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De plus en plus de faits expérimentaux démontrent que, bien davantage qu'une rupture de la tolérance immunitaire périphérique, le développement de la réponse auto-immune diabétogène (dans le diabète de type 1) provient d'abord d'une dysfonction dans l'établissement de la tolérance centrale au soi dépendant du thymus. Sur base, d'une part, de l'homologie étroite entre les self-antigènes thymiques dominants et les auto-antigènes tissulaires périphériques et, d'autre part, de la différence entre les réponses immunitaires que ces antigènes sont capables d'induire (respectivement, tolérance versus immunité), une nouvelle stratégie est proposée pour la mise au point d'un self-vaccin «négatif» ou tolérogène en vue de reprogrammer la tolérance immunitaire vis-à-vis des cellules b pancréatiques et de prévenir le diabète de type 1.
Plus de trente ans de recherches ont permis d'établir la certitude que le diabète de type 1 est une maladie auto-immune sélective des cellules b pancréatiques qui affecte des individus présentant une susceptibilité génétique particulière à cette maladie. Les auto-antigènes du diabète de type 1 ont été identifiés, et les trois plus importants sont la (pro)insuline, la décarboxylase de l'acide glutamique de 65 kDa (GAD 65), ainsi que la phosphatase IA-2. La détection des auto-anticorps dirigés contre ces antigènes permet de prédire aujourd'hui, avec un bon degré de certitude, le risque d'apparition du diabète de type 1, en particulier chez les personnes génétiquement prédisposées. Cette susceptibilité génétique réside pour sa majeure partie (L 50%) au niveau du complexe majeur d'histocompatibilité (CMH) de classe II (allèles DR4/DQ8 et DR3/DQ2). Plus de quarante autres gènes, situés à l'extérieur du CMH, interviennent également dans le déterminisme de cette prédisposition individuelle, mais leur influence n'est pas aussi importante que celle du CMH. Malgré cette somme de connaissances, force est néanmoins de reconnaître que nous restons dans l'incapacité de prévenir ou de guérir cette maladie. La stratégie utilisée jusqu'ici reposait essentiellement sur l'idée que l'administration de l'insuline en sa qualité d'autoantigène primaire de cette maladie serait capable de restaurer la tolérance immunitaire vis-à-vis des cellules b. Au moment du lancement en 1994 du Diabetes Prevention Trial (DPT), nous avions exprimé dans cette même revue1 (anciennement Médecine et Hygiène) nos réserves à l'égard de cette entreprise au budget imposant. L'étude-pilote sur cette action tolérogène de l'insuline ne comportait, en effet, qu'un échantillon limité d'enfants à risque élevé de développer un diabète de type 1, et nous pensions qu'il était nécessaire de procéder à des recherches complémentaires afin de mieux comprendre la physiopathologie de cette maladie. Seule cette connaissance permettra de développer une stratégie sûre et efficace destinée à prévenir l'apparition du diabète de type 1. Il convient d'essayer de comprendre la raison des échecs de ces premières tentatives de prévention du diabète de type 1,2 mais il est aussi important de décrire l'évolution récente des concepts quant à notre compréhension des mécanismes responsables du développement de l'auto-immunité sélective des cellules b pancréatiques.
Si les valeurs diagnostique et prédictive des autoanticorps du diabète de type 1 sont reconnues, leur rôle pathogène est toutefois faible, voire nul,3 et les vrais agents effecteurs de la destruction des cellules b sont les cellules T CD4+ et CD8+.4 Il était, dès lors, essentiel de s'intéresser à la différenciation et à l'«écolage» des lymphocytes T dans le thymus. Ce dernier est l'unique organe lymphoïde responsable de la génération de cellules T à la fois compétentes vis-à-vis du non soi et tolérantes au soi. Le thymus assure cette fonction tolérogène par deux mécanismes principaux et complémentaires : 1. la délétion des cellules T réactives au soi issues de la recombinaison aléatoire des segments de gènes codant pour les parties variables du récepteur T à l'antigène (TCR) et 2. la génération de cellules T régulatrices (Treg), spécifiques d'antigènes du soi et capables d'inactiver en périphérie les cellules T réactives au soi ayant échappé à la délétion thymique.5
Pendant longtemps, un postulat de base a prévalu, à savoir que les autoantigènes cibles de réactions auto-immunes périphériques étaient séquestrés par rapport aux cellules T au cours de leur différenciation dans le thymus. Selon ce même dogme, il ne pouvait donc être question d'établissement d'une tolérance «centrale» induite dans le thymus suite à la présentation d'antigènes spécifiques de tissus périphériques. Nos travaux, initiés en 1985, ont permis de démontrer que le parenchyme thymique est le siège de la transcription de gènes appartenant à différentes familles neuroendocrines comme la famille des peptides neurohypophysaires, des tachykinines, de la neurotensine, et de l'insuline.6 Pour chacune de ces familles, un membre est exprimé de manière prédominante par l'épithélium thymique : l'ocytocine pour la famille neurohypophysaire, la neurotensine pour les neuromédines, et la neurokinine A pour les tachykinines. En 1992, nous avancions l'idée que cette expression dans le thymus de peptides neuroendocrines devait être liée à l'induction de la tolérance immunitaire aux fonctions contrôlées par ces peptides à l'extérieur du thymus.7 L'apprêtement de ces précurseurs n'est pas couplé à une (neuro)sécrétion classique, mais aboutit à la présentation de séquences antigéniques par le CMH thymique.8,9 Tous les gènes de la famille de l'insuline (INS, IGF1 et IGF2) sont également transcrits dans le thymus humain selon une hiérarchie et une topographie précises : IGF2 (cellules épithéliales thymiques (CET) du cortex et de la medulla ; cellules «nourrices» thymiques [CNT]) L IGF1 (macrophages) LL INS (CET médullaires).10-12 Par ailleurs, chez la souris qui possède deux gènes pour l'insuline (Ins1 et Ins2), l'expression d'Ins2 dans le thymus est prédominante par rapport à celle d'Ins1, une situation inverse à celle des cellules b murines. Nous avons aussi montré qu'à l'inverse de la (pro)insuline, le blocage de la signalisation par les IGF et leurs récepteurs provoque une inhibition importante de la différenciation précoce des lymphocytes T.13 Cette organisation «économique» du répertoire thymique des précurseurs neuroendocrines possède également une signification sur le plan évolutif. Le thymus est, en effet, apparu peu de temps après l'émergence des mécanismes génétiques responsables de la génération de la diversité immunitaire et donc du risque inhérent d'autotoxicité du système immunitaire vis-à-vis des organismes qui l'hébergent. Certaines fonctions essentielles préalablement établies devaient être aussi protégées contre cette toxicité potentielle de la réponse immunitaire adaptative. Selon cette conception, il est logique de considérer que l'ocytocine, intervenant dans le contrôle de la reproduction à différents niveaux, devait être plus protégée que la vasopressine contrôlant surtout le métabolisme de l'eau. De même, il était nécessaire que l'IGF2, facteur de croissance essentiel du développement ftal, soit mieux protégé que l'insuline, hormone responsable de la seule homéostasie du glucose. Grâce à leur homologie importante, les précurseurs neuroendocrines dominants exprimés dans le thymus peuvent cependant assurer une tolérance à l'ensemble des membres de leur famille correspondante.
Pour tenter se savoir si une dysfonction du thymus dans l'installation de la tolérance centrale vis-à-vis des cellules b était impliquée dans la pathogénie du diabète auto-immun, nous avons étudié la transcription des gènes de la famille de l'insuline dans le thymus de rats bio-breeding susceptibles (BBDP) ou résistants (BBDR) à ce type de diabète. Les transcrits de Ins et de l'Igf1 ont été détectés dans tous les thymus des rats BBDP et BBDR. Par contre, les transcrits de l'Igf2 étaient absents dans le thymus de plus de 80% des rats BBDP étudiés, soit en étroite concordance avec l'incidence du diabète chez ces rats (86%), alors qu'ils étaient détectés dans le thymus de tous les rats BBDR.14 Ce déficit d'expression de l'Igf2 est spécifique du thymus car les messagers de l'Igf2 sont correctement détectés dans le foie et le cerveau des rats BBDP. Dans l'autre modèle animal classique du diabète de type 1, la souris NOD, les travaux de différentes équipes ont également mis en évidence un déficit de la tolérance centrale dépendant du thymus, notamment une défaillance du processus de délétion clonale par apoptose des clones T réactifs au soi.15,16
L'identification du gène AIRE (AutoImmune Regulator) a constitué une autre avancée dans notre compréhension du rôle central joué par une dysfonction du thymus dans le développement des processus auto-immuns spécifiques d'organes.17 Plusieurs mutations répertoriées de ce gène sont responsables d'un syndrome congénital chez l'enfant en bas âge appelé APECED (Autoimmune Polyendocrinopathy, Candidiasis, Ectodermal Dystrophy) ou encore syndrome auto-immun polyglandulaire auto-immun (APS-I). Le gène AIRE est transcrit surtout par l'épithélium thymique. Son invalidation chez la souris induit des manifestations d'auto-immunité périphérique associées à une très nette réduction de la transcription intrathymique de nombreux gènes encodant des antigènes neuroendocrines (comme l'ocytocine, le neuropeptide Y, l'IGF2 ou l'insuline) ou spécifiques de tissus périphériques.18,19 L'expression d'Aire dans l'épithélium thymique est aussi déficiente chez la souris NOD.20 Même si les mécanismes précis par lesquels ce gène contrôle la transcription dans les CET de nombreux gènes périphériques demeurent mal connus, ces données récentes confirment à l'évidence qu'un défaut d'établissement de la tolérance centrale au soi dans le thymus joue un rôle essentiel, et trop longtemps négligé, dans le développement des maladies auto-immunes spécifiques d'organes.
En dépit de l'efficacité démontrée, en prévention secondaire, d'un anticorps monoclonal «humanisé» anti-CD3 pour ralentir la destruction des cellules b résiduelles chez les diabétiques récents,21 la prévention primaire de l'auto-immunité sélective des cellules b chez les individus à risque élevé de développer cette maladie constitue toujours un vrai «Graal» de la médecine contemporaine. La stratégie basée sur l'administration de l'autoantigène majeur du diabète de type 1 (insuline) a échoué quel que soit le mode d'administration, nasale, sous-cutanée ou orale. Pour expliquer cet échec, il est possible d'incriminer la dose d'antigène administrée, mais une autre explication est plus plausible. Comme nous l'avons vu, le niveau d'expression dans le thymus du gène de l'insuline (INS chez l'homme, Ins2 chez la souris) est très faible par rapport aux autres membres de la famille, et d'IGF2 en particulier. Ce niveau bas d'expression intrathymique est néanmoins associé à un certain effet tolérogène puisque l'invalidation d'Ins2 chez la souris NOD accélère l'apparition du processus auto-immun diabétogène.22 Comme la tolérance à une protéine est proportionnelle à son niveau d'expression dans le thymus, la hiérarchie d'expression thymique des membres de la famille de l'insuline permet d'expliquer la faible tolérogénicité de l'insuline, la prévalence assez élevée d'auto-anticorps et de cellules T dirigés contre l'insuline dans la population générale, et aussi pourquoi la tolérance à l'IGF2 est si difficile à briser lors d'immunisations actives contre cette protéine. Dans certains modèles expérimentaux, l'immunogénicité de l'insuline ou d'antigènes dérivés est d'ailleurs très importante, et leur administration peut parfois provoquer un choc anaphylactique fatal.23 Même si ce phénomène pouvait être redouté en théorie,24 l'administration d'insuline chez des enfants à risque élevé n'a heureusement pas conduit à une augmentation de l'incidence du diabète de type 1 dans cette population. Il convient néanmoins de tirer une conclusion définitive au terme de ces quelques années d'intenses explorations : l'insuline ne possède aucun pouvoir tolérogène actif et elle est bien l'auto-antigène majeur et spécifique ciblé par la réaction auto-immune diabétogène, tant chez la souris NOD que chez l'homme.25,26
Vu l'impossibilité d'agir sur les facteurs environnementaux et sur la constitution génétique responsable de la susceptibilité d'un individu vis-à-vis du diabète de type 1, les recherches actuelles privilégient toujours une approche immunosuppressive spécifique visant à contrôler la réponse auto-immune diabétogène sans compromettre les fonctions immunitaires générales. Idéalement, cette approche pourrait être associée à une inhibition de l'apoptose des cellules b associée au processus auto-immun, de même qu'à une régénération des cellules b déjà détruites. Même en cas de transplantation de cellules b allogéniques, xénogéniques, ou dérivées de cellules souches (adultes ou embryonnaires), le contrôle de la mémoire auto-immune sélectivement dirigée contre les cellules b est une nécessité absolue tant pour la prévention que la guérison du diabète de type 1.
Selon les données physiologiques et physiopathologiques exposées ci-dessus, une telle maîtrise pourrait résulter de la (re)programmation de la tolérance immunitaire vis-à-vis des cellules b au moyen du répertoire thymique des antigènes du soi neuroendocrine (self-antigènes neuroendocrines). Dans cette perspective, nous étudions le profil de sécrétion de cytokines provoqué par la présentation de la séquence B9-23 de l'insuline (Ins B9-23), auto-antigène primaire majeur du diabète de type 1, et de la séquence homologue B11-25 de l'IGF2, self-antigène thymique dominant de la famille de l'insuline. Ces études sont réalisées au moyen de cultures de cellules mononucléées sanguines (PBMCs) purifiées à partir d'adolescents diabétiques de type 1, porteurs de l'allèle DQ8, déterminant une susceptibilité génétique majeure à cette maladie. Les contrôles sont des patients diabétiques de type 1 non DQ8, et des personnes apparentées DQ8+ non diabétiques. Dans un premier temps, nous avons vérifié que les séquences Ins B9-23 et IGF2 B11-25 présentent une même affinité et entrent en compétition pour la liaison à l'allèle DQ8 du CMH-II. Par Elispot (technique permettant le calcul du nombre de cellules sécrétant une cytokine précise), nous avons observé que, par rapport à Ins B9-23, la présentation d'IGF2 B11-25 induit un profil tolérogène/ régulateur caractérisé par un nombre plus élevé de cellules sécrétant l'IL-10 (cytokine suppressive/régulatrice puissante), une augmentation du rapport IL-10/IFN-g, et une diminution importante de la sécrétion d'IL-4 (cytokine impliquée dans la stimulation de la réponse humorale B).27
Par rapport à l'insuline immunogène et dépourvue de propriétés tolérogènes, l'IGF2 représente donc une alternative très appropriée pour une approche tolérogène associant à la fois une compétition pour une liaison à la poche de présentation des allèles HLA conférant une susceptibilité au diabète de type 1, et une réponse régulatrice/suppressive en aval de cette présentation (figure 2). Un nouveau type de self-vaccin «négatif» ou tolérogène efficace contre le diabète de type 1 pourrait ainsi combiner les épitopes dominants de l'IGF2 (homologue thymique de l'insuline), de GAD67 (homologue thymique de GAD 65), et de la protéine issue de l'épissage alternatif de IA-2 détecté dans le thymus.