Final publication is available at http://www.bloodjournal.org/ / 京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(医学) / 甲第19614号 / 医博第4121号 / 新制||医||1015(附属図書館) / 32650 / 京都大学大学院医学研究科医学専攻 / (主査)教授 髙折 晃史, 教授 山田 亮, 教授 三森 経世 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Medical Science / Kyoto University / DFAM

La survenue de la maladie du greffon contre l’hôte aiguë (GVHa) après l’allogreffe de cellules souches hématopoïétiques (CSH) reste une source majeure de mortalité et morbidité pour laquelle des avancées thérapeutiques restent indispensables. Les lymphocytes NKT invariants (iNKT) possèdent de multiples propriétés à potentiel immuno-régulateur et anti-tumoral, mais peu de données existent chez l’homme dans le cadre de l’allogreffe de CSH. Nous avons récemment montré qu’une bonne reconstitution en iNKT post greffe ainsi qu’une bonne richesse et capacité d’expansion des iNKT du greffon, notamment du sous type CD4-, étaient corrélés à une moindre survenue de GVHa chez les patients. Ce travail avait pour objectif de déterminer quel sous type de iNKT humain pouvait réguler la réponse allo-immune et ses mécanismes d’action. Dans le modèle murin humanisé de xéno-GVH, chez la souris NSG, nous avons mis en évidence que le sous-type iNKT CD4- humain ,contrairement au sous type CD4+, permettait de diminuer la survenue de GVH et d’améliorer la survie des souris NSG greffées avec des PBMC humains enrichis ou non en lymphocytes iNKT. Nous avons montré de façon concordante, in vivo et in vitro, que les iNKT CD4- humains diminuent le profil Th1 et Th17 des lymphocytes T conventionnels et leur marqueurs d’activation après stimulation allo- et xéno-génique. Par ailleurs, les iNKT CD4- humains induisent la mortalité des cellules dendritiques in vitro et in vivo, contrairement au sous-type iNKT CD4+ qui induit leur maturation. Par contre, les iNKT CD4- n’ont pas d’impact sur les lymphocytes T régulateurs, ni sur la prolifération des T conventionnels. Ils n’altèrent pas non plus la qualité de la prise de greffe des cellules humaines dans la souris NSG. Nous concluons, que contrairement aux iNKT murins, le sous-type iNKT CD4- humain, et non pas CD4+, est capable de diminuer la survenue de xéno-GVH dans le modèle murin NSG par une régulation directe de la réponse immune allogénique. Ces résultats obtenus dans ce modèle préclinique ouvrent la possibilité d’une nouvelle thérapie cellulaire utilisant ces cellules chez l’homme pour prévenir la survenue de GVH aiguë. / The occurrence of acute graft versus host disease (aGVHD) after allogeneic stem cell transplantation (allo-SCT) is a major source of mortality and morbidity and new therapeutic advances are urgently needed. Despite the numerous immunomodulatory properties depicted for the iNKT lymphocytes, there are few studies of these lymphocytes in human allo-SCT and GVHD setting. We previously reported that a higher iNKT reconstitution in patients after allo-SCT and higher graft CD4- iNKT expansion rates, were associated with reduced risk of aGVHD in patients. In this study we aimed to assess a direct immune regulatory role of CD4+ or CD4- iNKT subsets and their mechanisms of action during the allo-immune response. We demonstrated that the human iNKT CD4- subset, but not the CD4+ subset, was associated with reduced xeno-GVHD and prolonged survival of humanized NSG mice infused with human PBSC with or without iNKT cells. We also concomitantly showed, both in vitro and in vivo, that human iNKT CD4- could dampen Th1 and Th17 conventional T cell allo and xeno-responses as well as T cell activation markers. In addition, whereas iNKT CD4+ could stimulate DC maturation, iNKT CD4- induced their apoptosis, in vitro and in vivo. We did not observe any impact on regulatory T cells and conventional T cell proliferation. iNKT CD4- did not impact the engraftment of human cells in NSG mice. We conclude that, by contrast with mice, in humans, the CD4- subset and not their CD4+ counterpart can directly down-regulate the allo-immune response. These results obtained in a robust humanized preclinical xeno-GVH mice model could open new strategies of cellular therapy in the prevention of acute GVHD.

La réaction du greffon contre l’hôte (GvHD) est une complication majeure de la transplantation de cellules souches hématopoïétiques (HSCT). Les traitements de prophylaxie contre le développement de la GvHD reposent essentiellement sur l’utilisation d’agents immunosuppresseurs, ce qui contribue à ralentir la reconstitution immunitaire post-greffe et à prolonger la durée de l’état immunosupprimé des patients. Le développement de prophylaxie pour la GvHD à base d’agents immunomodulateurs est ainsi privilégié. À l’aide d’un modèle murin xénogénique chez les souris NOD/scid-IL2rγ-/- (NSG), on a étudié le potentiel immunomodulateur des immunoglobulines intraveineuses (IVIG) dans la prévention de la GvHD, ainsi que leurs effets sur la qualité et la cinétique de la reconstitution immunitaire. On a déterminé qu’un traitement hebdomadaire d’IVIG peut effectivement réduire l’incidence de la GvHD, ainsi que la mortalité qui y est reliée, avec une efficacité similaire à celle obtenue avec la cyclosporine A, un immunosuppresseur couramment utilisé dans la prophylaxie de la GvHD. Par ailleurs, on a déterminé que le mécanisme d’action des IVIG dans la réduction de la GvHD est distinct de celui des immunosuppresseurs. De plus, on a démontré que les IVIG induisent l’expansion et l’activation des cellules NK présentes au sein du greffon, lesquelles sont nécessaires pour l’obtention de l’effet protecteur des IVIG contre le développement de la GvHD, et sont dépendantes de la présence de lymphocytes T activés. Grâce à un modèle murin humanisé, on a également démontré que le traitement hebdomadaire d’IVIG induit un délai transitoire de la reconstitution humorale, ce qui n’affecte toutefois pas la qualité globale de la reconstitution immunitaire. Ces résultats mettent cependant en doute la pertinence de l’utilisation des IVIG dans les protocoles cliniques de prophylaxie de la GvHD, puisque les immunosuppresseurs seront toujours utilisés, et qu’on a démontré que les IVIG ont besoin de lymphocytes T activés afin de prévenir efficacement le développement de la GvHD. / Graft-versus-Host Disease (GvHD) is a major complication following hematopoietic stem cell transplantation (HSCT). Prophylactic treatments for the prevention of GvHD rely mostly on the use of immunosuppressors, which contribute to inhibit the patient’s immune reconstitution and prolong their immunosuppressed state. Development of immunomodulator-based prophylactic treatments is therefore preferred. Using NOD/scid-IL2rγ-/- mice, we developed a xenogeneic mouse model to assess the immunomodulatory potential of intravenous immunoglobulins (IVIG) for the prevention of GvHD, along with assessing their effect on the kinetics and the quality of the immune reconstitution in mice. We determined that weekly IVIG treatments reduced the incidence of GvHD and its related mortality. The effectiveness of IVIG for the prevention of GvHD was similar to that of cyclosporine A, an immunosuppressive drug routinely used for the prophylactic treatment of GvHD. Furthermore, we demonstrated that IVIG has a mechanism of action that is different from that of immunosuppressors. IVIG induce the expansion and activation of NK cells from the graft, which is mandatory for the preventive effect of IVIG on GvHD development. Furthermore, this IVIG-induced expansion and activation of NK cells require the presence of activated T lymphocytes. Using our humanized mouse model, we have also demonstrated that weekly IVIG treatments cause a transient delay of the humoral reconstitution, but do not affect the overall quality of the immune reconstitution. We have demonstrated that activated T lymphocytes are mandatory for the effective expansion and activation of NK cells, which in turn are essential to the IVIG-induced prevention of GvHD, and immunosuppressors will always be part of the prophylactic regimen of GvHD, therefore shining a doubt on the usefulness of adding IVIG to the prophylactic treatments for the prevention of GvHD.

La leucémie aigüe lymphoblastique de précurseurs des cellules B (pré-B LAL) est le cancer le plus fréquent chez l’enfant. La transplantation de cellules souches hématopoïétiques (TCSH) est nécessaire dans environ 20 à 30 % des enfants ayant une pré-B LAL. Les rechutes après TCSH sont habituellement réfractaires aux thérapies actuelles, et par conséquent, il est important de développer et d’optimiser de nouvelles stratégies thérapeutiques. Dans cette étude, nous nous sommes intéressés aux cellules « cytokine-induced killer » (CIK). En effet, ces cellules ont été montrées comme hautement cytotoxique contre beaucoup de types de cancers. Cependant, leur activité cytotoxique contre les pré-B LAL n’est pas vraiment efficace. Par conséquent, nous avons étudié la possibilité de combiner l’immunothérapie des cellules CIK avec l’interféron alpha (IFN-α) afin d’optimiser l’activité lytique de ces cellules contre les cellules pré-B LAL. De plus, vu qu’il a été démontré que l’activité cytotoxique des cellules CIK provient de la fraction CD56+, plus particulièrement les cellules CD3+CD56+, nous avons décidé d’utiliser la fraction CD56+ (cellules CD56+) dans l’ensemble de nos expériences. Nous avons observé in vitro que les cellules CD56+ lysent mieux les lignées cellulaires pré-B LAL comparativement aux cellules CIK non purifiées. Aussi, leur activité cytotoxique peut être augmentée par le traitement avec l’IFN-α. Par ailleurs, nous avons démontré l’efficacité des cellules CD56+ traitées par l’IFN-α contre les lignées cellulaires pré- B LAL in vivo, dans le modèle de souris NOD/SCID/gamma c- (NSG). La survie des souris est significativement prolongée lorsqu’elles reçoivent les cellules pré-B LAL avec les cellules CD56+ traitées par l’IFN-α. Nous avons par la suite étudié le mécanisme d’action des cellules CD56+ contre les lignées cellulaires pré-B LAL. Nous avons observé que les cellules CD56+ provenant de sang de cordon sont plus efficaces que les cellules CD56+ provenant de sang I périphérique pour tuer les lignées cellulaires pré-B LAL. Nous avons également montré que les cellules CD56+ utilisent seulement la voie NKG2D ou bien les voies NKG2D et TRAIL selon la lignée cellulaire pré-B LAL cible et selon la provenance de la source des cellules CD56+. Par ailleurs, nous avons remarqué que les cellules CIK sont sensibles à l’apoptose par Fas, et que cette sensibilité influence leur activité cytotoxique contre les cellules tumorales. En conclusion, les cellules CD56+ sont cytotoxiques contre les lignées cellulaires pré-B LAL, et leur effet lytique est augmenté par l’IFN-α aussi bien in vitro qu’in vivo dans le modèle de souris NSG. Ces données précliniques sont encourageantes pour tester cette nouvelle approche d’immunothérapie dans le traitement contre la pré-B LAL. / Precursor B-cell acute lymphoblastic leukemia (B-ALL) is the most common form of leukemia in children. Hematopoietic stem cell transplantation (HSCT) is required in around 20 to 30% of children with a B-ALL. The relapses occuring post-HSCT are usually insensitive to current therapy. Therefore, it is important to develop and optimize a new therapeutic strategy. In this study, we were interested to study « cytokine-induced killer » (CIK) cells. These cells have been shown to be very cytotoxic against many types of tumor. However, their cytotoxic activity against B-ALL cells is not very efficient. Consequently, we have studied the effect of combining adoptive immunotherapy of CIK cells with the interferon alpha (IFN-α) to increase their lytic activity against B-ALL cells. In addition, in the literature, the cytotoxic activity of CIK cells has been shown to come from the CD56+ fraction (CD56+ CIK), in particular CD3+CD56+ cells. Therefore, we used the CD56+ fraction in all the experiments. We have observed in vitro that CD56+ CIK cells killed more efficiently B-ALL cell lines than did non-purified CIK cells. Also, their cytotoxic activity could be enhanced with IFN-α. Moreover, we have demonstrated the efficacy of IFN-α-treated-CD56+ CIK cells against B-ALL cell lines in vivo in the model of NOD/SCID/gamma c- (NSG) mice by showing that the survival of mice injected with B-ALL cell lines was significantly increased when they were injected with IFN-α-treated-CD56+ CIK cells. Subsequently, we have studied the lytic mechanism of CD56+ CIK cells against B-ALL cell lines. We have observed that CD56+ CIK cells from cord blood were more efficient than CD56+ CIK cells from peripheral blood to kill B-ALL cell lines. CD56+ CIK cells used only the NKG2D pathway or the both NKG2D and TRAIL pathways depending on the B-ALL cell line and the source of CIK cells. In addition, we showed that CIK cells were sensitive to Fas apoptosis. This sensitivity III influenced the cytotoxic activity of CIK cells against tumor cells. In conclusion, CD56+ CIK cells are cytotoxic against B-ALL cell lines, and their effect can be increased with IFN-α in vitro and in vivo. Taken together, our pre-clinical data are very interesting for testing the potential clinical utility of purified CD56+ CIK cells as an immunotherapeutic strategy for B- ALL patients.