*Cytokines et anti-cytokines : Les points essentiels

Rappel physiopathologique

En réponse à une agression (1), l’organisme synthétise des protéines qui permettent aux cellules de communiquer entre elles afin d’initier, développer et achever les réponses inflammatoires et/ou immunes. Il s’agit d’une modification, temporaire, orchestrée et adaptée, des fonctions cellulaires (2) afin, si possible, de revenir à l’état antérieur, avant l’agression.
Ces signaux protéiques entre cellules correspondent aux cytokines et aux molécules d’adhésion (figure 1). Le plus souvent, les cytokines agissent après sécrétion dans le milieu extracellulaire.

Figure 1

Signaux protéiques permettant aux cellules de communiquer entre elles

Les cytokines (3) sont des protéines de masse molaire comprises entre 6.000 et 60.000 daltons, souvent glycosylées, synthétisables par de nombreux types cellulaires (non exclusivement hématopoiétiques), et agissant sur de multiples cibles cellulaires, via des récepteurs membranaires spécifiques. Leur action est souvent locale, paracrine ou autocrine, et pour certaines cytokines, elle est aussi systémique, de type endocrine (par exemple, induction de la fièvre et augmentation de la synthèse hépatique des protéines de la réaction inflammatoire par l’Il-6). Chaque cytokine possède de multiples propriétés, touchant toujours (ou presque) à trois systèmes : inflammatoire, immunitaire, croissance cellulaire. En fonction de la cytokine,

Figure 2

Les trois systèmes influencés par les cytokines

La plupart des cytokines ne sont pas détectables dans la circulation à l’état physiologique.
La présence de différentes cytokines, dans les tissus ou organes, au cours des maladies, qu’elles soient d’origine infectieuse, immune, carcinologique ou dégénérative, est probablement la règle.
La démonstration d’un rôle physiopathologique, pour un nombre limité d’entre elles, peut aboutir à l’utilisation de médicaments anticytokine(s) qui s’opposent aux signes ou symptôme de la maladie considérée. Seule l’éviction de l’agent causal permettrait une action curative.

Implications physiopathologiques des cytokines de l’inflammation, principalement TNF-alpha et IL1-béta (voir figure 3 ci-dessous).

L’inflammation, processus de défense indispensable, expose à des dommages tissulaires, voire menace le pronostic vital, quand la production des cytokines et de leurs effecteurs est excessive et/ou prolongée.
a) Réaction aiguës, locales et systémiques. Exemples : hépatite alcoolique aiguë, pancréatite aiguë, choc endotoxinique, lésions tissulaires après ischémie-reperfusion, neuropaludisme.
b) Maladies chroniques inflammatoires
- affections auto-immunes où l’inflammation, avec production déterminante de TNFa, est associée à une activation de type Th1. Exemples : polyarthrite rhumatoïde, maladie de Crohn, psoriasis
- Affections inflammatoires, associées à l’activation de certaines cytokines Th2. Exemples : asthme bronchique.
c) Maladies « dégénératives ». Exemple : développement des lésions endartérielles de l’athérosclérose, lésions cérébrales de la maladie d’Alzheimer
d) D’origine médicamenteuse. Ex : syndrome pseudogrippal grave après injection de diverses cytokines recombinantes, érythème noueux lépreux après restauration immunitaire due au traitement de la lèpre, pneumotoxicité de la bléomycine.

Figure 3

Cytokines primaires et cascade de l'inflammation

Implications physiopathologiques des cytokines de l’immunité

a) maladies où le phénotype des cytokines est de type Th1 : IL2, IFNg, IL12, IL18.. Exemples : rejet aigu d’allogreffe, réaction aiguë du greffon contre l’hôte, lèpre tuberculoïde, et maladies auto-immunes inflammatoires citées ci-dessus
b) Maladies où le phénotype des cytokines est de type Th2 (IL4, IL5, IL10,…). Exemples : atopies, hyperéosinophilies d’origine parasitaire ou allergique, lèpre lépromateuse. La polarisation vers le phénotype Th2 dans l’asthme conduit à la production d’IgE, au recrutement et à l’activation des éosinophiles, et à la production de mucus.

Implications physiopathologiques des cytokines facteurs de croissance cellulaire

a) croissance tumorale. La surexpression, par les cellules cancéreuses, des récepteurs aux facteurs de croissance et de leurs ligands, conduit notamment à une activation persistante de STAT3 et à une dérégulation de l’activité tyrosine kinase. Exemples 1: implications de l’IL6 et du récepteur de l’IL6 dans la croissance autocrine des cellules du myélome, de l’IL3 pour les cellules de Sternberg, de l’EGF dans les cancers de la tête et du cou. Exemple 2 : production tumorale de VEGF favorisant la néovascularisation péritumorale.
b) Hyperprolifération du tissu conjonctif. Exemple : rôle du TGFb et des protéines smad, voie de signalisation de la cytokine, dans les processus fibrotiques localisés, tels que les cicatrices chéloïdes, ou systémique, représenté par la sclérodermie.

Définitions et compléments

1) Agression :
Classiquement, agression exogène conduisant à une réaction inflammatoire, qui est un processus de défense non spécifique (processus inné de défense), ou à une réponse immune, spécifique d’un antigène (processus acquis).
Agents responsables : traumatismes physique, chimique, microbes (virus, bactéries, parasites), médicaments…
L’agression peut être d’origine endogène : protéines du soi reconnues comme antigéniques, cellules cancéreuses…

2) les fonctions cellulaires ainsi modifiées aboutissent à
- la prolifération, la différenciation, ou la mort des cellules,
- la synthèse de diverses protéines (enzymes, anticorps, cytokines…),
- le déplacement de certaines cellules (ex. afflux des polynucléaires neutrophiles vers un site tissulaire infecté).

3) les cytokines
On connaît plus de 100 cytokines, qui peuvent être regroupées de la façon suivante :
- Cytokines antivirales : interférons (IFN) a et b.
- Cytokines pro-inflammatoires (ou cytokines de l’inflammation) : interleukine-1 béta (Il-1-béta), facteur nécrosant les tumeurs (TNF ou TNF-alpha), IL-6.
- Cytokines de type Th1, impliquée dans les réactions immunitaires à médiation cellulaire (telle que l’hypersensibilité retardée) comprenant les cytokines d’origine lymphocytaire Th1 : IL-2, IFNg, et les cytokines favorisant la polarisation vers le profil Th1 : IL12, Il-18 qui induisent la production d’IFN-gamma. L’activation de l’IL2 et de son récepteur permet la prolifération des lymphocytes T.

- Cytokines de type Th2, impliquées dans les réactions immunitaires à médiation humorale : Il-4, Il-5, Il-6, IL13, impliquées notamment dans les hypereosinophilies, les réactions à IgE.
Ces deux types de réponse sont généralement exclusives car des cytokines produites par les lymphocytes Th1 favorisent la différenciation des Th0 en TH1 et inhibent l’orientation vers un profil Th2 (exemple IFN-gamma), et inversement pour des cytokines produites par les lymphocytes Th2.
- Les facteurs de croissance hématopoiétiques : érythropoiétine, G-CSF, GM-CSF, …
- Les facteurs de croissance pour le tissu conjonctif et les vaisseaux : TGF-béta , PDGF, VEGF…
- Les chimiokines, cytokines chimio-attractantes des leucocytes, peu spécifiques ou spécifiques d’un type leucocytaire donné (exemple Il-8 chimiokine des polynucléaires neutrophiles).

4) Anomalies génétiques et physiopathologie : à ce jour, des mutations touchant les cytokines ou leurs récepteurs permettent d’expliquer la prédisposition ou l’induction de quelques maladies.
- Exemple 1 : prédisposition aux infections mycobactériennes par altération de l’immunité Th1 due à des mutations pour le récepteur de l’IFN-gamma, ou à un déficit de la production d’IL12 (inducteur de l’IFN-gamma).
- Exemple 2 : forme de la maladie périodique due à des mutations du récepteur soluble du TNF, qui ne parvient plus à antagoniser les effets, pro-inflammatoires, du TNF-alpha.

Médicaments existants

Mécanismes d’action des différentes molécules

Figure 1

Signalisation par le système JAK/STAT

Figure 2

Voies de signalisation du TNF-alpha

Abréviations :
FADD : Fas-associated death domain protein / IkB : inhibiteur du kB / JAK : « janus kinases » / MAPK : « mitogen-activated protein kinases» / NFkB : facteur nucléaire de transcription « nuclear factor KB » / STATs : « Signal transducers and activators of transcription » / TRADD : « TNF-R1 associated death domain » / TRAF : TNF-receptor associated factor // .

La stimulation du récepteur II du TNF (p75) ne recrute pas FADD et n’est pas un inducteur d’apoptose. En revanche, les récepteurs I et II du TNF ont en commun de recruter des TRAF (TNF-receptor associated factors) qui activent les voies de signalisation conduisant à l’activation du NFkB et d’AP.
Par ailleurs, les récepteurs membranaires du TNF peuvent être clivés, naturellement, par des protéases, qui libèrent dans le milieu extracellulaire, une forme circulante, soluble, des récepteurs du TNF p75 et p55, qui conservent la capacité de lier la cytokine TNF.

C) IL-1-bêta

Les récepteurs de l’IL1b appartiennent, avec ceux de l’IL18, à la famille des « toll receptors », et activent des voies, au moins partiellement, similaires à celles du TNF, conduisant notamment à l’activation du NFkB.
Pour être actives, l’IL1b et l’IL18 doivent être clivées, à partir de la pro-IL1b et de la pro-IL18, par une cystéine protéase, la caspase 1 ou ICE (IL1-b converting enzyme), qui est une enzyme également impliquée dans l’apoptose.

D) Autres voies de signalisation

Certaines cytokines, telles que la chimiokine IL8, ont des récepteurs à 7 domaines transmembranaires, couplés à des protéines G .
D’autres cytokines, telles que le TGFb, ont des récepteurs à thréonine-kinase.

2- MECANISMES D’ACTION DES ANTICYTOKINES

A) Anticytokines ayant pour cible « initiale » les cytokines de l’inflammation, TNF et IL1

Niveaux d’action possibles des anticytokines et quelques exemples

Figure 3

Niveaux d’action possibles des anticytokines et quelques exemples

B) Anticytokines ayant pour cible première l’IL-2, cytokine de l’immunité de type Th1

Voir le chapitre sur les anticalcineurines (cislosporine, tacrolimus), ainsi que les anticorps anti-récepteurs de l’IL2 [non inclus dans cet enseignement].

Effets utiles en clinique

Propriétés et applications thérapeutiques

En bleu sont indiquées les applications thérapeutiques, des cytokines et des anticytokines, les mieux documentées.

Les glucocorticoides combinent les actions inhibitrices sur plusieurs catégories de cytokines [cytokines primaires et secondaires de l’inflammation, cytokines Th1 (IL2, IFNg, IL12, IL18..), quelques cytokines Th2 (IL4, IL5), G-CSF…], ainsi que l’inhibition des molécules d’adhésion, conduisant principalement à la diminution des fonctions macrophagiques et de l’immunité à médiation cellulaire. Ces actions rendent compte des propriétés antalgiques, anti-inflammatoires, immunosuppressives et antiprolifératives des glucocorticoides.

Caractéristiques pharmacocinétiques utiles en clinique

Tableau 1. Paramètres pharmacocinétiques des cytokines recombinantes commercialisées

Commentaires :
- Les cytokines ne sont pas actives après administration orale
- la pharmacocinétique classique décrit mal les activités de ces :molécules, notamment en raison de leurs effets biologiques prolongés, et de leurs actions indirectes, via d’autres médiateurs/effecteurs.
- Les effets des cytokines peuvent être apparemment paradoxaux. Ainsi l’efficacité sur l’érythropoièse de l’époetin alpha SC ou IV est similaire, alors que la biodisponibilité de la voie SC comparée à la voie IV n’est que de 20 %. Bien que les interférons ne passent pas la barrière hémato-encéphalique, ils exercent, comme d’autres cytokines, des effets indésirables sur le SNC, par des mécanismes mal expliqués.
- Le couplage à de grosses molécules, telles que le PEG, ralentit l’élimination de ces molécules, mais diminue leur activité. Les formes utilisées sont alors un compromis entre les deux paramètres.
- Des différences apparemment mineures, telles que un acide aminé différent, une modification de la glycosylation ou un changement de voie d’administration entre SC et IM, peut entraîner des modifications importantes de la pharmacocinétique, et de la pharmacodynamie

Tableau 2. Paramètres pharmacocinétiques d’anticytokines et d’antirécepteurs de cytokines, peptidiques

1 : pour une dose de charge de 4 mg/kg, suivie d’une dose d’entretien de 2 mg/kg/semaine
Pour la pharmacocinétique des autres anticytokines, voir glucocorticoides, anticalcineurine, thalidomide, inhibiteurs de phosphodiestérase 4.

Source de la variabilité de la réponse

Pour la plupart des cytokines et anticytokines, l’origine des facteurs individuels de variabilité, dans la réponse thérapeutique et dans la survenue d’effets indésirables, ainsi que les interactions sont très mal connues à ce jour.

Jusqu’à preuve du contraire, chaque cytokine ou anticytokine, même quand elle possède des propriétés communes avec une autre, doit faire l’objet d’études spécifiques, et toute inférence est encore plus hasardeuse que pour les médicaments « conventionnels ».
Enfin, le système cellulaire, producteur de la cytokine recombinante ou de l’anticorps monoclonal, peut potentiellement être à l’origine de différences entre produits analogues, du fait de variations de la composition protéique du principe actif, de sa glycosylation, soit de molécules éventuellement co-purifiées.

Situations à risque ou déconseillées

1. Contre-indications des cytokines recombinantes commercialisées

Abréviations : aff. : affections. CV : cardiovasculaires. EBP : érythroblastopénie, sous entendue induite par une érythropoiétine ou un analogue. IH : insuffisance hépatocellulaire. IR : insuffisance rénale. PEG : polyéthylène glycol.
 

2. Principales contre-indications des anticytokines commercialisées

(1) contre-indications qui s’appliquent surtout aux patients recevant ces immunosuppresseurs dans d’autres indications que le traitement, ou la prévention, du rejet de greffe.

Précautions d’emploi

Précautions générales d’emploi des cytokines commercialisées

L’arrêt de chacun de ces traitements est systématique en cas de réaction d’hypersensibilité.
Abréviations : ATCD : antécédents. AV : (fistule) artério-veineuse. CI : contre-indications. Hb : hémoglobine. IH : insuffisnace hépatique. IR : insuffisance rénale. IV : voie intraveineuse. SC : voie sous-cutanée. TT : traitement.

Précautions générales d’emploi des anticytokines

Voir aussi glucocorticoides, anticalcineurines.

Effets indésirables

1. Catégories d’ effets indésirables observés avec les cytokines recombinantes

(1) En dépit de leur diversité fonctionnelle, la plupart des cytokines recombinantes induisent un syndrome grippal, +/- sévère (fièvre, asthénie, myalgies..) qui s’atténue souvent avec la poursuite des injections mais peut persister, en particulier avec l’interféron alpha. Il est attribué à l’induction de la production endogène des cytokines pro-inflammatoires, (TNFa…), par les cytokines recombinantes. Il est habituel de ne pas le traiter par glucocorticoide car une partie de l’action des cytokines recombinantes peut reposer sur l’induction de ces cytokines.
(2) Le syndrome de fuite capillaire, +/- détresse respiratoire, est une complication grave, liée probablement à la production tissulaire massive de TNFa, favorisée par les doses élevées et la voie I.V.
(3) Les effets neurologiques (incluant des convulsions) et psychiatriques (incluant dépression grave, hallucinations) s’observent paradoxalement avec la plupart des cytokines. Leur mécanisme et médiation par un relais éventuel intracérébral ne sont pas connus.
(4) Ce risque peut être dû soit à l’expression du R de la cytokine par la tumeur, dont la croissance dépend de cette cytokine, soit à une action indirecte, telle que la l’augmentation de la vascularisation péritumorale.
(5) L’activation ou l’aggravation de maladies Th1 est un effet attendu puisque les cytokines recombinantes peuvent induire les cytokines pro-inflammatoires (TNF…) impliquées dans la physiopathologie de ces affections, et que certaines cytokines recombinantes sont directement pro-Th1 (IL2, IFNg). Les conséquences peuvent être irréversibles (cf diabète induit par l’IFNa et destruction des cellules de Langerhans).
(6) la liste des effets propres à chaque cytokine est longue (voir chapitre med pour plus d’exhaustivité) et témoigne de la multiplicité des cibles cellulaires des cytokines. La toxicité expérimentale animale des interférons est mal ou très mal connue car ces cytokines ont une action spécifique d’espèce. L’innocuité des interférons recombinants humains chez l’animal n’a donc pas de valeur prédictive pour l’homme, et les effets indésirables des interférons sont « découverts » au fur et à mesure de leur utilisation.
Abréviations :
AC : anticorps. EBP : érythroblastopénie. EN : érythème noueux. HTA : hypertension artérielle. IFN : interféron. PR : polyarthrite rhumatoïde. neuro : effets neurologiques. psy : effets psychiatriques. R : récepteur de la cytokine. SEP : sclérose en plaques.

2. Catégories d’effets indésirables observés avec les anticytokines à visée anti-inflammatoires/immunosuppressives

Les médicaments de ce tableau possèdent, avec des différences quantitatives, des propriétés immunosuppressives et anti-inflammatoires.
- Par principe, il faut considérer que l’association de ces médicaments entre eux accroît le risque d’effets indésirables résultant de leurs propriétés anti-inflammatoires et/ou immunosuppresives, cf risque infectieux, carcinologique et défaut de cicatrisation.
- L’augmentation de la fréquence des infections graves quand un anti-TNF (infliximab) est associé à un anti-IL1 (anakinra) illustre ce point.
- L’augmentation du risque tumoral est encore plus difficile à appréhender.
Expérimentalement, la toxicité à moyen et long terme des anticorps monoclonaux, humanisé ou chimériques, ainsi que leurs effets materno-fœtaux sont pratiquement inconnus en raison de l’immunisation des animaux de laboratoire contre l’anticorps.
Pour les anticorps antirécepteurs de l’EGF (trastuzumab et cétuximab) voir chapitre cancérologie.

Abréviations. AC : anticorps. EBV : virus d’Epstein Barr. Sd : syndrome.

Surveillance des effets

1. Eléments de surveillance des cytokines recombinantes

Eléments venant en plus de ceux préconisés, spécifiques à chaque maladie, au cours de laquelle la cytokine est administrée.
Abréviations : AC : anticorps. ATCD : antécédents.Hb : hémoglobine. ECG : électrocardiogramme. iono sang : ionogramme sanguin. NFS : numération formule sanguine. PA : pression artérielle. TP : taux de prothrombine. TT : traitement.

2. Eléments de surveillance des anticytokines