Monocyte and T cell plasticity in Crohn’s disease and ulcerative colitis

La maladie de Crohn (Crohn’s disease; CD) et la colite ulcéreuse (Ulcerative colitis ;CU) représentent deux formes distinctes de maladies inflammatoires chroniques de l’intestin (MICI), qui sont associées à une réponse immunitaire aberrante des tissus intestinaux  à la flore intestinale.  Les phagocytes mononucléés (MNPs) qui dialoguent, via les cytokines qu'ils produisent, avec les cellules immunitaires innées et adaptatives sont impliqués dans l’induction, la perpétuation et le maintien de la réponse inflammatoire des MICI.  Chez la souris, les MNPs sont stratifiées en cellules dendritiques conventionnelles (cDCs), macrophages (M) et cellules dérivées de monocytes, une entité qui regroupe dans le tissu des cellules dendritiques dérivées de monocytes (Mo-DC),  des M dérivés de monocytes et des « monocyte-like ».  Toutefois, la diversité phénotypique, moléculaire et fonctionnelle des monocytes et des MNPs ainsi que la plasticité des monocytes restent à élucider dans les MICI.  Les anticorps bloquant les cytokines IL12 et IL23 contrôlent la pathogénicité et la plasticité des cellules Th17, réduisant l'inflammation intestinale chez les patients atteints de MII. Cependant, il n’existe à ce jour aucun traitement curatif. L’étude approfondie de la plasticité des cellules T et du site tissulaire où elle pourrait se produire ne sont toujours pas clarifiés.  Dans le premier chapitre, nous avons révélé l’existence de deux sous-populations distinctes de CD14+MNPs dans le colon de patients atteints de CU. Les cellules de type « inflammatory monocyte-like » CD14+CD163-CD64+ (P3) à l’opposé des CD14+CD163+CD64+ M (P4) s'accumulent dans le côlon inflammatoire. Nos résultats ont de plus établi un lien entre les P3 MNPs, l’IL12, l’IL1β et la détection de cellules Th17 mémoires produisant de l'IFN et de l'IL8, qui contribueraient collectivement à la pathogenèse de la CU. De plus, deux sous-populations CD14+ MNPs similaires sur le plan fonctionnel et moléculaire a ceux trouvés en CU, ont été détectées dans le côlon de patients atteints de CD.  En revanche, dans le deuxième chapitre, nous fournissons des évidences que la sous-population monocytaire Slan+ pourrait contribuer à l’immunopathogenèse de la CD, mais pas à celle de la CU.  La fréquence, le phénotype et la fonction des cellules Slan+ ont été examinés dans le sang, les ganglions mésentériques (MLN) et le côlon de patients atteints de MICI. Nous proposons que les cellules pro-inflammatoires CD14hiCD172α+Slan+ discriminent les tissus de CD et CU. En effet, elles ne s'accumulent que dans les MLNs et la muqueuse colique des patients atteints de CD.  Dans le troisième chapitre, nous avons montré que les MLNs de CD et de CU, qui sont des tissus difficiles d'accès pour leur étude fonctionnelle en recherche, peuvent également être distingués par la distribution et le profil moléculaire des cellules T mémoire effectrices CXCR3-CCR6+ (Th17TEM).  Nos données suggèrent également que la plasticité de Th17 se produit dans les MLNs avant leur migration vers l'intestin. Cette étude pourrait avoir des implications pour améliorer notre compréhension de la maladie.  Enfin, il a été démontré qu’à l’homéostasie chez la souris, les monocytes sont continuellement recrutés dans la muqueuse intestinale où ils se différencient progressivement en M  anti-inflammatoires. Ce processus de maturation est interrompu dans le contexte d'une inflammation. Les signaux environnementaux qui régulent la « cascade » de maturation d’un monocyte classique tissulaire demeurent inconnus chez l'homme. Dans le quatrième chapitre, nous avons récapitulé in vitro la cascade de différenciation des monocytes humains de «CD163- P3-like» en  «CD163+P4-like» et avons montré leurs similitudes moléculaires avec les CD14+ MNP tissulaires.  La manipulation de cette voie de différentiation pourrait ouvrir des pistes thérapeutiques pour restaurer l'homéostasie intestinale dans les MICI.  En conclusion, une meilleure compréhension des sous-populations de MNPs,  leurs fonction et plasticité dans la pathogenèse des MICI aidera à identifier des nouvelles cibles thérapeutiques et contribuera à augmenter les connaissances pour la mise au point de traitements personnalisés. Crohn’s disease (CD) and ulcerative colitis (UC), the two forms of inflammatory bowel diseases (IBD), are associated with dysregulated immune response in the intestinal tissue. It is mediated by mononuclear phagocytes (MNPs) that dialogue via the cytokine they produce with innate and adaptive immune cells. In mice, MNPs are stratified into conventional dendritic cells (DCs), macrophages (M) and monocyte-derived cells that regroup tissue monocyte-derived DCs, monocyte-derived M and monocytes-like cells. However, the phenotypic, molecular and functional diversity of MNPs and their plasticity remain to be elucidated in IBD patients. Therapies in IBD employ antibodies that block IL12 and IL23, thus control Th17 pathogenicity and plasticity and decrease intestinal inflammation. However, no cure exist nowadays for the treatment of IBD. In-depth study of T cell plasticity and the tissue where it occurs remain to be investigated.  In the first chapter, we revealed the existence of two distinct CD14+ MNP subsets in colon of UC patients. Only, CD163-CD64+ inflammatory monocyte-like cells (P3) but not anti-inflammatory CD163+CD64+ M (P4) accumulate in inflamed UC colon. Our findings further established a link between monocyte-like CD14hiCD172α+ CD163- MNPs, IL12, IL1β and the detection of colonic memory Th17 cells that produce IFN and IL8, which might all contribute to UC pathogenesis. Two CD14+ MNP subsets, resembling their counterparts in UC mucosa at the functional and molecular level, were also detected in CD colon.  In contrast, in the second chapter, we provide evidence that Slan+ monocyte subset may contribute to CD but not UC immunopathogenesis. Frequency, phenotype, and function of Slan+ cells were examined in blood, colon, and mesenteric lymph nodes (MLN) of patients with IBD. We showed that pro-inflammatory CD14hiCD172α+Slan+ cells are a distinguishing feature between CD and UC, as they only accumulate in MLNs and colonic mucosa of CD patients.   In the third chapter, we showed that MLNs of CD and UC, tissues that were hard to access for research use, can also be distinguished by frequencies of CXCR3−CCR6+ Th17 effector memory T cells (TEM) and their molecular profile. Our data further suggested that Th17 plasticity is taking place in MLN, before T cell homing to gut tissues. This investigation has clear implications in furthering our understanding of the disease.  Finally, it has been demonstrated that monocytes are continuously recruited into murine gut mucosa and progressively differentiate into macrophages under homeostatic conditions, a maturation process interrupted in the context of inflammation. However, the environmental cues that regulate tissue inflammatory monocyte “waterfall” remain to be investigated in humans. In the fourth chapter we recapitulated in vitro human monocyte differentiation cascade, from CD163- inflammatory monocyte-like cells (P3) towards anti-inflammatory CD163+ macrophages (P4) and showed their molecular similarities to tissue CD14+ MNPs. Manipulating this pathway might open therapeutic avenues to restore tissue homeostasis.   In conclusion, a better understanding of MNP subsets, function and plasticity in IBD pathogenesis would help identify novel therapeutic targets and shed light for the development of personalized treatments.

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