Summary

Eosinophils have long been considered simply as effectors of adaptive immune responses during parasitic infections and inflammatory processes. Their role in allergic manifestations and mucosal responses is mediated by membrane receptors that allow them to interact with IgE and IgA antibodies. The recent demonstration that human eosinophils express innate immune receptors suggests that they may also play a role in antitumoral immune surveillance. Experimental evidence shows that human eosinophils have tumoricidal potential, in synergy with other effector cells, notably by releasing cytotoxic molecules. Les polynucléaires éosinophiles ont le plus souvent été considérés comme cellules « réactives » soit au cours des infections parasitaires soit associées aux processus allergiques. Une simple analyse de la situation épidémiologique de ces deux types de pathologies indique que plusieurs millions de sujets à travers le monde présentent une hyperéosinophilie sanguine et/ou tissulaire, que ce soit dans les pays en développement où l’éosinophilie est surtout associée aux infections parasitaires notamment par les helminthes, ou encore dans les pays industrialisés où l’hyperéosinophilie est un des paramètres, voire un des éléments de diagnostic, de la réaction allergique. Lors des dernières années, une nouvelle classification de ce qui était appelé « Syndrome Hyperéosinophile Idiopathique » (Hypereosinophilic Syndrome — HES —) a vu le jour quand la détection d’une mutation dans la lignée myéloïde, aboutissant à l’apparition d’une protéine de fusion « Fip1-L1 » possédant une activité tyrosine kinase et donc des propriétés de prolifération, a permis de séparer les patients HES en deux groupes : ceux atteints du variant « myéloide » (Fip1 L1 positifs) et ceux (Fip1 L1négatifs), atteints du variant « lymphoide » [1-2]. Dans ce dernier cas, l’éosinophilie est secondaire à une prolifération souvent clonale de lymphocytes T anormaux, produisant des quantités importantes d’IL-5, impliquée dans la différenciation spécifique du polynucléaire éosinophile, et donc responsable de l’hyperéosinophilie. [3] Cette découverte capitale a permis non seulement de disposer d’un nouveau marqueur diagnostic, mais aussi de pouvoir orienter le traitement des patients atteints de cette maladie rare, les uns bénéficiant d’un traitement par inhibiteur de tyrosine kinase (Imatinib mesylate-Glivec), les autres dans un futur proche d’anticorps anti-IL-5 (en cours d’essai clinique) [4-5]. Ce bref survol de l’étiologie de l’hyperéosinophilie révèle sa complexité et suggère une grande variété des fonctions de cette cellule. Les éosinophiles ont longtemps été considérés comme des cellules en fin de lignée, libérant les médiateurs cytotoxiques présents dans leurs granules spécifiques et capables d’exercer des fonctions bénéfiques ou néfastes, selon les cellules cibles de cette cytotoxicité : bénéfiques quand la cytotoxicité s’adresse à des cibles étrangères comme des larves parasitaires, mais aussi néfastes, vis-à-vis de cellules ou de tissus normaux (dans l’asthme ou les pathologies cutanées par exemple). Différents travaux, dont ceux réalisés dans notre laboratoire, ont montré que les éosinophiles étaient en fait des cellules multipotentes, douées de propriétés très variées, capables non seulement de participer à la réaction immune adaptative et à la réponse inflammatoire, mais aussi à la réponse immune innée [6]. Ces propriétés multiples sont liées à l’extraordinaire richesse de la membrane des éosinophiles en récepteurs, leur permettant ainsi de lier des ligands très variés, qu’ils soient de nature immunologique ou pharmacologique, et de répondre à ces signaux en libérant de nombreux médiateurs, localisés dans les granules spécifiques et donc libérés par dégranulation, ou néoformés en réponse à l’activation. Les éosinophiles, cellules à la fois réceptrices et médiatrices, jouent donc un rôle central dans la communication. Une autre caractéristique intéressante des éosinophiles, qui ajoute encore à leur complexité, est leur très grande hétérogénéité, qu’elle soit morphologique (les éosinophiles activés différent des éosinophiles normaux par leur contenu en granules et leur densité cellulaire), phénotypique (expression accrue de certains récepteurs de membrane sur les éosinophiles tissulaires) ou fonctionnelle (libération spécifique de certains médiateurs en fonction des signaux d’activation). Cette hétérogénéité se manifeste de plus entre les espèces, les éosinophiles de souris se différenciant des éosinophiles humains par de nombreux critères, ce qui rend souvent difficile l’extrapolation à l’homme des résultats expérimentaux obtenus chez la souris. Une des principales caractéristiques des éosinophiles, cellules de la lignée granulocytaire, est la présence, au sein de leur cytoplasme, de granules spécifiques dont la composition biochimique est maintenant bien connue : un élément central ou « core » contient la Major Basic Protein (MBP) cependant que d’autres protéines hautement basiques sont situées dans la matrice de ces granules (Eosinophil peroxydase ou EPO —, Eosinophil cationic protein ou ECP, et Eosinophil derived neurotoxin ou EDN) [7]. Les éosinophiles sont capables de produire de nombreux autres médiateurs, lipidiques, espèces activées de l’oxygéne, cytokines, chimiokines et facteurs de croissance notamment, ce qui leur confère la propriété de participer aux processus inflammatoires et aussi d’interagir avec les autres cellules de leur environnement. Grâce à l’étude des infections parasitaires et notamment d’une helminthiase, la bilharziose, nous avons pu montrer que les éosinophiles exerçaient une activité cytotoxique contre les larves de schistosomes, non seulement in vitro , par un processus de cytotoxicité dépendant d’anticorps (ADCC), notamment d’anticorps IgE et d’IgA mais aussi in vivo , grâce à des expérience de transfert passif d’éosinophiles d’animaux immuns, suggérant ainsi un rôle protecteur anti-parasitaire des polynucléaires éosinophiles. Cette fonction des éosinophiles dans l’immunité protectrice anti parasitaire fût confirmée grâce à différentes études immunoépidémiologiques en zone d’endémie de bilharziose, montrant notamment une association significative entre éosinophilie ou production d’IL-5 et immunité à la réinfection par Schistosoma mansoni chez des patients traités. Différents modèles de souris transgéniques, sur-exprimant ou sous exprimant l’IL-5, permirent de confirmer le rôle majeur des éosinophiles dans l’immunité protectrice vis-à-vis de la plupart des helminthes (Schistosomes, Trichines, Oxyures). Néanmoins, cette fonction protectrice des éosinophiles ne s’applique pas à toutes les infections parasitaires ou à tous les stades de ces infections. Nous avons pu démontrer que l’éosinophile pouvait être également associé à des manifestations pathologiques, correspondant à une localisation tissulaire des éosinophiles soit dans le tissu nerveux, comme dans l’angiostrongylose, ou dans le poumon, le « poumon éosinophile tropical » observé chez certains patients infectés par les filaires Wuchereria bancrofti ou Brugia malayi étant associé à la libération locale de protéines cationiques suite à la dégranulation de l’éosinophile.Un autre exemple de la participation des éosinophiles dans les manifestations pathologiques au cours des helminthiases est le granulome hépatique autour des œufs de Schistosoma mansoni . L’ensemble de ces observations indique que, en dépit de très nombreuses études réalisées au cours des helminthisases, il n’y a pas de fonction unique attribuable aux éosinophiles, mais bien une dualité fonctionnelle, cellule bénéfique ou néfaste, selon la cible parasitaire, le stade de l’infection ou l’environnement tissulaire, par exemple [8] Ces travaux sur la fonction effectrice des éosinophiles en présence d’anticorps nous ont permis non seulement d’identifier de nouveaux récepteurs de membrane exprimés sur les éosinophiles et impliqués dans les interactions avec les anticorps, mais aussi de caractériser certains antigènes à la surface des cibles parasitaires, les schistosomules. C’est ainsi que nous avons découvert que les éosinophiles exprimaient des récepteurs pour l’IgE, notamment le récepteur de forte affinité, classiquement connu pour être exprimé par les mastocytes et les basophiles [9] ainsi que de nouveaux récepteurs pour l’IgA [10]. Plusieurs antigènes parasitaires ont été identifiés grâce à ces travaux sur les mécanismes effecteurs, en particulier la protéine P28, candidat vaccin contre la bilharziose (« Bilhvax ») très prometteur actuellement en essai clinique de phase 3 [11]. La démonstration que des éosinophiles pouvaient être activés par des complexes à IgE ou à IgA nous a mis sur la voie des fonctions potentielles de l’éosinophile dans la réaction allergique ainsi que dans l’immunité muqueuse et dans la réponse inflammatoire intestinale [12-13]. En effet, c’est au cours de travaux sur la maladie de Crohn et sur la maladie caeliaque que nous avons démontré que les éosinophiles pouvaient synthétiser et sécréter des cytokines, comme l’IL-5, leur propre facteur de croissance et de différenciation, ouvrant ainsi une nouvelle voie fonctionnelle des éosinophiles comme cellules sécrétant des cytokines et participant de ce fait à la régulation de la réponse immune, qu’elle soit de type Th2 et même Th1 [14-18] Pendant ce temps, il devait être démontré que les éosinophiles possédaient à leur surface des récepteurs partagés avec les lymphocytes T(CD4, CD25, CD28), d’autres avec les cellules présentatrices d’antigènes (CD86, CMH classe II) [7,17], ainsi que des récepteurs impliqués dans l’immunité innée, comme les récepteurs de type lectine, ou des récepteurs PAR (Protease Activated Receptors), par exemple. Une différence très importante est à noter en ce qui concerne la libération de cytokines par les éosinophiles: contrairement aux lymphocytes T qui néosynthé- tisent les cytokines en réponse à une activation, les éosinophiles stockent les cytokines préformées dans leurs granules et les libèrent selon un processus de « dégranulation sélective », un processus connu sous le nom de « piecemeal degranulation ». Cette hypothèse est basée sur les résultats expérimentaux suivants : selon le signal initiant l’activation de la cellule, et impliquant différents récepteurs de membrane, les médiateurs libérés par dégranulation pourront différer : par exemple l’activation par des anticorps IgE induit la libération d’EPO ou d’IL-5 mais pas celle de l’ECP ni d’IFNγ ; d’autre part, seule l’activation par des ligands de CD28 induit la libération d’IL-2 et d’IFNγ mais aussi d’IL-13 [17, 18]. Ces résultats confirment les potentialités multiples de cette cellule, et ses implications dans la régulation de la réponse immune. Outre les cytokines, de nombreux facteurs de croissance peuvent être produits par les éosinophiles, ce qui, ajouté à leur localisation privilégiée dans différents organes hématopoiétiques, leur présence au cours de la gestation dans le tractus gastro-intestinal ainsi que leur implication dans le développement de la glande mammaire indique qu’un rôle physiologique puisse également être attribué au polynucléaire éosinophile. L’ensemble de ces arguments, associé à des considérations sur la place de l’éosinophile dans l’évolution, puisque des cellules possédant des granules éosinophiliques (« Eosinophil Granule Cells ») sont présentes chez des organismes évoluant depuis plus de cinq cent| millions d’années, suggère que ces cellules puissent participer à des processus fondamentaux de défense innée, bien avant l’apparition des processus de réarrangement des gènes nécessaire à la réponse immune adaptative. Dans ce contexte, une analyse de la littérature révèle que les éosinophiles, à l’état normal, sont capables de réagir vis-à-vis de « signaux de danger » présentés par différents pathogènes, champignons, bactéries ou virus, ainsi que vis-à-vis de signaux dérivés de cellules en conditions de stress ou de nécrose [19-20]. Il est intéressant de souligner également que les éosinophiles sont présents en plus grand nombre dans le sang périphérique et/ou dans les tissus infiltrant la plupart des tumeurs [21-22]. Différentes études cliniques ont montré de manière convaincante que l’éosinophilie périphérique et/ou tissulaire correspondait plutôt à un marqueur de pronostic favorable [23]. Tout ceci nous a amenés à considérer le rôle potentiel de l’éosinophile dans la défense anti-tumorale. La défense anti-tumorale implique différents mécanismes effecteurs, participant à l’immunité adaptative, comme les lymphocytes T cytotoxiques ou les anticorps, mais aussi à l’immunité innée comme les cellules NK ou une population particulière de lymphocytes, les lymphocytes T gamma delta. La présence de cellules inflammatoires comme les éosinophiles dans le stroma tumoral a récemment soulevé un intérêt quand il a été suggéré, à la fois par des études in vitro et in vivo , que les éosinophiles pouvaient exprimer un potentiel tumoricide [24-26]. Les éosinophiles sont associés à de nombreux cancers, qu’il s’agisse de lymphomes T, ou de nombreux carcinomes (carcinomes du colon, du poumon, du nasopharynx ou de la vessie par exemple) : l’éosinophilie infiltrant la tumeur est appelée TATE (« Tumor Associated Tissue Eosinophilia »). Même si ce processus est le plus souvent associé à un pronostic favorable (à l’exception de la maladie de Hodgkin), on sait peu de chose sur le rôle précis joué par l’éosinophile dans la défense anti tumorale. C’est pour répondre à cette question que nous avons mis en place une étude visant à étudier l’activité des polynucléaires éosinophiles vis-à-vis de deux lignées de cellules tumorales, les cellules dérivées d’un lymphome T, les cellules Jurkat, et des cellules dérivées d’un carcinome du colon, les cellules Colo-205 [27]. Différents arguments expérimentaux obtenus au laboratoire montrent que des éosinophiles, hautement purifiés à partir du sang périphérique de donneurs sains, sont capables d’induire un processus apoptotique chez les deux types de cellules tumorales. L’apoptose est évaluée après marquage des cellules cibles par l’annexine V fluorescente (marquage à l’isothiocyanate de fluoresceine-FITC), co-culture avec des éosinophiles et révé- lation par cytométrie en flux. Un pourcentage nettement plus important de cellules en apoptose est obtenu pour les cellules de carcinome du colon, par rapport aux cellules Jurkat. Cette différence entre les deux lignées de cellules tumorales est retrouvée quand on analyse, non plus l’apoptose, mais la nécrose tumorale, par une technique dérivée du test « FATAL » (« Fluorometric Assesment of Tcell-mediated Antigen Lysis »), méthode développée pour les lymphocytes T et adaptée aux éosinophiles [27]. Cette technique consiste à marquer, d’une part la membrane des cellules- cibles pour les repèrer et d’autre part leur cytoplasme. En cas de mort cellulaire en présence des éosinophiles, on peut ainsi détecter la fuite du marqueur cytoplasmique par cytométrie en flux. Seules les cellules de carcinome du colon, cultivées en présence d’éosinophiles, montrent des signes de nécrose, chez un pourcentage significatif de cellules. L’observation microscopique des cellules cibles cultivées en présence d’éosinophiles révèle que les éosinophiles adhèrent beaucoup plus fortement aux cellules Colo 205 qu’aux cellules Jurkat, suggérant qu’un mécanisme de contact étroit aboutissant à la dégranulation de l’éosinophile soit impliqué dans le processus de nécrose tumorale. L’étude du mécanisme d’adhérence révèle effectivement qu’un contact entre éosinophiles et cellules cibles est indispensable, cependant que, parmi les molécules d’adhérence potentiellement impliquées, les intégrines jouent un rôle essentiel. Différentes approches expérimentales sont actuellement utilisées pour identifier les récepteurs intervenant dans ces interactions effecteurs-cibles au niveau de l’éosinophile ainsi que les ligands spécifiquement exprimés par les cellules tumorales. Les molécules impliquées dans la lyse tumorale sont également en cours d’étude, et il est intéressant de rappeler à cet égard que les éosinophiles possédent dans leurs granules tout un arsenal de molécules cytotoxiques, dont le potentiel pourrait s’ajouter aux molécules « mortifères », déjà identifiées dans le cas des lymphocytes, comme les perforines et les granzymes. Enfin, nos résultats suggèrent que les éosinophiles de donneurs allergiques exercent une activité tumoricide in vitro supérieure aux éosinophiles de donneurs sains, elle-même supérieure à celle des éosinophiles de patients atteints du Syndrome hyperéosinophile (HES) [28] confirmant l’hétérogénéité fonctionnelle des éosinophiles humains. Ces résultats indiquent que les polynucléaires éosinophiles, dont la fonction a été longtemps restreinte à une activité effectrice participant à l’immunité adaptative au cours des infections parasitaires, ont probablement un rôle primordial à jouer dans la défense innée et dans la surveillance anti-tumorale. Leur localisation tissulaire prédominante, leur expression de récepteurs de l’immunité innée et la richesse spécifique de leurs granules en molécules cytotoxiques, en font des cellules à potentialité anti-tumorale pouvant agir en synergie avec les autres effecteurs. La relevance in vivo de ces nouvelles fonctions attribuables à l’éosinophile est encore à démontrer en particulier vis-à-vis de tumeurs affectant des tissus où sont localisés les éosinophiles (carcinome du colon, tumeur de la vessie,mélanomes) mais ces ré- sultats permettent d’envisager raisonnablement de nouvelles perspectives thérapeutiques.