Immunité anti-tumorale

Immunité anti-tumorale

I. Définition :

C’est l’étude des phénomènes immunitaires qui se produisent chez l’hôte d’une tumeur spontanée ou provoquée expérimentalement, que ces phénomènes tendent à inhiber ou à protéger le développement de la tumeur.
Elle implique l’existence de structures antigéniques propres aux cellules malignes et absentes des cellules normales du même tissu chez un animal sain au même stade de son développement, et postule que ces antigènes provoquent une réaction immunologique efficace permettant le rejet de la tumeur comme celui d’une greffe allogénique. En conséquence, les problèmes de l’immunologie des tumeurs sont ceux posés par l’immunologie des allogreffes.

II. Antigènes des tumeurs :

1) Définition et nomenclature :

Toute structure de la cellule maligne absente des cellules saines du même tissu au même stade de développement et susceptible d’entraîner une réaction immunitaire soit chez l’hôte, soit par inoculation à un hôte étranger, peut être considérée comme antigène de tumeur.
Ces antigènes de tumeurs constituent la cible théorique de la réaction immunitaire anti-tumorale grâce à laquelle l’organisme semble se défendre.
Les antigènes de tumeurs sont désignés de façon très variable en fonction des systèmes et des espèces animales mais quelques termes généraux doivent être connus :
· le terme de néoantigène anciennement usité doit être abandonné
· TSA (Tumor Specific Antigen) : ce sont des antigènes rarement rencontrés et apparemment spécifiques de la cellule maligne, c’est-à-dire totalement absent des tissus normaux adultes ou embryonnaires. Quand ils sont exprimés à la surface de la cellule et qu’ils sont capable d’entraîner une réaction de rejet, on les désigne par les initiales TSTA (Tumor Specific Transplantation Antigen)
· TAA (Tumor Associated Antigen) : ne sont pas réellement spécifiques de la cellule maligne et peuvent se trouver dans certains cas, présents aussi sur des cellules embryonnaires ou sur des cellules infectées par certains virus oncogènes. Ils sont désignés par les initiales TATA (Tumor Associated Transplantation Antigen) quand ils sont exprimés à la surface cellulaire et impliqués dans le rejet de la dite tumeur.

2) Localisation :

a) Les antigènes de la surface cellulaire
Cette catégorie d’antigène est importante pour le rejet des tumeurs, car ce sont les seuls accessibles aux effecteurs du rejet (Ac et/ou cellules lymphoïdes). Certains de ces antigènes sont aptes à entraîner le rejet immunologique de la tumeur qui les porte (TSTA ou TATA). Sur le plan moléculaire, les TSTA et les TATA sont des peptides, issus de protéines exprimée par la cellule tumorale, et le plus souvent présentés dans le contexte des molécules d’histocompatibilité de classe I de l’hôte. Ils sont fréquemment le produits de protéines ayant subi des mutations somatiques ; c’est le cas des premiers antigènes tumoraux identifiés en utilisant les cellules P815 de mastocytome. Ils peuvent être également le produit de gènes qui ne s’expriment pas dans les cellules normales (gènes silencieux) et qui se réactivent dans les cellules tumorales, le produit d’oncogènes activés ou encore de rétrovirus endogènes. Enfin certains antigènes tumoraux sont des protéines embryonnaires, exprimées uniquement à certains stades précoces du développement de l’embryon, lorsque le système immunitaire n’est pas totalement développé, ce qui explique l’absence de tolérance, chez l’individu adulte, vis-à-vis de ces protéines.


b) Les antigènes intracellulaires :
Ils sont localisés dans le noyau ou le cytoplasme. Ces antigènes ne sont donc pas concernés par le rejet de la cellule maligne mais peuvent constituer des marqueurs importants de la malignité.


c) Les antigènes solubles :
Les antigènes de la membrane comme les antigènes intracellulaires peuvent être libérés dans le milieu extérieur et constituer alors des antigènes solubles que l’on pourra retrouver dans la circulation ou dans le surnageant de culture.

3) Méthodes utilisées pour leur identification :

Etant donnée la très faible immunogénicité des cellules tumorales, la mise au point d’outils (lyT ou Ac) à la fois sensibles et spécifiques permettant d’aller identifier des Ag tumoraux a été extrêmement laborieuse. Du fait de l’importance des lyT CD8+ cytotoxiques en immunité anti-tumorale, la plupart des travaux initiaux se sont concentrés sur l’identification des peptides antigéniques présentés par les molécules du CMH de classe I aux cellules T spécifiques isolées à partir de souris ou de patients porteurs de tumeurs.
a) Une première approche de génétique moléculaire a utilisée la transfection de librairies d’ADN complémentaire (ADNc) de tumeurs dans des cellules qui exprimaient les molécules du CMH de classe I adéquates. Les cellules transfectées sont alors testées pour leur aptitude à stimuler des clones lymphocytaires T cytotoxiques spécifiques. On a pu ainsi identifier des gènes codant pour les Ag tumoraux reconnus par ces clones lymphocytaires T. En un deuxième temps, grâce à l’utilisation des cellules transfectées uniquement avec des fragments de gènes identifiés, il a été possible de définir les régions codant pour les peptides antigéniques. Enfin, sur la base des séquences obtenues, des peptides synthétiques ont été produits et testés pour leur capacité à sensibiliser les CPAg (portant les molécules CMH adéquates) à la lyse par les Ly Tc spécifiques.
b) Une deuxième approche a concerné la purification biochimique par HPLC (chromatographie liquide haute résolution) des peptides naturels élués à partir des molécules d’histocompatibilité de classe I exprimés par les cellules tumorales. Les différents peptides élués ont été testés, comme précédemment, pour leur aptitude à stimuler la capacité fonctionnelle des cellules T spécifiques. Une fois identifiés, ces peptides sont séquencés, produits sous forme synthétiques et testés pour leur capacité fonctionnelle. Cette démarche est particulièrement adaptée dans le cas des protéines ayant subi des modifications pos-traductionnelles, pour lesquelles la séquence du peptide ne peut pas être déduite directement à partir de la séquence de l’ADNc
c) Enfin, une troisième méthode fondée sur l’utilisation des anticorps présents dans le sérum de patients présentant des tumeurs a été développée. Il s’agit d’établir des banques d’expression d’ADNc à partir d’ARNm isolés de tumeurs fraîches. Les banques sont ensuite criblées à l’aide de préparations d’anticorps IgG provenant des patients porteurs des mêmes tumeurs ayant servies à l’isolement des ARNm. Les protéines antigéniques tumorales ainsi identifiées par sérologie sont ensuite testées pour leur capacité à être apprêtées et présentées à des Ly T CD8+ ou CD4+ spécifiques.

4) Nature des antigènes des tumeurs :

On peut distinguer 4 grands types d’antigènes de tumeurs :


a) Les antigènes viro-induits :
Ils sont retrouvés sur les tumeurs induites par les virus oncogènes à DNA (virus polyome, virus simien SV40, adénovirus humains, virus oncogènes de type herpès saïmiri, Marek) ou à RNA (leucémies et tumeurs hématopoïétiques diverses chez de nombreuses espèces de vertébrés - poulet, souris, chat- Tumeurs mammaires chez certaines espèces.).
Les antigènes correspondants aux tumeurs viroinduites sont entièrement dépendants (codés) du génome viral, et par conséquent sont identiques d’une tumeur à l’autre quand le même virus est en cause chez des animaux de la même espèce ou d’espèces différentes.


b) Les antigènes individuels de tumeurs (chimioinduits)
Ces antigènes sont surtout connus dans des systèmes expérimentaux de tumeurs induites par des carcinogènes chimiques comme les sarcomes induits par le méthylcholanthrène (MCA) chez la souris.
Ils sont propres à une tumeur donnée d’un individu donné et ne se retrouvent pas sur d’autres tumeurs induites dans la même espèce et dans la même souche par le même carcinogène. Ces antigènes sont peu immunogènes.


c) Les antigènes oncofoetaux (ou carcinoembryonnaires)
Ce sont des substances normalement présentes chez l’embryon, à un stade donné de son développement, mais absentes chez l’adulte ou n’y persistant qu’à l’état de traces. Leur réapparition dans les tumeurs semble être un phénomène très répandu (voire universel). Parmi les antigènes les plus connus en clinique humaine, on peut citer l’alpha-1 foeto-protéine (a1FP) des cancers primitifs du foie, et l’antigène carcinoembryonnaire (CEA) des tumeurs du colon. Il s’agit d’antigènes de très faible immununogénicité qui ne semblent déclencher que des réactions mineures chez l’hôte.


d) Les antigènes de différenciation associés aux tumeurs.
La surface cellulaire subit d’importantes modifications au cours de la différenciation, non seulement chez l’embryon, mais encore chez l’adulte dans tous les tissus. L’existence de ces antigènes a été démontrée dans certaines tumeurs comme par exemple l’antigène TL de certaines leucémies de souris (l’Ag TL est un antigène de différenciation thymique qui disparaît des thymocytes lorsqu’ils sont mis en circulation). C’est le cas, chez l’homme, de l’Ag CD10 (ou CALLA :common acute lymphoblastic leukemia antigen). Cet antigène est exprimé sur les thymocytes et les cellules B de la moelle osseuse mais pas sur les lymphocytes périphériques. L’Ag CD10 est exprimé sur des cellules malignes dans la majorité des leucémies lymphoblastiques.

III. Réactions immunologiques anti-tumorales :

1) Mise en évidence d’une immunité anti-tumorale :

Expérience de Foley en 1953
· Induction d’une tumeur par le méthylcholanthrène en s/c chez une souris de lignée C3H
· Production d’un fibrosarcome entretenu par passage sur d’autres souris de la même lignée.
· Ligature de la tumeur à sa base ; la nécrose de la tumeur est observée
· Réinoculation, 3 semaines après, de la même tumeur à la même souris C3H chez laquelle on a ligaturé la première tumeur induite par le méthylcholanthrène
· Pas de développement de tumeur, c’est-à-dire qu’il y a rejet des cellules tumorales ré-inoculées.
· En utilisant 6 tumeurs chimio-induites différentes, Foley démontre qu’il existe une spécificité anti-tumorale de cette immunité.


Cette immunité est liée à l’existence d’antigènes à la surface des cellules tumorales (TSTA). Cette immunité est transférable d’un animal à un autre. Le transfert des anticorps est d’une efficacité modeste. Par contre le transfert passif de l’immunité anti-tumorale par des lymphocytes à un receveur tolérant peut entraîner des protections efficaces contre la greffe ultérieure d’une tumeur de même antigénicité.

2) Immunité humorale anti-tumorale :

a) Cas des tumeurs expérimentales :
Chez le porteur de tumeur expérimentale, des anticorps cytotoxiques en présence de complément sont mis en évidence in-vitro . Ces anticorps pourraient jouer un rôle in-vivo, dans la destruction des cellules tumorales. Beaucoup plus souvent encore, ce sont des anticorps qui ne fixent pas le complément et donc sont dépourvus d’action cytotoxique in-vitro, qui sont mis en évidence. Cette deuxième catégorie d’anticorps peut intervenir in-vivo par ses effets d’opsonines ou en faisant intervenir les cellules K.
Enfin, ces anticorps pourraient être nocifs pour l’hôte en bloquant tous les sites cellulaires antigéniques et en empêchant ainsi l’accès à la tumeur des cellules lymphoïdes T effectrices (cytotoxiques).


b) Cas des tumeurs humaines :
Chez l’homme, des anticorps anti-tumoraux ont été signalés dans de nombreuses tumeurs. Ainsi, on peut mettre en évidence, chez le porteur de lymphome de Burkitt et de cancer des fosses nasales postérieures, des anticorps qui existent également dans la population normale, mais à des taux beaucoup plus élevés chez les malades. Trois types de spécificités peuvent être distingués :
·Ac contre des antigènes intra-cytoplasmiques : anti-VCA (viral capside antigen) et anti-EA (early antigen)
·Ac anti-EBNA (Epstein-Barr nuclear antigen) très caractéristiques des cellules malignes
·Ac anti-MA (membrane antigen) caractéristiques du virion et de la cellule maligne.


c) Rôle des anticorps dans le rejet
Ce rôle reste difficile à affirmer ; il est encore hypothétique dans le rejet de tumeurs.

3°) Immunité cellulaire anti-tumorale :

a) Technique de mise en évidence :
· TTL en présence de cellules tumorales isologues ou autologues
· MIF par l’antigène tumoral
· HSR cutanée à l’antigène tumoral
Ces 3 tests ne traduisent pas nécessairement une réaction de rejet
· Test de cytotoxicité en microplaque
· Test de relargage du chrome 51 (CRT : chromium release test) par les cellules tumorales en présence de lymhocytes immuns.
Ces 2 derniers tests explorent les réactions de rejet.


b) Cellules capables de détruire les cellules tumorales chez le porteur de tumeur :
Il est bien établi actuellement que la réaction à médiation cellulaire est en fait très complexe et met en jeu des effecteurs de nature multiple. L’induction de la réponse immunitaire spécifique nécessite l’activation des lymphocytes Th CD4+
· des cellules thymodépendantes cytolytiques (CTL) analogues à celles détectées par le CRT
· des cellules tueuses (killer ou K-cells) agissant par l’intermédiaire d’anticorps (ADCC : antibody dependant cell cytolysis)

4) Immunité naturelle anti-tumorale :

L’existence d’une immunité naturelle anti-tumorale s’appuie sur de nombreux arguments indirects. La prévalence de tumeurs spontanée n’est pas plus élevée chez les souris athymiques (nu/nu) que chez les témoins normaux . L’activation des macrophages par différentes molécules d’origine bactérienne (lipopolysaccharides, lipopeptides, muramyl-dipeptide) peut entraîner une régression tumorale dans différents modèles expérimentaux de tumeurs transplantables.
Trois types de cellules participent à cette immunité naturelle anti-tumorale :
· les lymphocytes NK sont susceptibles de lyser in-vitro des lignées tumorales ayant une expression faible ou nulle des molécules du CMH
· les cellules LAK, obtenues par culture de lymphocytes du sang en présence d’IL-2 sont susceptible de lyser in-vitro des cellules dissociées à partir de certaines tumeurs.
· les macrophages activés in-vitro par des cytokines (IFNg) sont susceptible de lyser in-vitro des cellules tumorales. La spécificité des interactions moléculaires impliquées dans cette réaction cytotoxique est inconnue. Le TNFa produit par les macrophages activés est capable de détruire par apoptose de nombreuses lignées de cellules cancéreuses.
· les éosinophiles activés par l’IL-5 et différents médiateurs, ont une puissante activité cytotoxique vis-à-vis de tissus normaux et de parasites, qui peut s’étendre aux cellules tumorales.

IV. Schéma général des phénomens d’immunité anti-tumorale IN-VIVO:

On peut proposer le schéma suivant pour expliquer les mécanismes mis en jeu dans le rejet des tumeurs.


1) Reconnaissance des cellules tumorales par des macrophages : et peut-être aussi par les cellules T Il est possible qu’à ce stade, les macrophages puissent détruire de façon non spécifique les cellules tumorales (activité in-vivo ? ?).


2) La reconnaissance de la tumeur : déclenche la réponse immunitaire avec génération de cellules cytolytiques (CRT) qui vont intervenir directement sur la cellule tumorale cible. Ces cellules T cytolytiques sont faciles à mettre en évidence lors des tumeurs expérimentales viro-induites et pourraient jouer un rôle dans l’immuno surveillance.


3) La réaction cytolytique due aux cellules T : est relayée ou renforcée et complétée par d’autres réactions. La synthèse d’Ac joue alors sans doute un rôle essentiel à ce stade avec cependant 2 possibilités :
· Ac relativement puissants : protection contre la réapparition de la tumeur quand la réaction T initiale a été efficace,
· Ac faibles mais encore efficaces grâce au phénomène d’ADCC (K ou macrophage),
· Réaction macrophagique non spécifique : il existe fréquemment au sein de la tumeur en voie de rejet, des macrophages activés au voisinage des cellules T,


4) Activité cytotoxique anti-tumorale naturelle : on a pu démontrer l’existence de « réactions anti-tumorales non spécifiques chez de nombreux sujets normaux. Cette activité est due à des cellules qui ne sont ni T ni B appelées cellules NK (natural killer). A la différence des CTL, les cellules NK ne sont pas douées de spécificité immunologique. Il semble que les cellules NK n’agissent surtout que sur les cellules tumorales ; l’IFNg stimulerait cette action, tout en protégeant les cellules normales saines. Les cellules NK pourraient, par ce mécanisme, jouer un rôle très efficace dans l’immunosurveillance dirigée contre les cellules malignes et les cellules infectées par des virus.

V. Mécanismes d’échappement des tumeurs au contrôle immunologique :

1) Par absence totale d’antigénicité

· Les tumeurs viro-induites ou chimio-induites sont rarement dépourvues d’antigénicité. La plupart de ces tumeurs expérimentales portent des Ag qui joueraient un rôle non négligeable dans le rejet. On peut cependant imaginer que certains animaux peuvent avoir une formule génétique qui ne leur permette pas de reconnaître certains antigènes et il est possible que certaines tumeurs soient alors totalement dépourvues d’immunogénicité pour leur hôte.
· Par contre les tumeurs spontanées ne présentent qu’exceptionnellement des Ag immunogènes chez l’hôte, les Ag de différenciation n’ayant aucune raison d’être reconnus par l’hôte autologue.

2) Par modulation antigénique :

· Ce phénomène qui semble cependant rarement en cause est observé avec certains antigènes comme l’Ag TL. Ces antigènes disparaissent de la surface de la cellule en présence d’Ac spécifiques et la cellule maligne peut devenir insensible à l’action des Ac sans que sa croissance soit modifiée.

3) Par blocage des réactions immunologiques :

· Par des Ac qui gênent l’accès des effecteurs cellulaires aux cellules tumorales cibles,
· Par des complexes Ag-Ac

4) Faiblesse des Ag de tumeurs et retard dans l’apparition des R.I :

Ils semblent constituer le phénomène le plus fréquemment en cause. Il peut s’agir d’antigènes faibles induisant une R.I. lente et de faible amplitude, ou d’un antigène fort mais avec une R.I. retardée pour des raisons inconnues. Dans les deux cas le résultat final est le même, c’est-à-dire que quand les cellules effectrices seront à un taux suffisant, le nombre de cellules malignes sera beaucoup trop élevé pour que la réaction de rejet soit efficace. Ce mécanisme d’échappement à l’immunosurveillance peut être dû lui-même à plusieurs circonstances :
· Immunosélection progressive de cellules tumorales de moins en moins immunogéniques,
· immunodépression transitoire ou prolongée de l’hôte,
· développement de cellules tumorales en un lieu inhabituel où elles sont inaccessibles,
· intervention de facteurs inhibiteurs sécrétés par la cellule tumorale.

VI. Les antigènes des tumeurs humaines :

Initialement ces antigènes ont été mis en évidence par des hétéro-anticorps. Ces antisérums sont difficiles à préparer du fait de la grande difficulté à les rendre spécifiques par différents procédés d’adsorption. Beaucoup d’antigènes ont ainsi été décrit en particulier depuis l’avènement des anticorps monoclonaux.

1) L’alpha-1 foetoprotéine (a-1FP) :

C’est un antigène oncofoetal découvert par Abeleev chez la souris porteuse d’hépatome (cancer primitif du foie) dans leur sérum. C’est un antigène qui existe aussi dans le sérum de souris foetale, mais qui n’existe pas dans le sérum de souris adulte normale.
C’est un antigène de mobilité alpha. Une protéine similaire a été retrouvée chez d’autres espèces animales porteuses d’hépatome y compris l’homme. C’est une glycoprotéine de PM :72dDa, ressemblant beaucoup à l ‘albumine, et donc difficile à séparer. Elle ne présente pas de réactivité croisée avec l’albumine.
L’a-1FP est le constituant majeur du sérum au début de la gestation. Vers le milieu de la gestation, les taux sont stationnaires alors que l’albumine augmente. Vers la fin de la gestation et à la naissance, elle chute pour disparaître totalement ou ne subsister qu’à l’état de traces. Au stade précoce de la gestation, elle est synthétisée par le sac vitellin, puis par le foie foetal. En cas d’agression hépatique avec régénération, on observe une augmentation du pic des alpha-1 globulines avec réapparition de synthèse d’a-1FP
a) Rôles physiologiques : Transporteur d’oestrogènes (chat, souris) et des acides gras (rôle se rapprochant de celui de l’albumine), d’immunosuppresseur par induction des lymphocytes Ts
b) Pathologie : Les méthodes de détection et de dosage de l’a-1F sont nombreuses (immunoprécipitation en gel, ELISA, RIA...)
· Association avec hépatomes : Afrique (60 % de positifs), Europe (40 %)
· Tératome malin : cancer du sac vitellin (tumeur embryonnaire)
· Tyrosinose métabolique de l’enfant avec augmentation de l’a-1FP
L’utilisation de méthodes très sensibles, montre toujours des traces d’a-1FP dans le sérum adulte normal avec une valeur normale supérieure de 10 mcg/ml. Par ces méthodes, beaucoup de maladies non cancéreuses comme les hépatites, les cirrhoses montrent une augmentation des taux d’a-1FP (200 à 30 mcg/ml) de même que les hépatomes. Mais il faut savoir qu’il peut exister des hépatomes avec taux normaux d’a-1FP.
Dans les tératomes curables, le taux d’a-1FP diminue (il est intéressant dans ce cas de pouvoir doser l’a-1FP).
Le dosage de l’a-1FP dans le liquide amniotique présente un grand intérêt pour le diagnostic prénatal d’anencéphalie ou de spina bifida, où dans certains pays elles auraient une incidence familiale.

2) Antigène carcino-embryonnaire (CEA) :

Cet antigène a été découvert par Gold et Freedman dans des extraits de tumeurs intestinales : c’est un Ag présent dans les épithélioma glandulaire du tube digestif (estomac, colon, pancréas) et leurs métastases. C’est aussi un Ag présent dans l’intestin foetal, mais absent des muqueuses intestinales normales de l’adulte. Le CEA peut être aussi retrouvé dans la muqueuse colique de sujet non cancéreux.
Il a été également retrouvé au niveau des poumons, des glandes mammaires et de leurs cancers. Cependant, on retrouve beaucoup plus de CEA dans les tumeurs digestives que dans les tumeurs des autres organes. On retrouve également le CEA, en quantité importante dans le kyste de l’ovaire, dans les cancers médullaires de la thyroïde. Ce qui signifie que le CEA n’a pas de spécificité d’organe.
Le CEA est un antigène sécrété. C’est une glycoprotéine très riche en sucre (50 %), d’un PM de 200 kDa, de mobilité électrophorétique dispersée, le plus souvent en bêta.
Par des techniques de dosage très sensibles (RIA, chimiluminescence), son taux est augmenté dans
· 70 - 80 % des cancers du colon
· 80 - 90 % des cancers du pancréas
· 60 - 70 % des cancers de l’estomac,
· 50 % des cancers non digestifs
· Cirrhoses, pancréatites, bronchites chroniques
· Sujets normaux fumeurs.
C’est donc un examen dont la valeur diagnostique est nulle, mais dont la valeur pronostique est confirmée.