Effets multiples de l’axe CD40–CD40L sur l’immunité contre l’infection et le cancer

Introduction

Les réponses des lymphocytes T cytotoxiques (CTL) CD8+ jouent un rôle essentiel dans l’immunité contre l’infection et le cancer.1 Trois signaux moléculaires clés sont nécessaires pour générer des réponses CTL efficaces. Le signal 1 est délivré lorsque le récepteur des lymphocytes T spécifiques à l’antigène (TCR) se lie au complexe majeur d’histocompatibilité chargé en peptides (CMH) sur les cellules présentatrices d’antigène (APC) et le signal 2 est généré par l’engagement de molécules costimulatrices, à savoir B7-1 (CD80) / B7-2 (CD86) et CD28 (par exemple, les lymphocytes T CD28 / APC CD80).1 Suite aux interactions lymphocyte T-APC spécifiques à Ag, une synapse immunologique est formée comprenant un groupe central de complexes peptidiques TCR–CMH et d’interactions CD28–CD80 entourées de cycles de molécules accessoires engagées (par exemple, LFA–1–CD54 complexé).1-3 Le troisième signal est la sécrétion de cytokines, qui améliorent, modifient et biaisent davantage les CTL effecteurs répondants.4,5 Si le signal 1 est généré en l’absence du signal 2, alors il rend la tolérance au lieu de l’immunité.6 Ainsi, la costimulation ou l’engagement efficace de différentes molécules de surface sur les APC et les lymphocytes T est importante pour déclencher des réponses immunitaires efficaces.

Les molécules costimulatrices sont généralement divisées en deux groupes: le groupe de la famille CD28 / B7 et le groupe de la famille du facteur de nécrose tumorale (TNF) / récepteur du facteur de nécrose tumorale (TNFR). CD28 est un récepteur de surface des cellules T qui se lie aux molécules costimulatrices B7-1 (CD80) et B7-2 (CD86) sur les APC tels que les cellules dendritiques (DCs) et les macrophages, et est impliqué dans le déclenchement des réponses immunitaires à médiation cellulaire.7 La molécule inhibitrice de la famille des CD28 est l’antigène cytotoxique des lymphocytes T 4 (CTLA-4). CD28 et CTLA-4 sont deux récepteurs qui reconnaissent les mêmes ligands (molécules B7) mais ont des effets fonctionnels opposés sur l’activation des lymphocytes T.8 CD40 est un membre de la famille TNFR, qui comprend OX40 (CD134), 4-1BB (CD137) et CD27.9 OX40 est exprimé sur les lymphocytes T activés, tandis que son partenaire ligand OX40L est situé sur les APC.10 4-1BB (CD137) est exprimé sur les cellules B, les macrophages et les CD, tandis que son ligand 4-1BBL est exprimé sur les CD et les macrophages.11 Le ligand pour CD27, CD70, se trouve également sur les APC.12 Les membres de la famille du TNF / TNFR sont induits dans les heures ou les jours suivant l’engagement du TCR et impliquent des stades ultérieurs de l’activation des lymphocytes T.13 Dans cette revue, nous nous concentrons sur l’engagement des CD40–CD40L dans l’octroi de licences aux CD, la promotion de la mémoire à cellules T et la conversion de l’épuisement des CTL en cas d’infection chronique.Le récepteur CD40

et son ligand CD40L (CD154) appartiennent à la famille TNF: TNFR. Le CD40 a été identifié à l’origine comme marqueur de surface sur les cellules du carcinome de la vessie et les cellules B.14 Plus tard, le CD40 s’exprime sur les cellules B, les macrophages et les CD, ainsi que sur de nombreuses cellules non immunitaires. La signalisation CD40–CD40L dans les cellules B est importante pour la génération de plasmocytes à longue durée de vie et de cellules B de mémoire ainsi que pour leur survie. Ici, nous nous concentrons sur le rôle de la signalisation CD40–CD40L dans l’immunité des lymphocytes T. Le CD40L est un ligand naturel pour le CD40 et une glycoprotéine membranaire de type II de 39 kDa. Après l’interaction CD40-CD40L à la surface cellulaire; la signalisation intracellulaire est facilitée par le recrutement de facteurs associés au TNFR (TRAF) dans la membrane interne des cellules, ce qui conduit à l’activation de différentes voies, telles que la voie canonique et non canonique du facteur nucléaire kB, les protéines kinases activées par les mitogènes, la phosphatidylinositol-3 kinase (PI3K) et la voie Cy de la phospholipase.15 CD40-CD40L est une paire de molécules costimulatrices, et leur interaction est nécessaire pour des réponses immunitaires adaptatives réussies. Il existe une pléthore de rapports qui suggèrent l’importance de l’interaction CD40–CD40L dans les réponses immunitaires principalement dans le développement des CTL CD8 +. Deux modèles ont été proposés par différents laboratoires concernant la signalisation CD40 dans les réponses CTL.16 Le premier modèle suggère que les stimuli des CD40L des cellules auxiliaires T (Th) CD4+ vers les CD exprimant CD40 sont essentiels à la maturation des CD (licence), et à leur tour, les CD sous licence peuvent déclencher des réponses CTL efficaces.16 Cependant, l’exigence de CD40 dans l’autorisation de DC peut être contournée par des réponses inflammatoires aux agents pathogènes qui activent directement les APC.17 Le deuxième modèle suggère que les lymphocytes T CD40L exprimant CD4+ activent directement les lymphocytes T CD40 exprimant CD8+, 18 prédisant que les réponses CTL à tous les antigènes nécessitent une signalisation CD40 sur les lymphocytes T CD8+. Au total, les rôles importants de l’interaction CD40–CD40L donnent lieu à de nombreux événements immunitaires, ce qui est très important pour la défense de l’hôte contre les agents pathogènes et le cancer.

Signalisation CD40 sur les CD pour la licence de DC

Les réponses immunitaires aux antigènes auxiliaires dépendants des lymphocytes T nécessitent une aide des lymphocytes T CD4+.19 Les CD ne peuvent pas amorcer des lymphocytes T CD8+ naïfs chez des souris knockout MHC II (déficientes en CD4+ T). Il a été démontré que les lymphocytes T CD4+ fournissent une aide en engageant leur CD40L20 avec CD40 sur les CD et en autorisant les CD pour en faire un puissant stimulateur de la réponse immunitaire.19,21,22 Plus tard, il a été suggéré que les CD sous licence médient les réponses des lymphocytes T CD8+ en améliorant l’expression des molécules B7 et la sécrétion de cytokines telles que l’interleukine 12 (IL-12) qui favorise la différenciation des lymphocytes T.21 De plus, l’interaction CD40–CD40L provoque également une expression accrue des molécules de CMH, de costimulation et d’adhésion et entraîne une induction accrue des chimiokines et des cytokines pro-inflammatoires dans les CD.23 Ainsi, l’activation des CD par le signal CD40-CD40L fournit « l’aide des lymphocytes T CD4+ » nécessaire pour permettre aux CD de croiser des lymphocytes T naïfs.24 Mais l’énigme était de savoir comment ces trois types cellulaires, rares et migrateurs, présents au même endroit pour interagir les uns avec les autres. De plus, plusieurs rapports ont fourni des résultats incongrus selon lesquels les lymphocytes T CD4 + peuvent activer les APC par une voie indépendante du CD40.25,26 Cependant, il a été suggéré que lorsque les CD sont activés par des lymphocytes T CD4+ apparentés, les CD commencent à sécréter des chimiokines CCL3 et CCL4.27 Chimiokines guident l’interaction apparentée des lymphocytes T CD8+ exprimant CCR5 avec des CD sous licence, ce qui conduit à déclencher de fortes réponses CTL grâce à des interactions à trois cellules.27 Notre laboratoire a déjà fourni des preuves in vivo pour un modèle d’interaction dynamique à trois cellules pour les réponses CTL, dans lequel une fois que les CD sont autorisés par les interactions des lymphocytes T DC–CD4+, les CD autorisés ne nécessitent pas la présence simultanée de lymphocytes T CD4+ apparentés, 16 ce qui contraste avec l’étude précédente suggérant une exigence absolue d’amas ternaires DC-CD4 + T–CD8 + T pour les réponses CTL.18 Cependant, il n’a pas été déterminé si l’interaction CD40–CD40L induit les CD à sécréter des chimiokines CCL3 et CCL4. De plus, on ne savait pas si les CD autorisés par l’interaction CD40-CD40L nécessitaient l’expression de CCR5 par les lymphocytes T CD8+ pour induire des réponses CTL.

La signalisation CD40 sur les lymphocytes T CD8+ pour la mémoire des lymphocytes T

CD40 est exprimée non seulement sur les APC tels que les lymphocytes B et les CD, mais également sur les lymphocytes T CD8+ activés.23 Cependant, il n’était pas clair quelle population cellulaire joue un rôle essentiel dans la signalisation du CD40 pour les réponses CTL. Bourgeois et al ont démontré que la génération de cellules T CD8+ de mémoire implique l’expression de CD40 sur des cellules T CD8+, mais nécessite une aide des cellules T CD4+ via l’interaction CD40–CD40L pour former un cluster ternaire DC-CD4+ T-CD8+ T.18 auteurs ont en outre suggéré qu’une telle interaction des cellules T CD4–CD8 pour la signalisation CD40–CD40L nécessitait absolument des interactions DCs et à trois cellules, mais l’activation des cellules T CD8 + était indépendante de l’expression de CD40 par les cellules DCs.18 Dans un modèle de maladie infectieuse, une étude précédente a rapporté l’expression de CD40L sur les CD, et a suggéré que les CD exprimant CD40L pourraient délivrer une signalisation CD40–CD40L sur les lymphocytes T CD8+ pour l’induction de réponses CTL sans nécessiter de lymphocytes T CD4+.28 La trogocytose intercellulaire (un phénomène nouveau en immunologie cellulaire) qui est l’échange de molécules membranaires entre des cellules immunitaires telles que les CD et les lymphocytes T par 1) l’internalisation et le recyclage de molécules dans la synapse formée entre les CD et les lymphocytes T, 2) le processus associé à la dissociation, 3) l’absorption d’exosomes libérés par les DC (EXOs) par les lymphocytes T, et 4) l’absorption de nanotubes membranaires DC par les lymphocytes T a joué un rôle important dans la modulation des réponses immunitaires (Figure 1).29 Précédemment, nous avons proposé un modèle d’interaction dynamique à deux cellules pour l’induction de réponses CTL.30 Selon ce modèle proposé, les lymphocytes T auxiliaires CD4+ lorsqu’ils sont activés par des CD acquièrent non seulement les molécules de CMH de classe II et de costimulation composées par des synapses (CD54 et CD80), mais également le PMHC-I de passage des APC par un processus appelé internalisation et recyclage des molécules dans les synapses formées entre les CD et les lymphocytes T (Figure 1), 31 et deviennent des APC auxiliaires T CD4+ (Th-APC) qui peuvent stimuler directement la prolifération des CTL CD8+ et la formation de mémoire (Figure 1).2,3 Nous avons démontré que les Th-APC peuvent également se former par absorption d’EXO libérées par le DC (figure 1).32,33 Nous avons montré que les lymphocytes T CD4+ non spécifiques peuvent absorber des EXO libérés par DC spécifiques à l’antigène et sont capables de stimuler les réponses CTL CD8+ spécifiques à l’antigène et la mémoire des lymphocytes T à long terme.32 Plus tard, notre laboratoire a fourni des preuves in vivo des interactions directes entre cellules T CD4+ et cellules T CD8+ et a démontré que de telles interactions ne nécessitent pas la présence simultanée de CD.16 En utilisant l’imagerie à deux photons, nous avons en outre fourni des preuves précises que les lymphocytes T CD4+ acquis par pMHC-I peuvent interagir directement avec les lymphocytes T CD8+ pour délivrer le signal CD40L in vivo.16 Une étude récente d’un autre groupe a également fourni des données d’imagerie à deux photons qui ont fortement soutenu notre découverte d’interactions directes entre cellules T CD4 + et cellules T CD8+.34 Dans un modèle d’infection, Johnson et al ont montré que les CD spléniques murins exprimaient CD40L après l’infection virale ou la stimulation des récepteurs de type Toll, ce qui déclenchait des réponses CTL en signalant CD40 sur les lymphocytes T CD8+.28 Notre étude a déjà démontré que le CD40L sur les lymphocytes T CD4+ est crucial pour une signalisation directe du CD40 sur les lymphocytes T CD8 + conduisant à une réponse CTL efficace dans des conditions non inflammatoires.16 Nous avons en outre rapporté que les Th-APC CD4+ acquis par les complexes pMHC-I grâce à leur signalisation endogène de l’IL-2 et du CD40L améliorent la survie des CTL transférées et leur différenciation en CTL à mémoire fonctionnelle capables de protéger contre le défi tumoral hautement métastasiant.35 Ces constatations16, 21, 28, 33 suggèrent fortement que la signalisation CD40–CD40L est critique pour une réponse CTL efficace, et que les conséquences de la signalisation CD40 sont compliquées et dépendent du type de cellules exprimant CD40 et du milieu dans lequel le signal CD40 est fourni.

Figure 1 Interactions CD40-CD40L à l’interface cellule DC-T et cellule T-cellule T. Notes: Le DC à amorçage croisé interagit d’abord avec le CD4+ T spécifique à l’antigène pour la première étape cruciale des réponses CTL dépendantes du CD40-CD40L via pMHC-II et TCR (signal 1), CD80–CD28 (signal 2) et cytokine (signal 3). Le CD4+ T exprimant le CD40L interagit avec le DC exprimant le CD40 porteur d’antigène, et de telles interactions DC-CD4+ T entraînent la licence du DC et l’activation des lymphocytes T CD4+ (amorçage). Les CTL CD8+ apparentés peuvent alors recevoir des signaux d’aide ou de stimulation, non seulement des clusters DC-CD4+ T, mais également séparément des cellules DCs et des cellules T CD4+ entièrement sous licence, même après leur dissociation des clusters DC-CD4 + T. Les lymphocytes T auxiliaires CD4+ lorsqu’ils sont activés par les CD acquièrent non seulement les molécules de CMH de classe II et de costimulation composées par synapses (CD54 et CD80), mais également le PMHC-I du spectateur à partir de DC par trogocytose (internalisation, dissociation–association, absorption d’exosomes ou nanotubes membranaires) et deviennent des Th-APC CD4+, ce qui entraîne des interactions directes avec les lymphocytes T CD4+ T–CD8+ et, par la suite, la livraison de la signalisation CD40L aux lymphocytes T CD8+ exprimant CD40. Abréviations: APC, cellule présentatrice d’antigène; CTL, lymphocyte T cytotoxique; DC, cellule dendritique; IL-2, interleukine 2; pMHC, complexe majeur d’histocompatibilité peptidique; TCR, récepteur des lymphocytes T; Th-APCs, T-helper APCs.

La neutralisation de la tolérance de DC par la signalisation CD40

Les sous–ensembles de CD qui présentent le signal 1 (par exemple, complexe peptide antigène-CMH) mais pas le signal 2 (signal costimulateur) sont définis comme des CD « immatures » ou « tolérogènes » qui peuvent induire le développement de lymphocytes T régulateurs CD4+ ou CD8+ et l’anergie de lymphocytes T spécifiques à l’antigène.La ligature 36 CD40 a été utilisée pour stimuler les réponses des lymphocytes T CD8 + aux tumeurs et pour briser l’auto-tolérance périphérique.37 Brossart et al ont rapporté la génération de CD matures positifs à CD83, l’induction de RelB localisée nucléaire et l’inhibition de la régulation ascendante de l’IL-10R par la signalisation CD40L soluble,38 indiquant que la ligature CD40 peut antagoniser l’inhibition médiée par l’IL-10 sur la fonction DC. Plus tard, Gurung et al ont rapporté que l’injection des lymphocytes T apoptotiques naïfs CD40L négatifs, mais pas des lymphocytes T apoptotiques CD4+ activés exprimant CD40L induisait une tolérance immunitaire, et a également démontré que la co-injection d’un anti-CD40 Ab agoniste avec des lymphocytes T apoptotiques naïfs induisait une immunité robuste.39 Higham et al ont rapporté que l’administration locale de lymphocytes T CD8 + réactifs aux tumeurs conçus pour exprimer le CD40L a converti des CD tolérogènes dans les ganglions lymphatiques drainant la prostate.40 Ces résultats indiquent que le signal CD40L des cellules T peut convertir la tolérance en courant continu. Notre laboratoire a précédemment démontré que les CD CD4-8-spléniques tolérogènes étaient capables de stimuler les réponses suppressives des lymphocytes T régulateurs CD4+ de type 1 en transformant la sécrétion bêta du facteur de croissance.41 Récemment, nous avons constaté que les CD4−8−DCs traités par anticorps anti-CD40 exprimaient une quantité plus élevée d’I-Ab, de CD54, de CD40, de CD80 et de CD86, et étaient capables de stimuler les réponses CD4 + Th1 et CD8 + CTL conduisant à l’induction de l’immunité antitumorale, indiquant que la ligature CD40 convertit efficacement les CD4−8−DCs tolérogènes en immunogènes.42 Ces données mettent en évidence l’importance de la signalisation CD40 pour résoudre le problème des CD tolérogènes.

La conversion de l’épuisement des CD8 + CTL par la signalisation CD40

L’épuisement des lymphocytes T est l’un des problèmes majeurs conduisant à un contrôle inefficace du virus chez les patients immunodéficients humains.43 L’épuisement des CD8+ CTL médié par une voie de mort cellulaire programmée du ligand-1 (PD-L1) se produit dans plusieurs infections chroniques entraînant une élimination inefficace du virus.44 Le blocage programmé de la protéine-1 (PD-1) de la mort cellulaire restaure la fonction des lymphocytes T CD8+ épuisés lors d’une infection chronique.43 L’importance de la signalisation induite par le CD40L dans le contexte du blocage du PD-1 pour le sauvetage de l’épuisement du CTL a déjà été proposée par Bhadra et al dans un modèle de toxoplasme.45 auteurs ont rapporté que le blocage de la voie CD40–CD40L annulait les effets bénéfiques du traitement anti-PD-L1 sur les lymphocytes T CD8+ épuisés et ont identifié CD40 comme l’une des molécules parmi un panel de molécules costimulatrices, qui était fortement régulée sur les lymphocytes T CD8 + chez des souris infectées chroniquement.45 Isogawa et al ont également constaté que l’activation médiée par le CD40 des CD myéloïdes pouvait sauver l’épuisement CTL des lymphocytes T CD8 + inhibés par la PD-1.46 Nous avons précédemment généré un nouveau vaccin à base de lymphocytes T ciblés EXO spécifiques aux OVULES (OVA-Texo) exprimant le CD40L, et démontré que le vaccin OVA-Texo stimulait de puissantes réponses CTL et la mémoire des lymphocytes T.47 Nous avons précédemment développé un modèle d’infection chronique de souris par infection de souris par un adénovirus exprimant des OVULES, dans lequel les CTL spécifiques aux OVULES exprimaient la PD-1 et le gène d’activation des lymphocytes-3 (LAG-3) qui étaient épuisés fonctionnellement.48 Nous avons également démontré que le vaccin OVA-Texo pouvait convertir l’épuisement des CTL par la signalisation CD40L par l’activation de la voie PI3K/ Akt / mTORC1.48 Nous avons récemment montré dans notre modèle d’infection chronique que la signalisation CD40L médiée par les anticorps de l’agoniste CD40 est également en synergie avec le blocage de PD-1 pour sauver les CTL épuisés.49 Ces études indiquent clairement que la signalisation du CD40 est très importante pour la conversion de l’épuisement du CTL dans une infection chronique.

Perspective

Il est largement admis que les molécules costimulatrices jouent un rôle crucial dans l’immunité et l’auto-immunité. Parmi les nombreuses molécules costimulatrices, CD40, un puissant stimulateur du système immunitaire, a été largement étudié pour sa contribution à l’orchestration de l’immunité protectrice. Lorsque CD40 se lie à CD40L, il recrute TRAF1 en TRAF6 dans ses domaines cytoplasmiques, et TRAF6 semble être prédominant dans la commande de la signalisation médiée par CD40.21 Un rôle essentiel de la signalisation CD40-CD40L sur les cellules T CD8+ dans le développement de la mémoire CTL est bien établi. Les progrès récents en immunologie suggèrent que les voies métaboliques jouent un rôle essentiel dans le contrôle de l’immunité des lymphocytes T.50 Il a été précédemment démontré que les lymphocytes T effecteurs nécessitent une glycolyse pour proliférer, alors que les lymphocytes T mémoires dépendent du métabolisme des acides gras pour leur survie à long terme. Étant donné qu’une carence en TRAF6 dans les lymphocytes T CD8+ les rend défectueux dans le métabolisme des acides gras 51 et que TRAF6 est une molécule critique dans les voies de signalisation en aval induites par le CD4021, il sera intéressant d’étudier le rôle de la signalisation CD40 dans la commutation du métabolisme des lymphocytes T effecteurs de la glycolyse à l’oxydation des acides gras pour le développement des lymphocytes T mémoire. Dans l’infection chronique, les CTL épuisés exprimaient non seulement la PD-1,43, mais également d’autres récepteurs inhibiteurs tels que LAG-3, les lymphocytes T Ig-3 (Tim-3) et TIGIT.52 Un effet accru sur la conversion de l’épuisement des CTL par un traitement combiné avec des antagonistes (blocages pour bloquer l’inhibition) pour différentes molécules inhibitrices telles que PD-1, LAG-3 et Tim-3 a été montré.53 Nos études49 et celles d’autres45,46 ont également démontré que la signalisation CD40 (molécule costimulatrice pour la stimulation) est cruciale pour convertir l’épuisement des CTL et peut se combiner avec le traitement anti-PD1 pour sauver les CTL épuisés dans une infection chronique. Il sera donc intéressant d’exploiter un effet potentiellement synergique de l’agoniste CD40 avec le traitement antagoniste contre d’autres molécules inhibitrices telles que LAG-3, Tim-3 et TIGIT en tant que thérapie combinée pour convertir l’épuisement des CTL en infection chronique (Figure 2).

Figure 2 Thérapie combinée pour sauver l’épuisement du CTL. Notes: Conversion de l’épuisement du CTL par un traitement combiné avec des antagonistes de différentes molécules inhibitrices telles que PD-1, LAG-3 et Tim-3 en agoniste de blocage et CD40 pour la stimulation. Abréviations: CTL, lymphocyte T cytotoxique; LAG-3, gène d’activation des lymphocytes-3; PD-1, protéine de mort cellulaire programmée-1; Tim-3, Ig-3 des lymphocytes T.

Remerciements

Cette étude a été financée par des fonds de recherche de l’Institut canadien de recherche en santé (PJT163314).

Divulgation

Les auteurs ne signalent aucun conflit d’intérêts dans ce travail.