitée a été réalisée et l’expression de CD1a, CD33, CD11c, CMH de classe II rapportée. De plus, ces DCs ont une capacité de stimulation dans des réactions lymphocytaires mixtes (MLR). Il est vrai que ces DCs expriment des marqueurs considérés plutôt comme myéloïdes. Néanmoins, ce type de DCs est considéré comme d’origine lymphoïde car leurs progéniteurs peuvent générer en culture seulement des lymphocytes (T, B et NK) mais aucune cellule myéloïde.

Chez la souris, les DCs peuvent être sub-divisées en sous-types en fonction de leur niveau d’expression de CD4 et de l’homodimère CD8a. Les DCs CD8a+ seraient issues de précurseurs lymphoïdes et induiraient la sécrétion de grandes quantités d’IFN-g et pas de cytokines Th2. Au contraire, les DCs CD8a- plutôt d’origine myéloïde induiraient la production de grandes quantités d’IL-4 et d’IL-10, cytokines Th2 en plus de l’IFN-g et de l’IL-2 [Pulendran, 1999]. Cependant, récemment, il a pu être mis en évidence que les sous-populations CD8a+ et CD8a- seraient toutes deux d’origine myéloïde [Manz, 2001].

4. Les DCs du sang périphérique : DC1/DC2
Enfin, deux autres précurseurs de DCs existent dans le sang circulant. Les uns ont pour phénotype lineage- (CD3, CD14, CD19, CD20, CD56) CD11c+ et donnent naissance à des DCs en présence de GM-CSF et IL-4 ou TNF-a. De plus, les cellules CD11c+ du sang peuvent se différencier en cellules de Langerhans en présence de TGF-b [Ito, 1999] ou en macrophage s'ils sont mis en culture en présence de M-CSF [Palucka, 1998]. Les autres ont pour phénotype lineage- CD11c- CD123 (IL3-Ra)+. Différents facteurs régulent la survie et la différenciation des précurseurs CD11c-, décrits à l'origine comme des cellules T plasmacytoïdes ou des monocytes plasmacytoïdes [Cella, 1999a] [Rissoan, 1999] [Siegal, 1999]. Ces cellules qui meurent rapidement après leur purification sont très dépendantes de l'IL-3 pour leur survie et du CD40L pour leur maturation. Les précurseurs de DCs CD11c- IL-3Ra+ sont phénotypiquement très différents des monocytes, les cellules CD11c- IL-3Ra+ n'exprimant pas les marqueurs myéloïdes CD11b, CD14 ou CD33. Alors que les monocytes expriment fortement le récepteur pour le GM-CSF (GM-CSFRa) et peu de IL-3Ra, les précurseurs CD11c- expriment plus l'IL-3Ra que le GM-CSFRa. Enfin, les MDDC immatures présentent de grandes capacités d'endocytose/phagocytose, ce qui n'est pas le cas des DCs immatures CD11c-. Les précurseurs CD11c- IL-3Ra+ sont une source majeure de production d'IFN-a en réponse à des virus [Siegal, 1999] [Ferbas, 1994].

Récemment, il a été montré que des DCs capables de produire de l’IFN-a et présentant un phénotype de DC2 pouvaient être obtenues in vitro, en faible quantité, à partir de précurseurs CD34+ cultivésen présence de Flt3-Ligand [Blom, 2000].

II. La présentation antigénique

1. Les molécules de classe I

a. La voie endogène
Cette voie de présentation antigénique s'opère lors de la dégradation de protéines cytosoliques et du chargement des peptides sur des molécules de classe I nouvellement synthétisées dans le réticulum endoplasmique. Le mécanisme d’apprêtement (processing) de l'antigène se fait dans un premier temps dans le cytosol grâce à un système de protéolyse ATP-dépendant qui commence par une liaison à l’ubiquitine. Les protéines ubiquitinylées sont dirigées vers le protéasome qui clive les protéines en peptides. Les peptides sont alors transportés dans le réticulum endoplasmique via des transporteurs transmembranaires ATP-dépendants TAP1/2 et sont coupés en peptides plus petits (8 acides aminés) qui peuvent se fixer dans le sillon peptidique des molécules de classe I.

b. La présentation de peptides exogènes
Il a été observé que des cellules T cytotoxiques restreintes par le CMH de classe I pouvaient être stimulés par des antigènes mineurs après immunisation avec des cellules dépourvues de molécules de classe I [Bevan, 1977]. Cette propriété, appelée cross-priming, a permis de montrer que les DCs possèdent une voie classe I dite alternative leur permettant de présenter des peptides dérivés d'antigènes extracellulaires. Deux voies de présentation exogènes ont été décrites. Dans la première, TAP-indépendante, les antigènes sont hydrolysés dans les endosomes [Pfeifer, 1993]. L'autre, TAP-dépendante, fait passer l’antigène dégradé du phagosome vers le cytosol [Kovacsovics-Bankowski and Rock, 1995] et interviendrait dans les réponse immunes développées contre les tumeurs [Huang, 1994] ou les virus [Sigal, 1999].

Plus récemment, la capture médiée par le FcgR [Regnault, 1999] et les exosomes dérivés de DCs pulsées avec des peptides tumoraux [Zitvogel, 1998] ont été montrés comme une autre voie permettant d’aboutir à une présentation par les molécules du CMH de classe I.

2. Les molécules de classe II du CMH

Les lymphocytes T CD4+ reconnaissent les antigènes sous la forme de petits peptides liés aux molécules de classe II du complexe majeur d’histocompatibilité (CMH). Ces molécules de classe II, contrairement aux molécules de classe I ubiquitaires, sont exprimées sur les cellules présentatrices d’antigène dites spécialisées (cellules B, macrophages et DCs).

Dans le réticulum endoplamique (RE), les molécules de classe II s’assemblent suite à la translocation de sous unités a et b dans la lumière du RE. Une molécule chaperone clé, la chaîne invariante Ii, est spécifiquement impliquée dans l’assemblage des molécules de classe II dans le RE, et à posteriori dans leur transport vers les compartiments endocytiques [Roche and Cresswell, 1991] [Anderson and Miller, 1992] [Lamb, 1991]. La chaîne Ii est une glycoprotéine abondamment présente dans toutes les cellules exprimant les MHC classe II. Dans le RE, Ii forme des homodimères qui lient trois hétérodimères ab . L’association des hétérodimères ab avec Ii est indispensable à une bonne conformation des molécules de classe II. Une région conservée spécifique de Ii comprenant les acides aminés 81-104 connue sous le nom de CLIP (class II-associated Ii peptide) se lie avec des affinités différentes aux variants alléliques des molécules de classe II [Avva and Cresswell, 1994]. Ainsi, la région CLIP de Ii protège le sillon, dans lequel doit venir se loger le peptide au niveau des molécules de classe II, d’une éventuelle fixation prématurée de peptides avant leur arrivée dans les compartiments endocytiques acides [Roche and Cresswell, 1991]. Ii intervient également dans le transport des molécules de classe II, puisque un motif de localisation endosomale dans l’extrémité cytoplasmique de Ii facilite l’entrée d’oligomères molécules de classe II/Ii nouvellement synthétisés dans les endosomes et les lysosomes [Bakke and Dobberstein, 1990] [Lotteau, 1990]. A l’arrivée dans la voie endocytique, Ii est rapidement clivé par des protéinases endosomales/lysosomales, également connues sous le nom de cathépsines, alors que le fragment CLIP reste lié au sillon de fixation du peptide. Le détachement de CLIP au profit de divers peptides du soi et du non-soi est facilité par des molécules classe II-like, HLA-DM (H-2M chez la souris) [Denzin and Cresswell, 1995].

III. Migration des cellules dendritiques

1. Les Chimiokines

a. Définition
Les chimiokines constituent un groupe de cytokines chimiotactiques. La fonction majeure de ces molécules est le contrôle de la migration des leucocytes. Ce sont des polypeptides comprenant 70-80 acides aminés [Adams and Lloyd, 1997] et de poids moléculaire d’environ 8-9 kD. Ce sont des protéines basiques liant l’héparine qui peuvent être subdivisées en deux groupes majeurs : les CXC (ou a) chimiokines et les CC (ou b) chimiokines, selon la présence ou l’absence d’un acide aminé entre deux résidus Cystéine à l’extrémité N terminale. Au moins 15 CXC chimiokines et 15 CC chimiokines ont été caractérisées.

La lymphotactine représente à elle seule un groupe supplémentaire de chimiokines (celui des C chimiokines) avec un seul résidu Cystéine N terminal [Kelner, 1994].

Un quatrième sous-type de chimiokine, avec un motif CX3C, a été identifié plus récemment [Bazan, 1997].

b. Localisation chromosomique
Les gènes codant pour les CXC chimiokines sont localisés sur le chromosome 4q12-q21 et présentent 20 à 90 % d’homologie. Les gènes codant les CC chimiokines sont localisés sur le chromosome 17q11-q21 avec 25-70 % d’homologie.

c. Chimiokines et cellules dendritiques
Des tests de chimiotaxie réalisés in vitro ont montré que les MDDC immatures peuvent migrer en réponse à de nombreux agents chimiotactiques tels que le Platelet-activating factor (PAF), le C5a [Sozzani, 1995] et à de nombreuses CC chimiokines comme MCP-3, MCP-4, RANTES, MIP-1a, MIP-1b, MIP-5, MIP-3b et MDC [Godiska, 1997] (Figure 3). Contrairement aux monocytes, les MDDC ne répondent pas à MCP-1 et MCP-2, deux autres CC chimiokines. La lymphotactine, la seule C chimiokine est également inactive. Il en est de même pour toutes les CXC chimiokines testées, à l’exception de SDF-1 [Delgado, 1998]. Les expériences utilisant des DCs dérivées des précurseurs CD34+ différenciés en présence de GM-CSF et de TNF-a ont confirmé ces résultats [Sozzani, 1997]. Cependant, ce type de DCs montre également une réponse vis à vis du MIP-3a [Charbonnier, 1999], une chimiokine inactive sur les MDDC.

a/CXC sous-famille

NH2-X6-12-(ELR)-C-X-C-X23-24--C-X15-16--C-X15-53----COOH

b/CC sous-famille

NH2-X10-11---------C----C-X22-23--C-X15----C-X18-24----COOH

g/C sous-famille

NH2-X12------------------C-X36----------------C-X46----COOH

d/CX3C sous-famille

NH2-X7-------------C-X3-C-X21----C-X15----C-X26----COOH

Figure 3 : Structure générale en AA des chimiokines.

d. Chimiokines et réponse Th1/Th2
- TARC (Thymus and Activation-Regulated Chemokine) (CCL17)

L’expression de cette CC-chimiokine est constitutive dans le thymus, et transitoire dans des cellules mononucléées stimulées à la PHA. Sécrétée également par les cellules épithéliales bronchiques [Sekiya, 2000], les monocytes et les MDDC, TARC est chimiotactique pour les lymphocytes T polarisés en Th2 [Imai, 1999].

Chez la souris, les sources cellulaires de cette chimiokine sont identiques à celles existant chez l’homme et attire également les lymphocytes Th2 [Lieberam and Forster, 1999]. L’expression de TARC a été mise en évidence au niveau des lésions de la peau dans la dermatite atopique aussi bien dans des modèles murins [Vestergaard, 1999] que chez l’homme [Vestergaard, 2000].

- MDC (Macrophage-Derived Chemokine) (CCL22):

Cette CC-chimiokine récemment décrite comme chimioattractante pour les monocytes, puis pour les lymphocytes Th2, les éosinophiles, et certaines DCs et cellules NK [Godiska, 1997] est retrouvée dans le thymus et produite par différentes cellules (monocytes/macrophages, DCs, lymphocytes T et B).

In vitro, il a été observé que la production de MDC est associée à un profil de cytokines Th2. Bien que son action puisse passer par le récepteur CCR4, des études avec des formes de MDC tronquées en N-terminal laissent penser que, au moins pour les monocytes, il existerait un autre récepteur [Struyf, 1998].

In vitro, la production de MDC est stimulée par l’IL-4 et l’IL-13 synthétisées par des clones Th2 [Andrew, 1998], rendant alors possible l’amplification d’une réponse de type 2. De plus, dans un modèle d’inflammation pulmonaire allergique, la neutralisation de MDC a permis de réduire sélectivement le nombre d’éosinophiles dans l’interstitium pulmonaire et d’inhiber l’HRB induite. Ceci suggère un rôle essentiel du MDC dans la rétention des leucocytes dans les tissus pulmonaires, plutôt que dans leur migration transendothéliale [Gonzalo, 1999].

La production de MDC est inversement liée à l’expression des cytokines IL-12 et IFN-a, responsables de l’orientation de la balance Th1/Th2 vers un profil Th1. En effet, ces cytokines inhibent l’expression d’ARNm et la sécrétion de MDC par les cellules Th1 [Iellem, 2000]. Au vu de l’effet chimioattractant préférentiel de MDC sur les lymphocytes Th2, l’inhibition de MDC par l’IL-12 et l’IFN-a illustre un mécanisme par lequel ces deux cytokines favoriseraient une réponse Th1.

- IP-10 (Interferon-gamma-induced Protein-10) (CXCL10):

IP-10, composée de 77 AA, est produite par les lymphocytes, les monocytes, les cellules endothéliales et certaines cellules de structures comme les kératinocytes et les fibroblastes. Sa structure tridimensionnelle se rapproche beaucoup de celle de l’IL-8.

Des études récentes ont démontré l’implication de l’IP-10 dans la maintenance d’un profil de cytokines Th1 en présence d’allergènes environnementaux chez les sujets non-atopiques. En effet, cette chimiokine régule positivement la production d’IFN-g déclenchée par l’antigène (allergène de chat ou de graminées), mais pas celle d’IL-4 [Gangur, 1999].

e. Autres chimiokines
Associées à une réponse Th1: Mig et I-TAC (CXCL9 et CXCL11)
Ces deux CXC-chimiokines se fixent au CXCR3, récepteur également pour l’IP-10. Il serait donc possible que leur action soit complémentaire à celle de l’IP-10 en ce qui concerne la régulation de la balance Th1/Th2.

Associées à une réponse Th2 : Eotaxine, TARC, I-309 (CCL11, CCL17, CCL1)
In vitro, l’éotaxine agit sur les éosinophiles en mobilisant des voies Calcium-dépendantes régulant la polymérisation de l’actine et l’expression de molécules d’adhérence et en induisant la migration. In vivo, l’éotaxine coopère avec l’IL-5 pour le recrutement tissulaire des éosinophiles. Elle attire également les basophiles et les cellules Th2 [Teran, 2000], deux populations cellulaires exprimant fortement le récepteur CCR3, permettant d’amplier la réponse Th2 [Jinquan, 1999].

Le rôle de l’éotaxine dans la réaction inflammatoire allergique est bien documenté. Chez l’homme, une corrélation entre les concentrations d’éotaxine sériques et la gravité de la pathologie asthmatique a été observée [Nakamura, 1999a]. De plus, l’expression de l’ARNm codant pour cette chimiokine est augmentée au niveau bronchique chez des patients asthmatiques après exposition à l’allergène [Lamkhioued, 1997]. Enfin, chez la souris, la neutralisation de l’éotaxine réduit l’éosinophilie pulmonaire induite après exposition à l’allergène ainsi que l’hyperréactivité bronchique (HRB) [Gonzalo, 1998]. Tout ceci fait de l’éotaxine un acteur majeur dans la pérennisation de l’asthme allergique.

2. Les récepteurs aux chimiokines

a. Structure
L’action des chimiokines se fait par le biais de récepteurs nommés CXCR pour les récepteurs des CXC chimiokines, et CCR pour les récepteurs des CC chimiokines (Tableau 1). Ces récepteurs font partie de la superfamille des récepteurs à sept domaines transmembranaires et sont constitués d’une région N terminale extracellulaire, d’une région C terminale intracellulaire et de sept domaines transmembranaires en hélice a.

b. Transduction du signal
Après liaison , la chimiokine active son récepteur par le biais de protéines G (le plus souvent la protéine Gi) qui jouent un rôle central en favorisant un influx de calcium [Murphy, 1996]. En aval des protéines G, la voie de transduction du signal fait intervenir de nombreuses protéines (Rho, Rac, Cdc42 [Laudanna, 1996] et les MAP kinases [Bacon, 1995] [Kampen, 2000]). Il est à signaler qu’après l’activation, les récepteurs aux chimiokines deviennent réfractaires à des stimulations ultérieures avec le même ou d’autres ligands [Uguccioni, 1995]. Cette désensibilisation est normalement complète avec le même ligand et plutôt partielle avec d’autres ligands.

c. Récepteurs aux chimiokines et migration
Le répertoire d’expression des récepteurs aux chimiokines à la surface des cellules dendritiques a été analysé. Ainsi, il apparaît que les MDDC immatures expriment des récepteurs pour les chimiokines inflammatoires comme CCR1, CCR2, CCR5, CXCR1 et CXCR4. Ces récepteurs permettent leur migration vers les sites inflammatoires où leur ligand tels que IL-8, RANTES, MCP-3, MIP-1a, MIP-1b et SDF-1 sont exprimés [D'Amico, 1998]. Les DCs peuvent également exprimer spécifiquement des récepteurs pour PAF, fLMP et C5a [Sozzani, 1997] [Sozzani, 1995]. Il est à signaler que CCR5 et CXCR4 peuvent servir de co-récepteurs pour les souches M-tropic (R5) et T-tropic (X4) du VIH respectivement [Ayehunie, 1997] [Granelli-Piperno, 1996].

En réponse à MIP-3a, seules les DCs dérivées des CD34+, qui expriment le CCR6, sont capables de migrer mais pas les MDDC [Power, 1997] [Greaves, 1997]. CCR6 est induit sur les DCs dérivées des CD34 dès le 6ème jour de la culture in vitro.

La maturation des DCs peut être induite in vitro par une large variété de facteurs. Il a été montré que les signaux induisant la maturation des DCs affectent leurs capacités migratoires. L’exposition des DCs au LPS, à l’IL-1b et au TNF-a ou la culture des DCs en présence de CD40 ligand, induit une inhibition rapide (moins de 1 heure) de la réponse chimiotactique envers MIP-1a, MIP-1b, MIP-3a, RANTES, MCP-3 et fLMP [Sozzani, 1998] [De Wit, 2000]. Cette inhibition de chimiotaxie vers les sites inflammatoires s’accompagne d’une baisse progressive d’expression de récepteurs aux chimiokines et des ARNm codant pour ces mêmes récepteurs [Sozzani, 1998] [Dieu, 1998] [Sallusto, 1998] [Lin, 1998]. De façon concomittante, l’expression du CCR7 est fortement augmentée ce qui permet la migration des DCs vers son ligand, MIP-3b, chimiokine constitutivement exprimée dans les organes lymphoïdes [Gunn, 1998]. La migration des DCs en réponse à MIP-3b fait intervenir MRP-1 (Multi-drug Resistance-associated Protein 1), un transporteur de leucotriènes LTC4. Ainsi, chez des souris déficientes en MRP-1, la migration des DCs de la peau vers les ganglions drainants ne peut se faire. Cette migration est restaurée par l’administration de LTC4 exogène [Robbiani, 2000]. Il est également à signaler également l’augmentation de l’expression de CCR4 et de CXCR4 qui lient respectivement les chimiokines constitutives MDC et SDF-1.

En résumé, les chimiokines inflammatoires agissant par le biais de CCR1 et CCR5 permettent la localisation des précurseurs des DCs dans les organes non lymphoïdes. La perte de réponse des DCs aux chimiokines produites en grande quantité lors d’une réaction inflammatoire permettrait aux DCs de quitter les tissus périphériques et de migrer vers les organes lymphoïdes.

3. Les cytokines

La migration des cellules vers le site inflammatoire nécessite l’interaction avec des molécules d’adhésion exprimées au niveau des cellules endothéliales. Certaines cytokines peuvent induire l’expression de ces molécules d’adhésion ainsi que la production de chimiokines.

Ainsi, le GM-CSF et le TNF-a peuvent induire in vitro la migration de cellules de Langerhans alors que l’IL-1b, l’IL-2, l’IL-10, l’IL-12 et l’IFN-g n’ont aucun effet sur leur migration. Au contraire, l’IL-4 inhibe la migration des cellules de Langerhans de façon dose-dépendante, mais peut également inhiber la migration induite par le GM-CSF et le TNF-a. Cet effet de l’IL-4 est lié à une diminution de l’expression du récepteur pour le TNF-, TNF-RII, à la surface de ces cellules [Takayama, 1999].

In vivo, l’effet du TNF-a mais également de l’IL-1b sur la migration de cellules dendritiques a également été montré. L’injection d’anticorps anti-TNF-a et anti-IL-1b par voie intrapéritonéale à des souris, avant une sensibilisation cutanée avec un allergène de contact, induit une diminution très importante du nombre de DCs dans les ganglions drainants [Cumberbatch, 1997].

L’IL-16 (le ligand soluble du CD4) est également capable d’induire la migration des DCs. Produite par les cellules T activées, les DCs [Kaser, 1999] et les cellules B [Kaser, 2000], elle a été décrite comme attirant les lymphocytes T CD4+ et plus récemment les MDDC et les DCs du sang circulant in vitro [Kaser, 2000].

4. Les molécules d’adhésion

Les DCs interagissent avec les cellules endothéliales (EC) du sang au cours de leur recrutement depuis le sang vers les tissus. Pendant leur migration des tissus où elles résident vers les voies lymphatiques afférentes, les DCs interagissent avec la matrice extracellulaire (ECM) et les cellules endothéliales des vaisseaux lymphatiques.

Les étapes initiales d’adhérence primaire ou “ rolling ” et d’adhésion ferme des DCs sur l’endothélium font intervenir les sélectines. Les DCs cutanées expriment le CLA (cutaneous lymphocyte-associated antigen), un ligand de la E-sélectine, et les DCs du sang expriment le sialyl Lewis X, ligand de la E- et de la P-sélectine [Hart, 1997] [Robert, 1999]. L’adhésion ferme à l’endothélium, précédant l’étape de diapédèse (ou transmigration), fait intervenir les intégrines, les ICAMs ou les molécules de la superfamille des immunoglobulines.

Une fois traversé l’endothélium, elles doivent traverser la ECM. Cette migration requiert des interactions entre les constituants de la matrice (collagène, fibronectine) et des intégrines de la famille b1. Les DCs expriment certains membres de cette famille (a1 à a8, av). L’intégrine a6b1, permettant la fixation à la laminine, est nécessaire à la migration des cellules de Langerhans depuis la peau vers les ganglions lymphatiques [Price, 1997]. VLA-4 (a4b1) intervient entre autre dans la fixation des DCs aux cellules endothéliales et à la fibronectine [D'Amico, 1998] et est exprimé par les DCs pulmonaires [Henderson, 1997].

5. Les motifs CpG

Les séquences CpG (Cytosine-Guanosine) sont des motifs immunostimulateurs présents dans l’ADN bactérien, et leur présence dans des plasmides contribue à générer une réponse immune lors de vaccination par ADN. L’injection intradermale d’oligonucléotides contenant des CpG dans l’oreille de souris induit une diminution locale du nombre de cellules de Langerhans CD11c+ Ia+ dans les 2 heures. Sur le plan phénotypique, cette migration induite par les CpG s’accompagne d’une forte augmentation d’expression d’ICAM-1 et d’une baisse d’expression de E-cadhérine et des intégrines a6 [Ban, 2000]. De plus, l’injection de ces motifs CpG dans des explants de peau peut également provoquer la migration des cellules de Langerhans hors de la peau.

IV. Maturation des DCs

Une avancée majeure dans la compréhension du rôle de la DC a été faite lors de la découverte que des DCs isolées à partir de tissus capturaient efficacement l’antigène mais étaient de faibles stimulatrices de cellules T. En effet, il a été observé qu’après une nuit d’incubation avec un antigène, les DCs sont incapables de recapturer l’antigène, mais deviennent de très bonnes stimulatrices de cellules T [Schuler and Steinman, 1985] [Romani, 1989]. L’ensemble de ces observations peut être le reflet de ce qui se passe lorsque les DCs immatures dans les organes périphériques rencontrent l’antigène, le capturent, deviennent matures et migrent vers les organes lymphoïdes secondaires pour le présenter aux cellules T. Ceci correspond au processus de maturation de la DCs. Cette maturation peut être induite par une grande variété de stimuli tels que des composés bactériens, de l’ARN double brin d’origine virale, des cytokines de l’inflammation [Sallusto, 1995b] [Cella, 1999b]. L’engagement du CD40 (sur les DCs) par le CD40 ligand (sur les cellules T) et l’action de cytokines telles que le TNF-a, l’IL-1b et le GM-CSF peuvent conduire à la maturation de la DC [Caux, 1994] [Sallusto and Lanzavecchia, 1994].

La maturation des DCs s’accompagne d’un certain nombre de modifications phénotypiques et fonctionnelles :

- Une augmentation de l’expression des molécules du CMH de classe II. Les DCs immatures possèdent de grandes capacités de synthèse de nouvelles molécules du CMH [Kampgen, 1991]. En l’absence de stimuli de maturation, peu de molécules sont exprimées à la surface de la cellule et, de ce fait, peu d’antigène se retrouve à la surface des DCs immatures. Du fait de l’absence de clivage de la chaîne invariante Ii par la cathépsine S, elles s’accumulent dans les lysosomes ou elles sont détruites suite à un recyclage inefficace [Pierre and Mellman, 1998]. En présence de stimuli inflammatoires (TNF-a, LPS, antigène), la synthèse des molécules du CMH de classe II augmente, conduisant à une expression plus stable des complexes peptides-CMH de classe II à la surface des DCs [Pierre and Mellman, 1998] [Pierre, 1997]. Lors de la phase finale de maturation, les DCs perdent leur capacité de biosynthèse et le compartiment MIIC (où se fait la maturation des molécules de classe II) se vide en molécules du CMH de classe II. Ainsi, après avoir collecté des peptides immunogènes en périphérie, les DC les présentent aux cellules T spécifiques dans les organes lymphoïdes secondaires [Watts, 1997].

- Une augmentation d’expression des molécules costimulatrices nécessaire pour une activation et une différenciation efficaces des cellules T naïves. Ainsi, de nombreux stimuli inflammatoires tels que des bactéries, le LPS ou des haptènes [Aiba, 1997] conduisent à une augmentation d’expression de certaines molécules costimulatrices (CD80, CD86, CD40) (voir paragraphe : Interactions des cellules dendritiques avec les cellules T).

V. Interactions des cellules dendritiques avec les cellules T

1. Généralités

La capacité à stimuler les cellules T CD4+ naïves est une fonction primordiale des DCs, à la fois in vivo et in vitro. L’injection de DCs pulsées in vitro avec des antigènes solubles permet d’induire, chez la souris, une réponse spécifique [Inaba, 1990]. In vivo, les cellules T primées par les DCs sont capables d'interagir avec les cellules B et stimulent la production d'anticorps spécifiques de l'antigène [Sornasse, 1992]. Cette réponse résulte de l'interaction entre DCs et cellules T et suggère une présentation antigénique directe par les cellules dendritiques pulsées [Ingulli, 1997].

Les DCs sont également importantes dans la stimulation des CD8+ naïves. Les DCs ont souvent besoin de cellules T CD4+ pour stimuler les cellules T cytotoxiques. Cependant, il semble que même en l’absence de cellules T helper, les DCs soient quand même capables de stimuler la prolifération de cellules CD8+ allogéniques [Inaba, 1987], [Young and Steinman, 1990] [McCoy, 1999]. Les DCs peuvent également générer des cellules T cytotoxiques spécifiques de l'antigène à partir de précurseurs naïfs [Mehta-Damani, 1994]. Chez la souris, de fortes réponses cytotoxiques peuvent être obtenues suite à l'injection de DCs pulsées avec un antigène [Takahashi, 1993], transfectées avec de l'ADN ou de l'ARN [Ashley, 1997].

L'interaction entre DCs et cellules T se fait dans les zones T-dépendantes des ganglions lymphatiques drainants, après que la DC ait capturé l'antigène et qu'elle soit devenue mature (figure 4). Dès leur arrivée dans le ganglion, les DCs produisent des chimiokines actives sur les cellules T naïves (MIP-3b, DCCK) mais également sur les cellules T quiescentes (TARC, MDC). Ainsi, le recrutement rapide de nombreuses cellules T permet une stimulation efficace des cellules spécifiques de l’antigène.

Figure 4 : Cibles cellulaires des chimiokines. Ce schéma est basé sur des données in vitro.

2. Les molécules d'adhésion

La manière dont le contact initial entre DCs et cellules T non activées, nécessaire à l'activation des cellules T, est établi et régulé reste encore peu connu. Les différentes observations faites depuis les années 70 [Steinman and Cohn, 1973; Steinman, 1974] ont permis d’élucider les mécanismes d’adhésion controlant l’interaction entre DCs et cellules T. Depuis l’observation que les cellules T peuvent former ds rosettes autour des DCs, de nombreuses expériences ont montré l'importance des molécules d'adhésion dans cette interaction.

La reconnaissance de l'antigène présenté par les cellules présentatrices d'antigène professionnelles par les cellules T nécessitent la formation de jonctions spécialisées entre ces cellules, rendue possible grâce à un recrutement de récepteurs spécifiques au niveau de la zone de contact [Monks, 1998] [Grakoui, 1999]. Les cellules T non activées peuvent interagir avec les DCs portant l'antigène par le biais de molécules d'adhésion telles que ICAM-3, LFA-1 et CD2 avec leur ligand respectif DC-SIGN, CD54 et LFA-3. Pendant longtemps, il était dit que la première interaction faisait appel aux molécules d'adhésion LFA-1 et CD2 exprimées par les cellules T et fournissait une stabilité qui facilitait l'engagement du TCR [Shaw, 1986]. Cependant, une étude très récente rapporte que l'interaction entre DC-SIGN et ICAM-3 aurait lieu avant même les interactions médiées par LFA-1 ou CD2 [Geijtenbeek, 2000].

3. Interaction Peptide-TCR/CMH de classe II

Le TCR est une structure complexe qui détermine la réactivité de la cellule T à un antigène. La capacité des DCs à stimuler les cellules T est due au fait qu’elles expriment à leur surface un nombre de produits du CMH et de complexes peptides-CMH 10 à 100 fois plus élevé que les autres cellules présentatrices d'antigènes comme les cellules B et les monocytes [Inaba, 1997].

In vitro, la stimulation sélective de la cellule T est maintenue aussi longtemps que les cellules T sont en contact avec les cellules présentatrices d'antigène, mais cesse immédiatement après élimination de l’antigène [Valitutti, 1995] [Valitutti and Lanzavecchia, 1997]. La durée de stimulation conditionne le niveau d'activation des cellules T, leur différenciation et leur mort [Lanzavecchia, 1999]. Pour les cellules T naïves, la cascade des événements induits par le TCR peut être amplifiée si l'engagement des molécules costimulatrices (CD28) a lieu. En effet, la stimulation du CD28 conduit au recrutement de microdomaines membranaires contenant des kinases et des adaptateurs, permettant d'atteindre plus rapidement le seuil d'activation [Iezzi, 1998] [Vieira, 2000]. Les cellules T activées, effectrices ont un seuil d'activation plus bas que les cellules T naïves car les éléments de la machinerie sont déjà complètement assemblés [Cai, 1997] [Bachmann, 1999]. Une stimulation du TCR de courte durée (moins de 30 minutes) en absence d'engagement de CD28 peut suffire [Valitutti, 1996].

Après la première division mitotique, les cellules T activées se divisent toutes les dix heures environ sous l’influence de la stimulation du TCR et de cytokines, se différencient progressivement et acquièrent la capacité à produire des cytokines effectrices [Gett and Hodgkin, 1998] [Burd, 1995].

4. Les molécules costimulatrices

Les DCs qui ont migré depuis la périphérie expriment des molécules costimulatrices telles que CD80 et CD86 qui interagissent directement avec le CD28 exprimé par les cellules T. Les molécules CD80 et CD86 participent à l'orientation de la réponse immune vers un profil Th1 et Th2, respectivement [Kuchroo, 1995]. Ainsi, l'expression de CD86 est augmentée à la surface des cellules B de patients allergiques et à la surface de cellules de Langerhans dans des peaux de patients atteints de dermatite atopique. De plus, dans un modèle murin de réaction allergique, une abolition des paramètres de la réaction allergique (réponse IgE, réaction inflammatoire et hyperréactivité bronchique) est obtenue après l’injection d'anticorps anti-CD86 [Haczku, 1999]. CD80, en revanche, semble plutôt être associé à un profil Th1 et son expression est augmentée sur les DCs interagissant avec des antigènes de mycobactéries (pathologie médiée par les cellules Th1).

VI. Polarisation de la réponse immune

Après leur arrivée dans les ganglions lymphatiques drainants, les DCs sont capables de présenter directement les antigènes aux cellules T naïves, et donc de déterminer l'orientation de la réponse cellulaire T. De nombreux facteurs interviennent dans ce processus de polarisation Th1/Th2 (Figure 10).

1. L'antigène

Les DCs peuvent produire de L’IL-12, cytokine favorisant le développement d’une réponse Th1, en fonction de la nature de l’antigène. Ainsi, des produits microbiens sont capables d'induire une réponse Th1 en stimulant la production d'IL-12p70 active, par le biais de récepteurs exprimés par les DCs [Hilkens, 1997]. Cependant, le fait que des DCs exposées à des facteurs d'origine microbiennes favorise préférentiellement une réponse Th1 est discuté. En effet, les microbes ont besoin d'autres facteurs tels que l'IFN-g pour induire une production stable d'IL-12 par les DCs [Vieira, 2000]. De plus, après activation des DCs par le LPS, les MDDC produisent de façon transitoire l’IL-12 et deviennent ensuite incapable de produire de l'IL-12 même après une stimulation par le CD40 exprimé par les cellules T. Dans les premieres heures suivant la stimulation par le LPS, les DCs induiraient de fortes réponses Th1 puis, à des temps plus tardifs, les mêmes cellules favorisent des réponses Th2 [Langenkamp, 2000]. En revanche, la toxine du choléra, puissant adjuvant mucosal, induit la maturation des DCs et inhibe la production d'IL-12 et par conséquent orientent les cellules T naïves vers un profil de type Th2 [Gagliardi, 2000]. L’importance de la nature de l’antigène a également été mis en évidence avec Candida albicans. En effet, la forme levure intracellulaire favorise la production d'IL-12 par les DCs et une réponse Th1. Par conter, la forme filamenteuse inhibe la production d'IL-12 et favorise la production d'IL-4 par les cellules T [d'Ostiani, 2000].

2. Modalités d’interaction entre DCs et cellules T

a. L'interaction Peptide-CMH/TCR
La polarisation vers le profil Th1 ou Th2 semble dépendre de l’interaction entre DCs et cellules T, en particulier de la durée de la stimulation du TCR [Iezzi, 1998]. Ainsi, en présence d'IL-12, une stimulation de courte durée induit une polarisation Th1, l'IL-12 exerçant son effet pendant et après la stimulation du TCR. La polarisation Th2 quant à elle, requiert un temps de stimulation plus prolongé.

b. Le ratio DCs/cellules T
Le ratio DCs/cellules T est aussi important dans l'orientation de la réponse immune. Ainsi, lorsque le ratio DCs/T est faible, une polarisation vers le profil Th2 est obtenue malgré la presence d'IL-12 [Tanaka, 2000].

3. Les molécules de costimulation

Les molécules costimulatrices exprimées par les DCs sont importantes dans l'interaction avec les cellules et jouent un rôle dans la balance Th1/Th2. Outre CD80 et CD86 qui peuvent orienter la réponse immune respectivement vers un profil Th1 et Th2, d'autres molécules telles que CD40, les ligands de OX40 (OX40-L) et de ICOS (ICOS-L) semblent aussi importantes. Il est clair que l'engagement du CD40 (à la surface des DCs) par le CD40L (sur les cellules T) conduit à une surproduction d'IL-12 par les DCs [Cella, 1996] [Koch, 1996] et entraîne une réponse Th1.

OX40 est une molécule appartenant à la superfamille des récepteurs au TNF (TNF-R). Son ligand (OX40-L) est exprimé par les cellules présentatrices d'antigène telles que les DCs [Ohshima, 1997] et est inductible, suite à l'engagement du CD40, sur des DCs plus matures [Ohshima, 1997]. OX40 semble associé à la production de cytokines Th2. La ligation de OX40 de cellules CD4+ naïves, provenant de sang de cordon et activées par des anticorps anti-CD3 et anti-CD28, augmente la production d'IL-4 permettant ainsi le développement en cellules T effectrices produisant de grandes quantités des cytokines Th2 [Ohshima, 1998]. De plus, des souris OX40-/- sensibilisées à l’ovalbumine et réexposées à des aérosols de cet antigène montrent une réponse Th2, une réaction inflammatoire pulmonaire et une HRB fortement diminuées [Jember, 2001].

En ce qui concerne ICOS, une molécule inductible apparentée à CD28, elle posséde des fonctions de costimulation des cellules T in vitro [Hutloff, 1999]. La neutralisation de ICOS avec des molécules chimères ICOS-Ig contribue à réduire l'expansion des cellules T stimulées avec un superantigène. De plus, comme l’attestent certaines expériences de neutralisation, ICOS serait plus impliquée dans la production d’IL4 [Gonzalo, 2001]. Finalement, son ligand, B7RP-1 a été caractérisé récemment chez l'homme et est exprimé par les DCs [Yoshinaga, 2000].

4. Rôle des sous-populations de DCs

Récemment, il a été suggéré que différentes populations de DCs pouvaient induire une réponse soit de type Th1 soit de type Th2, et ont été appelées respectivement DC1 et DC2 [Reid, 2000] [Rissoan, 1999]. D’après la première description, les DCs dérivées de monocytes (c'est à dire d'origine myéloïde) sont des DC1 et induisent des réponses Th1 dépendantes de l'IL-12. Les DC2 dérivées de précurseurs plasmacytoïdes (c'est à dire d'origine lymphoïdes) CD11c- CD123+ (IL-3R) induiraient préférentiellement des réponses Th2 dépendantes de l'IL-4 [Cella, 1999a]. Chez la souris, les DCs peuvent être sub-divisées en sous-types en fonction de leur niveau d’expression de CD4 et de l’homodimère CD8a. Les DCs CD8a+ sont issues de précurseurs lymphoïdes et induisent la sécrétion de grandes quantités d’IFN-g et pas de cytokines Th2. Au contraire, les DCs CD8a- plutôt d’origine myéloïde induisent la production de grandes quantités d’IL-4 et d’IL-10, cytokines Th2 en plus de l’IFN-g et de l’IL-2 [Pulendran, 1999].

Cependant d'autres études semblent indiquer que les MDDC peuvent à la fois induire un effet Th1 ou Th2. Les MDDC sont sub-divisées en sous-populations CD1a+ et CD1a- induisant respectivement des réponses Th1 et Th2. Bien que ces deux sous-populations expriment des niveaux similaires de molécules costimulatrices, la production d'IL-12 est complètement absente chez la population CD1a-, même après une stimulation par un anti-CD40, du LPS ou de l'IFN-g [Chang, 2000].

5. Les cytokines polarisant la réponse immune
(Voir chapitre I).

VII. Cellules dendritiques et réaction allergique

1. Les modèles animaux

Chez le rat, la majorité des cellules exprimant les molécules du CMH de classe II dans le poumon sont des DCs interstitielles ou des voies aériennes [Holt and Stumbles, 2000].

Les DC interstitielles sont localisées dans les parois alvéolaires, sont quasi immobiles et présentent un turnover lent [Kradin, 1993]. Bien que ces DCs soient capables de capturer de l’ovalbumine administré à l’animal par nébulisation, de le dégrader en peptides immunogènes et de les présenter in vitro aux cellules T, leur capacité de présentation antigénique peut être inhibée in vivo par des médiateurs sécrétés par les macrophages alvéolaires situés à proximité des DCs interstitielles [Holt, 1993] [Bilyk and Holt, 1993]. De plus, ces DCs étant peu mobiles, il est fort probable qu’elles ne puissent contribuer à l’induction d’une réponse immunitaire primaire vis à vis d’antigènes inhalés.

Les DCs dites des voies aériennes résident à proximité de l’épithélium basal et constituent un réseau important pour la capture des antigènes se déposant dans les voies aériennes [Nelson, 1994]. Leur nombre est augmenté dans les voies aériennes en réponse à des aérosols d’allergène ou à des stimuli inflammatoires non-spécifiques (LPS, virus). Leur recrutement depuis le sang fait intervenir certaines chimiokines (MIP-3a, RANTES) [McWilliam, 1994; McWilliam, 1996]. Récemment, il a été montré, en absence d’inflammation, que des DCs des voies aériennes ayant capturé des molécules de dextran marqué au FITC pouvaient migrer rapidement vers les zones T des ganglions drainants [Vermaelen, 2001].

L’activation des cellules T in vivo est un phénomène difficile à mettre en évidence du fait du faible nombre de cellules antigène-spécifiques dans les ganglions lymphatiques. Afin de démontrer l’activation des cellules T par les DCs des voies aériennes, Lambrecht et al ont administré par voie intra-trachéale des DCs pulsées avec l’antigène MCC (moth cytochrome c) à des souris naïves dont les cellules T expriment un TCR spécifique pour cet antigène, et ont observé le développement d’une réponse primaire. Après une migration rapide et sélective vers le ganglion médiastinal (drainant le poumon), les DCs interagissent avec les cellules T qui prolifèrent dès les 48 heures suivant l’administration intra-trachéale des DCs. Cette étude conforte l’idée que la réponse primaire peut être compartimentalisée [Vermaelen, 2001] [Lambrecht, 2000a; Lambrecht, 2000b]. Signalons que des résultats similaires ont été obtenus après injection intra-trachéale de DCs pulsées avec de l’ovalbumine à des souris transgéniques (DO11.10) dont les cellules T expriment un TCR de haute affinité pour l’ovalbumine [Lambrecht, 2000a; Lambrecht, 2000c]. De plus, dans ce modèle, une réexposition des souris ayant reçu des DCs pulsées à l’ovalbumine à des aérosols d’ovalbumine conduit (i) au développement d’une réaction inflammatoire pulmonaire caractérisée par un infiltrat peribronchique et perivasculaire de cellules T, de cellules mononucléées et d’éosinophiles, (ii) à une production de cytokines essentiellement de type Th2.

Dans ces modèles, il a été mis en évidence un certain nombre de facteurs contribuant à la réponse Th1/Th2. Outre les molécules costimulatrices déjà évoquées, signalons que ces modèles ont souligné l’importance de l’IL-12p70 (biologiquement active) [Moser and Murphy, 2000]. Cette cytokine est nécessaire pour induire la production d’IFN-g par les cellules de système immunitaire inné (comme les cellules NK) et le développement d’une réponse Th1 conduisant à l’absence de réponse d’hypersensibilité retardée chez des souris déficientes en IL-12 [Magram, 1996]. Bien que l’absence d’IL-12 puisse favoriser le développement de réponses Th2, d’autres cytokines comme l’IL4 et l’IL-13 semblent également contribuer à la mise en place de ce type de réponse (cf. paragraphe cytokines Th1/Th2).

Finalement, ces modèles ont permis de constater que l’exposition à des allergène s ‘accompagne d’un recrutement de DCs dans les poumons, [Lambrecht, 1999] et de leurs précurseurs médullaires, suggérant que le recrutement des DCs vers les voies aériennes s’accompagne d’une production accrue de ces précurseurs. Enfin, afin d’évaluer le rôle des DCs dans le développement de l’éosinophilie pulmonaire caractéristique de la réaction inflammatoire, une déplétion des DCs a été réalisée dans des souris transgéniques où les DCs expriment le gène suicide thymidine kinase [Lambrecht, 1998]. Un traitement au ganciclovir (antiviral) élimine totalement les DCs des voies aériennes et abolit tous les paramètres de la réaction allergique.

2. Chez l’homme

La capacité à développer une réaction allergique dépend de facteurs génétiques et de facteurs liés à l’environnement.

Un déficit de production d’IL-12 a été décrit dans les monocytes (précurseurs de DCs) des patients atteints de dermatite atopique ou d’asthme allergique [van der Pouw Kraan, 1997]. D’autres données récentes ne montrent aucune différence dans la production d’IL-12 par des DCs dérivées de monocytes de patients atopiques et non atopiques [Bellinghausen, 2000].

Un autre facteur déterminant dans l’orientation de la réponse immune pourrait être la nature de l’exposition aux allergènes. Ainsi, des inhalations répétées d’allergène à faible dose pourrait réduire le nombre de DCs migrant vers les ganglions drainants, conduisant à des ratio DCs/cellules T faibles, une condition connue pour favoriser une réponse Th2 [Tanaka, 2000].

Un nombre important de DCs CD1a+ est retrouvé dans la muqueuse nasale de patients atteints de rhinite allergique, dans la peau lésée de patients présentant une dermatite atopique et dans l’épithélium bronchique de patients avec un asthme allergique stabilisé [Holm, 1995] [Wollenberg, 1995] [Moller, 1996] [Bertorelli, 2000] [Bellini, 1993]. Après inhalation d’allergène, des patients atteints de rhinite allergique présentent un recrutement de DCs intra-épithéliale CD1a+ et de DCs plasmacytoïdes CD4+ CD123+ CD11c- CD1a- (DC2) [Godthelp, 1996] [Jahnsen, 2000]. Ces DC2 expriment peu de L-sélectine et s’accumulent avec des cellules T naïves au niveau de l’assise endothéliale des vaisseaux. De plus, ces DC2 ne sont pas retrouvées dans les polypes nasaux ou dans d’autres lésions de la muqueuse nasale, suggérant que ce type cellulaire serait spécifiquement associé à la rhinite allergique [Jahnsen, 2000].

La fonction des DCs issues de patients allergiques ou de sujets normaux a été étudiée in vitro. Les MDDC immatures de patients asthmatiques expriment plus de HLA-DR et semblent montrer des capacités de stimulation allogéniques plus importantes que les DCs de sujets non allergiques, bien que ces observations aient été discutées [Bellinghausen, 2000].

En ce qui concerne les capacités de stimulation syngéniques, des MDDC de donneurs allergiques pulsées avec l’allergène adéquat (Der p 1, Bet v 1) et mises en contact de cellules T autologues naïves ou mémoires induisent préférentiellement la production de cytokines Th2 malgré une production d’IL-12 comparable à celle observée chez les sujets sains [Bellinghausen, 2000] [Sung, 1999] [De Wit, 2000]. Chez l’allergique, l’addition d’IL-12 dans le milieu de culture induit l’apparition d’une population de cellules T productrices d’IFN-g sans affecter les cellules T productrices d’IL-5. En revanche, l’addition d’anticorps anti-IL-12 réduit la production d’IFN-g sans affecter la production d’IL-4.

Ces données suggèrent que les DCs peuvent induire efficacement la production de cytokines Th2 par les cellules T allergène-spécifiques, et contribuer ainsi au maintien de la réaction allergique [Lambrecht, 2000b].

Les DCs semblent donc importante dans l’établissement de réponses Th2. Pour des raisons éthiques évidentes, la plupart des études chez l’homme ne peut être réalisée qu’in vitro, limitant ainsi les études approfondies sur les mécanismes de l’asthme. Afin de pallier à cette limite expérimentale, il apparaît intéressant de pouvoir utiliser les souris SCID « humanisées », modèle d’étude “ pré-humain ”, alliant des cellules humaines à un environnement physiologique facilement manipulable et permettant d’appréhender les différentes phases de la réaction allergique humaine.

CHAPITRE III : La souris SCID, un modèle d’étude in vivo de la réaction allergique humaine

La souris SCID présente de nombreuses anomalies histologiques : une lymphopénie, une medulla thymique atrophiée, des follicules spléniques et des ganglions lymphatiques relativement vides. Les cellules lymphoïdes réparties dans ces sites sont en nombre restreint et souvent immatures. Les autres types cellulaires quantitativement et qualitativement identiques à ce qui est observé chez des souris sauvages. La moelle osseuse, quant à elle, apparaît normale.

I. Anomalies immunologiques

Les anomalies immunologiques observées chez la souris SCID affectent la différenciation des cellules T et des cellules B à l’étape de la recombinaison des récepteurs à l’antigène [Bosma, 1983]. Ainsi, la souris SCID ne possède pas de lymphocytes B et T matures et fonctionnels. Les immunoglobulines sériques sont généralement indétectables. Enfin, les réponses à un mitogène des cellules T (Concanavaline A) et à un mitogène des cellules B (Lipopolysaccharide ou LPS) sont très diminuées, et les réponses prolifératives vis-à-vis de lymphocytes allogéniques (réaction lymphocytaire mixte) sont absentes [Bosma, 1983].

Le défaut de différenciation lymphocytaire chez la souris SCID est causé par un système de recombinaison V(D)J défectueux. Chez les vertébrés, ce système régit les réarrangements de l’ADN génomique des cellules lymphoïdes immatures. Durant ce réarrangement, les régions variables des Ig et des récepteurs T sont créées par la juxtaposition des segments Variability (V), Diversity (D), et Junction (J). Ce mécanisme s’appuie sur l’existence de séquences signal palindromiques conservées aux extrémités de chacun de ces segments [Blunt, 1995]. Si les souris SCID assurent correctement l’établissement de cassures précises dans l’ADN double brin entre les séquences signal et les séquences codantes, elles sont en revanche incapables de former des jonctions codantes entre séquences codantes. Ceci provient du fait que la sous-unité catalytique de la protéine kinase ADN-dépendante (DNA-PKc), qui intervient aussi bien dans le système de recombinaison V(D)J que dans la réparation des dommages subits par l’ADN génomique, présente une mutation au niveau d’un domaine très conservé et serait responsable du phénotype SCID [Blunt, 1996].

La mutation SCID est donc responsable d’un défaut sévère qui rend la souris SCID tolérante aux greffes de cellules allo- ou xénogéniques. De telles reconstitutions permettent d’étudier in vivo de nombreux mécanismes cellulaires.

B. Modèles d'étude in vivo des pathologies humaines

1. Développement d’une réaction allergique chez la souris

De nombreux modèles murins qui reproduisent les caractéristiques de l'asthme allergique humain ont été mis en place. Le plus souvent, les animaux sont sensibilisés a un antigène associé à un adjuvant (principalement l’hydroxyde d'alumine). Les animaux sont ensuite exposés au même antigène inhalé sous forme d’aérosols ou administré par voie intranasale ou par voie intratrachéale.

Afin d'induire une réaction allergique avec une inflammation des voies aériennes associée à une éosinophilie pulmonaire, une production d'IgE spécifique et une hyperréactivite bronchique chez des souris, l'un des antigènes les plus couramment utilises a été l'ovalbumine [Brusselle, 1994] [Foster, 1996]. Très peu d’études ont utilisées des aéroallergènes responsables de manifestations allergiques chez l’homme tels que l’Ivraie (graminée) dans ces modèles murins d'asthme [Renz, 1995]. Les acariens de la poussière de maison ont été peu utilisés en tant qu'agent sensibilisant [Hsiue, 1997] [Duez, 1996]. Utilisés au départ sous forme d’extraits, de nouveaux modèles faisant intervenir des allergènes d'acariens purifiés (Der p 1 ou Der f 1) ayant un véritable intérêt clinique ont été développés [Clarke, 1999] [Lee, 1999].

2. La souris SCID greffée avec des organes humains

La greffe d’organes humains (SCID-hu mouse) ou de cellules mononucléées du sang périphérique (Hu-PBMC SCID mouse) permet de disposer d’un modèle in vivo d’étude du système hématolymphoïde humain.

La souris SCID (SCID-hu) peut être humanisée par l'implantation chirurgicale d'organes hématolymphoïdes humains tels que de la moelle osseuse, du thymus fœtal ou du foie foetal [McCune, 1988] et présente l'avantage qu'un microenvironnement stromal humain est co-transferré. Ceci semble être important dans les processus hématopoïétiques pour lesquels la souris SCID est couramment utilisée [Vandekerckhove, 1992]. Apres implantation, les greffes de moelle osseuse deviennent vascularisées, le microenvironnement stromal persiste et une hématopoïèse humaine active peut être observée pendant des mois [Kyoizumi, 1992]. La souris SCID-hu est plus capable de générer des réponses immunes primaires que les modèles de souris SCID Hu-PBMC [Carballido, 2000]. D'autres tissus humains tels que le tissu synovial [Rendt, 1993] [Mima, 1995] [Klimiuk, 1999], la peau [Fahy, 2001] ou encore l’épithélium respiratoires [Delplanque, 2000] ont également été transplantés pour étudier les pathologies correspondantes.

3. Souris SCID greffées avec des cellules humaines

a. Mise en place du chimérisme chez les souris SCID greffées
La manière la plus fréquente pour obtenir un modèle chimère homme-souris implique l'injection de cellules mononucléées humaine dans la cavité péritonéale de souris SCID [Mosier, 1988]. Bien que la reconstitution par voie intrapéritonéale est la modalité la plus couramment utilisée, d'autres voies d'accès comme la voie intra-veineuse [Martino, 1993] ont également été utilisées.

Chez des souris SCID naïves, le chimérisme évolue en deux phases [Tary-Lehmann, 1995].

Pendant les trois premières semaines suivant la greffe, une fraction des cellules injectées survit et est immunologiquement fonctionnelle. La plupart des cellules injectées peuvent être détectées dans la cavité péritonéale des souris, bien que le nombre de cellules humaines diminue de façon considérable [Hoffmann-Fezer, 1992]. Environ un mois plus tard, les cellules humaines sont présentes dans d'autres organes (foie, rate, poumons), la plupart exprimant des marqueurs de cellules T et très peu de marqueurs de cellules B. Les cellules T humaines dans la souris sont soit CD4+ soit CD8+ et présentent une hétérogénéité clonale (selon l'expression du gène codant pour la partie variable (V) du récepteur des cellules T (TCR)) [Tary-Lehmann, 1994]. Les macrophages et les cellules accessoires sont par contre difficilement détectables. Un autre fait important est qu’il semble que les cellules murines naïves survivent plus longtemps dans la souris SCID après transplantation que les cellules T humaines naïves. Toutes les cellules T humaines retrouvées dans les souris chimères expriment le phénotype CD45RO 3 semaines après la greffe [Tary-Lehmann and Saxon, 1992], même après l'injection de cellules de sang de cordon où plus de 90% des cellules T sont naïves CD45RA [Martensson, 1994]. Au niveau fonctionnel, les cellules T mémoires réactives à l'antigène de rappel entrent dans un état d'anergie ou meurent si elles ne sont pas restimulées de façon appropriée par des cellules présentatrices d'antigène. L'état d'anergie caractérisé par un défaut de réponse aux cytokines des cellules T humaines spécifiques de l'antigène dans la souris SCID peut être supprimée in vitro par l'addition d'antigène et des cellules présentatrices d'antigène [Jarman, 2000]. Des données expérimentales récentes suggèrent qu'une réponse de type primaire peut être induite dans des souris SCID humanisées si elles sont injectées avec des cellules dendritiques préalablement pulsées avec un antigène [Coccia and Brams, 1998] [Santini, 2000]. De manière générale, dans ce modèle chimère homme-souris, la stimulation précoce de la greffe humaine avec l'antigène d'intérêt est requis pour le développement d'un réponse secondaire humaine antigène-spécifique [Carlsson, 1992] [Martensson, 1994] [Tary-Lehmann, 1995] [Albert, 1997]. Ces réponses humorales dépendant des cellules T et des cellules B nécessitent la participation du couple de molécules de costimulation CD40/CD40L [Chen, 1995].

La deuxième phase du chimérisme dans les souris SCID humanisées est caractérisée par la dissémination des cellules T humaines proliférant suite à la stimulation par l'antigène [Tary-Lehmann and Saxon, 1992]. Cette prolifération des cellules humaines survient tardivement (environ deux mois après la reconstitution avec les cellulses). L'activité anti-murine de la greffe conduit, chez des souris SCID non traitées, à une réaction de hôte contre greffon (Host Versus Graft Disease) limitant la prise de la greffe par le système immunitaire inné de la souris SCID. C'est pourquoi de nombreuses stratégies ont été développées pour limiter les rejets de greffes humaines par les souris. La cellule NK murine semble être importante dans le processus de rejet et a été la cible de nombreux groupes de recherche pour augmenter les chances de réussite des greffes. La réduction de l'activité des cellules NK peut être obtenue de diverses façons, soit par l'injection d'anti-asialo-GM1 très utilisé dans les modèles de souris SCID reconstituées avec des cellules mononucléées humaines [Shpitz, 1994] [Albert, 1997] [Somasundaram, 1995], soit par deux autres anticorps anti-NK : l'anti-CD122 (chaîne b du récepteur pour l'IL-2 reconnu par l'anticorps TM-b1) ou l'anti NK-1.1 (seulement chez la souris SCID avec un fond génétique C57BL/6) [Ehl, 1996] testés avec succès dans des souris SCID reconstituées avec des cellules tumorales humaines [Kondo, 1993] [Christianson, 1996].

b. Souris SCID et réaction allergique
L'une des premières indications pour que la souris SCID puisse être utilisée pour l'étude des pathologies allergiques vient du fait qu’après reconstitution avec des cellules humaines, une production d’immunoglobulines humaines de divers isotypes en particulier IgE peut être détectée dans leur sérum [Saxon, 1991]. La reconstitution des souris SCID avec des cellules mononucléées de patients allergiques (avec des taux sériques d'IgE élevés) mais pas de sujets sains conduit à une production accrue d'IgE humaine dans le sérum des souris SCID 2 à 3 semaines après la greffe de cellules [Ito, 1992]. Dans cette étude, il a été montré que les cellules T humaines CD4+ étaient très impliquées dans la production d'IgE puisque la déplétion de la greffe humaine en cellules CD4 entraînait une absence de synthèse d'IgG et d'IgE humaines. A l'inverse, la déplétion en cellules CD8+ était associée à une augmentation de la synthèse d'IgE . Ces données sont intéressantes car des modèles in vivo de réaction allergique induite par l'ovalbumine ont également suggéré un rôle suppresseurs des cellules CD8+ [Thomas, 1999] [Renz, 1994] alors que des études menées in vitro sur des cellules mononucléées humaines obtenues à partir de patients allergiques ont suggéré un rôle synergique des cellules CD4+ et CD8+ dans la stimulation de la production d'IgE [Akdis, 1999] [Yanagihara, 1999].

Des IgE spécifiques d'allergènes tels que Der p 1 et Lol p 1 ont ég