Identification et caractérisation moléculaire et fonctionnelle des cellules tissulaires de l’immunité innée chez les patients atteints de maladies inflammatoires intestinales

Les maladies inflammatoires intestinales (MII), maladie de Crohn (MC) et colite ulcéreuse (CU), représentent un problème de santé publique majeur en raison de leur prévalence, de leur chronicité et de l’absence de traitement curatif disponible. La physiopathologie de ces maladies implique des facteurs de prédisposition génétique, des facteurs environnementaux et une réponse anormale du système immunitaire. De par leur position à l’interface entre les facteurs environnementaux, les cellules épithéliales et les cellules de l’immunité adaptative, les cellules de l’immunité innée (phagocytes monocucléés (MNPs) et granulocytes) sont des acteurs importants dans l’initiation et le maintien de l’inflammation intestinale. Largement étudiés chez la souris, leur investigation chez l’humain restait parcellaire, souvent contradictoire dans le colon et rarement étudiée dans le ganglion mésentérique (MLN).  Nous avons caractérisé par des méthodes de cytométrie de flux multi-couleurs, de cytométrie de masse (CyTOF) et de séquencage de l’ARN (total et à l’échelon de la cellule unique), les MNPs de la muqueuse colique et des ganglions mésentériques chez les patients atteints de MC et de CU. Nous avons également évalué la fonction des MNPs et des basophiles sur les réponses mémoires T CD4+ autologues tissulaires. Notre travail a mis en évidence des similitudes et des différences entre la MC et la CU, dans la distribution des MNPs et le profil de la réponse mémoire T CD4+ dans le colon et le ganglion. La sous-population de MNPs HLADR+SIRPα+CD14+CD64+CD163- qualifiée de monocytes inflammatoires, et non les macrophages HLADR+SIRPα+CD14+CD64+CD163+, s’accumule dans la muqueuse inflammatoire des patients atteints de MC et de CU, et promeut les réponses mémoires de type Th17 et Th17/Th1 d’une manière dépendante de l’IL-1β. La fréquence de cette population corrèle avec le score de sévérité endoscopique en MC. Cependant, la distribution des MNPs ganglionnaires diffère entre la MC et la CU. Nous montrons que, dans les ganglions des patients atteints de CU, les MNPs HLADR+SIRPα+CD14+CD64+ sont enrichis en cellules CD163+, qui incluent principalement des cellules ‘monocyte-like’  HLA-DRdim en plus de macrophages HLA-DRhi. Parmi les cellules dendritiques (DCs) HLADR+SIRPα+CD14-CD64-, les DCs plasmocytoides prédominent dans les deux MII, avec une fréquence supérieure en MC qu’en CU.  Par ailleurs, l’IL-1β dans la MC et l’IL-12 dans la CU favorisent un profil pathogénique dans les lymphocytes T CD4+ (IFN-γ, TNF-α, GM-CSF, IL-6) de la muqueuse colique. Par sérendipité, nous avons aussi mis en évidence que l’IL-12 et les monocytes inflammatoires tissulaires induisent la production d’IL-8 par les lymphocytes T CD4+ mémoires de la muqueuse intestinale et des MLNs dans la CU mais pas dans la MC. Au cours de cette étude, nous avons également observé l’accumulation de basophiles, mais pas de mastocytes, dans la muqueuse colique et le MLN en MC et en CU,  et montré  qu’ils favorisaient  également les réponses Th17 et Th17/Th1 et non Th1 dans les lymphocytes T CD4+ mémoires exprimant CCR7.    En conclusion, la caractérisation des MNPs de la muqueuse intestinale et des MLNs dans les maladies inflammatoires intestinales (MII) permet de mieux appréhender la physiopathologie de la maladie, dans l’espoir d’optimiser la stratification des MII et de permettre ainsi une prise en charge thérapeutique personnalisée. Crohn's disease (CD) and ulcerative colitis (UC), two common forms of inflammatory bowel disease (IBD), represent a major public health problem because of their prevalence, chronicity and lack of available curative treatment. The pathophysiology of these diseases involves predisposing genetic factors, environmental triggers, and a dysfunctional immune response. Innate immune cells, including mononuclear phagocytes (MNPs) and granulocytes, are important players in the initiation and maintenance of intestinal inflammation due to their position at the interface between the external environment, epithelium and adaptive immune cells. Although widely studied in mice, their investigation in humans remains fragmentary, often with contradictory findings reported in the colon, and they are rarely studied in the mesenteric lymph nodes (MLNs). MNPs from the colon and MLNs of patients with CD and UC were characterized by multi-color flow cytometry, mass cytometry (CyTOF) and RNA sequencing (bulk and single cell). The function of MNPs and basophils on autologous memory CD4+ T cell responses was also assessed.  The results presented here highlight similarities and differences in the distribution of MNPs between CD and UC, and the profile of memory CD4+ T cell response in colon and MLNs. HLADR+SIRPα+CD14+CD64+CD163- MNPs, defined as inflammatory monocytes, but not HLADR+SIRPα+CD14+CD64+CD163+ macrophages, accumulated in the inflammatory mucosa of CD and UC patients, and promoted Th17 and Th17/Th1 memory responses in an IL-1β dependent manner. The frequency of this subpopulation correlated with endoscopic severity in CD. In contrast, the distribution of these two MNP populations in the MLNs differs between CD and UC. HLADR+SIRPα+CD14+CD64+ MNPs were enriched in CD163+ cells that predominantly included HLA-DRdim monocytes-like cells over HLA-DRhi macrophages in UC patients only. Among HLADR+SIRPα+CD14-CD64- dendritic cells (DCs), plasmocytoid DCs predominated in both UC and CD, with higher frequency in CD versus UC. IL-1β in CD and IL-12 in UC favor a pathogenic CD4+ T cell profile (IFN-γ, TNF-α, GM-CSF, IL-6 expression/production) in the colonic mucosa. It was also demonstrated that IL-12 and inflammatory tissue monocytes induced IL-8 production by memory CD4+ T cells in intestinal mucosa and MLNs of UC but not CD. In this study, it was also observed that basophils and not mast cells accumulated, in the colonic mucosa and MLNs of CD and UC patients, and favored Th17 and Th17/Th1, but not Th1, responses in CCR7+ memory CD4+ T cells. In conclusion, characterization of MNPs in the intestinal mucosa and MLNs of IBD patients contributes to a better understanding of IBD pathophysiology and opens avenues to optimize patient stratification, and thus, personalized treatment of IBD patients.

Keyphrases: Maladies inflammatoires intestinales, Immunité innée, maladie de Crohn, Colite ulcéreuse, Muqueuse intestinale et ganglions mésentériques, Inflammatory bowel diseases, Ulcerative colitis, Crohn's disease, Innate immunity, Intestinal mucosa and mesenteric lymph nodes