Dossier

Nouveaux concepts pour les essais cliniques : comment rendre l'immunothérapie efficace par combinaison thérapeutique

Mis en ligne le 30/06/2019

Auteurs : F. Ghiringhelli

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  • L'utilisation des inhibiteurs de checkpoints ciblant PD1 et PD-L1, ont révolutionné la prise en charge des cancers solides. Ces traitements en monothérapie ont été utilisés dans de nombreux types tumoraux, et une partie des malades en tirent un bénéfice. Il semble que seules les tumeurs ayant une grande quantité de néoantigènes et une infiltration immunitaire répondent à ces traitements. Pour les autres, des stratégies combinatoires sont développées dans le but d'augmenter l'infiltration immunitaire ou de lutter contre l'immunosuppression ou en influençant le microbiote.

Les anticorps ciblant PD1 et PD-L1 révolutionnent le traitement du cancer. Actuellement, ces médicaments sont indiqués en monothérapie ou en combinaison avec un anti-CTLA-4 ou avec de la chimiothérapie dans le mélanome en situation métastatique et adjuvante, dans le cancer bronchique non à petites cellules, dans le cancer du rein à cellules claires, dans la tumeur de Merkel, dans la maladie de Hodgkin, dans le cancer de la vessie, dans les tumeurs cutanées épider­moïdes et dans les cancers ORL. Des études ont aussi montré leur intérêt dans les maladies avec une instabilité génétique des microsatellites, dans les mésothéliomes, le cancer bronchique à petites cellules et dans le cancer du sein. Les indications s'élargissent chaque année et font le scoop des congrès de cancérologie (1). Malgré tout, ces traitements ne sont pas efficaces chez tous les malades et un gros effort de démembrement des mécanismes de résistance a été effectué dans le but d'abord de trouver des biomarqueurs, et ensuite de cibler ces mécanismes de résistance pour développer des stratégies combinatoires.

Une première observation a consisté à lier la réponse aux checkpoints inhibiteurs à l'expression de PD-L1 et à la présence d'un infiltrat immunitaire CD8. Ces 2 événements sont le plus souvent corrélés. En effet, l'expression de PD-L1 est induite par la production d'IFN-γ, la cytokine effectrice majeure produite par les lymphocytes T CD8 cytotoxiques infiltrant les tumeurs. Ainsi, il a été clairement démontré qu'il y a une corrélation entre la présence de cellules CD8, une signature IFN-γ et l'expression de PD-L1 dans de nombreuses tumeurs. La présence de cellules CD8 activées et productrices d'IFN-γ est un biomarqueur d'efficacité des checkpoints inhibiteurs qui peuvent amplifier la réponse immunitaire préexistante.

Une autre variable importante pour sélectionner les malades répondeurs aux checkpoints inhibiteurs, est la présence d'un nombre élevé de mutations somatiques. Ces mutations codent pour des protéines mutantes qui peuvent ensuite être présentées sous forme de néopeptides, par le système HLA de classe I présent sur les cellules tumorales. Ainsi, plus il y a de mutations, plus il y aura de néoantigènes présentés, et donc plus de chance qu'un néopeptide soit reconnu par un lympho­cyte T (2).

De multiples mécanismes de résistance peuvent expliquer l'absence de réponse aux checkpoints inhibiteurs (figure). Ces mécanismes peuvent induire un désert immunitaire avec une absence de cellules immunitaires dans la tumeur. C'est le cas lorsque la cellule tumorale a une faible charge de néoantigène ou une perte de capacité de présentation antigénique. Dans d'autres cas, il existe une immuno-­exclusion avec des cellules immunitaires ne pouvant pas envahir la tumeur et restant autour d'elle. Il s'agit dans ce cas d'un problème de dysfonctionnement de la migration lymphocytaire. Enfin, certaines tumeurs ont un riche infiltrat immunitaire, mais ne peuvent répondre du fait de la présence d'une forte accumulation de cellules ou de molécules immuno­suppressives.

Augmenter le recrutement immunitaire

Une des possibilités thérapeutiques est d'augmenter le recrutement des cellules immunitaires au site tumoral en induisant des signaux inflammatoires à ce niveau. Plusieurs stratégies peuvent être proposées.

Association de chimiothérapie ou de radiothérapie immunogène avec les checkpoints

Les agents cytotoxiques comme la chimiothérapie ou la radiothérapie, en tuant les cellules cancéreuses, peuvent induire une réponse immunitaire antitumorale. De multiples travaux ont montré que certaines molécules de chimiothérapie et la radiothérapie peuvent tuer les cellules d'une manière particulière. Ainsi, un stress cellulaire fait exprimer la calréticuline à la surface des cellules tumorales. Ceci est un signal de reconnaissance pour les cellules dendritiques qui phagocytent ces cellules mourantes et présentent les antigènes de tumeurs aux cellules lymphocytaires. La présentation optimale des antigènes de tumeurs est étroitement régulée et nécessite la libération de la protéine HMBG1 et l'activation des cellules dendritiques par la libération d'ATP extracellulaire. Cette mort immunogène induit l'activation des lymphocytes T et pourrait donc augmenter la réponse spontanée antitumorale. Par ailleurs, ce genre de traitement favorise le recrutement immunitaire au site tumoral. Ainsi, la chimiothérapie comme la radiothérapie peuvent induire une libération de l'ADN qui migre du noyau vers le cytoplasme de la cellule. L'ADN cytosolique est ensuite détecté par la molécule STING qui ensuite induit la production d'IFN de type I. Ce mécanisme est clairement impliqué dans le recrutement immunitaire au site tumoral, car les IFN de type I sont de puissants chimioattractants des cellules lymphocytaires et dendritiques (3). Des études s'intéressant aux différentes modalités d'irradiation ont montré qu'un mécanisme de contre-régulation apparaissait en cas d'irradiation hypofractionnée. Ainsi, des doses importantes de radiothérapie (aux alentours de 20 grays en une fraction) induisent l'activation d'un endonucléase appelée TREX1 qui dégrade l'ADN cytotoxique et empêche le recrutement immunitaire. Dans ce contexte, dans des modèles précliniques, un traitement par forte dose de radiothérapie n'est pas synergique avec un checkpoint inhibiteur, alors qu'une association avec des doses plus modestes induit un recrutement immu­nitaire et une synergie thérapeutique (4). De la même manière, il a été montré que des chimiothérapies néoadjuvantes par FOLFOX dans le cadre de métastases hépatiques de cancer du côlon induisent un recrutement immunitaire en cellules CD8. Il semblerait aussi que les anti-EGFR puissent potentialiser ce phénomène (5). On peut donc penser qu'il existe un fort rationnel pour combiner des traitements induisant la mort immunogène par chimiothérapie ou radiothérapie et checkpoint ­inhibiteur. De nombreuses études sont en cours, notamment dans le cadre de l'association radiothérapie ­hypofraction­née plus ­checkpoint ­inhibiteur. La radiothérapie ­hypofractionnée est ­administrée à une des cibles métastatiques dans le but de ­potentialiser l'effet du checkpoint ­inhibiteur de manière systémique.

Utiliser des thérapies adjuvantes locales

Une autre stratégie pour entraîner un recrutement immunitaire est d'induire une inflammation locale qui va provoquer un recrutement immunitaire au site tumoral via la production de chimiokines qui vont attirer les lymphocytes T et les cellules dendritiques. Dans ce cadre, 2 stratégies se développent. Des ­injections intratumorales directes d'adjuvant sont testées. Il s'agit le plus souvent de ligand de Toll Like Receptor qui active les cellules dendritiques résidentes. Ces molécules engendrent la maturation des cellules dendritiques, les font produire des chimiokines induisant le recrutement et améliorent la présentation des antigènes aux lymphocytes T. L'autre stratégie est l'utilisation de virus oncolytiques génétiquement modifiés. Ces virus sont injectés dans la tumeur et induisent une mort des cellules immunitaires et en même temps induisent la production de cytokines activant la réponse immunitaire. On peut noter parti­culièrement le talimogene laherparepvec, il s'agit d'un herpesviridé qui induit la mort des cellules tumorales au site d'injection et produit du GM-CSF qui induit l'acti­vation et le recrutement des cellules dendritiques (6). Ce traitement montre un intérêt en combinaison avec les checkpoints inhibiteurs.

Lutter contre l'immuno-exclusion

Dans certaines tumeurs, les lymphocytes forment un front d'invasion autour de la tumeur et semblent bloqués et incapables de rentrer dans la tumeur. Des études transcriptomiques et des études précliniques ont montré que le TGF-β, une cytokine immunosuppressive, empêche l'invasion des lymphocytes dans la tumeur. Il existe une association entre la présence de TGF-β dans la tumeur et l'absence d'efficacité des checkpoints ­inhibiteurs. Dans des modèles précliniques des médicaments ciblant le TGF-β induisent une infiltration immunitaire et restaurent une efficacité des checkpoints inhibiteurs (7).

La présence d'hypoxie au niveau du site tumoral induit une diminution de la fonction des lymphocytes infiltrant les tumeurs. Il existe une compétition entre les cellules tumorales et les cellules immunitaires pour le glucose, ce qui inhibe leur capacité de prolifération. Par ailleurs, l'hypoxie induit la production de VEGF qui paralyse les fonctions des cellules dendritiques et empêche ces cellules d'activer les lymphocytes T et bloque leur recrutement. Il existe donc un fort rationnel pour combiner les anti-VEGF et les checkpoints inhibiteurs. Ces combinaisons montrent des effets intéressants dans le cancer du rein et dans le carcinome hépatocellulaire (8).

Agir sur le microbiote pour augmenter le recrutement immunitaire

Le microbiote intestinal joue aussi un rôle dans l'effet des checkpoints inhibiteurs. Ainsi, des traitements par antibiotiques ont montré leur capacité à bloquer l'effet des checkpoints inhibiteurs. Des études ont montré que la présence de certaines bactéries dans le microbiote était associée à une meilleure réponse aux checkpoints inhibiteurs. Il semblerait que ces bactéries modifient la réponse immunitaire antitumorale en augmentant notamment l'expression de certains récepteurs aux chimiokines sur les lymphocytes T et ainsi augmentent le recrutement immunitaire au site tumoral. Cette observation ouvre de grandes perspectives thérapeutiques. D'abord, une sélection des malades en fonction de leur microbiote pour isoler les patients qui vont le mieux répondre à l'immuno­thérapie. Puis pour les autres, l'étude de combinaisons thérapeutiques impliquant la transplantation fécale ou des probiotiques avec une immunothérapie par checkpoints inhibiteurs (9).

Augmenter l'immunogénicité de la tumeur

Lorsqu'une tumeur a une faible charge antigénique, il est peu probable qu'il se développe une réponse immunitaire spontanée contre cette tumeur. Dans ce cas de figure, il y a peu de chance que les checkpoints inhibiteurs aient une efficacité. Des stratégies visant à induire une réponse immunitaire artificielle se développent, notamment avec la vaccination contre les néo­peptides. Il en est ainsi dans le cadre du glioblastome, une maladie caractérisée par une faible charge antigénique et une absence d'efficacité des checkpoints inhibiteurs en monothérapie. Dans 2 études de phase I, il a été montré la faisabilité de générer des vaccins personnalisés ciblant les néo­peptides de la tumeur du malade. Cette technique a démontré sa faisabilité, mais aussi l'induction d'une réponse immunitaire antiglioblastome retrouvée dans la tumeur et dans le sang (10).

Il s'agit d'un espoir majeur qui montre la possibilité de générer des vaccins personnalisés qui peuvent induire une réponse immunitaire intratumorale, même dans des tumeurs ayant une faible charge antigénique. Il est vraisemblable que des stratégies de combinaisons checkpoints inhibiteurs et vaccin vont se développer à l'avenir.

Agir sur l'immunosuppression

Une des explications de l'absence d'efficacité des checkpoints inhibiteurs en cas de présence d'une tumeur inflammatoire est notamment liée à la présence de cellules immunosuppressives ou de cytokines immunosuppressives. Il existe 2 populations majeures de cellules immunosuppressives. Les lymphocytes T régulateurs (Treg) sont une population de lymphocytes T CD4 qui ont la capacité de paralyser les fonctions effectrices de toutes les cellules immunitaires. Ces cellules s'accumulent pendant la croissance tumorale et forment donc un puissant immunosuppresseur dans le cadre du cancer. Les cellules myéloïdes suppressives (MDSC) constituent la deuxième population. Ces cellules s'accumulent dans la tumeur et les organes lymphoïdes des malades atteints de cancers, produisent des molécules immunosuppressives et proangiogéniques et sont capables de paralyser la réponse immunitaire T spécifique.

Il existe de nombreuses stratégies visant à éliminer ces cellules. Une première stratégie repose sur l'utilisation de molécules de chimiothérapie. Il faut aussi garder en tête que la chimiothérapie a d'autres effets immunitaires et ne fait pas qu'induire une mort immunogène. Ainsi, il a été démontré que des molécules comme le cyclophosphamide ou le paclitaxel peuvent éliminer une population de cellules immunosuppressives que sont les Treg. Le cyclophosphamide à petite dose a montré sa capacité à tuer et à inhiber de manière préférentielle les Treg chez l'animal comme chez l'homme. De même, le paclitaxel élimine les Treg chez l'animal, et des études dans le cadre du cancer bronchique montrent que ce médicament peut augmenter le ratio T effecteur/Treg dans le cancer bronchique (11). Pour les cellules MDSC, le 5-fluoro­uracil et la gemcitabine sont des agents efficaces pour éliminer ces cellules. Il existe donc un fort rationnel pour utiliser des combinaisons de chimiothérapies pouvant éliminer les Treg, les MDSC et induire une mort immunogène avec l'utilisation des checkpoints inhibiteurs (12). Nous développons actuellement cette stratégie dans le cancer colorectal MSS en testant la combinaison de FOLFOX (avec du 5-fluorouracil pour éliminer les MDSC et l'oxaliplatine pour induire une mort immunogène) avec des checkpoints inhibiteurs (NCT03202758).

Les anti-VEGF ont aussi montré leur capacité à éliminer les Treg et les MDSC. Il existe donc aussi un fort rationnel dans l'utilisation de ces molécules anti-VEGF et des checkpoints inhibiteurs pour lutter contre l'immuno­suppression. Des molécules se développent également pour agir sur les molécules effectrices de l'immuno­suppression avec le développement d'anti­corps ciblant les cytokines immunosuppressives, comme l'IL-4, IL-10, le TGF-β. On note aussi le développement de molécules ciblant certains oncométabolites immunosuppresseurs. Le candidat le plus intéressant semble être l'adénosine. Cette molécule est générée à la suite de la libération d'ATP extracellulaire. L'ATP extracellulaire est transformée en adénosine par les ectonucléo­tidases CD39 et CD73. L'adénosine se fixe sur son récepteur présent à la surface des cellules immunitaires et bloque notamment la fonction des cellules dendritiques et des lymphocytes T. Il se développe des anticorps ciblant ces molécules, et ainsi, bloquant la production d'adénosine et pouvant avoir un rôle synergique avec les checkpoints inhibiteurs.

Conclusion

Toutes ces données montrent que l'avenir de l'immunothérapie se dirige vers les combinaisons thérapeutiques. L'absence d'infiltration immunitaire permet de caractériser les tumeurs avec une faible charge antigénique qui vont bénéficier d'association checkpoint inhibiteur et vaccin. Dans le cadre des tumeurs immuno-exclues, la radiothérapie et la chimiothérapie peuvent induire une inflammation locale permettant le recrutement immunitaire. De même, les virus oncolytiques ou les adjuvants en injections locales pourraient être une solution. Enfin, des molécules ciblant le VEGF ou le TGF peuvent aussi avoir un rôle positif sur le recrutement intratumoral. En cas de tumeur inflammatoire, une solution pourrait reposer sur l'utilisation de médicaments agissant sur l'immunosuppression. Des drogues de chimiothérapie, des anticorps anticytokines ou ciblant des oncométabolites immunosuppresseurs pourraient être la clé.■


FIGURES

Références

1. Darvin P et al. Immune checkpoint inhibitors: recent progress and potential biomarkers. Exp Mol Med 2018;50:165.

2. Chen DS, Mellman I. Elements of cancer immunity and the cancer-immune set point. Nature 2017;541:321-30.

3. Galluzzi L et al. Immunological Mechanisms Underneath the Efficacy of Cancer Therapy. Cancer Immunol Res 2016;4:
895-902.

4. Vanpouille-Box C et al. DNA exonuclease Trex1 regulates radiotherapy-induced tumour immunogenicity. Nat Commun 2017;8:15618.

5. Ledys F et al. RAS status and neoadjuvant chemotherapy impact CD8+ cells and tumor HLA class I expression in liver metastatic colorectal cancer. J Immunother Cancer 2018;6(1):123.

6. Marabelle A et al. Intratumoral immunotherapy: using the tumor as the remedy. Ann Oncol 2017;28(suppl_12):xii33-xii43.

7. Ganesh K, Massagué J. TGF-β Inhibition and Immunotherapy: Checkmate. Immunity 2018;48:626-8.

8. Khan KA, Kerbel RS. Improving immunotherapy outcomes with anti-angiogenic treatments and vice versa. Nat Rev Clin Oncol 2018;15:310-24.

9. Routy B et al. The gut microbiota influences anticancer immunosurveillance and general health. Nat Rev Clin Oncol 2018;15:382-96.

10. Zaidi N, Jaffee EM. Immune cells track hard-to-target brain tumours. Nature 2019;565:170-1.

11. Najafi M et al. Contribution of regulatory T cells to cancer: A review. J Cell Physiol 2019;234:7983-93.

12. Weber R et al. Myeloid-Derived Suppressor Cells Hinder the Anti-Cancer Activity of Immune Checkpoint Inhibitors. Front Immunol 2018;9:1310.

Liens d'interêts

M. Ghiringhelli déclare avoir des liens d’intérêts avec les laboratoires Sanofi, Merk Serono, Amgen et Roche.

auteur
Pr François GHIRINGHELLI

Médecin
Oncologie
Centre de lutte contre le cancer Georges-François Leclerc, Dijon
France
Contributions et liens d'intérêts

centre(s) d’intérêt
Onco-théranostic
Mots-clés