La fonction première des Ch, le chimiotactisme, prend place dans le processus plus large du recrutement des leucocytes depuis le flux circulant jusqu’à leur site d’action, notamment inflammatoire (Figure 2). Il est admis depuis plus de 10 ans que ce processus comporte quatre étapes successives, chacune conditionnant la suivante : l’interaction de faible affinité entre les sélectines leucocytaires ou endothéliales et leurs ligands ralentit la vitesse du leucocyte dans le flux sanguin en permettant son « roulement » ; ce processus est suivi de l’activation des intégrines par divers stimulus provoquant l’arrêt complet du leucocyte et son adhérence forte à l’endothélium ; une perméabilité transitoire (par passage intercellulaire ou pénétration transcellulaire) permet ensuite la diapédèse endothéliale ; enfin, le gradient interstitiel des facteurs chimiotactiques inflammatoires et la protéolyse ciblée par les métalloprotéinases permettent la migration cellulaire par mouvement amiboïde jusqu’au site inflammatoire. Dans ce processus fondamental, les Ch interviennent dans au moins deux des quatre étapes. Avec les intégrines, elles constituent donc des cibles pharmacologiques de choix pour le contrôle thérapeutique de nombreuses situations d’inflammation pathologique. L’utilisation pharmacologique des Ch est déjà bien avancée [ 5], mais il est clair qu’elle requiert une meilleure connaissance de la complexité du réseau que constituent les Ch et leurs Rch, dans lequel on peut distinguer plusieurs niveaux [ 6], successivement présentés ci-dessous.

Les Rch, comme beaucoup de RCPG, sont des molécules dimériques [ 7]. Il existe donc des Rch homo- et hétérodimères. Parmi les nombreuses questions que cette découverte a soulevé [ 8], celle de savoir si la liaison de la Ch peut induire la dimérisation de son récepteur semble réglée : l’homodimérisation des Rch est constitutive et serait nécessaire à leur expression à la membrane plasmique. L’existence d’hétérodimères constitue un niveau combinatoire supplémentaire (Figure 2) : un hétérodimère de RCPG peut en effet avoir des propriétés différentes de celles de chacun des monomères constituants, comme cela a été bien prouvé pour les récepteurs des opiacés [ 9]. En ce qui concerne les Rch, l’existence d’hétérodimères CXCR4/CCR2 [ 10] et CCR5/CCR2b [ 11] a été clairement montrée grâce aux techniques de transfert de fluorescence (FRET/BRET, fluorescence/bioluminescence resonance energy transfer). Dans le cas du dimère CCR5/CCR2b, la liaison du CCL4 inhiberait la liaison du CCL2 à CCR2b. Il y a donc une coopérativité négative pour la liaison des deux ligands sur l’hétérodimère [11]. Une telle propriété permettrait à la cellule porteuse des deux Rch de mieux distinguer entre les deux ligands correspondants et de mieux « décider » quelle Ch « suivre ». Par ailleurs, des hétérodimères entre Rch et récepteurs d’opioïdes [ 12] ont été observés, suggérant l’existence d’une interaction entre le réseau des Ch et celui des opiacés.

Par leur charge globalement basique, les Ch se lient à certains composants glycosylés des surfaces endothéliales et des matrices extracellulaires, les sucres sulfatés des glycosaminoglycanes (GAG). Cette fixation de faible affinité permet très probablement la stabilité du gradient chimiotactique, même soumis au flux sanguin. Pour autant, toutes les Ch ne se fixent pas aux mêmes résidus glycosylés, et pas de la même façon [ 13], ce qui constitue un niveau supplémentaire de combinatoire possible. De plus, cette liaison permet l’oligomérisation des Ch, sans laquelle leur fonction in vivo est abolie [ 14], sans que l’on sache s’il y a un lien nécessaire entre la dimérisation des Ch et celle de leur Rch.

Les Ch subissent d’autres modifications post-traductionnelles, comme le clivage par protéolyse. Ce type de modification peut les inactiver ou modifier leurs spécificités vis-à-vis de leurs récepteurs. Ainsi, le clivage de CCL5 par le CD26 donne lieu à une Ch inactive, réduite de ses deux premiers résidus, tandis que la Ch CCL8 privée de ses quatre premiers résidus après action de MMP-8 (matrix metalloproteinase 8) non seulement n’est plus agoniste, mais devient un antagoniste de CCR2 [ 15].

Comme tous les ligands de RCPG, les Ch déclenchent en aval de leurs récepteurs des signaux variés aboutissant à différentes fonctions cellulaires, dont la principale est bien sûr la fonction chimiotactique et les fonctions associées d’activation des intégrines et de diapédèse. Ces trois fonctions mettent en jeu la protéine G hétérotrimérique G_i, les protéines G monomériques RhoA et Rap1, telle ou telle isoforme de la PI3K (phosphoinositide-3 kinase), des MAPK (mitogen-activated protein kinase) comme p38 et p42/44 et des protéines liant le cytosquelette comme les FAK (focal adhesion kinase) [ 16]. Mais, au-delà de ces quelques repères généraux, il est clair qu’il n’y a pas de transduction cellulaire spécifique pour une Ch : non seulement la nature du signal intracellulaire dépend du type cellulaire considéré, mais la plupart des Ch sont capables de déclencher plusieurs voies de transduction parallèles [16]. Ainsi, la diversité du réseau extracellulaire des Ch se double d’une complexité intracellulaire (Figure 2). Notons en particulier que plusieurs Ch sont capables de déclencher des signaux ne passant pas par une protéine G, et éventuellement même des signaux induits directement par la liaison Ch-GAG, et donc ne passant pas par un RCPG [ 17]. En outre, il est probable que les stimulations extracellulaires simultanées par plusieurs Ch donnent lieu à des interactions entre voies d’activation intracellulaires, ce qui constitue un niveau supplémentaire de complexité.

Globalement les Ch et les Rch, à l’instar des RCPG, ne sont pas le siège d’une intense variation génétique, ce qui rend d’autant plus intéressante l’étude des quelques polymorphismes existants. La découverte d’individus dont le gène CCR5 est invalidé (CCR5-Δ32) a permis la confirmation du rôle de ce récepteur dans la pénétration cellulaire du VIH. D’autres variations ponctuelles dans les régions codantes des Rch comme CX3CR1-V249I et T280M, CCR2-V64I et dans les régions régulatrices des gènes des Ch comme CCL2-2518 et CCL5-28 et CCL5-413 ont été décrites et associées à différentes conditions cliniques pathologiques. Cependant, ces associations sont à prendre avec beaucoup de précautions, car leur amplitude et leur pertinence dépendent fortement du recrutement des cohortes concernées et de symptômes observés. Ainsi, les variants CX3CR1-V249I et T280M qui sont associés à une réduction du risque d’accidents cardiovasculaires [ 18] sont également associés à une augmentation du risque des accidents cérébrovasculaires [ 19].

La combinatoire moléculaire des Ch est naturellement doublée d’une régulation fine de leur expression au cours de la lymphopoïèse et de la différenciation lymphocytaire. Le couple CXCR4/CXCL12 a ainsi un rôle central dans la migration des cellules hématopoïétiques depuis la moelle osseuse jusqu’au sang, tandis que le couple CCR9/CCL25 contribue à la migration des prothymocytes vers le thymus [ 20]. Par ailleurs, CCR7 et CXCR5 coopèrent dans le développement et l’architecture des organes lymphoïdes secondaires : ils permettent en particulier de cibler les lymphocytes dans ces structures, grâce à l’expression constitutive des chimiokines homéostatiques correspondantes, CCL19 et CCL21 - ligands de CCR7 - dans la zone T, et CXCL13 - ligand de CXCR5 - dans les follicules [ 21]. En outre, CCR7 est un marqueur des lymphocytes T naïfs et permet de différencier les lymphocytes T dits de « mémoire centrale », qui expriment CCR7, des lymphocytes T « mémoires effecteurs », qui ne l’expriment pas, mais arborent une pléiade d’autres Rch [21]. CXCR5 est un marqueur caractéristique de la population de lymphocytes T appelés follicular B helper [ 22]. CCR7 et ses ligands CCL19 et CCL21 sont également impliqués dans le guidage des cellules dendritiques (DC) jusqu’aux ganglions lymphatiques [20]. Enfin, les chimiokines participent, comme les cytokines, à la différenciation fonctionnelle des cellules effectrices, comme pour les CD4 Th1/Th2 [ 23], mais aussi pour les CD8 [ 24], les NK (natural killer) [ 25], les monocytes [ 26] et les DC [ 27] (Tableau I).

Tableau I. Différenciation leucocytaire et expression différentielle des récepteurs de chimiokines sur les cellules lymphoïdes humaines.

Tableau I. Différenciation leucocytaire et expression différentielle des récepteurs de chimiokines sur les cellules lymphoïdes humaines.

Comme souvent, ce recrutement physiologique a son pendant pathologique. Un état donné du réseau des Ch et des cytokines est associé à un type d’inflammation particulier : Th2 comme la dermatite et l’asthme, Th1 comme la maladie de Crohn et la sclérose en plaques. La diapédèse d’une cellule - au cours d’une pathologie particulière, à un stade de différenciation déterminé et à travers un type donné de barrière endothéliale - nécessite un « code barre » précis, dont les éléments identifiants sont constitués des Ch, des Rch, des intégrines et de leurs ligands, afin de pouvoir atteindre un site particulier [6]. Il s’agit donc d’une combinatoire raffinée, qui permet le recrutement des « bonnes » cellules au « bon » endroit et au « bon » moment (Figure 2).

L’importance fonctionnelle des Ch et des Rch est d’ailleurs confirmé par leur détournement par les virus [ 28]. On sait que le virus d’immunodéficience humaine (VIH) utilise, en plus du CD4, le CCR5 et le CXCR4 comme corécepteurs pour infecter les lymphocytes T4. De son côté, Plasmodium vivax se fixe sur les érythrocytes qu’il infecte en se liant à l’antigène Duffy, qui se révèle être un Rch particulier [ 29]. Au-delà de cette exploitation de Rch existants, certains virus herpétiques (CMV - cytomégalovirus, HHV6 (human herpes virus), HHV7 et HHV8) sont capables de sécréter des Ch et des Rch, qui agissent comme des leurres pour les Rch et les Ch cellulaires [28].

C’est dans le cas de l’infection par le VIH que l’application thérapeutique des Ch a été tentée en premier lieu. Connaissant leur rôle dans la reconnaissance du virus par la cellule CD4⁺, des antagonistes de CCR5 et de CXCR4 ont été testés en études cliniques avec quelques résultats prometteurs [ 30].

De nombreuses Ch sont exprimées au cours de l’athérogenèse, inflammation des parois vasculaires, qui constitue la première cause des accidents cardiovasculaires. Parmi elles, CCL2 et CX3CL1 semblent avoir un rôle particulièrement important dans la formation de la plaque d’athérome et l’influx initial de monocytes dans la paroi de l’artère [ 31]. Des analogues de chacune de ces Ch ont donc été recherchés : leurs tests dans des modèles animaux sont encourageants [ 32].

L’asthme est associé à une accumulation sélective et une activation d’éosinophiles et de mastocytes au niveau de l’épithélium bronchique. Le CCR3 et ses ligands semblent être impliqués dans ce recrutement. Récemment, une étude clinique de phase II utilisant un antagoniste de CCR3 a été mise en place pour le traitement de l’asthme et de la rhinite allergique [ 33]. Par ailleurs, des antagonistes des Ch sont en essai clinique dans certaines pathologies inflammatoires auto-immunes comme la polyarthrite rhumatoïde ou la sclérose en plaques [ 34].

De nombreux travaux indiquent que les interactions Ch-Rch ont un rôle dans l’infiltration leucocytaire et la production des médiateurs inflammatoires associés au rejet de greffe. Ainsi, l’inactivation chez la souris des Rch comme CXCR3 [ 35], et dans une moindre mesure CX3CR1 [ 36], CCR1 [ 37] et CCR5 [ 38], permet une augmentation substantielle de la survie de greffe de cœur. La protection du greffon a également été observée dans d’autres contextes tissulaires comme le rein, le poumon ou la peau. Une amélioration de la survie a aussi été obtenue en traitant des rongeurs avec des anticorps ou des antagonistes bloquant ces Rch. En revanche, l’utilisation d’anticorps neutralisant les ligands correspondants est généralement moins efficace, sauf dans le cas d’IP-10 (interferon-inducible protein-10) [ 39]. La traduction chez l’homme du rôle de CCR5 dans la transplantation est observée chez les receveurs porteurs homozygotes de la forme inactive du CCR5, pour lesquels la durée de vie des greffes rénales est prolongée [ 40].

En fait, l’étude de leurs fonctions physiopathologiques a clairement montré que les Ch n’intervenaient pas seulement dans la migration cellulaire. Ainsi, dans le cancer, elles interviennent aussi dans les phénomènes de transformation cellulaire, de dissémination des métastases, de développement tumoral et de régulation angiogénique. CXCR3 et ses ligands sont angiostatiques [ 41], tandis que les couples CXCR2/CXCL8 et CXCR4/CXCL12 sont nettement angiogéniques [ 42]. Enfin, de nombreux autres travaux attestent que certaines Ch et leurs récepteurs orchestrent la destination précise et préférentielle de cellules métastatiques vers un organe donné.

Au vu du rôle important des Ch dans la régulation de l’angiogenèse tumorale et des processus métastatiques, de nombreux travaux tentent d’utiliser des analogues de Ch, agonistes ou antagonistes, pour obtenir une réduction tumorale [ 43]. Plusieurs études ont en effet démontré qu’un recrutement, par les Ch, de lymphocytes infiltrants dans une tumeur indique un pronostic favorable. L’expression de CCL5 par les cellules tumorales de patients ayant un cancer du poumon a été associée à une réponse lymphocytaire active, et constitue un facteur prédictif de survie [ 44]. Enfin, l’étude de patients ayant des cancers colorectaux montre une corrélation positive entre la présence de CX3CL1 au niveau des tumeurs, le recrutement des lymphocytes infiltrant les tumeurs et le taux de survie [ 45].

Afin de rétablir l’équilibre des cellules immunocompétentes en faveur des cellules effectrices T ou NK, des modèles expérimentaux ont été développés afin de changer l’équilibre chimiokinique. En effet, la seule addition des Ch CCL 1, −2, −3, −5, −16, −19, −20, −21, CXCL10 ou XCL1 induit une régression tumorale et une immunité face à un nouveau challenge tumoral [ 46]. Toutefois, le seul recrutement des cellules ne suffit pas, il faut aussi que ces cellules puissent cibler les cellules tumorales. C’est ce qui a été tenté en utilisant des molécules-chimères, fusion d’une Ch avec un antigène associé aux tumeurs. Ainsi, les protéines chimériques couplant CXCL10 ou CCL7 aux régions variables d’immunoglobulines spécifiques de cellules de lymphomes sont capables de déclencher une réponse inflammatoire et de produire une protection anti-tumorale [ 47]. D’autres Ch comme CCL19, CCL20 et CCL21 permettent de recruter les DC immatures et induisent un effet antitumoral efficace [ 48], mais cette migration doit être associée à l’activation des DC [ 49]. Quoiqu’il en soit, les multiples fonctions des Ch (angiostatique/angiogénique, défensif/trophique, recrutement lymphocytaire/dispersion métastatique) dans un environnement tumoral déjà riche en Ch rendent difficile leur utilisation directe dans la thérapeutique anticancéreuse.

On sait que, pour un vaccin, le choix des adjuvants vaccinaux est aussi important que la sélection du ou des antigènes. Ces adjuvants stimulent en effet l’immunité innée par les Toll-like receptors, qui reconnaissent les signaux de danger. Ainsi, le vaccin ADN contenant des motifs CpG imite les effets des virus atténués dans leur capacité à induire les réponses immunitaires T. Pourtant, le niveau d’immunogénicité de ces vaccins ADN est insuffisant pour obtenir des réponses fortes chez l’homme [ 50]. Cette insuffisance peut être compensée par de l’ADN codant pour des cytokines et des Ch [ 51]. L’utilisation de CCL5, CCL2 et CCL21 comme adjuvants vaccinaux s’est ainsi montrée bénéfique pour améliorer les réponses induites par la vaccination ADN anti-VIH [ 52]. À partir de là, des vaccins plus efficaces pourraient être produits, ciblant par exemple telle ou telle sous-population lymphocytaire particulière, ou utilisant tel ou tel site de vaccination plus spécifique.