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La cirrhose biliaire primitive : mécanismes immunitaires

  
Christian BOITARD   

Service d'immunologie clinique, hôpital Necker Enfants Malades,
 161, rue de Sèvres, 75015 Paris.
     

RESUME 

La cirrhose biliaire primitive est une maladie auto-immune du foie d'étiologie inconnue. Elle est caractérisée par la présence d'autoanticorps anti-mitochondries, mais sa pathogénie reste une énigme. La maladie clinique résulte de la destruction des canaux biliaires intrahépatiques interlobulaires. La localisation intracellulaire, mitochondriale, des autoantigènes reconnus est difficilement compatible avec un rôle direct des autoanticorps dans les lésions observées. Surtout, la distribution ubiquitaire des autoantigènes est paradoxale dans une maladie dont les manifestations cliniques traduisent des lésions très focalisées. Pourtant, des données récentes indiquent la réactivité de plusieurs anticorps spécifiques de la sous-unité E2 de la pyruvate déshydrogénase vis-à-vis du pôle luminal des cellules de l'épithélium biliaire de patients atteints de cirrhose biliaire primitive. Il est ainsi possible que l'antigène reconnu au pôle luminal de la cellule biliaire soit la pyruvate déshydrogénase dont la localisation cellulaire serait modifiée par le processus pathologique ou que l'autoantigène reconnu au pôle apical des cellules de l'épithélium biliaire ne soit pas la pyruvate déshydrogénase mais un antigène spécifique de ces cellules présentant une réaction croisée avec l'enzyme mitochondriale.
Mots clés  : cirrhose biliaire primitive, auto-immunité, anticorps anti-mitochondries, lymphocytes T.

Le terrain génétique sous-jacent

L'existence possible d'une association de la maladie à des allèles HLA particuliers a fait l'objet de données contradictoires. Des associations avec DR3, DR4, DR8 ou DR2 ont été avancées. Plus récemment, le génotypage moléculaire des molécules de classe II a été appliqué à des populations de sujets atteints de cirrhose biliaire primitive. Une association a été rapportée avec l'haplotype HLA-B8, DR3, DQA1*0501, DQB1*0201 dans une population danoise [4], DQB1*0402 dans une population européenne [5], DRB1*0801, DQA1*0401/0601-DQB1*04 dans une population américaine [6], DRB1*0803 dans une population japonaise [7]. Une association avec un allèle du locus DP (DPB1*0301) a également été rapportée dans une population allemande [8]. Un effet protecteur des haplotypes DRB1*1501-DQA1*0102-DQB1*0602 et DRB1*1302-DQA1*0102-DQB1*0604 a été observé dans une étude américaine. Une association a enfin été rapportée avec l'allèle de classe II C4AQ0 (particulièrement sur l'haplotype DR8) [9].
Néanmoins, la diversité des associations rapportées incite à la prudence avant de conclure que la présentation d'un autoantigène particulier soit à l'origine de la maladie. Les contraintes moléculaires pesant sur les molécules HLA de classe II qui pourraient être directement responsables des associations retrouvées n'ont pas encore été déterminées.

L'antigène mitochondrial

Une activation du système immunitaire vis-à-vis d'un antigène mitochondrial est évidente au cours de la cirrhose biliaire primitive. Elle se traduit par la détection dans le sang circulant des sujets atteints d'autoanticorps et de lymphocytes T spécifiques.
Plusieurs types d'autoanticorps ont été caractérisés, initialement par des techniques d'immunofluorescence indirecte sur coupes de tissus. Ils sont aujourd'hui détectés grâce à des tests sensibles et spécifiques utilisant des autoantigènes recombinants [10]. Parmi les trois spécificités associées à la cirrhose biliaire primitive identifiées par immunofluorescence indirecte (M2, M8 et M9), seule la spécificité M2, caractérisée par un marquage cytoplasmique granuleux sur coupes de tissu hépatique ou cellules Hep-2, paraît solidement établie. La spécificité M9 a été avancée comme correspondant à la glycogène phosphorylase qui n'est pas en fait une enzyme mitochondriale.
La spécificité M2 répond à la reconnaissance de structures associées à un complexe enzymatique mitochondrial, la 2-oxo-acide déshydrogénase, au sein duquel le composant antigénique majeur est un antigène de masse moléculaire 74 kDa, la sous-unité E2 du complexe de la pyruvate déshydrogénase (figure 1) [11]. Localisée sur la membrane mitochondriale interne, la 2-oxo-acide déshydrogénase comprend, outre la pyruvate déshydrogénase, la 2-oxoglutarate déshydrogénase et la 2-oxo-acide déshydrogénase à chaîne ramifiée, chacune composée de trois sous-unités (E1, E2, E3). Codées par des gènes nucléaires, les différentes protéines qui composent ce complexe enzymatique sont assemblées en structures multimériques de haut poids moléculaire dans la mitochondrie. Les autoanticorps dirigés contre la sous-unité E2 (activité acétyl transférase) de la pyruvate déshydrogénase sont trouvés chez 95 % des sujets atteints de cirrhose biliaire primitive.
Des autoanticorps sont également détectés chez ces patients vis-à-vis d'autres protéines de la 2-oxo-acide déshydrogénase, en particulier les sous-unités E2 de la 2-oxo-acide déshydrogénase à chaîne ramifiée et de la 2-oxoglutarate déshydrogénase, mais avec une prévalence moindre (respectivement 66 % et 54 %). Deux autres sous-unités de la pyruvate déshydrogénase sont également reconnues : la E1a (66 %) et E1b (1-7 %) décarboxylase et la protéine X (figure 1). Ces différents autoantigènes sont reconnus par des anticorps distincts, à l'exception de la sous-unité E2 de la pyruvate déshydrogénase et de la protéine X qui partageraient un déterminant commun [3].
Les sites antigéniques reconnus par les autoanticorps sont particuliers au processus pathologique qui accompagne la réaction auto-immune. Ils sont en effet différents des sites reconnus par des anticorps monoclonaux générés à partir de souris immunisées contre les antigènes mitochondriaux. Les autoanticorps reconnaissent sur chaque autoantigène une région limitée. Sur la sous-unité E2 de la pyruvate déshydrogénase, les autoanticorps reconnaissent des épitopes séquentiels et conformationnels. Les principaux épitopes ont été localisés sur un domaine fonctionnel important, le domaine de liaison de l'acide lipoïque qui couvre la région 128-221, et plus particulièrement sur les domaines 128-135, 167-186 et 202-221 [12-14]. Les autoanticorps ont une puissante activité inhibitrice in vitro vis-à-vis de l'activité catalytique de l'enzyme mitochondriale [15]. La reconnaissance d'autres régions (1-90 et 266-311) paraît mineure (identifiée à des dilutions 100 fois moindres des sérums étudiés). Les autoanticorps détectés au cours de la cirrhose biliaire primitive rejoignent ainsi nombre d'autoanticorps en reconnaissant une région fonctionnellement importante de l'autoantigène, en règle conservée au cours de l'évolution. L'importance de la liaison de l'acide lipoïque sur la conformation des sites antigéniques reconnus par les autoanticorps semble en revanche moins bien établie. La réactivité des autoanticorps anti-mitochondries vis-à-vis de mitochondries de bactéries (E. coli) a d'ailleurs été soulignée comme l'indication possible du rôle d'infection bactérienne dans l'activation de la réponse auto-immune correspondante [3]. En revanche, contrairement à de nombreuses autres réactions auto-immunes dirigées contre des complexes multiprotéiques intracellulaires, la réponse observée au cours de la cirrhose biliaire primitive paraît dirigée contre une région relativement limitée de la sous-unité E2 de la pyruvate déshydrogénase.
Une distribution biaisée des isotypes des autoanticorps dirigés contre la pyruvate déshydrogénase, marquée par la prédominance des IgM et des IgG3 a été observée [16]. Une analyse extensive de la diversité structurale (ou répertoire) des autoanticorps, grâce à la détermination de la séquence d'aminoacides composant le domaine variable de ses chaînes lourdes et légères, et particulièrement les régions hypervariables (complementary determining regions, CDR I, II et III) qui forment le site de liaison à l'autoantigène a été effectuée. Ont été rapportées les analyses d'autoanticorps monoclonaux spécifiques de la sous-unité E2 de la pyruvate déshydrogénase et d'autoanticorps recombinants générés dans une banque combinatoire établie à partir d'un ganglion mésentérique d'un sujet atteint de cirrhose biliaire primitive. Le domaine variable des autoanticorps utilise des segments de gènes VH et VL très divers [17]. Le domaine variable des autoanticorps d'isotype IgM utilise des séquences germinales non ou peu mutées. Le domaine variable des IgG démontre au contraire un grand nombre de mutations somatiques aboutissant à des modifications de la séquence primaire des aminoacides composant les régions hypervariables qui reconnaissent l'antigène, mais aussi les régions intermédiaires (la charpente du domaine variable). Ces données suggèrent que l'autoantigène mitochondrial reconnu par les autoanticorps participe directement à la réaction auto-immune en sélectionnant au cours de son évolution des clones de lymphocytes B dont le récepteur immunoglobulinique de membrane a vraisemblablement une affinité croissante pour l'autoantigène.
La détection au cours de la cirrhose biliaire primitive d'autoanticorps dirigés contre des antigènes non mitochondriaux mérite d'être mentionnée. Un tiers des patients ont des autoanticorps dirigés contre la lamina ou la membrane nucléaire. Certains malades ont des autoanticorps anti-lamines, plus communément observés au cours des hépatites auto-immunes ou du lupus [18] ou des anticorps dirigés contre le récepteur de la lamine B [19]. Surtout, 25 % des malades ont des anticorps dirigés contre une protéine de l'enveloppe nucléaire [20] dont ils reconnaissent un épitope de 15 acides aminés localisés à son extrémité C terminale [21].

Les lymphocytes T

La prédominance au sein de l'infiltrat de lymphocytes T, initialement CD8, progressivement également CD4, est un aspect remarquable de la cirrhose biliaire primitive. Des clones de lymphocytes T spécifiques de la pyruvate déshydrogénase (sous-unités E2 et E1) et de la 2-oxo-acide déshydrogénase à chaîne ramifiée ont été dérivés de prélèvements biopsiques de foie et du sang périphérique de malades [22, 23]. La réponse T est caractérisée par l'utilisation de segments de gènes très divers codant pour le domaine variable des deux chaînes composant le récepteur antigénique des lymphocytes T. Contrairement à la réponse B, le domaine externe de liaison de l'acide lipoïque est reconnu de façon privilégiée.
L'indication que les lymphocytes T reconnaissent, comme les lymphocytes B, les enzymes mitochondriales apparentées à la pyruvate déshydrogénase est un argument important pour faire jouer à ces enzymes un rôle physio-pathologique dans le développement de la cirrhose biliaire primitive. Elle rend peu vraisemblable une réaction croisée fortuite, les lymphocytes T reconnaissant des déterminants très différents de ceux reconnus par les lymphocytes B. Alors que ces derniers reconnaissent des sites conformationnels de l'antigène, les lymphocytes T ne reconnaissent pas l'antigène dans sa forme native présente dans les mitochondries, mais sous une forme dénaturée. C'est une forme dégradée par les cellules présentant l'antigène en petits peptides au sein du complexe majeur d'histocompatibilité qui est en effet reconnue. Il est difficile d'envisager qu'une réaction croisée vis-à-vis d'un même antigène intéresse à la fois les lymphocytes B et T de façon fortuite. La multiplicité des autoantigènes différents reconnus par le système immunitaire au sein d'un même complexe enzymatique est aussi un argument pour penser que les organites subcellulaires qu'ils définissent jouent un rôle physiopathologique direct.

Mitochondries et canaux biliaires intra-hépatiques

Plusieurs études ont suggéré une réactivité des sérums de sujets atteints de cirrhose biliaire primitive vis-à-vis de la surface d'hépatocytes et de cellules de carcinome hépato-cellulaire ou de l'épithélium biliaire. Mais ce n'est que de façon récente qu'a été montrée la réactivité de plusieurs anticorps monoclonaux de souris et d'un autoanticorps humain spécifique de la sous-unité E2 de la pyruvate déshydrogénase, non seulement vis-à-vis des mitochondries sur des coupes de tissu hépatique, mais aussi vis-à-vis du pôle luminal des cellules de l'épithélium biliaire de patients atteints de cirrhose biliaire primitive [24]. Une première hypothèse est ainsi que l'antigène reconnu au pôle luminal de la cellule biliaire soit la pyruvate déshydrogénase dont la localisation cellulaire serait modifiée par le processus pathologique qui conduit à la cirrhose biliaire primitive. Une expression de la pyruvate déshydrogénase au pôle luminal des cellules de l'épithélium biliaire a d'ailleurs été rapportée [25, 26]. Pourtant cette hypothèse explique mal que tous les anticorps monoclonaux spécifiques de la sous-unité E2 de la pyruvate déshydrogénase ne reconnaissent pas l'autoantigène exprimé au pôle apical de la cellule de l'épithélium biliaire [24]. Une seconde hypothèse compatible avec les données obtenues est que l'autoantigène reconnu au pôle apical des cellules de l'épithélium biliaire ne soit pas la pyruvate déshydrogénase mais un antigène présentant une réaction croisée avec l'enzyme mitochondriale.
Un aspect remarquable de cette observation est aussi l'expression exclusive de l'autoantigène reconnu sur le tissu pathologique. Il s'agit là d'une observation unique en auto-immunité humaine suggérant le rôle possible de l'expression d'un néoantigène au sein même de l'organe contre lequel est dirigée la réaction auto-immune. Comment réconcilier le rôle d'un tel antigène et la reconnaissance de différentes enzymes mitochondriales par les lymphocytes B mais aussi les lymphocytes T ? A été proposée l'hypothèse que les anomalies hépatiques que traduit l'expression anormale de l'antigène biliaire reconnu au pôle luminal des cellules biliaires sur coupe de tissu pathologique conduisent à sa présentation à des lymphocytes T spécifiques. Secondairement les lésions cellulaires locales libéreraient des antigènes reconnus par des lymphocytes B spécifiques de l'antigène biliaire, mais aussi, par réactivité croisée, de la pyruvate déshydrogénase et d'autres enzymes du complexe de la 2-oxo-acide déshydrogénase. La présentation ultérieure par les lymphocytes B de déterminants antigéniques de la pyruvate déshydrogénase, mais aussi des enzymes apparentées présentes au sein des mêmes structures multimériques mitochondriales, à des lymphocytes T ainsi recrutés avec le développement de la maladie est compatible avec le fonctionnement physiologique du système immunitaire. Il a aujourd'hui été bien montré dans un modèle de maladie auto-immune démyélinisante développé chez la souris et présentant de nombreuses similitudes avec les lésions observées au cours de la sclérose en plaques que la réaction auto-immune dirigée contre un peptide du protéolipide, la protéine la plus abondante de la myéline, s'étend progressivement avec le développement des lésions, à d'autres peptides du protéolipide, mais aussi à d'autres antigènes de la myéline, en particulier la protéine basique de la myéline [27]. Des observations comparables ont été obtenues au cours du lupus érythémateux systémique [28].
Les mécanismes de présentation des autoantigènes ont été l'objet de nombreuses études au cours des maladies auto-immunes, en particulier au cours de la cirrhose biliaire primitive. Les cellules de l'épithélium biliaire expriment sur leur surface à l'état physiologique les molécules de classe I du complexe majeur d'histocompatibilité, responsable de la présentation aux lymphocytes T CD8 de peptides provenant de la dégradation de protéines intracytoplasmiques, en règle synthétisées par la cellule même qui les présente. Une expression par les cellules de l'épithélium biliaire de molécules de classe II, responsables de la présentation aux lymphocytes T CD4 de peptides provenant de la dégradation de protéines du milieu extérieur (par exemple des protéines qui auraient été phagocytées), a également été rapportée au cours de la cirrhose biliaire primitive. Un tel schéma est compatible avec l'activation initiale de lymphocytes T CD8, mais aussi une expansion et une diversification ultérieure de la réaction immunitaire mettant en jeu des lymphocytes T CD4 reconnaissant l'antigène sur des cellules présentatrices d'antigène « professionnelles », mais aussi les cellules de l'épithélium biliaire elles-mêmes. La nature des signaux adressés à des cellules T régulatrices par des cellules biliaires demeure néanmoins inconnue (figure 2).
La caractérisation définitive de l'antigène reconnu par les anticorps sur les cellules épithéliales biliaires sera une étape essentielle dans la compréhension de la maladie. La caractérisation de sa reconnaissance par les lymphocytes T au sein de l'infiltrat permettrait de comprendre son rôle dans l'activation de la réaction auto-immune. Une telle démonstration ouvrirait évidemment la voie d'une immunothérapie spécifique qui bouleverserait le traitement de la maladie.

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