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Numéro
Med Sci (Paris)
Volume 29, Numéro 4, Avril 2013
Page(s) 425 - 429
Section M/S Revues
DOI https://doi.org/10.1051/medsci/2013294017
Publié en ligne 26 avril 2013

© 2013 médecine/sciences – Inserm / SRMS

Buts et principe de l’auto-vaccination

Une production excessive ou inappropriée d’interleukines (IL) joue un rôle causal dans des maladies inflammatoires ou allergiques ; c’est le cas dans la polyarthrite rhumatoïde avec l’IL-1β [1] et le TNF-α (tumor necrosis factor α) [2], et dans l’asthme avec l’IL-13 [3]. Une manière relativement aisée de contrecarrer les effets néfastes de ces dérèglements est de mobiliser le système immunitaire de l’hôte par le biais d’une auto-vaccination. Cette approche peut être appliquée chez les animaux de laboratoire pour étudier le rôle physiologique ou l’implication pathologique d’une cytokine particulière. L’auto-vaccin constitue donc une alternative à l’inactivation génique, certes moins complète, mais plus aisée et plus modulable que celle-ci. De plus, chez la souris, elle permet d’obtenir des anticorps monoclonaux dont l’utilisation in vivo peut être prolongée indéfiniment sans induire de réponse immunitaire, inévitable lors de l’utilisation d’anticorps xénogéniques.

Au vu des connaissances actuelles, l’auto-vaccination se base sur les principes suivants. Il est bien établi que l’activation d’un lymphocyte B immature requiert l’aide d’un lymphocyte T. Cependant, les lymphocytes T auto-réactifs sont éliminés de manière très efficace par sélection négative intrathymique [4]. Ceux qui échappent à ce processus sont maintenus sous contrôle par plusieurs types de cellules T régulatrices périphériques (Treg et Tr1) [5]. Pour les lymphocytes B auto-réactifs, il existe également plusieurs processus capables de les inactiver, tels que la délétion par apoptose de lymphocytes B de haute affinité pour des antigènes du soi [6], le réarrangement de locus de chaînes légères diminuant leur affinité [7], et l’anergie qui permet leur persistance dans un état non fonctionnel [8]. Cependant, l’absence de production d’auto-anticorps découle principalement d’une absence d’aide appropriée de lymphocytes T. Dès lors, si à l’antigène autologue reconnu par un lymphocyte B immature, on adjoint par couplage chimique ou manipulation génétique une séquence protéique étrangère, le complexe capturé par l’immunoglobuline de surface sera en partie internalisé, et des peptides dérivés de la protéine étrangère seront présentés par le lymphocyte B auto-réactif. Cette présentation antigénique, trompeuse ou illicite, contourne donc l’absence de T auto-réactifs puisque des lymphocytes T reconnaissant les peptides étrangers fourniront l’aide requise (Figure 1).

thumbnail Figure 1.

Présentation « illicite » d’un antigène étranger par un lymphocyte B auto-réactif. Exemple de la production d’anticorps anti-IL-9. OVA : ovalbumine ; MHC : major histocompatibility complex ; TCR : T cell receptor.

Survol historique et méthodologique de l’auto-vaccination

Auto-vaccins protéiques

La première approche de l’auto-vaccination est le croisement d’espèce : une protéine hétérologue peut, dans certains cas, entraîner la production d’anticorps qui présentent une réaction croisée avec la protéine autologue équivalente. Cette réaction est cependant imprévisible, ce qui limite évidemment son efficacité.

Une autre tentative a été l’utilisation d’une protéine inactivée, une technique bien établie pour diverses toxines, dont celles du choléra et du botulisme. Une tentative d’auto-vaccination thérapeutique basée sur ce principe fut réalisée par D. Zagury [9] pour induire des anticorps anti-IFNα (interféron α) chez des patients infectés par le VIH (virus de l’immunodéficience humaine), en combinant des peptides du VIH avec de l’IFNα inactivé par le formaldéhyde. Seulement 30 % des 112 personnes vaccinées ont développé des anticorps anti-IFNα, mais l’incidence de troubles liés à l’infection était plus faible chez ces patients [10]. Ceci montrait donc qu’une auto-vaccination était envisageable chez l’homme même si la procédure utilisée n’était pas optimale.

Le maillon manquant dans ces expériences était très certainement un élément capable d’activer efficacement les lymphocytes T auxiliaires. En 1996, Mouritsen démontra que la substitution de 11 acides aminés de l’ubiquitine, une protéine très conservée et donc très peu immunogène lors d’hétéro-immunisations, par des séquences de l’ovalbumine (OVA 325-336) ou du lysozyme de poule (Lys 50-61), permettait l’induction d’une réponse immunitaire contre l’ubiquitine non modifiée [11]. En 1999, une modification similaire du TNF-α a permis la production d’auto-anticorps offrant une protection contre l’arthrite expérimentale [12]. À la même époque, nous avons couplé l’IL-9 murine à l’ovalbumine entière en présence de glutaraldéhyde [13] (Figure 1). Cet auto-vaccin provoqua une production importante d’anticorps anti-IL-9 inhibiteurs, qui diminuaient la capacité des souris à expulser le parasite intestinal Trichuris muris par le biais d’une perte de contractilité des muscles intestinaux [14] mais, en revanche, amélioraient la résistance de souris BALB/c à Leishmania major [15]. Ces résultats démontraient le pouvoir analytique de cette approche expérimentale.

Différentes protéines étrangères ont été utilisées pour rompre la tolérance contre des cytokines autologues, dont l’hémocyanine de patelle (KLH). Des auto-vaccins utilisant cette dernière, baptisés kinoïdes par analogie au toxoïdes (toxines bactériennes inactivées), ont été développés contre le TNF-α, l’IFNα, l’IL-4 et le VEGF (vascular endothelial growth factor) par le groupe de D. Zagury (Neovacs SA) [16]. Ces divers kinoïdes ont des effets fonctionnels très marqués in vivo. Par exemple, le kinoïde IFNα diminue les manifestations lupiques des souris NZB/W [17], et celui dirigé contre le VEGF induit des anticorps capables de diminuer la croissance de tumeurs humaines transplantées dans des souris immunodéficientes NOD/SCID (pour une revue plus complète des auto-vaccins à base de kinoïdes, voir [18]).

Nous avons également amélioré nos vaccins en développant une forme polymérique d’ovalbumine couverte de glutaraldéhyde (OVAglu) capable de se coupler aux groupements aminés présents sur les protéines cibles. Grâce à ce polymère OVAglu, nous avons développé des auto-vaccins contre l’IL-17 [19], le GM-CSF (granulocyte macrophage colony stimulating factor), l’IL-25, le TGF-β1 (transforming growth factor β1), l’IL-27 p28 (IL-30), la chimiokine CXCL6/GCP-2 (granulocyte chemotactic protein-2) et la métalloprotéase MMP9 [20].

Une autre forme de transporteur très efficace pour obtenir une auto-vaccination est constituée par les VLP (viral like particles). Ces nanoparticules icosahédriques d’un diamètre de 25 à 100 nm sont formées par l’assemblage répétitif de protéines identiques. Celle produite par le bactériophage Qβ, un Allolevirus qui n’infecte qu’E. coli, est la seule à avoir été utilisée chez l’homme. Le caractère répétitif des déterminants antigéniques des VLP est responsable de l’activation massive des lymphocytes B lors de certaines infections virales [21]. Les VLP peuvent incorporer des peptides non viraux et induire une réponse immunitaire contre ceux-ci. De plus, elles contiennent des quantités importantes d’ARN d’E. coli qui peuvent activer les Toll-like récepteurs (TLR) 7 et 8 et induire une réaction inflammatoire immunostimulante. Toutes ces caractéristiques confèrent aux VLP des propriétés intéressantes dans le développement de vaccins thérapeutiques [22]. Cependant, pour être incorporé dans une VLP, le peptide ne peut pas dépasser une taille de 20 acides aminés. En introduisant une lysine dans le domaine le plus exposé de la protéine HBcAg constituant la VLP, baptisée Qb VLP, il s’est avéré possible de coupler celle-ci à toute protéine présentant une cystéine libre par le biais d’un agent couplant bifonctionnel (Figure 2) [23]. M.F. Bachmann (Cytos Biotechnology AG) a ainsi prouvé le rôle essentiel de l’IL-17 dans la myocardite murine expérimentale [24].

thumbnail Figure 2.

Virus-like particle (VLP) à laquelle est couplé un antigène autologue. L’illustration a été transmise par Martin Bachmann (Cytos Biotechnology, Zürich, Suisse).

Auto-vaccins nucléiques

Une limitation inhérente à tous les vaccins décrits plus haut est qu’il faut disposer de quantités non négligeables de la protéine cible purifiée. L’injection d’ADN permet de contourner cet obstacle. Ainsi, l’ADN codant pour une IL-5 murine modifiée, injecté dans le muscle de souris C3H, induit des anticorps inhibant l’éosinophilie pulmonaire et l’hyperréactivité bronchique allergique [25]. Il est probable que les séquences CpG présentes dans l’ADN plasmidique activent le TLR9 (Toll like receptor 9) et procurent un effet adjuvant en induisant un environnement inflammatoire.

Une procédure apparentée, développée par J.C. Renauld dans notre laboratoire, utilise l’ADNc de la protéine cible en fusion avec celui du CD134L humain. CD134L (OX-40L/CD252) est une protéine transmembranaire de type II, membre de la famille du TNF, normalement exprimée par certaines cellules dendritiques et les lymphocytes B. L’interaction de CD134L avec CD134 (OX-40), membre de la famille des récepteurs du TNF exprimé par les lymphocytes T activés, augmente la production d’immunoglobulines et induit une réponse TH2 (T helper) des T CD4 auxiliaires, ce qui favorise également la réponse anticorps [2628]. Outre son apport potentiel en déterminants T helper xénogéniques, CD134L permet une exposition de la protéine cible à la surface des cellules transfectées (Figure 3). L’interaction entre le CD134L et son récepteur sur les T CD4 de souris reste hypothétique. Cette technique a été utilisée en injectant à des souris DBA/2 des cellules tumorales syngéniques P1HTR (variantes du mastocytome P815) transfectées par un plasmide codant pour l’IL-22BP murine-hCD134L [29]. Une variante de cette procédure est l’électrotransfert du plasmide dans les cellules musculaires du tibialis. Cette variante permet d’étendre la vaccination à d’autres souches de souris que la DBA/2.

thumbnail Figure 3.

Expression membranaire d’une protéine autologue fusionnée avec CD134L humain. L’illustration a été transmise par Jean-Christophe Renauld (Institut Ludwig et faculté de médecine, UCL, Bruxelles, Belgique). La séquence reliant le hCD134L et l’antigène murin, (G4S)3, est constituée de trois motifs répétitifs composés chacun de quatre glycines (G) et d’une sérine (S).

Auto-vaccins comme source d’anticorps monoclonaux autologues

L’auto-vaccination permet l’obtention d’anticorps monoclonaux de souris contre des protéines de la même espèce, un avantage considérable pour des études fonctionnelles in vivo. À titre d’illustration, l’anticorps MM17F3 anti-IL-17 a été utilisé pour démontrer le rôle essentiel joué par cette cytokine dans l’encéphalite auto-immune expérimentale [30]. Un autre anticorps monoclonal dérivé de souris auto-vaccinées et dirigé contre la chimiokine CXCL6/GCP2 a mis en évidence la contribution essentielle de cette dernière dans la migration des neutrophiles dans des tissus infectés par Leishmania major [20]. Cet anticorps a également contribué à la première démonstration de l’effet proangiogénique de cette chimiokine qui favorise la croissance tumorale [31]. Ces exemples illustrent l’importance de ce type de procédures qui permettent aisément de tester la contribution d’une cytokine dans des environnements génétiques distincts, un avantage pratique évident par rapport à l’utilisation de souris knock-out.

Conclusion

L’auto-vaccination, qui au départ n’était qu’une « anecdote » immunologique, est devenue en quelques années un outil très performant pour l’analyse fonctionnelle de multiples facteurs biologiques. Elle offre un outil très puissant pour la production d’anticorps monoclonaux autologues chez l’animal et également contre des protéines humaines trop apparentées à leur équivalent murin pour permettre une immunisation efficace.

Son application thérapeutique directe chez l’homme reste confrontée au caractère difficilement contrôlable de la réponse dans le temps. Cependant, dans des maladies chroniques, telles que la polyarthrite rhumatoïde ou le lupus érythémateux disséminé, dans lesquelles la production excessive d’un facteur bien défini, en l’occurrence le TNF-α ou l’IFNα, joue un rôle critique, l’auto-vaccination pourrait offrir une alternative intéressante à l’administration d’anticorps exogènes. À cet égard, une revue récente publiée par H. Le Buanec et al. [32] fait une comparaison détaillée de l’immunothérapie anticytokine passive et active dans des modèles murins et décrit également l’état actuel des applications humaines et des essais cliniques en cours.

Liens d’intérêt

Les auteurs déclarent n’avoir aucun lien d’intérêt concernant les données publiées dans cet article.

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Liste des figures

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Présentation « illicite » d’un antigène étranger par un lymphocyte B auto-réactif. Exemple de la production d’anticorps anti-IL-9. OVA : ovalbumine ; MHC : major histocompatibility complex ; TCR : T cell receptor.

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Virus-like particle (VLP) à laquelle est couplé un antigène autologue. L’illustration a été transmise par Martin Bachmann (Cytos Biotechnology, Zürich, Suisse).

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Expression membranaire d’une protéine autologue fusionnée avec CD134L humain. L’illustration a été transmise par Jean-Christophe Renauld (Institut Ludwig et faculté de médecine, UCL, Bruxelles, Belgique). La séquence reliant le hCD134L et l’antigène murin, (G4S)3, est constituée de trois motifs répétitifs composés chacun de quatre glycines (G) et d’une sérine (S).

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