Implication des Toll-like récepteurs dans les maladies auto-immunes : exemple du lupus érythémateux systémique

Revue du rhumatisme 78 (2011) 18–25

Mise au point

Implication des Toll-like récepteurs dans les maladies auto-immunes : exemple du lupus érythémateux systémique夽 Christophe Richez a,b,c,∗, Patrick Blanco a,b,d, Ian Rifkin e, Jean-Franc¸ois Moreau a,b,d, Thierry Schaeverbeke c a

CNRS UMR 5164, 146, rue Léo-Saignat, 33076 Bordeaux, France Université Bordeaux-2, 146, rue Léo-Saignat 33076 Bordeaux, France Service de Rhumatologie, CHU de Bordeaux, place Amélie-Raba-Léon, 33076 Bordeaux cedex, France d Laboratoire d’Immunologie, CHU de Bordeaux, place Amélie-Raba-Léon, 33076 Bordeaux cedex, France e Renal Section, Department of Medicine, Boston University School of Medicine, Boston, MA 02118, États-Unis b c

i n f o

a r t i c l e

Historique de l’article : Accepté le 16 juillet 2010 Disponible sur Internet le 20 septembre 2010 Mots clés : Toll-like récepteurs Lupus érythémateux systémique Cellules dendritiques

r é s u m é Le lupus érythémateux systémique (LES) se caractérise par une atteinte multiviscérale et, sur le plan biologique, par une réponse auto-immune dirigée contre des antigènes d’origine nucléaire. Les mécanismes physiopathologiques responsables du LES restent imparfaitement connus, mais de nombreux travaux récents ont souligné le rôle majeur joué par l’immunité innée. En effet, les Toll-like récepteurs (TLR), récepteurs situés au cœur de la résistance innée à la plupart des infections, sont aussi impliqués dans des phénomènes inflammatoires aigus ou chroniques induits par des ligands endogènes. De nombreuses équipes ont ainsi démontré, in vitro, le rôle des TLR7 et TLR9 dans la reconnaissance de complexes immuns. La stimulation de ces récepteurs est alors responsable de l’activation de cellules de l’immunité et notamment des lymphocytes B et des cellules dendritiques et d’une production inappropriée de nombreuses cytokines connues pour avoir un rôle direct dans la pathogénie lupique. Ces résultats ont motivé, dans différents modèles lupiques murins, des études d’inactivation ou de surexpression des gènes codant pour les TLR ou pour des molécules impliquées dans les voies de signalisation de ces TLR. Ces travaux ont permis de confirmer l’importance du TLR7 et d’évoquer le rôle du TLR4 dans l’induction d’une réponse auto-immune agressive. En revanche, les données obtenues in vivo sur l’implication du TLR9 contredisent celles obtenues in vitro et suggèrent un rôle protecteur. Enfin, chez l’homme, des études génétiques ont permis la mise en évidence de polymorphismes associés à un risque accru de développer un LES. © 2010 Société Franc¸aise de Rhumatologie. Publié par Elsevier Masson SAS. Tous droits réservés.

1. Introduction L’immunité innée représente la première ligne de défense de l’organisme contre les agents étrangers. Pour permettre une reconnaissance rapide des pathogènes et donc une réponse précoce de défense de l’hôte, le système immunitaire inné a développé au cours de l’évolution une série de récepteurs (les plus anciens sur le plan phylogénétique) connus sous le nom de pattern-recognition receptors (PRR), qui reconnaissent des molécules spécifiques portées par des micro-organismes, les pathogen-associated molecular patterns (PAMP). Plusieurs types de PRR ont été identifiés :

夽 Ne pas utiliser, pour citation, la référence franc¸aise de cet article, mais sa référence anglaise dans le même volume de Joint Bone Spine (doi:10.1016/j.jbspin.2010.09.005). ∗ Auteur correspondant. Adresse e-mail : [email protected] (C. Richez).

• les Toll-like récepteurs (TLR) [1] sur lesquels nous nous concentrerons dans ce travail ; • les nucleotide-binding oligomerization domain (NOD)-like récepteurs ; • les RIG-1-like récepteurs (RLR) comprenant retinoic acid-inducible gene 1 (RIG-1) et melanoma differentiation-associated gene 5 (MAD5) [1].

Le nom de TLR vient de l’homologie avec une famille de molécule retrouvée chez la drosophile, dont le principal membre est Toll. Les récepteurs Toll ont initialement été identifiés comme important lors de l’embryogenèse de la drosophile, et en particulier, lors de la mise en place de l’axe dorso-ventral [2]. Des études complémentaires ont ensuite démontré son rôle dans la réponse antifongique de la drosophile [3]. En 1997, un récepteur similaire a été identifié chez l’homme et nommé « hToll » (TLR4 actuellement) [4]. Des travaux complémentaires ont permis l’identification de nombreuses protéines de structure similaire au TLR4 et nommé TLR.

1169-8330/$ – see front matter © 2010 Société Franc¸aise de Rhumatologie. Publié par Elsevier Masson SAS. Tous droits réservés. doi:10.1016/j.rhum.2010.07.006

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Tableau 1 Expression des Toll-like récepteurs (TLR) chez l’homme et la souris. Type cellulaire et références

Expression des TLR chez l’homme Monocytes mCD pCD Neutrophiles activés Plaquettes Mastocytes Lymphocytes B Lymphocytes T Th1 NK

Expression des TLR TLR2

TLR3

TLR4

TLR7

TLR8

TLR9

+ + − + + + − − −

− + si CD matures − − − − − − −

+ + − + + + − − −

+ ou − + ou − + + − − + − +

+ + − − − + − − −

− − + + + − +

− ++ ++ − ++ ++ −

++ ou − ++ ou − ++ ou − − ++ ++ −

++ − ++ ++ ++ ++ ++

++ ++ ++ ++ ? ? ?

++ ++ ++ ++ ++ ++ ++

Expression des TLR par les CD chez la souris CD CD4+ ++ CD CD8+ ++ CD DN ++ pCD ++ GM-CSF CD ++ Flt-3L CD conventionelles ++ Flt-3L CD plasmacytoïdes −

+

CD : cellules dendritiques ; mCD : myeloid CD ; pCD : plasmacytoid CD ; NK : natural killer ; DN : double négative ; GM-CSF : granulocyte monocyte colony stimulating factor ; Flt-3L : fms-like tyrosine kinase 3 ligand.

Actuellement, la famille des TLR est constituée de dix membres chez l’homme et de 12 membres chez la souris. Les TLR sont exprimés sur de nombreuses cellules du système immunitaire et plus particulièrement sur celles qui sont impliquées dans la première ligne de défense contre les pathogènes (Tableau 1). 2. Les ligands des TLR Les PAMP ne sont pas les seules molécules reconnues par les TLR. En effet, ces récepteurs sont capables de détecter des ligands endogènes relargués par des cellules en situation de stress ou suite à leur apoptose ou nécrose. Ces molécules sont identifiées comme des damage-associated molecular patterns (DAMP) (Tableau 2). Nous nous concentrerons volontairement dans cette revue sur les ligands

des TLR dont le rôle a été démontré dans les phénomènes autoimmuns. 2.1. Les ligands du TLR4 Le TLR4, en association avec son corécepteur MD-2, reconnaît le lipopolysaccharide (LPS), un des composants majeurs de la membrane externe des bactéries Gram négatives. En plus du LPS, le TLR4 reconnaît d’autres ligands que l’on peut schématiquement diviser en deux groupes. 2.1.1. Les ligands exogènes Bien que possédant une structure différente du LPS, le taxol, utilisé dans le traitement de certains can-

Tableau 2 Ligands exogènes et endogènes des différents Toll-like récepteurs (TLR). TLR

Ligands exogènes

Ligands endogènes

TLR1

Triacyl des lipoprotéines

Inconnu

TLR2

Lipoprotéines Peptidoglycane Acides lipotéichoïques Lipoarabinomannane Glycosylphosphatidylinositol Phenolsoluble moduline Zymosan Glycolipides ARN double-brin viral

HGMB1

ARN double-brin

Poly(I:C)

TLR4

LPS Taxol Glycoprotéines virales Protéine de fusion du VRS Protéine d’enveloppe du MMTV

MPLA

TLR5

Flagelline

Cellules nécrotiques HSP HMGB1 Fibronectine Composants de la matrice extracellulaire Acide gras Fibrinogène Inconnu

TLR6

Diacyl des lipoprotéines

Inconnu

TLR7

ARN simple-brin viral

ARN simple-brin

Imidazoquinolines

TLR8

ARN simple-brin viral

ARN simple-brin

Imidazoquinolines

TLR9

ADN bactérien ou viral

ADN

TLR11

Profiline

Inconnu

TLR3

HMGB1 : high-mobility group box 1 ; MPLA : monophosphoryl lipid A ; HSP : heat shock proteins.

Produits synthétiques

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cers, est responsable d’une réponse dépendante du TLR4 [5]. Le virus respiratoire syncytial (VRS) [6] et le mouse mammary tumor virus (MMTV) [7] sont aussi capable d’activer le TLR4 grâce à certaines protéines de surface. 2.1.2. Les ligands endogènes Les protéines de stress (heat shock proteins : HSP 60 et 70, ainsi que l’HSPB8) sont des molécules chaperons, capables de transmettre des signaux de « danger » au système immunitaire inné. Ces signaux proviennent classiquement de cellules nécrotiques et induisent une réponse de type inflammatoire. Ces ligands endogènes sont reconnus par le TLR4 [8] et pourraient donc être responsables de phénomènes auto-immuns. La protéine high-mobility group box 1 (HMGB1) est reconnue par le receptor for advanced glycation end products (RAGE) [9], mais aussi par les TLR2 et TLR4 [10]. D’ailleurs, la protéine HMGB1 et des anticorps anti-HMGB1 sont fréquemment retrouvés dans le sérum de patients atteints de polyarthrite rhumatoïde (PR), de lupus érythémateux systémique (LES), de syndrome de Goujerot-Sjögren et de sclérodermie [11]. Une étude a ainsi démontré la présence d’HMGB1 associée aux nucléosomes chez les patients lupiques. Ces corps apoptotiques riches en HMGB1 induisent in vitro la production de cytokines inflammatoires par les macrophages et in vivo la production d’auto-anticorps quand injectés à des souris BALB/c. Le TLR2 semble être responsable de cette réponse inflammatoire [12]. De nombreux composants de la matrice extracellulaire, tels que l’extra domaine A de la fibronectine et des oligosaccharides de l’acide hyaluronique, issus de cellules endommagées, représentent aussi des ligands pour le TLR4 [1,13]. Le fibrinogène est aussi reconnu par le TLR4 et induit la production par les macrophages de chémokines. De plus, certaines formes de lipoprotéines de faible densité oxydées (oxLDL) et certains acides gras (acide oléique et palmitique) ont été récemment identifiés comme des ligands de TLR4 [1,13]. 2.2. Les ligands pour le TLR3 Le TLR3 joue un rôle majeur dans l’immunité antivirale du fait de sa liaison avec des fragments d’ARN double-brin (ARNdb). Ces fragments sont produits par la plupart des virus au cours de leur réplication. Dans les cellules dendritiques (CD), le TLR3 est localisé à l’intérieur de la cellule, plus précisément dans l’endosome [14], évitant ainsi une activation par des ligands endogènes. Toutefois, l’internalisation et l’acheminement pathologique de ligands jusque dans le compartiment endosomal pourraient provoquer des phénomènes auto-immuns. Un tel mécanisme est suggéré au cours de la PR avec la stimulation du TLR3 par des fragments d’ARNdb provenant de cellules nécrotiques [15]. 2.3. Les ligands des TLR7, 8 et 9 Ces trois TLR, comme le TLR3, ont la particularité de ne pas être localisé à la surface des cellules. En effet, les TLR reconnaissant des structures composées d’acides nucléiques sont exprimés préférentiellement sur la membrane de l’endosome [13]. 2.3.1. Ligands pour les TLR7 et 8 Le premier ligand de TLR7 identifié, l’imidazoquinoline, est un composé synthétique antiviral. Les fragments d’ARN simple-brin riches en uridine ou en uridine et guanine retrouvés chez certains virus (virus de l’immunodéficience humaine, virus de la stomatite vésiculaire et virus de la grippe) représentent les ligands exogènes du TLR7 [16]. Des fragments identiques d’ARN sont produits par l’hôte et constituent des ligands endogènes. Toutefois, ces derniers

ne sont pas reconnus en dehors de situations pathologiques permettant leur internalisation, et leur co-localisation avec le TLR7.

2.3.2. Ligands pour le TLR9 Le TLR9 est responsable de la reconnaissance des oligodésoxynucléotides contenant des dinucléotides cytosine-guanine (CpG) non méthylés. La faible proportion de ce type de motif dans l’ADN des mammifères comparée à celui des microbes permettrait donc au système immunitaire d’éviter toute réponse inappropriée contre le soi, pour se concentrer sur la défense antibactérienne et antivirale [17]. Toutefois, nous avons récemment rapporté que certains fragments d’ADN de mammifères semblent être capables d’activer le TLR9. La répétition des motifs CpG et la structure particulière du fragment d’ADN permettent alors l’internalisation du fragment d’acide nucléique et son acheminement jusqu’à l’endosome entraînant ainsi l’activation du système immunitaire [18].

3. Rôle des TLR dans le LES 3.1. Rôle de l’adaptateur MyD88 Myeloid differentiation primary-response protein 88 (MyD88) est indispensable aux voies de signalisation de la plupart des TLR. Seuls les TLR3 et TLR4 utilisent aussi l’adaptateur TIR domain-containing adaptor inducing IFN-ˇ (TRIF). Ainsi, l’inactivation du gène codant pour MyD88 bloque la médiation du signal de nombreux TLR et notamment des TLR7 et TLR9 (Fig. 1). Les souris MRLlpr/lpr connues pour produire d’importants taux d’anticorps antinoyaux et anti-ADNdb [19] ne produisent plus ces auto-anticorps si leurs gènes codant pour MyD88 sont inactivés. Les anticorps anti-Sm (retrouvés habituellement chez un tiers des souris lpr/lpr) sont aussi absents chez toutes les souris MRLlpr/lpr MyD88−/− [20]. Des résultats similaires ont été retrouvés dans d’autres modèles murins : • modèle FcRIIb−/− et modèle 56R + FcRIIB−/− . Les souris déficientes pour le récepteur inhibiteur FcRIIb produisent des auto-anticorps dirigés contre des fragments d’ADN et développent une glomérulonéphrite [21,22]. L’association au modèle FcRIIB−/− du transgène codant pour la chaîne lourde 56R provoque une majoration et une accélération de la pathologie lupique [23]. L’inactivation du gène MyD88 dans ces deux différents modèles provoque une importante diminution des taux d’anticorps anti-ADN. La survie et l’atteinte rénale de ces souris sont aussi nettement améliorées par l’inactivation de MyD88 [24] ; • modèle Lyn−/− . L’inactivation de la tyrosine kinase Lyn, impliquée dans la régulation négative des voies de signalisation des récepteurs de lymphocytes B (BCR), est responsable de la production d’auto-anticorps, de dépôts de complexes immuns et du développement d’une glomérulonéphrite fatale. L’inactivation de MyD88 dans ce modèle permet une nette amélioration de ces paramètres, une diminution de la production de cytokines inflammatoires et bloque l’activation des CD [25].

Ces premiers résultats ont suggéré l’implication des TLR dans la physiopathologie des maladies auto-immunes. Toutefois, l’utilisation de cette molécule adaptatrice par de nombreux TLR a motivé l’inactivation ciblée de chaque TLR pour connaître leur rôle respectif.

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par des fragments d’acide nucléique du soi. Toutefois, dans certaines situations pathologiques, ces fragments du soi peuvent être internalisés et se comporter comme des ligands des TLR induisant ainsi une réponse inflammatoire impliquée dans certaines maladies auto-immunes [13]. 3.2.1.1. Synergie entre le BCR et les TLR7 et TLR9 pour la prolifération in vitro des lymphocytes B. Les mécanismes d’internalisation ont initialement été décrits, in vitro, en utilisant des lymphocytes B autoréactifs provenant de la lignée de souris transgéniques AM14. Ces souris expriment un BCR reconnaissant un auto-anticorps de type facteur rhumatoïde de spécificité IgG2aa/j . La stimulation, in vitro, de ces lymphocytes B par des complexes immuns constitués d’anticorps monoclonaux de type IgG2a et de fragments d’ADN ou d’ARN (associés ou non à des protéines endogènes telles que Sm et RNP) permettait leur prolifération [20,26]. Cette stimulation était inhibée par des inhibiteurs du TLR7 ou du TLR9 ou par l’utilisation de lymphocytes B knock-out pour le tlr7 ou le tlr9. Il s’agit donc d’un modèle où le BCR AM14 reconnaît à la surface le complexe immun contenant des fragments d’ADN ou d’ARN grâce à l’IgG2a et permet son internalisation et son acheminement jusqu’à l’endosome où les TLR7 et 9 sont stimulés par leur ligands respectifs.

Fig. 1. La stimulation des Toll-like récepteurs (TLR) par leurs ligands respectifs provoque l’activation de nombreux facteurs de transcription dont activating protein-1 (AP-1), nuclear factor-B (NF-␬B) et certains IFN regulatory factor (IRF). La dimérisation permet l’activation des voies de signalisation à partir du domaine cytoplasmique des TLR : le domaine Toll/IL-1R (TIR). Ce domaine recrute ensuite différentes protéines adaptatrices possédant aussi un domaine TIR : MyD88 ; TIRAP (TIR domaincontaining adaptor protein, aussi nommé Mal) ; TRIF (aussi connu sous le nom de TICAM1) ; TRAM (TRIF-related adaptor molecule, aussi appelé TICAM2). Ce recrutement diffère selon les TLR stimulés et permet d’induire deux principales cascades de signalisation : la voie dépendante de MyD88 menant à l’activation et la translocation nucléaire des facteurs de transcription NF-␬B, AP-1 et IRF5 et la production de cytokines inflammatoires (rouge), mais aussi à la phosphorylation d’IRF7 indispensable pour la production d’IFN de type 1 (bleu) ; la voie dépendante de TRIF, aboutissant aussi à la production de cytokines inflammatoires (rouge), mais utilisant le facteur de transcription IRF3 pour induire la production d’IFN de type 1 (principalement de l’IFN-␤) (vert).

3.2. Toll-like receptor 7 et Toll-like receptor 9 De nombreux travaux ont étudié le rôle des TLR9, puis des TLR7 dans la physiopathologie du LES. Les premières expériences réalisées in vitro en utilisant des lymphocytes B, puis des CD, ont confirmé l’importance des mécanismes d’internalisation dans la rupture de tolérance. Ces résultats ont ensuite motivé l’étude in vivo, dans différents modèles murins lupiques, de l’impact de l’inactivation des gènes de ces TLR dans le développement de la pathologie lupique [13]. 3.2.1. Internalisation des ligands pour les TLR7, 8 et 9 La localisation intracellulaire des TLR7, 8 et 9 nécessite l’acheminement jusqu’au compartiment endolysosomal de leurs ligands respectifs. Cela a pour but de faciliter l’accès des ADN et ARN microbiens aux TLR et de prévenir contre toute stimulation

3.2.1.2. Synergie entre le FcR et les TLR7 et 9 pour l’activation des CD. Les CD expriment à leur surface des Fc␥R capables de capturer des complexes immuns contenant des fragments d’ADN ou d’ARN [13]. Les complexes immuns contenant de l’ADN sont capables d’induire la production de taux importants de TNF-␣ par des CD générées en présence de GM-CSF. Cette réponse immune nécessite la présence du Fc␥RIII (CD16) et dépend majoritairement du TLR9 comme le prouve l’absence de production de cytokine lors de l’utilisation d’inhibiteur du TLR9 et une très nette diminution de cette production par les CD myéloïdes tlr9−/− [27]. Chez l’homme, les sérums de patients lupiques possèdent la même propriété de stimulation des CD grâce au Fc␥RIIa (CD32) et au TLR9. Les complexes immuns se co-localisent alors avec le TLR9 et le Fc␥RIIa dans l’endosome permettant la production d’IFN-␣ par les CD plasmacytoïdes [28]. Les CD peuvent aussi être activées par des complexes immuns contenant des fragments d’ARN qui stimulent alors le TLR7. Le complexe immun est délivré dans la cellule jusqu’au TLR7 grâce à un Fc␥R. Ce mécanisme d’internalisation et d’activation du TLR7, déjà décrit ci-dessus avec le TLR9, a été reproduit in vitro : • en utilisant des lymphocytes B transgéniques pour le BCR. Le complexe immun formé par l’association d’un antigène Sm/ribonucléoprotéine (RNP) et d’un anticorps monoclonal (Y12 et 3G2) est reconnu par le BCR, permettant son internalisation, son transfert jusqu’à l’endosome et la production d’auto-anticorps [20] ; • en utilisant des CD plasmacytoïdes humaines stimulées par des sérums de patients lupiques. La spécificité anti-RNP des complexes immuns lupiques et leur internalisation par le Fc␥RIIa permettent la production d’IFN-␣ par les CD plasmacytoïdes [29]. L’utilisation d’un inhibiteur spécifique du TLR7 inhibe la production d’IFN-␣ par les CD plasmacytoïdes stimulées par ces complexes immuns obtenus à partir du sérum de patients lupiques [30] ; • en utilisant des CD plasmacytoïdes murines déficientes pour le gène codant pour le TLR7. La stimulation de ces CD plasmacytoïdes par des complexes immuns artificiels comprenant un anticorps monoclonal (Y12) et un antigène U1snRNP provoquait une production d’IFN-␣ et d’IL-6 nettement moins importantes qu’avec des CD plasmacytoïdes de souris sauvages [31] ; • en utilisant des CD plasmacytoïdes murines tlr7−/− stimulées par des sérums de patients lupiques. La production d’IFN-␣ dépen-

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dait de la présence d’anticorps anti-Sm/RNP capables d’engager le TLR7 [32]. 3.2.1.3. Autres mécanismes d’internalisation permettant l’activation des TLR. Dans le psoriasis, un peptide antimicrobien nommé LL37 est surexprimé dans les lésions cutanées. Ce peptide possède la propriété de se lier à des fragments d’ADN, formant ainsi de larges structures condensées, résistantes à la dégradation induite par les nucléases extracellulaires. Le complexe LL37-ADN pénètre dans la CD plasmacytoïde jusque dans l’endosome, grâce à un mécanisme impliquant les radeaux lipidiques et les protéoglycanes de la surface cellulaire. Le fragment d’ADN est ensuite retenu au contact du TLR9 dans ce compartiment par LL37, évitant sa dégradation dans le lysosome et permettant ainsi l’activation prolongée du TLR9 et une production soutenue d’IFN-␣ [33]. De plus, ce peptide pourrait se complexer avec les complexes immuns des patients lupiques les protégeant ainsi de l’activité de certaines nucléases. Une participation d’HMGB1 a aussi été évoquée dans l’internalisation des complexes immuns. Cette protéine nucléaire relarguée lors de la nécrose cellulaire se lie à l’ADN et fait partie des constituants des complexes immuns. Un travail récent a ainsi suggéré qu’un des récepteurs cellulaires d’HMGB1, RAGE, pourrait participer au transfert et à la rétention endosomale au contact du TLR9 du fragment d’acide nucléique [34]. Toutefois, une étude plus récente [35], utilisant des souris dont le gène codant pour RAGE avait été inactivé, a permis de montrer qu’HMGB1 augmentait en effet l’activation des lymphocytes B autoréactifs, ainsi que la production d’IFN-␣ par les CD plasmacytoïdes, mais via un mécanisme indépendant du récepteur RAGE. 3.2.1.4. Régulation spatiale et temporelle de la voie de signalisation dépendante de MyD88 et IRF7 dans les pDC. Les mCD expriment le TLR9, mais sont incapables de sécréter des taux importants d’IFN-␣. Plusieurs explications ont été avancées : • l’expression constitutive et importante d’IRF7, un facteur de transcription indispensable à la production d’IFN-␣ [36], dans les pCD ; • une co-localisation adaptée dans les CD plasmacytoïdes. La première hypothèse n’explique pas l’ensemble du mécanisme puisque l’augmentation de l’expression d’IRF7 par l’IFN de type 1 ne permet pas à ces cellules, suite à la stimulation de leur TLR9, de sécréter des taux importants d’IFN-␣. En revanche, les travaux de l’équipe de Taniguchi confirment l’existence d’une régulation spatio-temporelle permettant une sécrétion soutenue d’IFN-␣. Dans les CD plasmacytoïdes, le ligand du TLR9 CpG-A, capable d’induire la sécrétion de taux importants d’IFN-␣, se co-localise avec MyD88 et IRF7 dans le compartiment endosomal [37]. Le ligand du TLR9 CpG-B, faible inducteur d’IFN␣, se localise dans le lysosome. La transfection du CpG-B grâce au réactif DOTAP permet à ce ligand d’être au contact du complexe MyD88/IRF7 dans l’endosome et augmente les taux d’IFN-␣ produits. De plus, dans les CD myéloïdes et les macrophages, le ligand CpG-A après son internalisation est transféré dans le lysosome et n’entraîne aucune production d’IFN-␣. L’association du CpG-A avec le réactif DOTAP provoque son transfert dans l’endosome et une sécrétion importante d’IFN-␣ [37]. 3.2.2. Inactivation du TLR9 dans différents modèles murins lupiques L’impact du TLR9 sur le développement de la pathologie lupique dans différents modèles murins est complexe et sujet à de nombreuses controverses.

3.2.2.1. Modèle lpr/lpr. Trois travaux différents ont étudié l’inactivation du gène codant pour le TLR9 dans le modèle lpr/lpr [38–40]. Dans les trois études, les paramètres cliniques de la pathologie lupique (survie, organomégalie et atteinte rénale) étaient aggravés par l’inactivation du TLR9. Le répertoire d’autoanticorps développés par les souris tlr9−/− était aussi modifié. En effet, les souris MRLlpr/lpr développent des taux importants d’anticorps antinoyaux (ACAN) (étudiés sur cellules Hep-2), avec une fluorescence nucléaire homogène, typique des auto-anticorps dirigés contre les fragments d’ADNdb ou de chromatine et, chez un quart de ces souris, des ACAN avec une fluorescence mouchetée évocatrice de la présence d’anticorps dirigés contre des fragments d’ARN [38,39]. Suite à l’inactivation du tlr9, Shlomchik et al. constataient la disparition des ACAN de fluorescence homogène. En revanche, la présence d’ACAN avec une fluorescence mouchetée n’était pas modifiée. Les travaux de l’équipe de Musette [40] chez des souris B6lpr/lpr confirmaient les résultats obtenus sur cellules HEp-2. En revanche, cette équipe et celle de Wu [39] retrouvaient une augmentation des taux d’anticorps anti-ADN mesurés par une technique Elisa. Il est possible que l’Elisa utilisé par ces deux équipes détecte aussi des anticorps anti-ADN simple-brin et explique ainsi les résultats discordants. 3.2.2.2. Modèle Ali5. Ces souris présentent une mutation responsable d’un gain de fonction du gène codant pour la phospholipase Cg2. Les souris mutantes obtenues développent une activation accrue des lymphocytes B, des anticorps anti-ADN et une glomérulonéphrite. Comme dans le modèle lpr/lpr, l’inactivation du TLR9 des souris Ali5 inhibait la formation d’anticorps anti-ADNdb détectés sur cellule HEp-2. L’atteinte rénale était aussi exacerbée chez les souris tlr9−/− [41]. 3.2.2.3. Modèle 56R + FcRIIB-/-. L’inactivation du tlr9 dans ce modèle entraînait une nette diminution des taux d’anticorps antiADN. Toutefois, l’impact de l’inactivation de tlr9 sur la survie et l’atteinte rénale n’était pas étudié [24]. Ces différents résultats obtenus in vivo suggèrent un rôle protecteur du TLR9 dans la pathologie lupique murine. Toutefois, sa fonction exacte chez l’homme reste inconnue. Récemment, une étude japonaise a identifié deux allèles qui diminuent l’expression du TLR9 et qui sont associés à une susceptibilité accrue au LES [42]. Ce dernier résultat semble donc se rapprocher des données obtenues dans les différents modèles murins lupiques. 3.2.3. Importance du Toll-like receptor 7 dans différents modèles murins lupiques Le rôle in vivo du TLR7 dans la pathologie lupique murine a été étudié par deux techniques différentes : à travers son inactivation et à travers sa surexpression dans différents modèles murins de lupus. 3.2.3.1. Inactivation du TLR7. 3.2.3.1.1. Dans le modèle MRLlpr/lpr . Contrairement aux souris MRLlpr/lpr tlr9−/− , les souris MRLlpr/lpr tlr7−/− produisent des auto-anticorps anti-ADNdb mais pas d’anticorps anti-Sm/RNP. Les marqueurs d’activation présents à la surface des lymphocytes T et des CD sont nettement diminués chez les souris tlr7−/− comparativement aux souris tlr7+/+ . Toutefois, l’amélioration de l’atteinte rénale chez les souris MRLlpr/lpr tlr7−/− est modeste [43]. 3.2.3.1.2. Dans le modèle lupique induit par le pristane. Dernièrement, deux travaux utilisant un modèle murin lupique induit par l’injection de produits chimiques irritants (pristane) ont aussi souligné le rôle du TLR7 dans la production d’IFN de type 1, la production

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d’auto-anticorps anti-RNP et la sévérité de l’atteinte rénale. Les taux d’anticorps anti-ADNdb étaient inchangés [44,45]. 3.2.3.2. Impact de la surexpression du TLR7. La mutation Y-autoimmune accelerator (Yaa) correspond à un locus responsable de l’exacerbation de la pathologie lupique des souris mâles BXSB. La région chromosomique responsable est une zone de 4 Mb présente initialement sur le chromosome X et transloquée sur le chromosome Y. Le gène codant pour TLR7 est compris dans cette région et les souris mâles Yaa expriment donc le gène du TLR7 présent sur leur chromosome X mais aussi un second gène présent sur leur chromosome Y. Il s’ensuit une double expression pathologique du TLR7 [46]. En effet, les gènes présents sur le chromosome X sont normalement exprimés par un seul allèle du fait de la présence d’un seul chromosome X chez les mâles et de l’inactivation aléatoire d’un X chez les femelles. Bien que les souris Yaa de fond génétique C57BL/6 ne développent aucun symptôme lupique, leur association avec un autre facteur de prédisposition génétique au lupus, tel que le locus Sle 1 ou l’inactivation du FcRIIb, augmente significativement la pathologie. De plus, il est observé un changement de spécificité du répertoire des auto-anticorps. En effet, les souris FcRIIb−/− développent des anticorps anti-ADNdb avec une fluorescence nucléaire homogène tandis que les souris FcRIIb−/− .Yaa et Sle1.Yaa produisent des anticorps anti-ARN avec une fluorescence mouchetée [22,46]. Ces dernières souris développent aussi une pathologie rénale particulièrement agressive avec une mortalité supérieure à 50 % à huit mois et semblent être partiellement dépendantes de l’IFN de type 1 [47]. En outre, des travaux plus récents ont montré que l’inactivation du TLR7 présent sur le chromosome X de souris mâles FcRIIb−/− .Yaa (obtenues en croisant les souris FcRIIb−/− .Yaa avec des femelles tlr7−/− ) permet une nette amélioration du phénotype de ces souris. Des souris transgéniques, surexprimant exclusivement le tlr7 (quatre à 16 fois plus qu’une lignée sauvage), développent des autoanticorps de spécificité anti-ARN et une glomérulonéphrite sans même la nécessité de croiser ces animaux avec des souris FcRIIb−/− [48].

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sont possibles : • les ligands pour le TLR4 induisent la production de cytokines inflammatoires, comme l’IL-6, connues pour leur rôle dans la physiopathologie du lupus ; • les ligands pour le TLR4, dans certaines conditions, sont capables de produire des taux importants d’IFN de type 1 ; • la stimulation du TLR4 se synergise avec les autres ligands, et notamment les TLR7 et TLR9, pour activer les CD. Enfin, dernièrement, un travail a étudié l’impact de l’inactivation du tlr4 dans le modèle murin C57BL/6lpr/lpr . Ces souris développaient une pathologie lupique nettement atténuée par rapport aux souris TLR4 compétente avec notamment une diminution du taux d’auto-anticorps, de la sévérité de l’atteinte rénale et des taux d’IFN␥ et d’IL-6 [52]. En revanche, chez l’homme, aucun polymorphisme du TLR4 n’a été identifié comme lié au risque de développer un LES. Toutefois, un polymorphisme de Mal, un adaptateur complémentaire utilisé par les TLR2 et TLR4, a été décrit comme protecteur vis-à-vis du risque de développer un LES [53]. Ce polymorphisme pourrait être responsable d’une altération du signal intracellulaire secondaire à la stimulation des TLR2 et TLR4. 3.5. Toll-like receptor 5 La région chromosomique 1q41-1q42 est connue pour contenir des gènes de susceptibilité pour le LES [54]. Le gène codant pour le TLR5 est localisé en 1q41 et contient un polymorphisme (allèle C1174T) aboutissant à un codon stop. Une étude génétique a permis d’identifier une association significative entre l’allèle 1174T et le risque de développer un LES. Cet allèle serait protecteur (OR [IC95 % ] = 0,51[0,26–0,98]) et les sujets porteurs produiraient moins de cytokines inflammatoires suite à une stimulation du TLR5. 4. Effets des modulateurs (agonistes–antagonistes) des TLR sur le développement de la pathologie lupique

3.3. Toll-like receptor 3 L’implication du TLR3 dans la physiopathologie du lupus a été suggérée par l’aggravation de la glomérulonéphrite dans les souris MRLlpr/lpr traitées par un ligand du TLR3, le Poly(I:C), sans augmentation du taux d’anticorps anti-ADNdb [49]. Les auteurs évoquent un effet direct de la stimulation du TLR3 sur les cellules mésangiales. Toutefois, l’inactivation du TLR3 dans le même modèle murin lupique ne modifie pas l’évolution de la pathologie, tant sur le plan clinique qu’immunologique [38]. 3.4. Toll-like receptor 4 Une stimulation inappropriée du TLR4 pourrait être responsable d’une inflammation chronique et donc de complications auto-immunes. Ainsi, l’injection répétée de faibles doses de LPS chez des souris lupiques femelles MRL/n, BXSB et NZW accélère le développement de la pathologie lupique (notamment la production d’auto-anticorps et l’atteinte rénale) [50]. De plus, un travail récent utilisant des souris transgéniques pour la gp96 (molécule chaperon pour le LPS, amplifiant la réponse dépendante du TLR4) a démontré que la flore commensale provoquait à travers la stimulation du TLR4, dans ce fond génétique particulier, le développement spontané d’anticorps anti-ADNdb et d’une glomérulonéphrite [51]. Les souris transgéniques pour le tlr4 développaient les mêmes stigmates lupiques spontanément, sans aucun stimulus exogène. Le mécanisme exact responsable de cette auto-immunité reste toutefois inconnu. Plusieurs hypothèses

Les antimalariques, et notamment l’hydroxychloroquine, sont utilisés dans le traitement du LES depuis de nombreuses années. Ces molécules sont capables de bloquer l’activation des TLR7 et TLR9, en inhibant l’acidification et donc la maturation des endosomes. Ce mécanisme pourrait expliquer l’efficacité de ce traitement. D’autres molécules ont depuis été développées pour activer ou inhiber l’action des TLR. Chez la souris, la stimulation du TLR9 par des fragments d’ADN ou des CpG ODN donne des résultats contradictoires. En effet, dans le modèle NZB x NZW, on retrouve soit une simple augmentation du taux d’anticorps anti-ADN [55], soit une nette majoration de l’atteinte rénale [56], soit une amélioration de la glomérulonéphrite [57]. Le rythme des injections et les adjuvants associés expliquent ces disparités. En revanche, dans le même modèle murin, l’utilisation d’inhibiteurs des TLR7 et TLR9, IRS pour inhibitor immunoregulatory DNA sequences, permet une amélioration de la pathologie lupique avec une diminution du taux des anticorps, de l’atteinte rénale et un allongement de la survie [58]. L’activation du TLR7 a été étudiée, chez la souris, uniquement dans le modèle MRL/Mplpr/lpr . On retrouve une aggravation de la pathologie lupique lors de l’utilisation de l’agoniste pour le TLR7 imiquimod [59]. Chez l’homme, des inhibiteurs des TLR, IRS 954 et IRS 661, ont été testés in vitro sur des CD plasmacytoïdes purifiées de sujets sains [30]. L’inhibition des TLR7 et TLR9 par l’IRS 954 provoque l’inhibition de la production d’IFN-␣ induite par la stimulation de ces cellules par le virus de la grippe, le virus HSV et par des complexes immuns de patients lupiques avec une spécificité anti-

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ADNdb et/ou anti-RNP. En revanche, la spécificité de l’IRS 661 pour le TLR7 ne permet que l’inhibition de la production d’IFN-␣ induite par la stimulation de ces cellules par le virus de la grippe et des complexes immuns de patients lupiques avec une spécificité antiRNP. Des agonistes des TLR7 et TLR9 sont actuellement en cours de développement pour améliorer l’efficacité des vaccins et pour le traitement des allergies et de certains cancers. Malgré une large utilisation de ces traitements et notamment de l’imiquimod, aucune pathologie auto-immune systémique n’a, à ce jour, été reportée. 5. Conclusion Les nombreuses publications sur le rôle des TLR dans la physiopathologie du LES soulignent l’importance de l’immunité innée dans cette pathologie. On y retrouve aussi les différents facteurs connus pour favoriser le développement de l’auto-immunité : les facteurs génétiques, les facteurs environnementaux (stimulation virale et bactérienne) et les facteurs immunologiques (nombreux ligands endogènes des TLR). Ces résultats font des TLR une cible thérapeutique intéressante dans le LES, comme l’atteste les différents modulateurs des TLR développés ces dernières années. Conflit d’intérêt Les auteurs ne déclarent aucun conflit d’intérêt. Remerciements Christophe Richez a bénéficié en 2005 pour la réalisation de ce travail d’une bourse de mobilité à l’étranger par la Société franc¸aise de rhumatologie. Références [1] Akira S, Uematsu S, Takeuchi O. Pathogen recognition and innate immunity. Cell 2006;124(4):783–801. [2] Lemaitre B, Nicolas E, Michaut L, et al. The dorsoventral regulatory gene cassette spatzle/Toll/cactus controls the potent antifungal response in Drosophila adults. Cell 1996;86(6):973–83. [3] Imler JL, Hoffmann JA. Toll receptors in innate immunity. Trends Cell Biol 2001;11(7):304–11. [4] Medzhitov R, Preston-Hurlburt P, Janeway Jr CA. A human homologue of the Drosophila Toll protein signals activation of adaptive immunity. Nature 1997;388(6640):394–7. [5] Kawasaki K, Akashi S, Shimazu R, et al. Mouse toll-like receptor 4.MD-2 complex mediates lipopolysaccharide-mimetic signal transduction by Taxol. J Biol Chem 2000;275(4):2251–4. [6] Kurt-Jones EA, Popova L, Kwinn L, et al. Pattern recognition receptors TLR4 and CD14 mediate response to respiratory syncytial virus. Nat Immunol 2000;1(5):398–401. [7] Rassa JC, Meyers JL, Zhang Y, Kudaravalli R, Ross SR. Murine retroviruses activate B cells via interaction with toll-like receptor 4. Proc Natl Acad Sci USA 2002;99(4):2281–86. [8] Vabulas RM, Wagner H, Schild H. Heat shock proteins as ligands of toll-like receptors. Curr Top Microbiol Immunol 2002;270:169–84. [9] Kokkola R, Andersson A, Mullins G, et al. RAGE is the major receptor for the proinflammatory activity of HMGB1 in rodent macrophages. Scand J Immunol 2005;61(1):1–9. [10] Park JS, Svetkauskaite D, He Q, et al. Involvement of toll-like receptors 2 and 4 in cellular activation by high mobility group box 1 protein. J Biol Chem 2004;279(9):7370–7. [11] Ulloa L, Messmer D. High-mobility group box 1 (HMGB1) protein: friend and foe. Cytokine Growth Factor Rev 2006;17(3):189–201. [12] Urbonaviciute V, Furnrohr BG, Meister S, et al. Induction of inflammatory and immune responses by HMGB1-nucleosome complexes: implications for the pathogenesis of SLE. Journal Exp Med 2008;205(13):3007–18. [13] Marshak-Rothstein A, Rifkin IR. Immunologically active autoantigens: the role of toll-like receptors in the development of chronic inflammatory disease. Annu Rev Immunol 2007;25:419–41. [14] Matsumoto M, Funami K, Tanabe M, et al. Subcellular localization of Toll-like receptor 3 in human dendritic cells. J Immunol 2003;171(6): 3154–62.

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