Contribution des réponses immunitaires adaptatives spécifiques des antigènes tumoraux à l'efficacité clinique de l'immunothérapie par inhibition de l'axe PD-1/PD-L1

Les lymphocytes infiltrant la tumeur (TIL) épuisés, sont caractérisés par l'expression de points de contrôle de l'immunité (PCI), par exemple PD-1. Une des approches majeures en immunothérapie, basée sur l'inhibition des PCI, s'est avérée efficace dans le contrôle de la progression tumorale dans plusieurs cancers. Malgré cette avancée, seule une proportion des patients en retire un bénéfice clinique. Afin d'améliorer les réponses à l'inhibition des PCI, il est nécessaire de comprendre les mécanismes impliqués dans l'épuisement des TIL et d'élucider quels lymphocytes T (LT) sont capables de répondre à cette immunothérapie. Au site tumoral, nous mettons en évidence que seuls les LT CD8 spécifiques des antigènes (Ag) tumoraux expriment quatre PCI ainsi que d'autres marqueurs d'épuisement et perdent la molécule de co-stimulation CD28, contrairement au LT CD8 spécifiques circulants. Les TIL CD8 spécifiques sont dysfonctionnels, néanmoins, ils possèdent un potentiel cytotoxique élevé et expriment des marqueurs de résidence. Nous montrons que l'inhibition de PD-1 a une double action sur les LT CD8 spécifiques. Elle rétablit leurs fonctions dans la tumeur et augmente leur prolifération dans la périphérie. De manière importante, l'infiltration des tumeurs par ces TIL spécifiques et épuisés est prédictive de la réponse à la thérapie et de la survie des patients traités par immunothérapie ciblant l'axe PD-1/PD-L1. Les LT CD4 auxiliaires sont essentiels pour l'amorçage de la réponse T CD8. En revanche, leur rôle effecteur dans la tumeur a été moins étudié. Ici, nous montrons que les LT CD4 spécifiques des Ag tumoraux, également épuisés au site tumoral, peuvent être identifiés par des marqueurs qui leur sont propres. Des similarités dans le programme d'épuisement des LT CD4 et CD8 ont été retrouvées. Le blocage de PD-1 sur les TIL CD4 rétablit leur activation, ce qui va permettre la maturation des cellules dendritiques et, par conséquent, l'augmentation de la prolifération des TIL CD8 spécifiques de la tumeur. Nos résultats révèlent que les TIL CD4 et CD8 spécifiques des Ag tumoraux épuisés peuvent être identifiés chez les patients par des marqueurs caractéristiques et qu'ils répondent à l'inhibition du PD-1 en rétablissant les fonctions des LT CD8 de manière directe et indirecte. Ces données identifient des biomarqueurs prédictifs de la réponse à l'immunothérapie et positionnent les LT spécifiques des Ag tumoraux comme des acteurs de la réponse clinique à l'immunothérapie bloquant le PD-1.Exhausted tumor-infiltrating lymphocytes (TILs) are characterized by immune checkpoint (IC) expression, for instance PD-1. One of the major immunotherapy approaches, based on IC inhibition, has proved efficient in the control of tumor progression in many cancers. Despite this progress, only a proportion of patients experience clinical benefit. To improve responses to IC inhibitors, understanding mechanisms involved in TIL exhaustion and investigating which T cells are able to respond to immunotherapy are required. We investigated both CD8 and CD4 T-cell exhaustion and its relation to tumor antigen (Ag) specificity and to responsiveness to IC inhibition in cancer patients. We demonstrated that CD8 T-cell exhaustion at the tumor site was only attained by tumor Ag-specific cells that were characterized by the sequential acquisition of ICs and by CD28 loss. Their circulating counterparts expressed less ICs and at lower levels and were CD28+. Specific CD8 TILs were dysfunctional, nonetheless, they maintained high cytotoxic potential and expressed tissue residency markers. We showed that PD-1 inhibition has a dual effect on specific CD8 T cells. It rescued their effector functions at the tumor site and enhanced their proliferation in the periphery. Importantly, the quantity of exhausted and specific TILs was predictive of response to therapy and of survival in patients treated with PD-1-targeting immunotherapy. Assessment of CD4 TIL exhaustion underscored similarities with the CD8 exhaustion program, in particular their specificity for tumor Ag and sequential acquisition of ICs although ICs characterizing terminally exhausted CD4 TILs were different than those found in CD8 TILs. Importantly, PD-1 blockade on CD4 TILs restored their helper functions, leading to dendritic cell maturation and, consequently, increased tumor-specific CD8 T-cell proliferation. Our data imply that under anti-PD-1/PD-L1, effector functions of terminally exhausted CD8 TILs is rescued and the tumor site is replenished by memory CD8 T cells which proliferate following direct blockade of PD-1 and through reinvigoration of the helper activity of tumor Ag-specific CD4 T cells. Our results position tumor Ag-specific T cells as major players of responsiveness to PD-1-blocking immunotherapy and identify predictive biomarkers of response to immunotherapy