ARTICLE
Auteur(s) : Jean-François
Baurain1, Pierre Van der Bruggen2,3,
Benoît J Van den Eynde2,3, Pierre G Coulie2,
Nicolas Van Baren2,3
1Centre du Cancer, Cliniques universitaires
Saint-Luc, Oncology Department, 54 avenue Hippocrate, B-1200
Bruxelles, Belgique
2De Duve Institute, Université catholique de Louvain
3Ludwig Institute for Cancer Research, Brussels
Branch
Article reçu le 29 Juin 2007, accepté le 16 Août 2007
Il y a près d’un siècle qu’est né l’espoir que le système
immunitaire puisse éliminer des cellules cancéreuses. Les
vaccinations avaient démontré leur efficacité contre les maladies
bactériennes et virales, on comprenait que le système immunitaire
reconnaisse les composants étrangers à l’organisme, et l’examen au
microscope indiquait que les tumeurs cancéreuses présentaient des
différences importantes avec les cellules normales. Dans les années
1940 puis 1950, l’utilisation de tumeurs transplantables a permis
de montrer que des greffes tumorales pouvaient être rejetées chez
des souris et que ces rejets étaient médiés par le système
immunitaire, dans la plupart des cas par des lymphocytes
T. L’espoir se précisait donc, à condition que ce qui était
observé avec des tumeurs de souris se vérifie avec des cellules
cancéreuses humaines et, surtout, que l’on comprenne comment des
lymphocytes T peuvent distinguer les cellules tumorales des
cellules normales.
Ce qui est reconnu par les lymphocytes T à la surface des
cellules tumorales
On sait aujourd’hui que beaucoup de cellules tumorales humaines
portent à leur surface des antigènes qui peuvent être reconnus par
des lymphocytes T, en particulier des lymphocytes T cytolytiques
(CTL), qui expriment les molécules CD8 [1]. Ces antigènes sont
constitués d’un peptide, en général d’une dizaine d’acides aminés,
issu de la dégradation intracellulaire d’une protéine
cytoplasmique. Ce peptide antigénique doit passer du cytoplasme
vers le réticulum endoplasmique pour y être chargé dans une fente
qui se trouve sur les molécules d’histocompatibilité (HLA) de
classe I. Ce complexe HLA-peptide migre vers la surface de la
cellule où il peut être reconnu par les récepteurs d’un CTL
spécifique de cet antigène. Le CTL activé suite à cette
reconnaissance va lyser la cellule qui lui présente l’antigène.
La découverte des antigènes tumoraux, ou plus exactement leur
identification, est le résultat d’un long périple expérimental de
Thierry Boon et de son équipe. Après une observation fortuite faite
sur une tumeur de souris en 1975, les recherches ont abouti vers
1985 à la conclusion que les tumeurs murines portent des antigènes
qui peuvent servir de cible à une attaque par des CTL. Certains de
ces antigènes ont pu être identifiés. Une immunisation contre eux
pouvait mener à un rejet tumoral in vivo, et il est apparu évident
qu’il fallait essayer de savoir si ces résultats pouvaient
s’appliquer à des tumeurs humaines [2].
L’approche génétique de l’identification des antigènes qui avait
été mise au point pour la souris a été appliquée à des mélanomes
humains et le premier antigène spécifique de tumeurs humaines a été
décrit en 1991 [3]. Nous en connaissons maintenant plusieurs
dizaines d’autres, la plupart reconnus par des CTL. Certains
d’entre eux présentent un intérêt particulier dans le contexte du
développement de vaccins antitumoraux : ils sont codés par des
familles de gènes telles que MAGE [4].
Les gènes MAGE ne sont pas exprimés dans les tissus normaux. Les
cellules de la lignée germinale mâle sont la seule exception
documentée, mais elles ne portent pas de molécules HLA et ne
peuvent donc pas présenter d’antigènes aux CTL (figure 1). Le
caractère strictement spécifique des antigènes tumoraux codés par
les gènes MAGE prévient tout effet secondaire néfaste sur les
cellules normales. Par ailleurs, le fait qu’ils soient présents sur
de nombreuses tumeurs permet d’appliquer le même vaccin à de
nombreux patients, ce qui facilite les études et permet d’envisager
un développement industriel.
Dans le mélanome, d’autres antigènes reconnus par des CTL
proviennent de protéines qui sont présentes aussi dans les
mélanocytes normaux. Il s’agit surtout d’enzymes impliquées dans la
biosynthèse des mélanines, comme tyrosinase [5], gp100, TRP1 et
TRP2. L’utilisation de ces antigènes dans des vaccins contre le
mélanome est donc susceptible d’induire des réactions auto-immunes
contre les tissus pigmentés, en particulier du vitiligo. Cet effet
secondaire s’est toutefois révélé très rare dans l’expérience
actuelle de vaccination avec ces antigènes de différenciation
mélanocytaire.
D’autres antigènes tumoraux reconnus par des lymphocytes T sont
issus de protéines codées par des gènes qui sont mutés dans les
cellules cancéreuses d’un patient par rapport à ses cellules
normales. De telles mutations sont fréquentes et certaines sont
oncogéniques [6]. Outre leur nombre, l’avantage des antigènes de ce
type est leur spécificité tumorale absolue, comparable à celle des
antigènes de type MAGE. Mais un inconvénient majeur pour des
applications vaccinales est leur extrême diversité : la
plupart sont propres aux cellules tumorales d’un seul patient et ne
peuvent donc être utilisés que pour une vaccination individuelle
[7].
Enfin, une dernière catégorie intéressante d’antigènes tumoraux
sont des antigènes viraux. Les cellules de tumeurs causées par des
virus, comme le carcinome du col utérin (papillomavirus), le
lymphome de Burkitt (virus d’Epstein-Barr) ou certains lymphomes T
(virus HTLV1), portent à leur surface des molécules HLA chargées de
peptides antigéniques codés par le génome viral. Ces antigènes
peuvent être utilisés pour stimuler l’immunité antitumorale des
patients porteurs de ce type de tumeurs. Remarquons que la
vaccination prophylactique contre le papillomavirus, pour réduire
l’incidence du cancer du col, procède d’un principe
différent : il s’agit ici d’induire la production d’anticorps
susceptibles de neutraliser le virus avant même qu’il n’infecte les
cellules et les transforme.
Principe, objectifs et stratégie des essais cliniques de
vaccination antitumorale
Depuis une quinzaine d’années, nous avons développé, en
collaboration avec divers centres en Belgique et en Europe, un
programme clinique de vaccination antitumorale dans lequel ont été
testés divers types de vaccin contenant des antigènes spécifiques
des tumeurs, en particulier des antigènes MAGE. Il s’agit de
vaccins thérapeutiques, c’est-à-dire administrés après le début de
la maladie.
Le but de ces vaccinations est de faire réagir le système
immunitaire du patient, et plus particulièrement ses CTL, contre
des antigènes tumoraux exprimés par sa propre tumeur, en espérant
que ces CTL activés par le vaccin détruisent les cellules tumorales
sans altérer les tissus normaux. Au début de notre programme
clinique, nous pensions que le système immunitaire d’un malade
cancéreux restait « endormi » face aux antigènes exprimés
par la tumeur, probablement parce que ces antigènes étaient peu
immunogéniques ou parce qu’il manquait aux cellules tumorales
certaines fonctionnalités leur permettant d’induire des réponses
CTL puissantes. Selon cette hypothèse, plus le vaccin serait
immunogénique, c’est-à-dire capable d’induire de fortes réponses
CTL, plus il serait efficace contre la tumeur.
Nos essais cliniques s’adressent à des malades atteints d’un
cancer, notamment d’un mélanome, qui expriment fréquemment les
antigènes de type MAGE. Nous nous concentrons sur le mélanome pour
les raisons suivantes. Les patients atteints de mélanome
métastatique ont souvent des lésions facilement accessibles qu’on
peut exciser pour les besoins de l’étude. Ces lésions se mettent
aisément en culture, pour en dériver des lignées qui s’avèrent
extrêmement précieuses pour les études en laboratoire. De plus, le
mélanome au stade métastatique est réfractaire aux traitements
conventionnels et un traitement expérimental est donc éthiquement
acceptable. Il est cependant utile de remarquer que des antigènes
tumoraux spécifiques reconnaissables par des lymphocytes T sont
présents sur quasi tous les types de cancer, et que les approches
vaccinales illustrées plus loin pour le mélanome s’appliquent aussi
à d’autres tumeurs.
Un patient doit remplir certaines conditions pour être inclus
dans une étude et recevoir un vaccin. Il faut confirmer
l’expression par la tumeur de l’antigène utilisé dans le vaccin.
D’abord, il faut un typage HLA du patient. Ensuite, une analyse par
RT-PCR de l’expression du gène MAGE qui code pour l’antigène. Cela
peut se faire à partir d’une biopsie tumorale (figure 2). Après
inclusion, le patient reçoit des vaccinations répétées, en milieu
hospitalier ambulatoire. Les administrations se font principalement
par voies intradermique et sous-cutanée car la peau est l’un des
tissus les plus riches en cellules dendritiques, qui jouent un rôle
important dans le déclenchement d’une réponse immunitaire. Les
injections sont toutefois intramusculaires lorsque le vaccin
contient un adjuvant immunologique trop irritant. Chaque patient
subit un bilan tumoral et une collecte de lymphocytes sanguins
avant puis après traitement, pour suivre l’évolution de la maladie
et la réponse immunitaire au vaccin (figure 2).
Vaccins à base de peptides chez des patients cancéreux
avancés
Les premiers vaccins que nous avons testés étaient constitués de
peptides synthétiques correspondant à certains des antigènes
tumoraux déjà identifiés. Les avantages de ce type de vaccin sont
leur faible coût de production et leur facilité d’utilisation. Dans
l’un des premiers essais cliniques que nous avons lancé, le peptide
MAGE-3.A1 de 9 acides aminés, dérivé de la protéine MAGE-A3 et
présenté par HLA-A1, a été administré à une cinquantaine de
patients cancéreux, à trois reprises espacées d’un mois [8]. Le
traitement a été bien toléré, sans effet secondaire sévère
rapporté. Sur les 26 patients atteints de mélanome avec des
métastases mesurables au début du traitement et qui ont pu recevoir
le traitement complet, nous avons observé des régressions tumorales
significatives chez 7. Trois de ces 7 répondeurs ont éliminé
leurs métastases complètement et, chez 2, la rémission a persisté
pendant plusieurs années (figure 3).
Les régressions observées impliquaient le plus souvent des
métastases cutanées ou ganglionnaires. Elles se produisaient
surtout chez des malades pas trop avancés dans leur maladie
métastatique. Elles apparaissaient parfois tardivement après le
début des vaccinations, après plusieurs semaines ou mois de
traitement et leur évolution pouvait être lente. Les régressions de
nodules cutanés ne s’accompagnaient quasiment pas de signes
inflammatoires. Comme on peut le voir sur la figure 3, des taches
pigmentées pouvaient persister pendant des mois après la régression
complète de métastases pigmentées. Ce « tatouage
mélanique » s’explique par la persistance, au sein de l’ancien
site tumoral, de macrophages chargés en pigment, ou mélanophages.
Dans certains cas, on a observé une réponse mixte ou
dissociée : certaines lésions ont régressé tandis que d’autres
ont augmenté en taille.
Ce résultat a été jugé très encourageant. Il a démontré que
cette nouvelle approche thérapeutique pouvait avoir une activité
antitumorale. En effet, la fréquence des régressions observées
après vaccin était nettement supérieure à la fréquence de
régression spontanée dans le mélanome métastatique, estimée à moins
de 0,5 %. L’absence de toxicité sérieuse était un autre
argument important. Nous pouvions espérer qu’en développant des
vaccins plus immunogéniques qu’un peptide administré seul, nous
aurions de plus fortes réponses CTL et une meilleure efficacité
clinique.
Nous avons alors testé d’autres modalités de vaccination
peptidique : des vaccinations plus fréquentes, diverses
associations combinant plusieurs peptides différents, ou encore
l’addition d’un peptide antigénique plus long, qui se fixe sur une
molécule HLA de classe II et est reconnu par des lymphocytes T
auxiliaires CD4+ qui peuvent potentialiser la
réponse CTL. Enfin, nous avons associé des peptides à un adjuvant
immunologique, c’est-à-dire une substance qui, mélangée à
l’antigène, en augmente l’immunogénicité, soit en stabilisant
l’antigène, soit en provoquant une réaction inflammatoire au site
d’injection, ce qui active les cellules du système immunitaire inné
et potentialise la réponse des lymphocytes T. Les adjuvants
que nous avons testés, seuls ou combinés, comprennent un dérivé
atténué d’endotoxine bactérienne appelé MPL, une saponine végétale
(QS21), le montanide ISA51 qui est une huile minérale similaire à
l’adjuvant de Freund incomplet, l’interleukine 12 parce
qu’elle stimule les réponses CTL et, enfin, le CpG7909, un
oligonucléotide synthétique contenant des dinucléotides CG non
méthylés, ce qui active les cellules dendritiques, les macrophages,
les cellules NK et les lymphocytes B via leur récepteur TLR9.
Les résultats de ces études cliniques, qui ne portent chaque
fois que sur 10 à 40 patients, peuvent se résumer comme suit (tableau 1). Ces vaccins ont été dans
l’ensemble bien tolérés. Les effets secondaires rapportés
comprenaient principalement des réactions inflammatoires locales,
rarement systémiques, modérées et transitoires, vraisemblablement
causées par les adjuvants. Des régressions tumorales, similaires à
celles observées avec le peptide MAGE-3.A1, ont été observées chez
une minorité des malades vaccinés, sans toutefois qu’une des
modalités de vaccination n’apparaisse comme clairement supérieure
aux autres.
Tableau 1 Essais cliniques de vaccination thérapeutique
chez des patients porteurs de tumeur (maladie détectable)
développés par l’Institut Ludwig de Bruxelles et le Centre du
cancer des cliniques universitaires Saint-Luc
|
Etude
|
Vaccin
|
Type de tumeur
|
Patients vaccinés
|
Régressions tumorales observées
|
Réponses complètes ou partielles
|
Réponses CTL détectées (nombre de positifs sur nombre de
testés)
|
|
|
|
|
régresseurs
|
progresseurs
|
|
LB 93-001
|
Peptide MAGE-1.A1, sans adjuvant
|
MELA
|
3
|
0
|
0
|
-
|
0/1
|
|
|
NSCLC
|
4
|
0
|
0
|
-
|
0/2
|
|
|
ORL
|
1
|
0
|
0
|
-
|
-
|
|
LB 94-001
|
Peptide MAGE-3.A1, sans adjuvant
|
MELA
|
25
|
7
|
4
|
0/2
|
0/2
|
|
NSCLC
|
1
|
0
|
0
|
-
|
-
|
|
ORL
|
0
|
0
|
0
|
-
|
-
|
|
OESO
|
1
|
0
|
0
|
-
|
-
|
|
VESS
|
1
|
0
|
0
|
-
|
-
|
|
LUD 95-002
|
Peptide MAGE-3.A1 + adjuvant MPL/QS21
|
MELA
|
6
|
0
|
0
|
-
|
0/2
|
|
NSCLC
|
2
|
0
|
0
|
-
|
-
|
|
LUD 95-004
|
Peptide MAGE-3.A2, sans adjuvant
|
MELA
|
18
|
2
|
0
|
-
|
0/10
|
|
NSCLC
|
1
|
0
|
0
|
-
|
-
|
|
OESO
|
1
|
0
|
0
|
-
|
-
|
|
LUD 96-007
|
Peptides MAGE-3.A1 et MAGE-1.A1
|
MELA
|
11
|
2
|
0
|
0/2
|
0/4
|
|
NSCLC
|
1
|
0
|
0
|
-
|
-
|
|
LUD 97-004
|
Peptide MAGE-3.A1, vaccins fréquents
|
MELA
|
21
|
3
|
0
|
1/3
|
0/7
|
|
Idem + peptide MAGE-3.DP4
|
MELA
|
7
|
0
|
0
|
-
|
-
|
|
LUD 97-002
|
Protéine MAGE-3 + adjuvant MPL/QS21
|
MELA
|
33
|
4
|
2
|
-
|
-
|
|
NSCLC
|
1
|
0
|
0
|
-
|
-
|
|
ORL
|
1
|
0
|
0
|
-
|
-
|
|
OESO
|
1
|
0
|
0
|
-
|
-
|
|
VESS
|
3
|
1
|
1
|
-
|
-
|
|
LUD 97-005
|
Virus recombinant ALVAC codant pour les antigènes MAGE-3.A1 et
MAGE-1.A1
|
MELA
|
30
|
6
|
1
|
3/4
|
1/11
|
|
NSCLC
|
1
|
0
|
0
|
-
|
-
|
|
LUD 99-003
|
Protéine MAGE-3, sans adjuvant
|
MELA
|
26
|
5
|
1
|
-
|
-
|
|
LUD 99-006
|
Peptides MAGE-4.A2 + MAGE-10.A2
|
MELA
|
3
|
0
|
0
|
0/3
|
-
|
|
Idem + adjuvant IL-12
|
MELA
|
2
|
0
|
0
|
0/1
|
-
|
|
LUC 03-001
|
Peptide MAGE-3.A1 + adjuvant CpG7909
|
MELA
|
7
|
0
|
0
|
-
|
0/7
|
|
LUD 03-0078
|
peptides HLA-A2 + adjuvant CpG7909
|
MELA
|
14
|
3
|
0
|
0/3
|
6/11
|
|
8 peptides HLA-A2 + adjuvant Montanide
|
MELA
|
en cours
|
|
|
|
|
Vaccination de patients cancéreux avancés avec une protéine
complète, un virus recombinant, ou des cellules dendritiques
Outre les peptides, nous avons testé d’autres types de vaccin,
particulièrement prometteurs sur le plan immunologique mais plus
difficiles à produire et à manipuler.
La protéine recombinante MAGE-3 a été testée dans plusieurs
essais cliniques, avec ou sans adjuvant immunologique [9, 10].
L’avantage principal est le grand nombre d’épitopes de classe I que
contient une protéine entière, couvrant beaucoup si non tous les
HLA de classe I, ce qui permet de passer outre la restriction HLA
imposée par l’approche peptide. De plus, cette protéine contient
également des épitopes présentés sur les HLA de classe II, ce qui
permet la stimulation de lymphocytes T auxiliaires. En revanche,
ces deux aspects rendent la détection d’une réponse lymphocytaire T
nettement plus complexe [11, 12].
Nous avons également administré un vaccin viral à une
quarantaine de patients [13]. Le virus recombinant, un poxvirus
aviaire appelé Alvac, avait été modifié génétiquement pour forcer
les cellules infectées à exprimer les antigènes tumoraux MAGE-3.A1
et MAGE-1.A1, leur permettant ainsi d’induire une réponse CTL
contre ces deux antigènes. Le vecteur viral apporte en théorie
aussi plusieurs déterminants capables d’activer le système
immunitaire inné.
Enfin, nous avons collaboré avec les équipes de G. Schuler
à Erlangen, et K. Thielemans et T. Velu à Bruxelles pour
tester des vaccins à base de cellules dendritiques autologues. Des
cellules monocytaires sont prélevées par leucaphérèse chez le
patient puis cultivées avec des cytokines comme l’IL4 et le GM-CSF
qui les font se différencier en cellules dendritiques. Elles sont
ensuite incubées avec un ou plusieurs peptides antigéniques qui
vont se placer sur des molécules HLA présentes sur les cellules
dendritiques, et reconstituent ainsi les antigènes tumoraux. Elles
sont ensuite réinjectées au malade pour l’immuniser [14, 15].
Les résultats cliniques obtenus avec ces différents vaccins sont
globalement superposables à ce que nous avions vu avec les vaccins
peptidiques. La tolérance au traitement a été bonne. Une minorité
de patients vaccinés a montré des régressions tumorales, très
semblables à celles associées aux vaccins peptidiques. Ces
résultats ne permettent pas de conclure à la supériorité de l’un ou
l’autre de ces vaccins en termes d’efficacité antitumorale (tableau 1).
Toutes études confondues, on peut donc conclure que les vaccins,
quels qu’ils soient, induisent des régressions tumorales chez 5 à
20 % des malades vaccinés. Le taux de réponses objectives
(complètes ou partielles) selon les critères officiels WHO ou
RECIST avoisine les 5 % des malades vaccinés seulement. Ces
résultats restent insuffisants pour valider les vaccins
thérapeutiques comme traitement reconnu du mélanome et d’autres
types de cancer. Ils ne doivent toutefois pas nous faire abandonner
cette approche. Les régressions tumorales, parfois complètes,
indiquent clairement qu’il y a des mécanismes antitumoraux qui sont
associés aux vaccinations. Pour améliorer les résultats cliniques,
il est crucial d’arriver à comprendre ces mécanismes, leur lien
avec les vaccinations, ainsi que les raisons pour lesquelles ils
n’opèrent pas chez la majorité des patients vaccinés. Dans cette
optique, nous avons analysé, parfois de façon très détaillée, les
réponses immunologiques induites par les vaccinations.
Analyse des réponses immunitaires aux vaccins et de leur rôle
dans les régressions tumorales
Nous avons entrepris, parallèlement au développement des essais
cliniques, de détecter et de quantifier les réponses immunitaires
dirigées contre les antigènes vaccinaux. Une méthode très sensible,
basée sur la technique des tétramères HLA, a été développée. Elle a
permis de mettre en évidence une réponse CTL dans le sang d’un
petit nombre de patients vaccinés soit avec un peptide seul, soit
avec le virus Alvac, soit avec les cellules dendritiques. Les
réponses CTL anti-MAGE-3.A1, l’antigène le plus utilisé dans nos
études, ont été détectées plus souvent chez les patients qui ont
montré des régressions tumorales que chez ceux qui n’en ont pas
montré. La plupart des réponses CTL observées étaient faibles, ce
qui indique que les vaccins testés étaient peu immunogéniques. Des
réponses dans l’ensemble plus fortes ont été observées avec les
vaccins dendritiques.
Ces observations soulèvent une question : les clones CTL
induits par les vaccins sont-ils les effecteurs principaux des
régressions tumorales observées ? Pour y répondre, nous avons
quantifié, par PCR clonotypique, la présence de ces clones CTL
antivaccinaux dans des prélèvements tumoraux provenant de deux
patients qui ont montré des régressions tumorales importantes après
vaccination. Dans les deux cas, les CTL amplifiés après vaccination
n’étaient présents dans la tumeur qu’à très faible fréquence,
similaire à celle du sang. Nous avons ensuite montré que des CTL
dirigés contre d’autres antigènes tumoraux de la tumeur, incluant
des antigènes MAGE, des antigènes de différenciation mélanocytaire
et des antigènes résultant de mutations, étaient présents à des
fréquences bien plus élevées dans le sang et dans les métastases de
ces deux patients. Certains de ces CTL antitumoraux étaient
amplifiés suite aux vaccinations, et se retrouvaient
considérablement concentrés dans les métastases en régression,
suggérant leur implication dans la régression tumorale [16].
D’autres CTL antitumoraux étaient déjà présents à haute fréquence
dans le sang et la tumeur avant vaccination. Nous avons également
montré, sur une série élargie de patients atteints de mélanome
métastatique, qu’ils avaient tous dans leur sang une fréquence
élevée de CTL reconnaissant divers antigènes tumoraux exprimés par
leur tumeur [17].
Ces observations nous ont conduits à proposer le scénario
suivant pour expliquer les régressions tumorales induites par
vaccination [18]. Les patients atteints de mélanome métastatique
développent avant toute vaccination des réponses CTL spontanées
contre certains antigènes tumoraux exprimés par leur tumeur. Ces
CTL antitumoraux se concentrent dans les métastases, mais
deviennent incapables d’agir efficacement contre les cellules
tumorales, vraisemblablement à cause de mécanismes de résistance
sélectionnés par la tumeur. Chez certains malades, un petit nombre
de CTL induits par le vaccin migreraient dans la tumeur et, étant
moins sensibles à la résistance tumorale, parviendraient par un
mécanisme inconnu à activer ou à réactiver d’autres CTL
antitumoraux naïfs ou inhibés, permettant à ces derniers de
proliférer et de détruire l’essentiel de la masse tumorale.
Il est important de se rappeler à ce stade deux caractéristiques
des régressions tumorales. Premièrement, un certain nombre de
patients régresseurs ont une réponse mixte au vaccin, c’est-à-dire
que certaines de leurs métastases régressent, alors que d’autres
continuent irrémédiablement à progresser. Cela suggère que la
résistance tumorale peut varier non seulement d’un malade à
l’autre, mais aussi d’une métastase à l’autre chez un même patient.
Deuxièmement, elles s’observent surtout chez des patients peu
avancés dans leur maladie métastatique. Il est par conséquent
probable que la résistance tumorale s’acquiert et s’accentue au fur
et à mesure de la progression tumorale. Si notre scénario est
exact, cela permet d’orienter notre stratégie de recherche dans
deux directions. Premièrement, il est tentant de postuler que les
vaccinations, données à un stade plus précoce dans la maladie,
alors que la tumeur n’a pas encore développé de résistance
suffisamment efficace, pourraient avoir une activité antitumorale
accrue par rapport aux stades métastatiques avancés qui ont fait
l’objet des essais cliniques décrits ci-dessus. En pratique, cela
nous incite à vacciner des malades en rémission complète après
chirurgie d’exérèse, mais ayant un risque important de récidive.
Rappelons que de très nombreux patients cancéreux se retrouvent
dans cette situation clinique de rémission avec risque de rechute,
et que les vaccinations n’ont pas montré de toxicité sévère jusqu’à
présent, ce qui rend cette approche particulièrement tentante.
Deuxièmement, la résistance de la tumeur apparaît comme le facteur
principal qui va décider de son rejet ou non par les CTL. Il est
donc crucial d’identifier les mécanismes de cette résistance, pour
mettre au point des méthodes permettant de la contrer. Ces deux
points sont développés successivement ci-dessous.
Vaccinations en situation de rémission
La firme pharmaceutique GlaxoSmithKline Biologicals a présenté en
2006 les résultats préliminaires d’un essai clinique de vaccination
dans le cancer du poumon en rémission : 182 patients atteints
d’un cancer du poumon non à petites cellules (NSCLC) au stade
précoce (stades Ib et II) ont reçu, après exérèse complète de la
tumeur et curage ganglionnaire, soit un vaccin avec la protéine
MAGE-3, soit un placebo. Dans l’état actuel des données, le risque
de récidive semble être réduit d’environ 25 % chez les
patients vaccinés. Ce résultat doit toutefois être confirmé sur un
plus grand nombre de patients et sur une durée d’observation plus
longue, avant de pouvoir conclure au bénéfice du traitement.
Nous avons mis sur pied une série d’essais cliniques dans chacun
desquels une quinzaine de patients ont été vaccinés avec un ou
plusieurs peptides et un adjuvant immunologique : soit l’IFNα,
soit le montanide ISA51 (tableau 2). Ce
petit nombre de patients ne permet bien entendu pas à ce stade
d’évaluer l’efficacité antitumorale de ces vaccins. L’objectif
principal était d’évaluer si des réponses CTL pouvaient être
induites chez les patients moins avancés et quelle combinaison
semblait la plus immunogénique. L’association peptide-montanide
ISA51 a donné les résultats les plus encourageants jusqu’à
présent.
Sur la base de ces résultats, nous mettons sur pied une étude
randomisée multicentrique de vaccination dans le mélanome cutané en
rémission après chirurgie. Cent cinquante malades recevront un
vaccin (plusieurs peptides + montanide ISA51), tandis que 150
autres ne recevront rien. Ils seront vaccinés régulièrement pendant
2 ans. L’objectif principal de cette étude est d’évaluer
l’impact d’une vaccination sur la survie des patients en rémission,
l’intervalle libre de rechutes et leur fréquence. Cette étude sera
effectuée en collaboration avec des centres belges et français avec
une période d’inclusion de 3 ans (début prévu en 2008). Les
premiers résultats sont attendus dans 5 ans.
Tableau 2 Essais cliniques chez des patients non
porteurs de tumeur (maladie en rémission)
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Etude
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Vaccin
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Type de tumeur
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Patients vaccinés
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Réponses CTL
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LUD 01-006
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Peptide MAGE-3.A1, sans adjuvant
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MELA
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7
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0/7
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Peptide MAGE-10.A2, sans adjuvant
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MELA
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9
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0/9
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ARRAY(0x315ab0)
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LUC 02-001
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Peptide MAGE-3.A1 + IFNα
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MELA
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7
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0/7
|
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ARRAY(0x316e3c)
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LUC 03-002
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Peptide MAGE-3.A1 + Montanide
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MELA
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14
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0/14
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4 peptides HLA-A2 + adjuvant Montanide
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MELA
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27
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21/27
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4 peptides HLA-A2, sans adjuvant
|
MELA
|
11
|
0/11
|
|
ARRAY(0x3186fc)
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LUC 05-003
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8 peptides HLA-A2, sans adjuvant ou + adjuvant Montanide, IMP321 ou
les deux
|
MELA
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en cours
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|
Analyse des mécanismes de résistance tumorale au rejet par le
système immunitaire
Il y a a priori beaucoup de raisons pour lesquelles des cellules
cancéreuses pourraient éviter d’être détruites par les CTL. Citons
par exemple la perte d’expression de l’antigène par les cellules
tumorales, la perte d’expression des molécules HLA ou d’autres
molécules impliquées dans l’apprêtement des antigènes, la
résistance des cellules tumorales à l’apoptose ou encore la
production de facteurs pouvant interférer avec la réponse
immunitaire, tels que certaines cytokines aux propriétés
immunosuppressives. Nous avons concentré nos efforts de recherche
sur trois approches.
La première est l’étude des dysfonctionnements des lymphocytes T
antitumoraux. Ces recherches visent à une meilleure compréhension
des mécanismes qui bloquent la prolifération ou la fonction (par
ex. l’activité lytique) des lymphocytes T en contact avec les
cellules tumorales, pour développer ensuite des moyens de
contrecarrer ces dysfonctionnements lymphocytaires pour améliorer
l’efficacité clinique des vaccinations. Les métastases tumorales
sont souvent infiltrées par des lymphocytes dont une grande partie
reconnaissent des antigènes de tumeurs. L’activation de lymphocytes
T spécifiques de tumeurs et leur trafic vers les métastases ne
semblent donc pas poser de problème majeur. C’est en aval qu’il
faudrait donc chercher ce qui les empêche d’éliminer les cellules
tumorales. Une hypothèse est que la présence constante de
l’antigène induit un phénomène d’épuisement des CTL et leur
dysfonctionnement. Il nous faudra répondre aux questions suivantes.
Quelles sont les caractéristiques d’un lymphocyte T épuisé par une
stimulation chronique ? Est-il possible d’éviter un épuisement
de lymphocytes T maintenus en présence constante d’antigène ?
Dans l’hypothèse où l’état d’épuisement est transitoire, comment
récupérer les fonctions effectrices ? Des premiers résultats
encourageants ont été obtenus avec des lymphocytes T en culture
ainsi qu’avec des lymphocytes T infiltrant des tumeurs humaines.
Dans ces premières expériences, l’état d’épuisement des lymphocytes
T était transitoire et s’est avéré réversible.
Nous avons récemment caractérisé un nouveau mécanisme de
résistance tumorale basé sur la destruction locale du tryptophane
par les cellules cancéreuses [19]. Ce mécanisme présente l’avantage
considérable de pouvoir être contrôlé par des agents
pharmacologiques qui pourraient être utilisés en association avec
les vaccins pour en accroître l’efficacité. Beaucoup de cellules
cancéreuses produisent une enzyme, l’indoleamine 2,3-dioxygénase
(IDO), qui est essentielle pour la dégradation du tryptophane. En
déplétant localement le tryptophane présent dans le milieu
extracellulaire, l’IDO semble bloquer la prolifération des
lymphocytes T (figure
4). Les lymphocytes T sont en effet très sensibles au
manque de tryptophane, qui provoque l’arrêt de leur cycle
cellulaire. L’IDO placentaire, par exemple, est essentielle dans la
prévention du rejet immunitaire des embryons semi-allogéniques
[20]. Pour déterminer si son expression par les cellules tumorales
permet effectivement à ces dernières de résister au rejet
immunitaire, nous avons eu recours au modèle de la tumeur de souris
P815. Il s’agit d’un mastocytome très agressif, qui forme des
tumeurs progressives lorsqu’on l’injecte à des souris syngéniques.
Cette tumeur exprime des antigènes de rejet qui permettent à des
souris préalablement vaccinées contre ces antigènes de rejeter un
inoculum de cellules P815. Des cellules P815 ont été modifiées de
façon à produire de l’IDO et ont été injectées à des souris
pré-immunisées. Comme prévu, les cellules P815 qui n’exprimaient
pas l’IDO ont été rejetées par toutes les souris. Cependant, les
cellules P815 exprimant l’IDO ont échappé à ce rejet et ont formé
des tumeurs chez la majorité des souris. Cela suggère en effet que
l’expression d’IDO par les tumeurs leur permet d’échapper au rejet
immunitaire par les lymphocytes T, vraisemblablement en bloquant la
prolifération des lymphocytes suite à l’épuisement du milieu
environnant en tryptophane. Nous investiguons la possibilité de
bloquer ce mécanisme en inhibant l’activité de l’IDO par des moyens
pharmacologiques. Le 1-méthyl-tryptophane (1MT) est un inhibiteur
de l’IDO. Si les souris en reçoivent, leurs tumeurs progressent
beaucoup moins vite et atteignent une taille sensiblement plus
faible. Ces résultats suggèrent donc que l’efficacité des
vaccinations anticancéreuses pourrait être améliorée en traitant
simultanément les patients avec des inhibiteurs de l’IDO. Le 1MT
semble être un bon candidat, même s’il n’inhibe que partiellement
l’activité de l’IDO. Il a l’avantage de ne pas inhiber la
tryptophane-dioxygénase, l’enzyme hépatique responsable de la
régulation des taux systémiques de tryptophane, qui ne devrait donc
pas induire de problème métabolique majeur. Les recherches en cours
visent notamment à identifier des inhibiteurs de l’IDO plus
efficaces que le 1MT.
Une troisième approche est basée sur le profilage d’expression
génique des tumeurs en utilisant des microarrays (puces à ADN ou
microdamiers). Cette technique mesure simultanément le niveau
d’expression de milliers de gènes différents dans un échantillon.
Nous testons une série de métastases de mélanome, principalement
cutanées, provenant de patients vaccinés. Nous testons également
des tissus normaux et des lignées tumorales établies à partir de
métastases de mélanome. Nous espérons identifier des gènes
impliqués dans la résistance tumorale aux CTL, principalement en
comparant une série d’échantillons provenant de patients
régresseurs, à une série provenant de patients non régresseurs.
Nous allons aussi comparer, dans la limite du matériel disponible,
des paires d’échantillons provenant chacune du même patient, l’une
en train de régresser et l’autre en train de progresser. Nous
allons tenter d’identifier des gènes exprimés à la fois dans le
placenta et dans les tumeurs, en espérant découvrir des gènes qui,
comme l’IDO, pourraient protéger à la fois le placenta et la tumeur
contre leur rejet immunitaire. Enfin, nous allons caractériser
l’infiltrat inflammatoire présent dans les tumeurs et son
interaction avec les cellules cancéreuses.
Conclusion
L’essentiel pour l’avenir sera de comprendre pourquoi les
vaccinations thérapeutiques échouent dans la majorité des cas.
Avons-nous été incapables de déclencher une réponse T chez les
malades ? Leur tumeur est-elle résistante à l’attaque
immunitaire ? Et dans chaque cas, pourquoi ? Nous pensons
avoir de plus en plus d’outils pour analyser en détail la réponse
immunitaire des patients vaccinés. Nous devons maintenant nous
atteler à comprendre les mécanismes de résistance au sein de la
tumeur pour pouvoir les déjouer. C’est une vaste entreprise
scientifique et médicale qui nécessite une étroite collaboration
entre les chercheurs de laboratoire et les cliniciens oncologues.
Références
1 Boon T, Cerottini JC, Van den Eynde B, van der
Bruggen P, Van Pel A. Tumor antigens recognized by T
lymphocytes. Annu Rev Immunol 1994 ; 12 : 337-65.
2 Boon T, Van Pel A. Teratocarcinoma cell variants
rejected by syngeneic mice : protection of mice immunized with
these variants against other variants and against the original
malignant cell line. Proc Natl Acad Sci USA 1978 ; 75 :
1519-23.
3 Van der Bruggen P, Traversari C, Chomez P,
Lurquin C, De Plaen E, Van den Eynde B, et al.
A gene encoding an antigen recognized by cytolytic T lymphocytes on
a human melanoma. Science 1991 ; 254 : 1643-7.
4 Chomez P, De Backer O, Bertrand M, De
Plaen E, Boon T, Lucas S. An overview of the MAGE
gene family with the identification of all human members of the
family. Cancer Res 2001 ; 61 : 5544-51.
5 Brichard V, Van Pel A, Wölfel T, Wölfel C,
De Plaen E, Lethé B, et al. The tyrosinase gene
codes for an antigen recognized by autologous cytolytic T
lymphocytes on HLA-A2 melanomas. J Exp Med 1993 ; 178 :
489-95.
6 Wölfel T, Hauer M, Schneider J, Serrano M,
Wölfel C, Klehmann-Hieb E, et al. A
p16INK4a-insensitive CDK4 mutant targeted by cytolytic T
lymphocytes in a human melanoma. Science 1995 ; 269 :
1281-4.
7 Parmiani G, De Filippo A, Novellino L,
Castelli C. Unique human tumor antigens : immunobiology
and use in clinical trials. J Immunol 2007 ; 178 :
1975-9.
8 Marchand M, van Baren N, Weynants P,
Brichard V, Dréno B, Tessier M-H, et al. Tumor
regressions observed in patients with metastatic melanoma treated
with an antigenic peptide encoded by gene MAGE-3 and presented by
HLA-A1. Int J Cancer 1999 ; 80 : 219-30.
9 Marchand M, Punt CJA, Aamdal S,
Escudier B, Kruit WHJ, Keilholz U, et al.
Immunization of metastatic cancer patients with MAGE-3 protein
combined with adjuvant SBAS-2 : clinical report. Eur J Cancer
2003 ; 39 : 70-7.
10 Kruit WH, van Ojik HH, Brichard VG,
Escudier B, Dorval T, Dréno B, et al. Phase 1/2
study of subcutaneous and intradermal immunization with a
recombinant MAGE-3 protein in patients with detectable metastatic
melanoma. Int J Cancer 2005 ; 117 : 596-604.
11 Zhang Y, Sun Z, Nicolay H, Meyer RG,
Renkvist N, Stroobant V, et al. Monitoring of
anti-vaccine CD4 T cell frequencies in melanoma patients
vaccinated with a MAGE-3 protein. J Immunol 2005 ; 174 :
2404-11.
12 Vantomme V, Dantinne C, Amrani N,
Permanne P, Gheysen D, Bruck C, et al.
Immunologic analysis of a phase I/II study of vaccination with
MAGE-3 protein combined with the AS02B adjuvant in patients with
MAGE-3-positive tumors. J Immunother 2004 ; 27 :
124-35.
13 Van Baren N, Bonnet MC, Dréno B,
Khammari A, Dorval T, Piperno-Neumann S, et al.
Tumoral and immunological responses following vaccination of
melanoma patients with an ALVAC virus encoding Mage antigens
recognized by T cells. J Clin Oncol 2005 ; 23 :
9008-21.
14 Thurner B, Haendle I, Roder C,
Dieckmann D, Keikavoussi P, Jonuleit H, et al.
Vaccination with MAGE-3A1 peptide-pulsed mature, monocyte-derived
dendritic cells expands specific cytotoxic T cells and induces
regression of some metastases in advanced stage IV melanoma. J Exp
Med 1999 ; 190 : 1669-78.
15 Trakatelli M, Toungouz M, Blocklet D,
Dodoo Y, Gordower L, Laporte M, et al. A new
dendritic cell vaccine generated with interleukin-3 and
interferon-beta induces CD8 + T cell responses against NA17-A2
tumor peptide in melanoma patients. Cancer Immunol Immunother
2006 ; 55 : 469-74.
16 Lurquin C, Lethé B, Corbière V, Théate I,
van Baren N, Coulie PG, et al. Contrasting
frequencies of anti-tumor and anti-vaccine T cells in metastases of
a melanoma patient vaccinated with a MAGE tumor antigen. J Exp Med
2005 ; 201 : 249-57.
17 Germeau C, Ma W, Schiavetti F, Lurquin C,
Henry E, Vigneron N, et al. High frequency of
anti-tumor T cells in the blood of melanoma patients before and
after vaccination with tumor antigens. J Exp Med 2005 ;
201 : 241-8.
18 Boon T, Coulie PG, Van den Eynde B, van der
Bruggen P. Human T cell responses against melanoma. Annu Rev
Immunol 2006 ; 24 : 175-208.
19 Uyttenhove C, Pilotte L, Theate I,
Stroobant V, Colau D, Parmentier N, et al.
Evidence for a tumoral immune resistance mechanism based on
tryptophan degradation by indoleamine 2,3-dioxygenase. Nat Med
2003 ; 9 : 1269-74.
20 Munn DH, Zhou M, Attwood JT, Bondarev I,
Conway SJ, Marshall B, et al. Prevention of
allogeneic fetal rejection by tryptophan catabolism. Science
1998 ; 281 : 1191-3.
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