Physiopathologie de l’autoimmunité

d’après le cours du Pr. Sophie Caillat-Zucman

JL TAUPIN INSERM U976 - Centre Hayem Lab of Immunology and Histocompatibility Hôpital Saint-Louis APHP University Paris-Diderot Jean-luc.taupin@aphp.fr

Plan du cours

1- Définitions fondamentales

2- Tolérance

- pour le LyT

centrale : sélection négative thymique, gène AIRE

périphérique : ignorance, anergie, délétion, suppression/régulation

déviation immune

- pour le LyB

centrale : sélection médullaire négative, “receptor editing”

périphérique : anergie, exclusion

3- Autoimmunité

- physiologique (auto-Ac naturels)

- pathologique (MAI) :

classification, acteurs, chronicité, modèles expérimentaux

- causes:

génétiques: MAI monogéniques, rôle du HLA, autres gènes

environnementales: infections

- mécanismes effecteurs:

auto-Ac

LyT

Définition du concept d’auto-immunité

• Tolérance = capacité du SI à ne pas s’activer vis-à-vis des

antigènes du soi (autoantigènes). Permet d’éviter les réactions

d’autoimmunité.

• La rupture des mécanismes de tolérance conduit à l’action

pathogène du SI vis à vis des constituants naturels de

l’organisme, et à l’apparition de MAI

• Le type de MAI dépend de la nature de l’autoantigène:

– spécifique d’organe (ex: cellules beta pancréatiques)

– ou systémique (ex: chromatine)

Autoréactivité et tolérance au soi

1. L’autoréactivité (et donc l’autoimmunité) est inhérente à l’extrême

diversité du répertoire des récepteurs d’Ag des Ly T (TCR) et B (BCR),

et donc au mécanisme central de la réponse adaptative

2. Les mécanismes de sélection positive des LyT (thymus) impliquent

une reconnaissance des molécules présentatrices (CMH)

3. Les mécanismes de sélection négative des LyT (thymus) impliquent

une reconnaissance des antigènes du soi

4. Les mécanismes de tolérance au soi concernent avant tout les LyT

CD4+ (délétion, anergie, cellules T régulatrices)

A/ Mécanismes de tolérance

• Plusieurs points de contrôle indépendants et successifs

(checkpoints)

• Tolérance centrale

• Tolérance périphérique

– Ignorance

– Anergie

– Délétion clonale

– Régulation/Suppression

– Déviation Immune

1- Mécanismes de la tolérance centrale

des lymphocytes T

Gènes du TCR se réarrangent de manière aléatoire lors de la différenciation thymique

risque de TCR autoréactifs

Sélection positive de

TCR reconnaissant

le CMH dans le cortex

thymique

Sélection négative

dans la médullaire thymique

Sélection thymique des lymphocytes T

pas de signal 1

pour le TCR

TCR de haute affinité

pour CMH/peptide du soi

exprimé sur cellules stromales

Sélection négative des lymphocytes T

• Mort par apoptose des Ly T immatures qui reconnaissent avec

FORTE affinité un Ag du SOI, présenté sous forme d’un peptide lié

à une molécule du CMH

• Les Ag du soi qui induisent une sélection négative sont présents à

concentration élevée :

– protéines plasmatiques

– protéines cellulaires courantes

– protéines spécifiques tissulaires

Rôle de AIRE (AutoImmune Regulator)

dans l’expression thymique d’Ag spécifiques de tissus

AIRE = facteur de transcription responsable de l’expression thymique d’Ag qui

sont fortement exprimés dans différents tissus

Expression de AIRE par les cellules épithéliales thymiques MEDULLAIRES

Mutations dans le gène AIRE

• Absence d’expression AIRE:

Ly T échappent à la sélection

négative

• Syndrome auto-immun rare

APECED: Polyendocrinopathie

auto-immune de type 1

– Candidose chronique

– Hypoparathyroïdisme

– Insuffisance surrénalienne

Certains Ly T autoréactifs échappent à la

sélection négative et passent en périphérie

2- Mécanismes de la tolérance périphérique T:

a) Ignorance

En situation normale, LyT autoréactifs

ignorent (ne « voient » pas) leur Ag

spécifique

- pas d’accès au site anatomique

(= sites immuns privilégiés: cerveau,

œil, testicules)

- concentration faible d’Ag (myocarde)

Ignorance peut être levée (activation T)

si effraction du site (œil), ou libération

de grande quantité d’Ag (infarctus)

2- Mécanismes de la tolérance périphérique T:

b) anergie

Absence de signaux de costimulation (signal 2) sur CPA immatures

Anergie peut être levée si forte concentration d’IL-2 (ex: réponse infectieuse)

2- Mécanismes de la tolérance périphérique T:

c) apoptose induite par l’activation

Mort cellulaire induite par l’activation:

- nécessaire pour limiter la

prolifération des T activés

- implique protéines proapoptotiques

- mutations Bcl-2, Fas

autoimmunité

Lymphocytes

T régulateurs (FoxP3)

2- Mécanismes de la tolérance périphérique T:

d) suppression par les LyT régulateurs

Défaut Treg par mutations Foxp3: syndrome IPEX

Immune dysregulation Polyendocrinopathy Enteropathy X-linked syndrome

3- Tolérance centrale des lymphocytes B

2 mécanismes: Sélection Négative

« Receptor Editing »

4- Tolérance périphérique des lymphocytes B:

B/ Auto-immunité

1- physiologique

• Présence de LT ou LB autoréactifs: caractéristique de tout

organisme normal, non dommageable pour l’organisme

• Lymphocytes T autoréactifs

– Présents chez tous les individus

– TCR de faible affinité ayant échappé à la sélection négative

– Tolérants en périphérie (ignorants, anergisés, supprimés)

– Peuvent être activés dans certaines circonstances MAI

• Lymphocytes B autoréactifs

– Auto-anticorps naturels

– Polyspécifiques, IgM, faible affinité

Auto-anticorps naturels

• Part importante des Ig circulantes

• Polyréactifs, ne dépendent pas d’une immunisation préalable

• IgM, faible affinité, gènes en configuration germinale

• Rôle dans les défenses contre les infections, élimination des GR

sénescents

• Répertoire limité à un nombre restreint d’autoAg dominants

• Produits par une sous-population de LB CD5+

B/ Auto-immunité

2- Maladies auto-immunes

• Prévalence globale: 5 % (3ème cause de mortalité dans les pays

industrialisés)

• Déterminisme multifactoriel:

– Facteurs génétiques: gènes de prédisposition

– Facteurs environnementaux

• Nécessite une rupture de tolérance aux Ag du soi (lymphocytes T CD4)

• Implique l’ensemble de la réponse immunitaire

– Mécanismes effecteurs: auto-anticorps, lymphocytes T

• MAI très hétérogènes

• Evolution chronique

Classification des MAI

MAI spécifiques d’organe MAI systémiques

Diabète de type I

(cellules beta pancréatiques) Polyarthrite rhumatoïde

Syndrome de Goodpasture

(membrane basale glomérulaire) Sclérodermie

Sclérose en plaque

(myéline)

Lupus érythémateux disséminé

Syndrome de Sjögren

Polymyosite

Thyroïdite de Hashimoto

Maladie de Basedow

Maladie d’Addison

Anémie hémolytique auto-immune

Vitiligo

Myasthénie

Les MAI impliquent tous les acteurs

de la réponse immunitaire

Maladie Lymphocytes T Lymphocytes B Anticorps

Lupus

érythémateux

disséminé

Pathogènes

Aide pour les

LyB

Présentation Ag

aux LyT Pathogènes

Diabète type I Pathogènes Présentation Ag

aux LyT

Présents

Non pathogènes

Myasthénie Aide pour les

LyB Production d’Ac Pathogènes

Sclérose en

plaque Pathogènes

Présentation Ag

aux LyT

Présents

Rôle ?

MAI = Maladies chroniques

1. Stimulation chronique par l’auto-Ag qui ne peut être facilement éliminé

2. Libération/exposition de nouveaux auto-Ag (cryptiques) due à

l’inflammation chronique diversification de la réponse avec le temps

= « epitope spreading »

Intérêt des modèles expérimentaux

• Permettent d’étudier différents facteurs prédisposant aux MAI:

– Facteurs génétiques

– Facteurs environnementaux

• Permettent:

– Caractérisation des auto-Ac circulants

– Etude des LyT auto-réactifs

– Etude de la production de facteurs pro-inflammatoires (cytokines)

• Permettent d’étudier la contribution relative des :

– LyT auto-réactifs

– Auto-Ac

par des expériences de transfert d’individu malade à individu sain

Modèles expérimentaux d’autoimmunité

• Modèles de MAI spontanées:

– Syndrome lupique:

• Souris NZB/W (F1)

• Souris MRL/lpr

– Diabète:

• Souris NOD

• Modèles de MAI induites:

– Thyroïdite auto-immune expérimentale:

• injection de thyroglubuline associé à adjuvant de Freund

– Encéphalomyélite aiguë expérimentale (EAE):

• Injection d’un broyat de cerveau ou de protéine basique de la myéline (MBP) associé à adjuvant de Freund

Modèle animal d’EAE

Mise en évidence du rôle pathogène des

lymphocytes T auto-réactifs

EAE: Transfert de la maladie à souris saine (CMH-identique)

par les Ly T de souris malade

Mécanismes d’auto-immunité: rôle des facteurs génétiques et environnementaux

a) Facteurs de prédisposition génétique

• Observation de cas familiaux de MAI

– Taux de concordance entre jumeaux monozygotes, ou dans fratrie

– Diversité de MAI dans certaines familles

Gènes de prédisposition

• MAI monogéniques par mutations dans un gène: très rares

– Gène AIRE (sélection thymique)

– Gène Foxp3 ( Ly T régulateurs; Forkhead/wing helix transcription

factor protein 3, chromosome X)

– Gène Fas (apoptose)

• Maladies multigéniques

Association entre HLA et MAI

• Certaines MAI surviennent plus fréquemment lorsque l’individu exprime

certains allèles HLA: notion d’association HLA-MAI

• Les molécules HLA présentent des peptides antigéniques aux Ly T (HLA-

1/CD8, HLA-2/CD4)

– Rôle dans la sélection positive et négative des clones auto-réactifs

– Rôle dans la présentation des peptides (y compris auto-antigènes)

• Allèle HLA: nécessaire mais non suffisant,

mécanisme d’action: présentation de peptide autoantigénique?

Association HLA et MAI:

Notion de Risque Relatif

Maladie HLA Risque

Relatif

Sex ratio

(F/H)

Spondylarthrite

ankylosante B27 88 0,3

Polyarthrite rhumatoïde DR4 4,2 3

Diabète de type 1 DR3/DR4 25 1

Lupus érythémateux

disséminé DR3 5,8 15

Sclérose en plaques DR2 4,8 10

Autres gènes de prédisposition

• Combinaison de plusieurs variants normaux de gènes polymorphes

• Contribution individuelle moins claire que pour les gènes du CMH

• Modèles animaux +++

• Gènes codant pour des molécules impliquées dans la réponse immune

(cytokines, molec. costimulation/adhésion…)

• Ex: Rôle de polymorphismes dans les gènes de:

– Complément (C1q, C2, C4),

– Mannose-binding lectine

– Récepteurs du fragment Fc

– Cytokines (TNF)

Syndromes

lupiques

b) Facteurs déclenchants environnementaux

• Augmentation de l’incidence des MAI dans pays industrialisés

• Rôle des microorganismes:

– Diabète et entérovirus?

– Rôle « protecteur » de certaines infections

• Agents physicochimiques

– UV et lupus

– Médicaments

• Oestrogènes

• Post-traumatique: ex Ag exclu du cristallin et uvéite

Rôle des agents pathogènes

Rôle des infections

Exemples de MAI dues à un mimétisme moléculaire

Maladie Agents

infectieux

Auto-antigènes

Rhumatisme

articulaire aigu

M5 streptocoque

hémolytique

Myosine,

tropomyosine

Glomérulonéphrite

aigue post-

streptococcique

Streptocoque Ag glomérulaire

Anémie

hémolytique AI

Divers (EBV,

mycoplasmes…)

Ag erythrocytaires

Ii

Syndrome de

Guillain Barré

Divers virus gangliosides

Activation des lymphocytes autoréactifs par

rupture d’un site immunitaire privilégié

• Action directe sur la cellule cible:

– Liaison directe sur l’Ag à la mb cellulaire (ex GR)

– Destruction par cytotoxicité cellulaire dépendante des Ac

• Action directe sur l’antigène cible:

– Blocage de la fonction (AChR-myasthénie)

– Stimulation de l’activité (TSHR-hyperthyroïdie)

• Action des complexes immuns circulants (Ag extra-cellulaire):

– Formation de CIC avec l’antigène

– Activation du complément

– Réaction inflammatoire

– Dépôts de CIC sur la cellule cible

– Cytolyse par activation du complément in situ

Mécanismes de l’autoimmunité:

1/ Rôle des auto-anticorps

Mise en évidence du rôle pathogène

des auto-anticorps

Transfert d’anticorps anti-récepteur de TSH (IgG ) pendant la grossesse

hyperthyroïdie néonatale

MAI à auto-anticorps

avec transfert materno-foetal

Maladie Autoanticorps Symptômes

Myasthénie Anti-récepteur de

l’acétylcholine

Faiblesse musculaire

Maladie de Basedow Anti-récepteur de la TSH Hyperthyroïdie

Purpura

thrombocytopénique

auto-immun

Anti-plaquettes

(GPIIb:IIIa)

Purpura, hémorragie

BAV congénital

Lupus néonatal

Anti-Ro/SSA Bradycardie, éruption,

photosensibilité

Pemphigus vulgaire Anti-desmogléine 3 Eruption bulleuse

Action directe sur la cellule cible:

Anémie hémolytique auto-immune

Antibody-dependant cellular cytotoxicity

(ADCC)

• Les anticorps (IgG) forment un pont entre la cellule cible (Fab) et la cellule

effectrice (Fc)

• Lésions tissulaires induites par ADCC, ex: Thyroïdite de Hashimoto

Action directe sur l’antigène cible:

Auto-Ac stimulants (= agonistes)

Exemple de la

maladie de Basedow:

- Ac anti-récepteur de la TSH

- Hyperthyroïdie

Action directe sur l’antigène cible:

auto-Ac bloquants

Exemple de la myasthénie:

Ac anti-récepteur de l’acetylcholine

Auto-Ac dirigés contre des

protéines extra-cellulaires

Exemple du syndrome de

Goodpasture:

- Ac dirigés contre la chaîne 3 du

collagène de type IV présent sur la

MB des glomérules rénaux et

capillaires pulm.

- Activation des phagocytes via le

récepteur Fc entraînant des lésions

tissulaires sévères amplifiées par

l’activation locale du cplt

Elimination des complexes immuns circulants

(CIC) par les érythrocytes exprimant CR1

Accumulation des CIC si

-défaut d’élimination

-production accrue

lésions tissulaires

(vascularite)

Lupus érythémateux disséminé

• MAI caractérisée par la production d’auto-Ac anti-ADN natif

• Les cibles des auto-Ac (ADN, histones, ribosomes, RNP) sont normalement intracellulaires mais peuvent être exposées à la surface des cellules apoptotiques ou en cas de lésion tissulaire/cellulaire

• Formation chronique de CIC qui se déposent dans les tissus (rein, peau, articulations), activent le complément et les macrophages

Lésions tissulaires

Formation chronique de CIC:

exemple du lupus érythémateux disséminé

Mécanismes de l’autoimmunité:

2/ Rôle pathogène des lymphocytes T

• Les lymphocytes T CD4+ jouent un rôle central dans les réponses

auto-immunes:

– Rôle direct (production cytokines inflammatoires)

– Indispensables à la production d’auto-anticorps (coopération T-B)

• Analyse beaucoup plus complexe que pour les auto-AC:

contribution de différentes sous-population T (Th1/Th17, Treg)

spécificité Ag difficile à caractériser

Rôle des lymphocytes T CD4+:

Exemple de la PR

Rôle des lymphocytes T:

exemple du diabète de type 1

Les différents facteurs contribuant à la

survenue du diabète de type 1

Si nous avons le temps….

Une autre relation entre

infection et autoimmunité

l’infection progresse moins vite

chez l’hétérozygote pour tous

les loci de classe I

certains antigènes HLA ont

une influence considérable

sur la vitesse d’évolution

de l’infection : B35, Cw4

lequel ? déséquilibre de liaison +++

HLA de classe I et VIH : HLA-B

Effet des allèles HLA-B sur l’évolution

du taux de CD4+ et de la charge virale

HLA de classe I et VIH : HLA-B

Bw4/Bw6

Effet des allèles HLA-B sur l’évolution du

taux de CD4+ et de la charge virale

effet protecteur du caractère Bw4

HLA de classe I et VIH : HLA-B

Allèles protecteurs Mécanismes

1) HLA-B57:

- 40% des elite controllers vs <10% des non controllers

- Présentation de peptides indispensables au virus (Gag)

non mutables sous peine de perte de fitness virale

2) HLA-B27:

- présente des peptides de Gag

- résistance par mutation à la présentation est complexe : 3 AA

mais en cas de succès, pas de perte de fitness

… beaucoup d’autres allèles, mais à un niveau très variable, et surtout effet du polygénisme HLA

gènes A+B+C , x2 , homo ou hétérozygotie…

HLA de classe I et VIH : HLA-B

1100 contrôleurs et 628 progresseurs (d’après charge virale)

Groupage HLA-B

Etendue du répertoire connu pour 4 allèles

Calcul du risque de progression/contrôle par allèle

HLA de classe I et VIH

Protéome humain

107 peptides compatibles avec le HLA de classe I

70 000 pour B*57:01 180 000 pour B*07:02

Sélection négative des

thymocytes peu stringente

Répertoire antigénique (TCR)

de LyT plus large en périphérie

Répertoire antigénique (TCR)

de LyT moins large en périphérie

Sélection négative des

thymocytes plus stringente

bonne adaptation aux

mutants viraux d’échappement

moins bonne adaptation aux

mutants viraux d’échappement

Mécanismes

HLA de classe I et VIH : HLA-B

Prenons un peu de hauteur………

Protéome humain

107 peptides compatibles avec le HLA de classe I

70 000 pour B*57:01 180 000 pour B*07:02

répertoire TCR large

bonne réponse antivirale

répertoire TCR moins large

moins bonne réponse antivirale

+ d’autoimmunité et

d’immunopathologie

ex: B27, B57

moins d’autoimmunité et

d’immunopathologie

Associations HLA et immunopathologie

Associations HLA et immunopathologie

Le HLA peut être directement impliqué dans la maladie

ou n’être qu’un marqueur de la présence du gène responsable

(par déséquilibre de liaison)

ex n°1 : B14 et gène HFE dans l’hémochromatose

ex n°2 : DR3 et maladie coeliaque

- les gènes responsables sont DQB1*02 (= DQ2) et DQB1*0302 (= DQ8)

- DQB1*02 est presque toujours associé à DR3

- tous les DQB1*02 ne sont pas concernés : il faut DQA1*05

Si nous avons le temps…..

une autoimmunité qui n’en est pas

vraiment une

Une précision: la réponse immune ne se fait pas contre le médicament mais contre des

peptides du patient traité, peptides qui ne sont pas présentés par le HLA du patient

en l’absence du médicament : peptides auto (du soi dans le sens où ils sont codés

par le génome du patient) mais aussi “allo” (dans le sens où ces peptides

dérivés du génome humain ne font pas partie du soi pour le HLA du patient). Le

médicament modifie le HLA du patient, qui devient alors un HLA “allo”.

HLA et hypersensibilité médicamenteuse :

exemple de HLA-B*57:01 et abacavir

HLA de classe I

LyT CD8+

Fréquence de HLA-B*57:01 et allèles associés

Sous-types HLA-B*57

B17 (sérologie)

B58

B57 ~9 % Caucasiens

~20 % Africains

~1 % Caucasiens

~10 % Africains

~7-20 % Asiatiques*

~4-8 % Caucasiens

~6 % Africains

~1 % Asiatiques

www.AlleleFrequencies.net

*HLA-B58 =

allèle HLA-B

plus fréquent

chez

les asiatiques

américains

*HLA-B5703 =

allèle

spécifique aux

populations

africaines - - 0 % (Singapore), 0,5 % (HK) Asiatiques

4 %** 2 %(Zulu) 4 %(US), 0 % (Zulu) Africains

0,2 % - ~8 %(US), 7,5 % (Nth Irish) Caucasiens

B*57:03 B*57:02 B*57:01

L’abacavir est un haptène

Naisbitt DJ., Pirmohamed M., Park BK., Current Allergy

and Asthma Reports 2003;3:22-29

CD4+ ou CD8+

Produit

Métabolite

actif

Fixation aux

protéines

Antigène Hypersensibilité

MHC Signal 1

(Antigène issu du produit)

Tissu cible APC

Cellule T

Enzyme cellulaire

Les LyT CD8+ de

patients VIH+ sensibilisés

à l’abacavir reconnaissent

l’abacavir présenté par

HLA-B57 (lignée C1R-B*57:01)

non montré :

la présentation nécessite

un traitement par la cellule

de l’Abacavir et une

synthèse de novo de B*57:01

Mécanismes de l’HS à l’abacavir

La réponse CD8 est strictement

dépendante de la présence de

B*57:01, les allèles les plus

proches sont inefficaces

Un seul acide aminé (Ser 116) de la poche à peptide

fait la différence !

114 Asp

116 Ser

1- hapten-carrier : couplage covalent à un peptide présenté par le HLA

(démontré pour les beta-lactamines)

2- interactions ioniques avec HLA et TCR (ion Nickel Ni+)

3- interactions de faible affinité avec HLA et TCR (certains médicaments ?)

Pichler et al. Allergology Int, 2006, 55; 17-25

Immunity 2007: