Pathogenicity of gut-derived CD4 T cells in multiple sclerosis

La sclérose en plaques (SEP) est une maladie inflammatoire neurodégénérative auto-immune chronique du système nerveux central (SNC). Il n’existe pas de traitement efficace pour les formes les plus invalidantes de la SEP (formes progressives). Les études sur les modèles murins ainsi que sur les échantillons de patients ont établi que les lymphocytes T CD4 (LT CD4) sont une composante immunitaire centrale de la pathogenèse de la SEP. Chez la souris, les altérations de la composition du microbiote intestinal modifient la susceptibilité à la maladie en altérant les propriétés des LT CD4 intestinaux mais également de ceux localisés dans le SNC. Les études réalisées dans des modèles murins de pathologies autoimmunes ayant montré que les lymphocytes intestinaux pouvaient migrer dans les organes cibles et participer à la pathogénèse de ces maladies, nous nous sommes intéressés aux LT CD4 intestinaux et à leur éventuelle pathogénicité chez les patients atteints de SEP. L’obtention d’échantillons de tissus intestinaux chez les patients étant éthiquement difficile, nous avons étudié les caractéristiques des lymphocytes intestinaux à partir de prélèvements sanguins en les identifiant par leur expression de l’intégrine b7. Nous avons étudié les LT CD4 exprimant l’intégrine b7 (LT CD4 intb7+) chez les sujets sains. Nous avons observé que les LT CD4 intb7+ ont un profil plus inflammatoire comparés aux LT CD4 intb7-. Nous avons également pu mettre en évidence que les LT CD4 folliculaires (TFh) dérivant de l’intestin (TFh intb7+), induisent une bien plus faible sécrétion d’immunoglobulines G et A, et différenciation des LB naïfs en plasmocytes comparés aux TFh intb7-. Cette différence d’efficacité n'est pas due à une différence de sécrétion d’IL-21 ni à une différence d’expression des molécules de costimulations. Chez les patients SEP, nous avons observé que les TFh intb7+ des patients SPMS mais non RRMS ont une capacité à aider les LB comparable à celle des TFh intb7- des donneurs sains. Ce résultat suggère que les TFh dérivés de l'intestin pourraient participer à la formation et/ou au maintien des centres germinatifs ectopiques, retrouvés dans les méninges de 40% des patients SPMS et dont la présence corrèle avec la gravité de la maladie. Les études menées in vitro ainsi que dans les modèles murins ont montré que les lymphocytes franchissent la barrière hémato-encéphalique (BHE) grâce à l’interaction des intégrines a4b1 et aLb2 avec leurs ligands respectifs VCAM-1 et ICAM-1 exprimés par les cellules endothéliales. Nous avons observé que les LT CD4 intb7+ expriment l’intégrine aLb2 mais aussi de faibles niveaux d’intégrine a4b1. In vitro, nous avons déterminé que les LT CD4 intb7+ incluant les TFh sont capables de migrer à travers une monocouche de cellules endothéliales de la BHE de manière dépendante de l’interaction aLb2/ICAM-1 et a4b1/VCAM-1. Parmi les sous populations de LT CD4, nous avons déterminé que ce sont les lymphocytes Th1/17, particulièrement ceux exprimant l'intégrine b7, qui migrent le plus efficacement. Ces données sont en accord avec la détection de LT CD4 exprimant des marqueurs d'adressage intestinal dans le SNC de patients notamment SEP et soutiennent un rôle pathogénique des LT CD4 dérivés de l'intestin dans la SEP. Nous nous sommes également intéressés à l'impact sur les LT CD4 intb7+ du Natalizumab, traitement qui bloque la migration des lymphocytes dans le SNC en empêchant l’interaction entre l'intégrine a4b1 et VCAM-1. Nous avons observé une réduction de l'expression des molécules impliquées dans la migration à travers la BHE ainsi qu'une augmentation des propriétés inflammatoires des LT CD4 intb7+ chez les patients sous Natalizumab suggérant que les LT CD4 intb7+ pourraient être pathogéniques à l’arrêt du traitement.En résumé, ces résultats apportent de nouvelles connaissances sur les LT CD4 intestinaux particulièrement les TFh chez les sujets sains et supportent un rôle pathogénique de ces cellules dans la SEP.Multiple sclerosis (MS) is a chronic, autoimmune and inflammatory disease caused by the destruction of the myelin and the associated collateral tissues in the central nervous system (CNS). Currently, there is no effective treatment for the most disabling forms of MS (progressive forms). Studies in mouse models of MS as well as on patient samples have established that CD4 T cells are a central immune component in the pathogenesis of MS. Mouse studies have also shown that alterations in the composition of the intestinal microbiota largely modify the susceptibility to the disease by altering the properties of intestinal CD4 T cells but also those of CD4 T cells located in the CNS. Since studies in mouse models of several autoimmune diseases have shown that intestinal lymphocytes can migrate to the disease-target organs where they participate to the pathogenesis, we have focused on intestinal CD4 T cells and their possible pathogenicity in MS patients. As intestinal tissue samples from patients are ethically difficult to obtain, we studied the characteristics of intestinal lymphocytes from blood samples, by identifying them based on their expression of integrin b7.First, we studied the phenotype and inflammatory properties of integrin-expressing b7 CD4 T cells (b7+ CD4 T cells) in healthy subjects in order to characterize them. We observed that b7+ CD4 T cells have a stronger inflammatory profile compared to b7- CD4 T cells. We were also able to demonstrate that follicular CD4 T cells (TFh) derived from the intestine (b7+ TFh cells) induce a much lower secretion of type G and A immunoglobulins and a weaker differentiation of naive B cells into plasma cells compared to the TFh cells which are not derived from the gut. This difference of efficacy in helping B cells is not due to a difference in IL-21 secretion nor to a difference in the expression of ICOS, OX40, CD40-L and PD-1 molecules. In MS patients, we have observed that b7+ TFh from SPMS but not RRMS patients have a capacity to help B cells comparable to that of b7- TFh cells from healthy donors. This result suggests that gut-derived TFh cells may be involved in the formation and/or maintenance of ectopic germinal centers, which are found in the meninges of more than 40% of SPMS patients and whose presence correlates with disease severity.Studies conducted in vitro and in mouse models of MS have shown that lymphocytes cross the blood-brain barrier (BBB) through the interaction of integrins a4b1 and aLb2 with their respective ligands VCAM-1 and ICAM-1 expressed by the BBB endothelial cells. We observed that b7+ CD4 T cells express aLb2 integrin but also low levels of a4b1 integrin. We found that, in vitro, b7+ CD4 T cells including TFh cells are able to migrate through a monolayer of BBB endothelial cells in an aLb2/ICAM-1 and a4b1/VCAM-1 dependent manner. Among the CD4 T cell sub-populations, we determined that Th1/17 lymphocytes, particularly those expressing integrin b7+, migrate the most efficiently in our system. These data are consistent with the detection of CD4 T cells expressing gut-homing markers in the CNS of MS patients and support a pathogenic role of gut-derived CD4 T cells including TFh cells in MS. We also investigated the impact of Natalizumab, a treatment used in the RRMS phase of MS which blocks the migration of immune cells into the CNS by preventing the interaction between integrin a4b1 and VCAM-1. We observed that b7+ CD4 T cells from patients under Natalizumab display a reduction in the expression of the molecules involved in the transmigration across the BBB as well as an increase of their inflammatory profile suggesting that these cells could be pathogenic upon treatment arrest.These results provide new insights into intestinal CD4 T cells, including TFh cells, in both healthy subjects and MS patients and support a pathogenic role of these cells, particularly TFh cells, in MS