Tolérance et rejet en transplantation

2009


ANALYSE

3-

Origines et mécanismes du rejet chronique

La transplantation d’organes a permis de restaurer la fonction d’organes transplantés tels que le cœur, le poumon, le foie, l’intestin, le pancréas et le rein. Elle est associée à une augmentation de la survie des malades ayant une dysfonction de l’organe correspondant, en particulier lorsqu’il n’existe pas de technique de suppléance thérapeutique. Dans le cas de l’insuffisance rénale chronique pour laquelle l’hémodialyse chronique pallie la déficience de l’organe, la transplantation rénale améliore la qualité de vie et la survie des patients présentant une insuffisance rénale terminale (Wolfe et coll., 1999renvoi vers). Depuis le début des années 1980, la survie des greffons à un an a augmenté de manière très significative (plus de 90 % à un an) (Hariharan et coll., 2000renvoi vers; Pascual et coll., 2002renvoi vers). Néanmoins, les résultats à long terme ont peu changé et surtout le pourcentage de greffons perdus chaque année après la première année n’a pas évolué (Meier-Kriesche et coll., 2004renvoi vers). La mort avec un greffon fonctionnel et la néphropathie chronique d’allogreffe (NCA) sont les principales causes de la perte de greffon (Halloran et coll., 1999renvoi vers; Ojo et coll., 2000renvoi vers; Matas et coll., 2002renvoi vers; Pascual et coll., 2002renvoi vers). La prédominance de la NCA est de 60-70 % dès la première année post-greffe (Solez et coll., 1998renvoi vers; Nankivell et coll., 2003renvoi vers). La NCA est une entité qui regroupe différents mécanismes induisant une fibrose interstitielle et une atrophie tubulaire. L’histoire naturelle de la NCA a suggéré qu’elle puisse résulter de phénomènes immunologiques et de phénomènes non-immunologiques en particulier liés à la toxicité de l’inhibiteur de la calcineurine (CNI) (Nankivell et coll., 2003renvoi vers). Pour les autres organes, une dysfonction chronique est également observée et est responsable d’une perte prématurée du transplant.

Classification de la néphropathie chronique d’allogreffe

Au cours des dernières années, des efforts importants ont été réalisés pour décrire et classer les dysfonctions chroniques d’organe. En transplantation rénale, l’analyse histologique a permis dès 1990 de proposer une classification pour la dysfonction chronique d’allogreffe (Classification « Banff 97 » : Racusen et coll., 1999renvoi vers). Cette classification a été revisitée très régulièrement pour intégrer les données scientifiques les plus récentes et tenter de différencier les lésions associées au rejet chronique de celles observées en réponse à des facteurs de risque cardiovasculaire ou à la toxicité des inhibiteurs de la calcineurine. Le rapport de la réunion de Banff de 2005 a classé les dysfonctions chroniques du greffon. Il a différencié les lésions évocatrices de rejet chronique d’allogreffe (incluant les lésions dépendantes d’anticorps activant le complément) et l’artérite cellulaire et des lésions moins spécifiques de fibrose interstitielle/atrophie tubulaire (FI/AT) (Solez et coll., 2007renvoi vers et 2008renvoi vers). Ces lésions de FI/AT apparaissent très précocement au décours de la greffe. À un an post-transplantation, plus de 80 % des reins ont des lésions minimes de FI/AT qui vont s’aggraver au cours du temps correspondant à plus de 50 % des cas de lésions sévères à 5 ans.

Lésions histologiques observées

La compréhension des mécanismes impliqués dans la survenue du rejet chronique a grandement progressé depuis la description de modèles animaux chez le rongeur permettant de recréer les lésions d’artérite cellulaire dans différents modèles de greffe de cœur ou de vaisseaux allogéniques (Yuan et coll., 2002renvoi vers). Ainsi, il a pu être mis en évidence au cours du rejet chronique une augmentation de l’intima entraînant une diminution du calibre des vaisseaux, puis une destruction de la limitante élastique interne. L’épaississement est lié à une accumulation de matrice extracellulaire et à la prolifération de cellules myofibroblastiques (Pedagogos et coll., 1997renvoi vers; Pil-more et coll., 2000renvoi vers; Ramirez et coll., 2006renvoi vers). À la périphérie du vaisseau, une accumulation de macrophages et de lymphocytes T CD4 est observée (Thaunat et coll., 2005renvoi vers et 2006renvoi vers; Thaunat et Nicoletti, 2008renvoi vers; Thaunat et coll., 2008renvoi vers). En revanche, les lymphocytes T CD8 sont rarement présents. Dans certains cas, des structures adoptant une organisation lymphoïde sont décrites. Elles comportent en majorité des lymphocytes B capables de synthétiser des anticorps dirigés contre le donneur. Ces lésions ont été mises également en évidence au niveau de greffons rénaux, ce phénomène est dénommé organogenèse lymphoïde tertiaire (Thaunat et coll., 2005renvoi vers et 2006renvoi vers; Thaunat et Nicoletti, 2008renvoi vers; Thaunat et coll., 2008renvoi vers). Elle participe ainsi à la pérénisation du rejet chronique et possiblement à maintenir localement des lymphocytes T et B mémoires capables de synthèse de cytokines et d’anticorps. Les mécanismes de survie de ces lymphocytes et leur sensibilité aux différentes drogues immunosuppressives restent à démontrer et constituent un enjeu important pour le traitement du rejet chronique.

Implication du système immunitaire

L’implication des lymphocytes dans la genèse des lésions de rejet chronique a pu être déterminée grâce à l’étude de souris génétiquement invalidées. Dans un modèle de souris dont les gènes codant pour CD40 ou pour CD40L (molécule de coactivation des lymphocytes T) ont été invalidés, les lésions de rejet chronique cardiaque ne sont pas observées suggérant que les lymphocytes T activés sont nécessaires pour l’initiation du phénomène de rejet chronique. Des résultats comparables sont observés en traitant les souris avec des anticorps anti-CD40L (Guillot et coll., 2002renvoi vers). En revanche, les anticorps bloquant les CD40L présents sur les cellules présentatrices d’antigène n’inhibent que faiblement la survenue de rejet chronique.

Rôle des anticorps et des cellules endothéliales

L’implication des anticorps dirigés contre le greffon dans le rejet chronique a été suggérée par plusieurs groupes mettant en évidence une corrélation négative entre l’apparition d’anticorps dirigés contre le donneur ou l’obtention d’anticorps anti-donneur à partir de l’élution d’organe transplanté et la survie de l’organe greffé (Sis et coll., 2007renvoi vers; Mao et coll., 2007arenvoi vers et brenvoi vers). L’apparition de nouvelles techniques d’identification des anticorps par FACS (cytométrie en flux), Luminex (cytométrie en flux avec des microbilles recouvertes de peptides) et ELISA (Enzyme-linked immunosorbent assay) a permis une meilleure analyse de la situation (Pei et coll., 2003renvoi vers). De plus, les données récentes mettant en évidence, au cours de lésions de rejet chronique, l’existence de dépôts de C4d en immunofluorescence suggèrent l’implication des anticorps anti-HLA capables d’activer le complément (Nickeleit et coll., 2002renvoi vers; Regele et coll., 2002renvoi vers). Toutefois, les observations réalisées à partir des transplantations ABO incompatibles, situation dans laquelle une activation du complément est présente et au cours de laquelle on observe une réapparition d’anticorps anti-groupe sanguin associée à des dépôts de complément, suggère l’existence de mécanismes d’adaptation permettant aux cellules endothéliales de résister à l’activation du complément (Gloor et coll., 2006renvoi vers). Les différentes voies de survie et d’adaptation restent dans leur grande majorité inconnues. Ces observations ont également permis de comprendre que la survenue d’un rejet chronique n’est pas simplement le passage d’un état d’acceptation à une situation de rejet chronique mais un continuum entre ces deux bornes fondé sur un équilibre subtil entre des facteurs d’agression (lymphocytes T cytotoxiques, anticorps, complément…) et des mécanismes de survie et d’adaptation des cellules cibles.
Les effets des anticorps ne se limitent pas à l’activation du complément. Les anticorps peuvent soit se lier aux molécules de surface des cellules cibles soit recruter d’autres cellules par l’interaction de leur domaine constant avec le récepteur Fcγ des immunoglobulines (Rebellato et coll., 2006renvoi vers; Won et coll., 2006renvoi vers). Des données in vitro ont mis en évidence que la culture de cellules endothéliales avec des anticorps anti-donneurs entraîne une activation et une prolifération des cellules endothéliales (Bian et Reed, 1999renvoi vers). Cette étape d’activation est associée à l’expression de différents récepteurs à la surface des cellules endothéliales (PDGF-R, EGF-R, FGF-R) ainsi qu’à la synthèse de nombreux facteurs de croissance (PDGF, EGF, FGF, VEGF, TGF-β…) et à la synthèse d’endothéline I (Bian et Reed, 2001renvoi vers; Chen et coll., 2001renvoi vers; Rossini et coll., 2005renvoi vers). La présence locale de facteur de croissance est majorée par l’adhésion des plaquettes qui survient lors de l’activation des cellules endothéliales entraînant une boucle d’amplification locale en libérant de nombreux facteurs de croissance (PDGF, TGF-β) (MacDermott, 1996renvoi vers; Yang et coll., 2005renvoi vers). Cette phase d’activation des cellules endothéliales favorise la stimulation des cellules musculaires lisses via la libération d’endothéline I et indirectement la synthèse locale d’angiotensine II. Elle entraîne également le recrutement local de cellules inflammatoires via la libération de chimiokines (MCP1, IP10…) et du chémoattractant dépendant de l’activation locale du complément, active la coagulation locale en favorisant l’adhésion plaquettaire et en libérant du thromboxane A2. Enfin, elle stimule la différenciation et la prolifération des cellules qui synthétisent la matrice extracellulaire impliquée dans les lésions de rejet chronique, les myofibroblastes (Abbate et coll., 2002renvoi vers; Cogan et coll., 2002renvoi vers; Li et coll., 2007renvoi vers; Dewald et coll., 2005renvoi vers; Frangogiannis, 2008renvoi vers; Haurani et coll., 2008renvoi vers; Kennard et coll., 2008renvoi vers; Wynn, 2008renvoi vers).

Antigènes majeurs et mineurs cible des anticorps

Le facteur de risque indépendant pour le développement d’un rejet chronique est la présence d’anticorps anti-HLA de classe I et plus particulièrement de classe II (Ozawa et coll., 2007renvoi vers). Plus de 80 % des malades avec une glomérulopathie d’allogreffe ont des anticorps anti-HLA dont 85 % sont dirigés contre un antigène de classe I ou de classe II (Gloor et coll., 2007renvoi vers; Sis et coll., 2007renvoi vers; Issa et coll., 2008renvoi vers). Seule une fraction des biopsies (40 %) est associée avec des dépôts de C4d péricapillaire soulignant que d’autres mécanismes que l’activation du complément peuvent être associés au rejet chronique ou que des distributions localisées des complexes antigènes-anticorps peuvent exister (Solez et coll., 2008renvoi vers).
En dehors des anticorps dirigés contre le complexe majeur d’histocompatibilité HLA, d’autres anticorps non HLA peuvent également contribuer aux changements structurels observés au cours du rejet chronique. Ils incluent les anticorps anti-MICA, MICB (MHC class I-related molecules A and B), anti-cellules endothéliales, anti-vimentine, et d’autres anticorps dirigés contre des récepteurs dont le récepteur de l’angiotensine II (Dragun et coll., 2005renvoi vers; Hilbrands et coll., 2005renvoi vers; Zafar et coll., 2006renvoi vers; Panigrahi et coll., 2007renvoi vers; Zou et coll., 2007renvoi vers; Baid-Agrawal et Frei, 2008renvoi vers; Dragun et coll., 2008renvoi vers; Kamoun et Grossman, 2008renvoi vers; Sumitran-Holgersson, 2008renvoi vers). En dehors de MICA et MICB pour lesquels il existe un polymorphisme important, les autres constituants sont considérés comme des antigènes mineurs. Cependant, leur capacité immunogène peut être liée au fait qu’il existe un faible polymorphisme aboutissant à une présentation antigénique différente entre le donneur et le receveur ou à l’expression extracellulaire d’un certain nombre de constituants du cytosquelette aboutissant à une stimulation lymphocytaire. D’autres protéines seront probablement identifiées à l’avenir comme étant associées à la survenue de rejet aigu ou chronique.

Origine et différenciation des cellules myofibroblastiques

Les cellules myofibroblastiques sont des constituants importants des lésions de rejet chronique. Ces cellules infiltrent la paroi des vaisseaux et l’espace interstitiel des organes. Ces cellules expriment différentes protéines du cytosquelette (vimentine, actine alpha du muscle lisse), la chaîne légère de la myosine mais n’expriment pas de marqueurs lymphoïdes ni épithéliaux (E cadhérine, ZO-1) (Badid et coll., 2002renvoi vers). L’origine de ces cellules est diverse et la part de chacun des compartiments cellulaires devra être précisée à l’avenir en fonction des organes concernés et des situations cliniques. Elles peuvent provenir de cellules souches circulantes capables de se différencier en cellules endothéliales ou en myocardiocytes (Direkze et coll., 2003renvoi vers; Li et coll., 2007renvoi vers). Elles peuvent également provenir de la transdifférenciation de cellules endothéliales qui vont acquérir un phénotype de cellules myofibroblastiques ou provenir de cellules épithéliales tubulaires rénales qui vont se transdifférencier en myofibroblastes (Gressner, 1996renvoi vers; Sommer et coll., 2005renvoi vers; Hertig et coll., 2006renvoi vers). Les mécanismes impliqués restent mal connus. Cependant, les modifications induites par l’ischémie/reperfusion, ou survenant au cours du rejet chronique semblent favoriser la transdifférenciation épithélio-mésenchymateuse (TEM). Il a été mis en évidence que le TGF-β avait également un rôle important en favorisant la TEM et en permettant l’amplification des cellules myofibroblastiques (Fan et coll., 1999renvoi vers; Mezzano et coll., 2003renvoi vers; Lindert et coll., 2005renvoi vers; Jiang et coll., 2006renvoi vers; Meyer-ter-Vehn et coll., 2006renvoi vers).

Implication des facteurs de croissance

La différenciation de cellules en myofibroblastes et leur expansion impliquent différents facteurs de croissance incluant le TGF-β, le FGF, le PDGF, l’IGF1, l’angiotensine II, le MCP1, le RANTES, le TNF-α, l’IL-15 et le CTGF. Ces différents facteurs pourraient participer à des degrés divers à l’initiation de la TEM, à l’expansion de ces cellules et à leur migration (Huang et coll., 2005renvoi vers; Jiang et coll., 2007renvoi vers; Gao et coll., 2008renvoi vers; Rodrigues-Diez et coll., 2008renvoi vers).
L’acteur actuellement le plus étudié est le TGF-β qui, en activant les facteurs de transcription STAT 2 et 3, induit la TEM et favorise la synthèse d’autres molécules comme le CTGF. Il permet ensuite la prolifération des cellules myofibroblastiques et la synthèse par ces cellules des différents constituants de la matrice extracellulaire. La TEM et l’action du TGF-β peuvent à ce jour être inhibées par deux facteurs de croissance ayant une activité antagoniste à celle du TGF-β. L’Hepatocyte Growth Factor (HGF) bloque in vitro la TEM induite par le TGF-β permettant ainsi aux cellules myofibroblastiques de réacquérir un phénotype de cellules épithéliales (E-cadhérine+, ZO-1+, aSMA–). Les voies de signalisation et les mécanismes impliqués ne sont pas encore connus (Sobral et coll., 2007renvoi vers; Shukla et coll., 2008renvoi vers). Le second facteur est la Bone Morphogenic Protein (BMP7) (You et Kruse, 2002renvoi vers). Cette protéine active, en se fixant sur son récepteur, différentes voies de signalisation antagonistes de celles activées par le TGF-β. Elle induit l’activation par phosphorylation de Smad1, Smad5 et Smad8. Ceci bloque la liaison du complexe Smad2/3 sur ses séquences ADN consensus empêchant ainsi son action de médiateur du signal transmis par le TGF-β (Saika et coll., 2005renvoi vers). La perfusion de BMP7 dans un modèle de rejet chronique permet d’inhiber la survenue du rejet chronique.
Le FGF a également un rôle important (Lee et Joo, 1999renvoi vers; Ng et coll., 1999renvoi vers; Chaudhary et coll., 2007renvoi vers). Il participe à la prolifération des cellules myofibroblastiques mais également à la formation de néovaisseaux qui pourraient faciliter le développement des lésions de rejet chronique. Une place clé semble également se dessiner pour l’IL-15, une cytokine produite par les cellules endothéliales et qui a des actions multiples de part ses fonctions autocrines ou paracrines (Briard et coll., 2005renvoi vers; Giron-Michel et coll., 2005renvoi vers; Atherly et coll., 2006renvoi vers; Dubois et coll., 2006renvoi vers). Elle transmet des signaux de survie dans la cellule épithéliale (autocrine) et facilite la survie et l’activation des lymphocytes T intra-épithéliaux. Lorsqu’elle est sous forme soluble et complexée à un récepteur soluble, elle peut chez l’homme, induire dans certaines situations une TEM. Le PDGF joue aussi un rôle important en activant les cellules endothéliales et en favorisant la synthèse d’endothéline I.
Les molécules impliquées dans l’activation des cellules endothéliales pourraient également avoir un rôle de starter ou intervenir pour pérenniser les lésions de rejet chronique. C’est le cas de l’endothéline I et de l’angiotensine II. L’implication de l’angiotensine II a été suspectée depuis de nombreuses années dans différents modèles d’hypertension induite par la déplétion en monoxyde. Récemment, il a également été mis en évidence que l’existence d’anticorps dirigés contre le récepteur de l’angiotensine II était associée à la survenue d’un rejet chronique. Ces derniers résultats montrent bien l’intrication qui peut exister entre les mécanismes immunologiques et non immunologiques du rejet.

Immunosuppresseurs et régulation du rejet chronique

Bien que les inhibiteurs de la calcineurine (ciclosporine A (CsA), FK506) conduisent à une amélioration significative de la survie à court terme du greffon, leur utilisation à long terme peut être un élément important dans la survenue d’une FI/AT (Nankivell et coll., 2004arenvoi vers et brenvoi vers; Cosio et coll., 2007renvoi vers). Parmi les autres immunosuppresseurs, les inhibiteurs de la voie mTOR ne semblent pas montrer le même niveau de néphrotoxicité. Ils pourraient même, en bloquant le cycle cellulaire de myofibroblastes, limiter certaines lésions induites au cours du rejet chronique. Ils inhibent également la synthèse du VEGF mais surtout les voies de signalisation dépendantes de son récepteur. Ce mécanisme d’action pourrait favoriser leur utilisation pour la prévention du rejet chronique (Mulay et coll., 2006renvoi vers; Najafian et Kasiske, 2008renvoi vers). Cependant, ceci doit être balancé par la découverte de lésions glomérulaires induites sur le rein normal (Sartelet et coll., 2005renvoi vers).
L’impact des différentes drogues sur la prévention et le traitement de la dysfonction chronique du rejet chronique reste encore inconnu et sa compréhension nécessitera des études complémentaires. D’autres molécules bloquant différentes voies participant au développement d’un rejet chronique devront être évaluées dans la prévention du rejet chronique. Ainsi, les inhibiteurs du récepteur de l’angiotensine II devraient pouvoir réduire les effets délétères sur la greffe des anticorps dirigés contre ce récepteur.

Fibrose tissulaire

Au cours des différentes agressions immunologiques et non immunologiques, les cellules, en particulier les cellules endothéliales, vont être responsables du développement d’une matrice extracellulaire par la synthèse de facteurs de croissance ou de cytokines tels que l’endothéline I, l’angiotensine II, le TNF, le PDGF, le TGF... (Coupes et coll., 1994renvoi vers; Lu et coll., 2002renvoi vers; El Agroudy et coll., 2003renvoi vers; Baczkowska et coll., 2005renvoi vers; Summers et coll., 2005renvoi vers; Roosvan Groningen et coll., 2006renvoi vers). La matrice extracellulaire accumulée constitue une lésion de fibrose. Au cours des dernières années, il est apparu que la fibrose tissulaire représente un équilibre dynamique. La fibrose peut être prévenue ou la matrice extracellulaire être dégradée en utilisant des molécules bloquantes ou en activant différentes protéases tissulaires dont les métallo-protéases. Ces approches restent à valider dans des modèles cliniques.

Autres facteurs impliqués dans la dysfonction de greffon

Un certain nombre d’autres facteurs de risque cliniques ont été associés à une dysfonction de greffon. Ils incluent ou non des facteurs immunologiques.
L’un d’entre eux est l’âge du donneur. Il a pu être mis en évidence que la greffe d’un organe provenant d’un donneur âgé est associée à une augmentation de l’incidence de rejet aigu et chronique (Schramme et coll., 2008renvoi vers). Ceci est corrélé avec l’apparition d’une sénescence de l’organe aboutissant à la libération de cytokines pro-inflammatoires (interféron gamma, IL-2) et à l’expression de molécules pouvant directement ou indirectement induire l’expression des néo-antigènes (β galactosidase). Également différentes situations de stress telles que l’ischémie ou d’infections par des virus, des bactéries, des levures peuvent stimuler et activer une réponse allogénique chronique (Miller et coll., 2008renvoi vers).
La régulation locale de l’immunité innée devrait permettre de limiter l’impact de ces événements sur la survenue d’un rejet chronique.
En conclusion, alors que des avancées importantes ont été réalisées dans le cadre des thérapies immunosuppressives permettant des réductions importantes de la survenue de rejet aigu et une amélioration de la survie de greffon à un an, la survie de greffon à plus long terme n’a que peu progressé. La limite de la survie à long terme est liée à des mécanismes complexes et intriqués incluant le rejet chronique, la toxicité des immunosuppresseurs, les facteurs cardiovasculaires, dyslipidémiques, le diabète… La compréhension des mécanismes impliqués dans la survenue d’un rejet chronique devrait bénéficier d’approches telles que les puces à ARN ou les puces protéiques permettant de mieux comprendre les différentes étapes du développement d’un rejet chronique et les différents acteurs impliqués. Cette compréhension permettra le développement de nouvelles approches thérapeutiques et/ou préventives en transplantation d’organes.

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