Le système nerveux périphérique au sein du microenvironnement tumoral

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Les structures lymphoïdes tertiaires

Les TLS sont des structures lymphoïdes ectopiques qui se développent dans différents organes et sont générées lors d’une inflammation persistante. Leur présence a été rapportée dans des maladies auto-immunes, lors des rejets de greffes ainsi que dans des tumeurs solides.

Caractéristiques générales des TLS

D’un point de vue histologique, les TLS présentent une très forte analogie structurale avec les SLO. Une TLS se compose de deux zones principales, une zone B au sein de laquelle on distingue la présence de LB (CD20+), de macrophages (CD68+) et de quelques LT (CD3+) folliculaire-helper ainsi qu’un réseau de cellules folliculaires dendritiques (FDC, CD21+) (Fig. 5), zone B qui s’apparente au follicule B d’un SLO. Adjacente à cette zone B, on observe une zone T qui est apparentée au paracortex d’un ganglion lymphatique (Tableau 4). Cette dernière est essentiellement composée de LT (CD3+) et de cellules dendritiques (DC) matures (DC-Lamp+) qui vont jouer un rôle clé dans l’activation des lymphocytes et ainsi initier le développement des réponses immunes adaptatives. Comme dans les SLO, on peut noter la présence de veinules post-capillaires (HEV) au sein ou en périphérie des TLS.

TLS et inflammation

Les maladies auto-immunes

Les TLS ont été observées dans de nombreuses maladies auto-immunes, notamment dans la polyarthrite rhumatoïde (PR), le lupus érythémateux disséminé ou le syndrome de Sjögren (Aloisi and Pujol-Borrell, 2006). La valeur pronostique des TLS au sein de ces pathologies est généralement péjorative et ces structures sont souvent associées à l’aggravation de la maladie. Les TLS ont aussi été détectées au sein des méninges de patients atteints d’une sclérose en plaques. Cependant, le cerveau est dépourvu de HEV, suggérant que les cellules immunitaires circulantes seraient recrutées du fait de l’altération de la perméabilité de la barrière hématoencéphalique par l’inflammation locale et/ou via les vaisseaux lymphatiques drainant le cerveau (Louveau et al., 2015). Là encore, la présence des TLS est corrélée à une aggravation des lésions et des symptômes chez les patients ( Serafini et al., 2004 ; Magliozzi et al., 2007 ; Kooi et al., 2009).
Il faut souligner que dans la polyarthrite rhumatoïde, les LB du centre germinatif des TLS expriment l’activation-induced cytidine deaminase (AID), une enzyme indispensable aux mécanismes d’hypermutation somatique et de commutation isotypique. La présence de LB secrétant des anticorps dirigés contre des dérivés de la citrulline (marqueur spécifique de la PR) a été détectée dans les lésions inflammatoires (Humby et al., 2009). La production locale d’auto-anticorps a également été retrouvée dans d’autres maladies auto-immunes telles que le syndrome de Sjögren (Salomonsson et al., 2003), la myasthénie gravis (Sims et al., 2001) et la thyroïdite d’Hashimoto (Armengol et al., 2001).
En conclusion, les TLS sont immunologiquement fonctionnelles et leur présence semble participer activement à la progression de la maladie dans un contexte auto-immun.

Le rejet de greffe

Dans le cadre de la transplantation d’organes, que ce soit dans des modèles murins ou bien chez les patients, les TLS ont été observées et sont également corrélées à un mauvais pronostic. Plus la néogénèse de TLS est avancée et plus sévère est le rejet du greffon (Thaunat et al., 2010). Il a été de plus montré que leur présence au sein des greffes rénales ou cardiaques est associée au rejet du greffon, principalement via l’activation locale des LT cytotoxiques (Deteix et al., 2010).

Infections virales et bactériennes

Une étude ancienne portant sur les causes infectieuses de décès de fœtus et de nourrissons (Gould and Isaacson, 1993) a montré la co-existence entre infection et TLS (alors appelées bronchus-associated lymphoid tissue, BALT). Dans ce contexte infectieux, les TLS ont été observées dès la 16e semaine de grossesse, démontrant formellement que des TLS peuvent se développer avant la naissance.

Infections pulmonaires

L’induction de TLS dans les situations infectieuses a ensuite été confirmée dans des modèles animaux après administration de bactéries ou de virus. En effet, l’instillation de bactéries comme Mycobacterium tuberculosis (Maglione et al., 2007 ; Khader et al., 2009) ou de virus comme les virus influenza et modified vaccina virus Ankara (Moyron-Quiroz et al., 2004 ; Halle et al., 2009) par voie nasale ou intra-trachéale induit le développement de TLS [nommées initialement induced bronchus-associated lymphoid tissues (iBALT)] à proximité des bronches et des vaisseaux dans le parenchyme pulmonaire.
Le développement de ces structures s’explique par l’activation locale des cellules de l’immunité innée telles que les macrophages alvéolaires et les DC suite à la reconnaissance d’agents infectieux via les PRR. Parmi ces PRR, on dénombre les toll-like receptor (TLR). Ainsi la reconnaissance de divers agents pathogènes ou encore d’extraits bactériens tels que le lipopolysaccharide (LPS) présent sur les bactéries Gram négatives induit l’activation du toll-like receptor 4 (TLR4) et mène à la formation de TLS (Rangel-Moreno et al., 2011). En effet, une signature de chimiokines (CCL19, CCL21, CXCL12, CXCL13) associée aux TLS a été identifiée chez l’homme comme chez la souris (Frija-Masson et al., 2017) conduisant au recrutement sélectif de cellules immunitaires. Ainsi, les LT et les LB recrutés dans les TLS vont s’activer et proliférer s’ils sont spécifiques des antigènes (ou peptides) présentés localement. En particulier, la zone B des TLS est le siège d’une différenciation des LB marquée par une commutation de classe d’Ig (Foo and Phipps, 2010) et la sécrétion d’anticorps spécifiques de l’agent infectieux (Geurts van Kessel et al., 2009). Une fois l’infection contrôlée, les TLS régressent jusqu’à disparition complète.

Infections au sein de divers organes

Les TLS ont également été détectées dans des cas d’infection chronique chez l’homme, et leur présence est alors souvent délétère pour les patients. Ainsi, lors d’une infection par Helicobacter pylori au niveau de la muqueuse gastrique, les LB intra-muqueux organisés en TLS peuvent subir une transformation conduisant à des lymphomes (Mazzucchelli et al., 1999). Dans le cas de l’hépatite C, l’activation prolongée des LB au sein de TLS peut-être associée à une auto-immunité systémique chez certains patients (Minutello et al., 1993).
L’ensemble de ces données montre que les TLS peuvent se développer localement au site d’entrée d’un pathogène, permettant l’élaboration d’une immunité adaptative locale. Toutefois, lorsque l’infection devient chronique, les TLS pourraient entretenir une activation inappropriée des LB et des LT, pouvant conduire à une inflammation exacerbée et délétère pour le tissu environnant et au développement d’une réponse auto-immune.

TLS et tumeurs

Le microenvironnement tumoral

Une tumeur est un microenvironnement complexe composé de cellules tumorales, d’une matrice extracellulaire, de fibroblastes, de cellules endothéliales sanguines et lymphatiques, ainsi que de cellules immunitaires. De façon générale, une forte hétérogénéité est observable en fonction du type de tumeur, des patients ainsi que du stade de la pathologie.
L’analyse des populations immunitaires ainsi que leur localisation au sein de la tumeur est appelée « le contexte immunitaire » (Fridman et al., 2012). Là encore, une hétérogénéité de l’infiltrat immunitaire est décrite avec des tumeurs dites « chaudes », fortement infiltrées en cellules immunitaires, en opposition aux tumeurs « froides », qui sont des déserts immunitaires. De façon générale, tous les types de cellules immunitaires peuvent infiltrer les divers compartiments de la tumeur. Comme illustré dans la Figure 6, les macrophages, les granulocytes, les mastocytes et les cellules myéloïdes suppressives (myeloid-derived suppressor cells, MDSC) sont majoritairement localisés au centre de la tumeur mais peuvent être retrouvées de façon minoritaire au sein du front d’invasion. Des LB peuvent être détectés au niveau du front d’invasion mais également au sein des TLS. Les LT, CD4+ et CD8+, sont majoritairement localisés au niveau du front d’invasion et au sein des TLS (Galon et al., 2006).
Les DC immatures (cellules de Langerhans, interstistielles et plasmacytoïdes (pDC)) s’accumulent au cœur de la tumeur en contact très étroit avec les cellules tumorales (Sautès-Fridman et al., 2011). Les DC matures sont quant à elles uniquement localisées au sein des TLS. Ces dernières, localisées dans le front d’invasion de la tumeur sont composées de LT naïfs et mémoires, de LB et de cellules dendritiques matures (Dieu-Nosjean et al., 2008).
Différentes populations immunitaires peuvent être identifiées dans les tumeurs. Des infiltrats de macrophages, granulocytes, mastocytes, cellules myéloïdes suppressives, cellules Natural Killer, DC et lymphocytes sont de densités et de localisation hétérogènes dans la tumeur. Les TLS, qui renferment des LB, des LT et des DC matures sont quant à elles localisées dans le stroma et pincipalement dans le front d’invasion. Abréviations : CTL, lymphocyte T cytotoxique ; DC, cellule dendritique ; FDC, cellules dendritique folliculaire ; MDSC, myeloid-derived-suppressor cell ; NK, cellule natural killer ; Tfh, lymphocyte T folliculaire helper ; TLS, structure lymphoïde tertiaire.
La localisation des cellules immunitaires n’est pas anodine et dépend des chimiokines et des cytokines exprimées au sein de la tumeur. Comme illustré Figure 7, les cellules tumorales sont capables via la sécrétion de CCL21 et de CCL19 d’attirer les LT exprimant à leur surface le récepteur CCR7. Les LB sont quant à eux recrutés via la chimiokine CXCL13. Les cellules endothéliales occupent un rôle actif dans le recrutement des macrophages, des LT mémoires ainsi que des lymphocytes cytoxiques via la sécrétion respective des chimiokines CCL5, CXCL9/CXCL10 et enfin CX3CL1. Les LT régulateurs (LTreg) peuvent eux être recrutés via les chimiokines CCL17 et CCL22 (Fridman et al., 2013).
Le recrutement des cellules immunitaires dans le microenvironnement tumoral fait intervenir des chimiokines et des cytokines produites par les cellules tumorales, les cellules immunitaires infiltrant la tumeur ainsi que par les cellules endothéliales. A titre d’exemple, les cellules tumorales peuvent libérer les chimiokines CCL21 et de CCL19 permettant le recrutement des LT exprimant à leur surface le récepteur CCR7. Les LB sont quant à eux recrutés via la chimiokine CXCL13 grâce à l’expression du récepteur CXCR5. Abréviations : CTL, lymphocyte T cytotoxique ; FDC, cellule folliculaire dendritique ; MDSC, myeloid-derived-suppressor cell ; NK, cellule natural killer ; TFH, T folliculaire helper, TH, T helper ; Treg, T régulateur.
Au sein de cet environnement, mon équipe a été la première à décrire la présence de TLS appelés initialement tumor-induced bronchus associated lymphoid tissues (Ti-BALT) (Fig. 8) au sein des tumeurs pulmonaires non-small-cell lung cancer (NSCLC) (Dieu-Nosjean et al., 2008). En se fondant sur l’expression du marqueur de DC matures uniquement observé au sein de la zone T des TLS (DC-Lamp), les tumeurs ont été ségrégées en deux groupes en fonction de la densité en DC matures [forte (DC-Lamphigh) vs faible (DC-Lamplow)]. Une forte densité de DC matures corrèle avec une infiltration accrue de LT CD8+. De plus, la présence de ces DC corrèle également avec la surexpression de gènes impliqués dans la polarisation Th1, l’activation et la cytotoxicité des LT (Goc et al., 2014b).
Ainsi, les fortes densités de DC matures favorisent l’infiltration des LT CD8+ et la mise en place de réponses immunitaires anti-tumorales. Les patients DC-Lamphigh ont une survie plus longue que les patients DC-Lamplow, quel que soit le stade de la maladie (stades précoces, avancés et métastatiques) (Dieu-Nosjean et al., 2008 ; Goc et al., 2014a).
Figure 8. Présence de TLS au sein des tumeurs pulmonaires de type NSCLC (Dieu-Nosjean et al., 2008).
Les contre-colorations hématoxyline éosine indiquent la présence de TLS (indiquées par les flèches) à proximité des cellules tumorales, essentiellement au niveau du front d’invasion de la tumeur (T).
D’autres laboratoires se sont également intéressés à l’impact des TLS sur la survie de patients présentant différents types de tumeurs solides et métastatiques (Tableau 5). Différentes approches de quantification ont été réalisées, soit par immunohistochimie ou bien à partir de signatures transcriptomiques. Concernant les marqueurs d’immunohistochimie, les diverses populations cellulaires présentes dans les TLS ont été ciblées. Les marqueurs CD3, CD4 ou encore CD8 sont utilisés pour définir les LT. Les marqueurs CD20 et CD19 sont très largement utilisés pour définir les LB (Hennequin et al., 2016). Les DC activées peuvent également être détectées grâce à l’expression des molécules CD83 et CD86 (McMullen et al., 2010). Concernant les HEV, le ciblage de l’addressine périphérique PNAd reste le principal marqueur utilisé. Les FDC présentes au sein du CG des TLS sont détectées en utilisant les marqueurs CD21 et CD23. Concernant les signatures transcriptomiques, elles sont essentiellement fondées sur les chimiokines lymphoïdes ou bien les transcrits spécifiques des LB et LT (Coppola et al., 2011).
Quelle que soit la technique de quantification utilisée, la présence de TLS est associée à un bon pronostic dans la grande majorité des tumeurs (Tableau 5). C’est le cas dans le mélanome, le cancer du côlon, le cancer du sein, les cancers de la cavité orale, et les tumeurs gastriques. Une exception réside dans un sous-type du cancer du foie (patients HCV+ non alcoolo-dépendants) où les TLS sont de mauvais pronostic. En effet, ils serviraient alors de niche pour les progéniteurs de cellules tumorales hépatiques (Finkin et al., 2015). Toutefois, la valeur pronostique des TLS reste controversée lorsque l’ensemble des carcinomes hépatocellulaires est analysé. Une récente étude a démontré en effet que la présence de TLS serait associée à un faible risque de rechute après exérèse. Cela suggère que la présence de TLS intra-tumoraux favoriserait l’établissement d’une réponse anti-tumorale in situ (Calderaro et al., 2019).
Par ailleurs, la présence de différents stades de maturation de TLS chez les patients atteints de tumeurs pulmonaires de type épidermoïdes a été décrite (Siliņa et al., 2018). Trois stades ont été décrits :
• Stade de TLS précoce (early-follicle-like, EFL) (Fig. 9) composé d’agrégats de LT et LB dépourvus de centres germinatifs (CD21+) et de FDC (CD23+).
• Stade de maturation, primary-follicle-like (PFL), composé d’un CG dépourvu de FDC.
• Stade dit de secondary-follicle-like (SFL) où les TLS contiennent à la fois des LB, LT, des CG et des FDC.

Table des matières

Introduction
Prolégomènes
1. Les organes lymphoïdes secondaires
1.1 Caractéristiques générales
1.1.1 Organisation fonctionnelle
1.1.2 Mise en place des réponses immunitaires
1.2 L’ontogenèse des ganglions lymphatiques
1.2.1 Modèle à deux cellules : LTi et cellules mésenchymateuses
1.2.2 Modèle à plusieurs cellules LTo
1.3 Facteurs régulant le développement des organes lymphoïdes secondaires
1.3.1 LTi
1.3.2 La famille du tumor necrosis factor
1.3.3 Les chimiokines
1.3.4 L’implication du système nerveux
1.3.4.1 L’acide rétinoïque
1.3.4.2 L’innervation des SLO
2. Les structures lymphoïdes tertiaires
2.1 Caractéristiques générales des TLS
2.2 TLS et inflammation
2.2.1 Les maladies auto-immunes
2.2.2 Le rejet de greffe
2.2.3 Infections virales et bactériennes
2.2.3.1 Infections pulmonaires
2.2.3.2 Infections au sein de divers organes
2.3 TLS et tumeurs
2.3.1 Le microenvironnement tumoral
2.3.2 Réponses adaptatives anti-tumorales et TLS
2.3.2.1 Cellules dendritiques et lymphocytes T
2.3.2.2 Lymphocytes B
2.4 La genèse des TLS
2.4.1 Les cellules impliquées
2.4.2 Les molécules impliquées
2.4.3 Les high endothelial venules (HEV)
2.4.4 L’implication du système nerveux
2.5 TLS et thérapies anti-cancéreuses
2.5.1 Impact positif des TLS dans les cancers
2.5.2 Induction des TLS à des fins thérapeutiques
3. Le système nerveux périphérique au sein du microenvironnement tumoral
3.1 Caractéristiques générales du système nerveux périphérique
3.2 Dialogue croisé entre SNP et cellules immunitaires
3.2.1 Les fibres parasympathiques et les cellules immunitaires
3.2.2 Fibres sympathiques et cellules immunitaires
3.3 Système nerveux autonomique et tumeurs
3.3.1 Effets sur la réparation de l’ADN
3.3.2 Effets sur les oncogènes
3.3.3 Effets sur la transition épithélio-mésenchymateuse (EMT)
3.3.4 Effets sur l’apoptose
3.4 Fibres nerveuses au sein du microenvironnement tumoral
3.4.1 Le système autonomique, initiateur des tumeurs
3.4.2 Système autonomique et croissance tumorale
3.4.3 Néoangiogenèse dans les tumeurs
3.4.4 Les fibres nerveuses, un moyen de dissémination des cellules tumorales
3.4.5 Les cellules tumorales et l’induction de l’axonogenèse
3.5 Thérapies anti-cancéreuses ciblant le système nerveux
3.5.1 L’utilisation des -bloquants
3.5.2 L’utilisation des inhibiteurs des récepteurs muscariniques
4. Le cancer du poumon
4.1 Epidémiologie
4.2 Étiologie des tumeurs pulmonaires
4.2.1 Le tabagisme
4.2.2 Les facteurs environnementaux
4.2.3 Facteurs génétiques
4.3 Traitements
Hypothèse et objectifs
Résultats
Manuscrit #1. Tissue-Cleared 3D imaging followed by protein analysis: a single biopsy, multiple informations
Manuscrit #2. Sympathetic nerve fibers impacts TLS formation in response to inflammation
Discussion
Conclusion et perspectives
Annexe
Evolution vers la 3ème dimension pour une meilleure compréhension du microenvironnement immunitaire dans les tumeurs
Bibliographie