IMMUNOLOGIE DE L’ALLOGREFFE DE CELLULES SOUCHES HEMATOPOIETIQUES Nicolas GUILLAUME Laboratoire d’Hématologie et d’Histocompatibilité CHU AMIENS

GENERALITES Infusion, chez un patient malade, de cellules souches hématopoïétiques (CSH) en provenance d’un donneur sain. Objectifs: Destruction du système hématopoïétique du Receveur Remplacement par le système hématopoïétique du Donneur Indications: Hémopathies malignes (leucémies aigües, lymphomes…) Hémopathies non malignes (aplasie médullaire, hémoglobinopathies…)

CONDITIONNEMENT ET GREFFE Conditionnement « myélo-ablatif » (chimiothérapie + irradiation corporelle totale) ou d’intensité réduite selon indication et receveur, réalisé 8 à 10 jours avant l’injection de CSH Allogreffe sur cathéter central tunnélisé, en secteur stérile sous flux laminaire par simple transfusion Traitement immunosuppresseur (Méthotrexate, ciclosporine +/- corticoïdes…)

LA CELLULE SOUCHE HEMATOPOIETIQUE Indifférenciée Pluripotente Localisée dans la moelle osseuse (passage occasionnel dans le sang) Rare (0.01 à 0.05% des cellules médullaires) Non identifiables morphologiquement Profil immunophénotypique immature (CD34+, Thy1+, Lin-, HLA-DR-) Propriétés d’auto-renouvellement et de différenciation

LES SOURCES DE GREFFON Moelle osseuse (MO) Ponctions itératives au niveau des crêtes iliaques du donneur sous AG Cellules Souches Périphériques (CSP) recueillies par voie veineuse (cytaphérèse) après administration de G-CSF Unité de Sang Placentaire (USP) recueillie à la naissance après clampage du cordon

Comparaison des différentes sources de CSH

CHOIX DU DONNEUR Intra-familial Allogreffe géno-identique avec compatibilité HLA de 10/10 voire 12/12 mais éléments d’incompatibilités tissulaires au niveau des antigènes mineurs d’histocompatibilité (sauf allogreffe syngénique) Non apparenté Allogreffe phéno-identique système HLA le plus proche possible USP Pool de 2 cordons possibles

ALLOGREFFE DE CSH (MP, CSP, USP) Greffe syngénique : jumeaux monozygotes (pas de GVH mais pas de GVL) Greffe géno-identique : entre deux membres d’une même fratrie en full match Greffe phéno-identique : donneur volontaire non apparenté en full match Greffe mismatch Compatibilité ABO Rh n’est pas nécessaire

Donneur apparenté Typage HLA du receveur A, B, C, DRB1, DQB1 en basse résolution (2 digits) + DRB1 haute résolution Typage HLA des donneurs intra-familiaux (fratrie) A, B, C, DRB1, DQB1 en basse résolution (2 digits) + DRB1 haute résolution si compatibilité Si présence d’un Ag HLA blanc : faire technique haute résolution (niveau allélique, 4 digits) Si absence d’un donneur full match 10/10 = inscription au fichier

Donneur non apparenté

Si absence de full match sur donneur non apparenté Une compatibilité 9/10 peut être acceptée Mismatch DQB1* Ou Classe I (en privilégiant un mismatch C* ou B* plutôt que A*)

Choix d’une Unité de Sang Placentaire 2 facteurs principaux Compatibilité HLA Nombre de CNT/kg; nombre de CD34/kg HLA-A, B générique et DRB1 allélique Full match = 6/6 1 ou 2 mismatch autorisés (immaturité lymphoïde des cellules placentaires) Préférer les incompatibilités HLA-A et B au DRB1 dans les greffes 5/6 et éviter l'incompatibilité DRB1 dans les greffes 4/6

Incompatibilités HLA jouent un rôle majeur dans - la prise de greffe, - la GVH, - la mortalité liée à la greffe et la survie Mais l'impact du HLA est partiellement abrogé en augmentant le nombre de cellules injectées Présence d’Ac anti-HLA Si -, prise de greffe=83% Si +, prise de greffe=73% Si + dirigé contre USP, prise de greffe=32%

Double sang de cordon Encore plus d'incertitudes car peu d'études et sur de petites séries Critères Majeurs Chaque cordon a au maximum 2 différences HLA avec le receveur Les cordons ont au maximum 2 différences HLA entre eux Dose cellulaire : le total des CNT des 2 cordons fait au moins 4 à 5x107CNT/kg 100 jours après la prise de greffe, un seul cordon est détectable

COMPLICATIONS IMMUNOLOGIQUES DE L’ALLOGREFFE DE CSH

LES PRINCIPES DE L’IMMUNITE Tolérance du « soi » et rejet du « non-soi » Immunité innée (Ac naturels préformés, les phagocytes, les NK) Immunité adaptative reconnaissance d’antigènes étrangers présentés sous forme de peptides en association avec les molécules HLA de classe I et de classe II par l’intermédiaire des CPA, reconnus respectivement par les LT CD8+ et CD4+

LES MARQUEURS D’HISTOCOMPATIBILITE (HLA) Classe I (A, B, C) exprimés à la surface de toutes les cellules nucléées de l’organisme et présentent les peptides aux LT CD8+ Classe II (DR, DQ, DP) exprimés à la surface des cellules dendritiques, LB, monocytes, macrophages et LT activés et présentent les peptides aux lymphocytes T CD4+ Ag mineurs d’histocompatibilités (HA-1,-2,-3, HY), peptides immunogènes dérivés des protéines du soi possédant une variabilité allélique, transmission indépendante des gènes HLA

PATIENT DONNEUR GVH REJET GVL GVI RECONSTITUTION HEMATOPOIETIQUE Lymphocyte T CSH GVH REJET GVL RECONSTITUTION HEMATOPOIETIQUE PATIENT DONNEUR Cellule leucémique Cellules infectées GVI

REJET DE GREFFE Réaction essentiellement cellulaire  Activation des lymphocytes T  Production de cytokines pro-inflammatoires  Attaque du greffon amenant à sa destruction Les effecteurs  LT auxiliaires CD4 (complexes HLA-classe II/allopeptides)  LT cytotoxiques CD8 (complexe HLA-classe I / allopeptide – HLA mineurs)  Cytotoxicité NK

Cellule présentatrice d’antigènes Mécanismes du rejet Cellules du donneur Cellule présentatrice d’antigènes D R T8 T4 IL-2, IFN CTL T4 activé T4 T8 IL-2, IFN CTL T4 activé Mécanisme directe Mécanisme indirecte

Eléments favorisants le rejet de greffe Incompatibilités HLA majeure ou mineure Dose insuffisante de cellules nucléées réinjectées Conditionnement insuffisant du receveur Conditionnement sans TBI Déplétion du greffon en cellules T

REACTION DU GREFFON CONTRE L’HOTE (GVH) Destruction par les cellules contenues dans le greffon, et majoritairement les LT, des tissus du receveur. Pré-requis: Présence de cellules immunocompétentes dans le greffon Présence d‘incompatibilités HLA entre donneur et receveur Incapacité de rejet du greffon

Solution 1 = Déplétion du greffon en cellules T? Diminution de l’incidence des GVH graves MAIS augmentation de l’incidence : des rejets de greffe des rechutes des infections des syndromes lymphoprolifératifs liés à l’EBV Mécanisme : Disparition des cellules immunocompétentes induisant la GVH mais aussi celles détruisant les LT résiduels du receveur et les cellules malignes résiduelles

Solution 2 = Le Campath® (alemtuzumab)? Anti-CD52 Déplétions lymphocytaires T in vivo Diminution du taux de GVH mais retard de la reconstitution immunitaire (LT), augmentation de l’incidence des infections virales, augmentation de la fréquence des rechutes Solutions 3, 4, 5…? Sélection dans le greffon de LT spécifiques de la tumeur Infusion post-greffe de Tregs (CD4+CD25+Foxp3+) Globulines anti-Thymocytes (ATG) Amélioration des traitements immunosuppresseurs

Aspects cliniques de la GVH GVH aigüe survient dans les 100 jours, complique près de 30% des allogreffes géno-identiques et jusqu’à 80% des allogreffes phéno-identiques 3 organes cibles : peau, éruption maculopapuleuse (visage, paume des mains, plante des pieds) foie (cholestase ictérique sans insuffisance hépatocellulaire) tube digestif (diarrhée, douleurs abdo, vomissements) GVH chronique, 100 jours après la greffe, environ 50% des patients, sclérodermie, syndrome sec…

REACTION DU GREFFON CONTRE LA LEUCEMIE Réponse immune des cellules du donneur dirigée contre les cellules tumorales Antigènes cibles des cellules tumorales: Ag mineurs d’histocompatibilité : incidence de rechute augmentée en cas de greffes syngéniques par rapport aux greffes allogéniques Protéines associées à la leucémies (ex BCR-ABL) Perte d’expression de ligands inhibiteurs (CMH classe I) et déclenchement de la cytotoxicité des cellules NK Surexpression de ligands activateurs des cellules NK (MIC-A, MIC-B)

Initiation de la réponse immune CPA CL CD4 CD8 NK Phase d’expansion clonale Phase effectrice

Rôle des cellules NK dans l’effet GVL Lyse des cellules tumorales selon 3 voies : ADCC par fixation via le CD16 des IgG opsonisées sur les cellules tumorales NK Cellule leucémique CD16 LYSE

- Cas particuliers des mismatch KIR/HLA-Cw (# perte d’expression de molécules HLA de classe I) NK Cellule leucémique - KIR2DL1 HLA-C groupe 2 KAR Ligand activateur HLA-C groupe 1 +

Surexpression du soi modifié à la surface de la cellule leucémique type MIC-A et MIC-B NK Cellule leucémique - KIR2DL1 HLA-C groupe 2 KAR Ligand activateur +

Potentialisation de l’effet GVL Injection de lymphocytes alloréactifs du donneur (DLI pour Donor lymphocyte injections) Réponse corrélée à la présence de LT cytotoxiques contre les Ag mineurs HA-1 et HA-2 d’expression restreinte aux cellules hématopoïétiques Si mismatch HLA-I:pas de phénomène d’inhibition des NK (effet des KIR) Essais en cours: DLI après déplétions en T régulateurs Tregs (CD4+CD25+ Foxp3+)

LA RECONSTITUTION IMMUNITAIRE POST ALLOGREFFE DE CSH

Reconstitution immunitaire influencée par : Age, pathologie Choix et manipulation du greffon Type de conditionnement Greffe apparentée / non apparentée / polymorphisme HLA Evolution clinique (GVH, infections) Protocole d’immunosuppression

Greffe 1 2 3 4 5 6 mois Valeurs de référence NK LT CD8+ LB LT CD4+ 1 2 3 4 5 6 HSV CMV EBV adénovirus VZV Candida, Aspergillus Bactéries Greffe mois Valeurs de référence PNN NK LT CD8+ LB LT CD4+ Immunosuppression + si GVH

Suivi de la reconstitution Phénotypage lymphocytaire (CD3/CD4/CD8/CD45RA/CD45RO/ /CD56 /CD19) Quantification des cercles d’excision des TCR (TREC) Analyse des tétramères Diversité du répertoire TCR Etude de la fonctionnalité lymphocytaire (test de sécrétion de cytokines, tests lymphoprolifératifs)

CONCLUSION

L’allogreffe de cellules souches hématopoïétiques est un traitement toxique par le conditionnement pré-greffe, la sévérité de la GVH et l’incompétence immunologique qui en résulte Les objectifs sont de réduire cette toxicité tout en conservant l’effet GVL