«Trained immunity» et rôle de la mémoire macrophagique dans l'immunomodulation des maladies fibro-inflammatoires

''Trained immunity'' and role of macrophage memory in the immunomodulation of fibro-inflammatory diseases

• Auteur / Autrice : Maxime Adrien Mohamed Jeljeli
• Direction : Frédéric Batteux
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Immunologie
• Date : Soutenance le 30/09/2020
• Etablissement(s) : Université Paris Cité
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Bio Sorbonne Paris Cité (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Cochin (Paris ; 2002-....)
• Jury : Président / Présidente : Amélie Jeanne Servettaz
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Amélie Jeanne Servettaz, Marie-Élise Truchetet, Sophie Hüe, Fernando Reis, Yannick Allanore
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Marie-Élise Truchetet, Sophie Hüe

Mots clés

Mots clés contrôlés

Fibrose

Inflammation

Immunomodulation

Macrophages

Mots clés libres

Macrophages

Immunité innée

Mémoire

Cytokines

Trained immunity

Immunomodulation

Inflammation

Fibrose

Sclérodermie systémique

Endométriose

Maladie du greffon contre l'hôte

Macrophages

Innate immunity

Memory

Cytokines

Trained immunity

Immunomodulation

Inflammation

Fibrosis

Systemic sclerosis

Endometriosis

Graft versus host disease

Résumé

Les maladies fibroinflammatoires sont un groupe hétérogène de pathologies pouvant impacter des organes tels que la peau, le foie, les poumons et l'appareil digestif et engager le pronostic vital. Malgré un large spectre étiologique, la dérégulation de la réponse immune innée avec une inflammation exacerbée et chronique reste l'élément majeur de leur pathogénie. Récemment, il a été démontré que des cellules de l'immunité innée, tels que les macrophages, sont capables d'acquérir une sorte de mémoire immunologique après une première exposition antigénique et de réagir différemment à une deuxième stimulation, soit avec une réponse inflammatoire amplifiée, soit une hyporéponse voire un effet anti-inflammatoire, selon la nature du premier antigène rencontré. Dans ce travail, nous soutenons la thèse que l'induction d'une mémoire macrophagique est capable d'impacter l'évolution d'un processus inflammatoire et donc influer sur l'installation de la fibrose tissulaire. Nous montrons d'abord que la préstimulation in vivo et in vitro des macrophages par du BCG ou du LPS à faibles doses répétées (LPSlow) induit des modifications phénotypiques, métaboliques et épigénétiques singulières, et leur confère des propriétés fonctionnelles opposées. La préstimulation in vivo par du LPSlow réduit l'inflammation précoce et la fibrose chronique dans le modèle murin de sclérodermie systémique (SSc) induite par l'HOCl, tandis que le BCG l'exacerbe. Le transfert adoptif de macrophages mémoires LPSlow ou BCG a également des effets bénéfiques ou aggravants, respectivement. La coculture avec des macrophages mémoires LPSlow atténue le profil fibroinflammatoire des fibroblastes de souris et de patients SSc avec une déviation cytokinique vers un excès d'IL-10. Cet effet immunomodulateur est retrouvé dans le modèle murin d'endométriose (EDT) caractérisé par une inflammation chronique associée à l'implantation des lésions endométriales ectopiques. Outre la réduction du volume et de l'activité glandulaire des lésions, la stimulation des souris EDT avec du LPSlow diminue l'expression des molécules de costimulation et des récepteurs aux chémokines des macrophages péritonéaux et la production de cytokines pro-inflammatoires. La coculture de macrophages LPSlow avec des cellules humaines endométriosiques réduit l'expression des marqueurs de fibrose, d'adhésion et de migration cellulaire, mais augmente la phosphorylation de STAT3 et l'expression de Socs3 et Bcl3, gènes cibles de l'IL-10. Cet effet, aboli par la coculture en présence de siRNA-IL10 ou de l'inhibiteur de pSTAT3, démontre l'effet anti-inflammatoire et antifibrotique IL-10 dépendant. Les macrophages LPSlow sont également capables de moduler la réponse allogénique in vitro dans une réaction lymphocytaire mixte et in vivo dans le modèle murin de la maladie du greffon contre l'hôte via la réduction de l'inflammation initiale responsable du déclenchement et du maintien du processus immun allogénique. Cet effet est associé à une augmentation de la production de l'IL-10, une diminution de la synthèse du TNF-a, de l'IFN-g, de l'IL-6, un remaniement des réseaux de chémokines et de leurs récepteurs, et une réduction du phénotype lymphocytaire mémoire se traduisant par une diminution significative des dommages tissulaires et de la mortalité. Enfin, nous démontrons que le transfert adoptif des macrophages LPSlow n'aggrave pas la croissance des cellules tumorales A20 du lymphome B murin alors que les macrophages BCG en ralentissent la prolifération en favorisant la production du TNF-a et de l'IL-6, l'activation lymphocytaire T CD4+ et CD8+ et l'expression de gènes associés à l'inflammation au niveau splénique et tumoral. Ce travail démontre qu'une stimulation antigénique préalable des macrophages leur confère un phénotype mémoire capable d'immunomoduler l'évolution d'une maladie fibroinflammatoire en agissant sur les voies de l'inflammation et sur l'activation des cellules immunes adaptatives.

Fibro-inflammatory diseases are pathologies that affect various organs such as the skin, the liver, the lungs, and the digestive system and thus are life-threatening. Despite a wide etiological spectrum of infectious, toxic or immunological causes, the dysregulation of the innate immune response with an exacerbation and maintenance of the inflammatory process remains the major element of their pathogenesis. Recently, it has been shown that specific innate immune cells such as macrophages can acquire a type of rudimentary immunological memory following a first antigenic exposure and can react differently to a second stimulation, with either a heightened inflammatory response or an anergic/anti-inflammatory status, depending on the type of the first antigen encountered. In this work, we support the reasoning that such memory induction in macrophages can affect the course of the inflammatory process and therefore can influence the proliferation of tissue fibrosis. We first show that macrophages' in vivo and in vitro pre-stimulation with BCG or LPS at low repeated doses (LPSlow) induces singular phenotypic, metabolic, and epigenetic modifications and confer them opposite functional properties. In vivo stimulation with LPSlow alleviates early inflammation and chronic fibrosis in the mouse model of HOCl-induced systemic sclerosis (SSc), while BCG exacerbates it. The adoptive transfer of LPSlow or BCG memory macrophages can also have either beneficial or aggravating effects, respectively. Additionally, co-culture with LPSlow memory macrophages reduces the fibro-inflammatory profile of myofibroblasts in mice and SSc patients with a cytokinic deviation towards an excess of IL-10. This immunomodulatory effect is found in the murine model of endometriosis (EDT) characterized by a chronic inflammation associated with the implantation of ectopic endometrial lesions. Along with the volume and glandular activity reduction of endometriotic lesions, in vivo stimulation of EDT mice with LPSlow leads to an expression decrease of costimulatory molecules and chemokine receptors of peritoneal macrophages, as well as a hypo-production of pro-inflammatory cytokines. The co-culture of LPSlow memory macrophages with human endometriotic cells induces a decrease in markers of fibrosis, adhesion, and cell migration molecules, but an increase in STAT3 phosphorylation and the expression of Socs3 and Bcl3, target genes of the IL-10 cytokine. This effect, abrogated by the coculture with the siRNA-IL10 or the pSTAT3, demonstrates the IL-10 dependent anti-inflammatory and anti-fibrotic mechanism. LPSlow macrophages are also able to modulate the allogeneic response in vitro in a mixed lymphocyte reaction and in vivo in the mouse model of Graft-versus-Host Disease via decrease of the initial inflammation responsible for triggering and maintaining the allogenic immune process. This effect is associated with an increase of IL-10 production, a decrease in the synthesis of TNF-a, IFN-g, IL-6, a change in the chemokine networks and their receptors, and a reduction in the memory lymphocyte phenotype leading to a significant drop in organs damage and mortality rate. Finally, we demonstrate that the adoptive transfer of LPSlow macrophages does not worsen the growth of murine B lymphoma A20 tumor cells, unlike BCG macrophages that slow tumor proliferation by promoting the production of TNF-a and IL-6, CD4+ and CD8+ T cell activation, and the expression of inflammation-associated genes at the splenic and tumor level. Consequently, this work demonstrates that prior antigenic macrophage stimulation induces a memory phenotype that can be expressed in case of a fibro-inflammatory disease and either alleviates or worsens its clinical and biological presentation via the modulation of the inflammation pathways and the adaptive immune cells activation.