Temps de lecture : 6min
Thérapie génique pour l’hémophilie : cibler le foie
Chez l’homme, le foie joue un rôle essentiel dans le métabolisme et la détoxification.(1) Il est également le principal site de synthèse du facteur VIII et du facteur IX de la coagulation sanguine.(2)
Il s’agit du principal tissu cible des thérapies géniques par transfert de gènes via les virus adéno-associés (AAV).(1) En effet, le foie présente diverses caractéristiques qui rendent son rôle essentiel pour la thérapie génique, même au-delà de l’hémophilie. Par exemple, il dispose d’un double apport sanguin qui permet l’accumulation rapide de particules de vecteur après l’administration systémique d’une thérapie génique.(1)
Le foie contient également de nombreux types de cellules, dont des cellules immunitaires. Les interactions de ces différents types de cellules avec les vecteurs de thérapie génique sont multiples.
La compréhension de la physiologie hépatique est essentielle pour assimiler le potentiel de la thérapie génique, notamment pour le traitement de l’hémophilie, ainsi qu’appréhender les obstacles potentiels à surmonter pour la transduction.(1,3)
La figure ci-dessous présente la fonction et l’anatomie du foie, ainsi que les différents types de cellules qui le composent et leurs propriétés principales.
Fonctions et anatomie du foie.
Accédez à tous les contenus gratuitement en illimité.
Le foie est le tissu cible principal de la thérapie génique pour l’hémophilie. Connaître les fonctions du foie et l’interaction des différents types de cellules hépatiques avec les vecteurs de thérapie génique est essentiel pour optimiser le potentiel de la thérapie génique de l’hémophilie(1,3,8).
Fonctions(4,7)
- Site primaire de synthèse du facteur VIII et du facteur IX
- Soutien au système immunitaire
- Régulation du volume sanguin et détoxification
- Synthèse, dégradation et métabolisme des macronutriments
Vascularisation(7,8,9,10)
- L’artère hépatique apporte du sang riche en oxygène provenant du coeur
- La veine porte hépatique apporte du sang riche en nutriments provenant de l’intestin
- La veine hépatique élimine le sang pauvre en oxygène
Figure adaptée de Kalra A, et al. 2020(7) et Racanelli V, et al. 2006(8)
L’AAV est un vecteur intéressant pour la thérapie génique en hémophilie(11,12) pour plusieurs raisons(13) :
- Absence de pathogénicité humaine connue
- Incapacité à se répliquer en l’absence de virus auxiliaire
- Capacité potentielle à établir une expression transgénique à long terme
- Sérotypes multiples permettant de cibler le foie
Il existe plusieurs sérotypes d’AAV, chacun possédant des protéines de capside différentes.(14) Ces différents sérotypes présentent divers niveaux d’affinité pour les cellules et organes cibles, un phénomène appelé « tropisme ». Certains sérotypes d’AAV présentent un tropisme hépatique.(15)
Le tropisme des différents sérotypes n’est cependant pas exclusif au foie. Par exemple, l’AAV8 cible les cellules du cœur et du pancréas en plus de celles du foie.(15) Des méthodes de bio-ingénierie ont été développées afin de combiner des sérotypes d’AAV pour produire des vecteurs hybrides dans le but d’augmenter le tropisme spécifique vers le foie.(17,18) Dans certaines approches de recherche clinique, des séquences promotrices spécifiques des tissus ou des cellules sont insérées dans la cassette, pour obtenir un meilleur contrôle de l’expression du transgène dans les hépatocytes(19). Grâce à l’utilisation d’une cassette de transgène qui inclut des promoteurs de protéines naturellement synthétisées dans les cellules du foie, l’expression de F8 et F9 peut être ciblée spécifiquement au niveau hépatique. (20,21)
Le système immunitaire peut avoir un impact sur la thérapie génique par le biais de réponses immunitaires humorales et cellulaires.(22)
Lors d’une réponse immunitaire humorale, l’organisme produit des anticorps contre un antigène. Dans le cas de la thérapie génique de l’hémophilie, cet antigène pourrait être un composant du vecteur AAV ou du transgène. Si les anticorps sont « neutralisants », ils peuvent empêcher les vecteurs d’administrer le transgène aux cellules cibles.(22,23) Lors d’une réponse immunitaire cellulaire, la cellule transduite présente des antigènes, des particules de capside, aux lymphocytes T circulants, qui éliminent alors la cellule transduite et, par conséquent, réduisent le nombre de cellules contenant le transgène.(24,25) Cela pourrait empêcher ou réduire l’expression génétique, et donc avoir un impact sur la quantité de protéines produites.(24,25)
Une immunité préexistante à l’AAV naturel peut provoquer des réponses immunitaires humorales et cellulaires, cela peut entraver l’efficacité du transfert de gènes de l’AAV.(26)
Cependant, le foie possède de nombreuses propriétés immunologiques uniques.(27) Le foie présente généralement une forte réponse immunitaire innée(27,28), mais il a été montré que cette réponse serait faible vis-à-vis des vecteurs AAV.(29)
Il présenterait également une faible réponse immunitaire adaptative, ce qui se traduirait par une absence relative de réactivité immunitaire et par une tolérance immunitaire.(29,30) Ceci a été montré par l’absence de réponse immunitaire au grand nombre d’antigènes présents dans le sang qui circule vers le foie, directement depuis l’intestin.(29)
Cet effet de tolérance immunitaire hépatique, qualifiée de tolérogène, peut être exploité de manière thérapeutique en hémophilie, pour induire une tolérance immunitaire au produit du transgène, c’est-à-dire le facteur de coagulation du sang.(31)
Il reste encore de nombreux éléments à clarifier concernant la thérapie génique dirigée vers le foie, et plusieurs considérations doivent être prises en compte.(13)
Les vecteurs AAV peuvent induire des réponses immunitaires
Les AAV sont naturellement présents dans l’environnement, et les personnes atteintes d’hémophilie peuvent donc avoir été exposées aux AAV sauvages au cours de leur vie.(13,32) Cette exposition peut entraîner le développement d’anticorps contre les AAV, ce qui peut limiter l’efficacité de la thérapie génique en empêchant la transduction des vecteurs AAV dans les cellules cibles.(22,23)
La croissance du foie pendant l’enfance pourrait avoir une incidence sur la durabilité de la thérapie génique de l’hémophilie
Les transgènes délivrés aux cellules hépatiques par des vecteurs dérivés de l’AAV existent sous forme d’épisomes dans le noyau des cellules cibles transduites.(33) Contrairement au foie chez l’adulte, dans lequel les hépatocytes sont en statut post-mitotiques et ont une longue durée de vie, la division cellulaire est rapide pendant l’enfance.(34) Le poids du foie double à 4 mois, 16 mois, 6 ans et 12 ans.(22) Cette croissance due à la division cellulaire peut entraîner la dilution des transgènes en raison de l’absence de réplication des épisomes.(35)
Toxicité pour le foie
Jusqu’à présent, les essais de thérapie génique pour l’hémophilie excluent les patients souffrant d’affections hépatiques actives, telles qu’une hépatite C en cours.(11,31) Le profil de tolérance de la thérapie génique chez les personnes atteintes d’hémophilie et de troubles hépatiques est donc actuellement inconnue.(36)
EN RÉSUMÉ
Thérapie génique dirigée vers le foie
Plusieurs facteurs doivent être pris en compte lors de la conception de thérapie génique dirigée vers le foie(29).
Considérations relatives à la thérapie génique dirigée vers le foie.
AAV : virus adéno-associé.
Figure adaptée de Sack BK, et al. 2014(29).
Plusieurs autres aspects de la thérapie génique pour l’hémophilie demeurent inconnus, notamment :
- Le potentiel d’effets à long terme en raison du faible niveau d’intégration de l’AAV(11)
- L’impact de la consommation d’alcool sur la durabilité de l’expression du transgène(37)
- L’impact du ciblage des hépatocytes sur l’expression du facteur VIII pour le traitement de l’hémophilie A : c’est-à-dire l’impact de l'administration du gène directement à l'hépatocyte. Cette stratégie pouvant être limitée par l'incapacité intrinsèque de l'hépatocyte humain à synthétiser et à sécréter entièrement le facteur VIII.(38)
- Kattenhorn LM, et al. Adeno-Associated Virus Gene Therapy for Liver Disease. Hum Gene Ther 2016;27:947–61.
- VandenDriessche T, et al. Hemophilia Gene Therapy: Ready for Prime Time? Hum Gene Ther 2017;28:1013–23.
- High KA. Gene Therapy for Hemophilia: The Clot Thickens. Hum Gene Ther 2014;25:915–22.
- Zanolini D, et al. Extrahepatic sources of factor VIII potentially contribute to the coagulation cascade correcting the bleeding phenotype of mice with hemophilia A. Haematologica 2015:100:881–92.
- Burroughs A, Senzolo M. Hematology Coagulopathy in liver disease. Site Cancer Therapy Advisor Consulté le 09/07/2021
- Trefts E, et al. Primer : The liver. Current Biol 2017:27;1141–55.
- Kalra A, et al. Physiology, Liver. In: StatPearls [Internet]. StatPearls Publishing, 2020. Site du NCBI. Consulté le 09/07/2021
- Racanelli V, et al. The Liver as an Immunological Organ. Hepatology 2006;43:554–62.
- Nguyen TH, et al. Liver gene therapy: advances and hurdles. Nat Gene Therapy 2004:11;76–84.
- Lautt WW.Hepatic Circulation: Physiology and Pathophysiology. San Rafael (CA), Morgan & Claypool Life Sciences, 2009.
- Doshi BS, et al. Gene therapy for hemophilia: what does the future hold? Ther Adv Hematol 2018;9:273–93.
- George LA. Hemophilia gene therapy comes of age. Blood Adv 2017;1:2591–9.
- Mingozzi F, et al. Immune responses to AAV vectors: overcoming barriers to successful gene therapy. Blood 2013;122:23–36.
- Holehonnur R, et al. Adeno-associated viral serotypes produce differing titers and differentially transduce neurons within the rat basal and lateral amygdala. BMC Neuro 2014;15:28–42.
- Wu Z, et al. Adeno-associated Virus Serotypes: Vector Toolkit for Human Gene Therapy. Mol Ther 2006;14:316–27.
- Mingozzi F, et al. Improved Hepatic Gene Transfer by Using an Adeno-Associated Virus Serotype 5 Vector. J Virol 2002;76:10497–502.
- Balakrishnan B, Jayandharan GR. Basic Biology of Adeno-Associated Virus (AAV) Vectors Used in Gene Therapy. Curr Gene Ther 2014;14:1–15.
- Colella P, et al. Emerging Issues in AAV-Mediated In Vivo Gene Therapy. Mol Ther Methods Clin 2018;8:87–104.
- Powel SK, et al. Viral Expression Cassette Elements to Enhance Transgene Target Specificity and Expression in Gene Therapy. Discov Med 2015;19(102):49–57.
- Li C, Samulski RJ. Engineering adeno-associated virus vectors for gene therapy. Nat Rev Genet 2020;21(4):255–72.
- Ohmori T. Advances in gene therapy for hemophilia: basis, current status, and future perspectives. Int J Hematol 2020;111:31–41.
- Baruteau J, et al. Gene therapy for monogenic liver diseases: clinical successes, current challenges and future prospects. J Inherit Metab Dis 2017;40:497–517.
- Rapti K, et al. Neutralizing Antibodies Against AAV Serotypes 1, 2, 6, and 9 in Sera of Commonly Used Animal Models. Mol Ther 2012;20:73–83.
- Pien GC, et al. Capsid antigen presentation flags human hepatocytes for destruction after transduction by adeno-associated viral vectors. J Clin Invest 2009;119:1688–95.
- Kotterman MA, Schaffer DV. Engineering adeno-associated viruses for clinical gene therapy. Nat Rev Genetics 2014;15:445–51.
- Verdera HC, et al. AAV Vector Immunogenicity in Humans: A Long Journey to Successful Gene Transfer. Mol Ther 2020;28:723–46.
- Gao B. Basic liver immunology. Cell Mol Immunol 2016;13:265–66. v 2015;29:321–8.
- Horst AK, et al. Modulation of liver tolerance by conventional and nonconventional antigen-presenting cells and regulatory immune cells. Cell Mol Immunol 2016;13:277–92.
- Sack BK, et al. Development of gene transfer for induction of antigen-specific tolerance. Mol Ther 2014;1:14013.
- Kubes P, Jenne C. Immune Responses in the Liver. Ann Rev Immuno 2018;36:247–77.
- Samelson-Jones BJ, Arruda VR. Translational Potential of Immune Tolerance Induction by AAV Liver-Directed Factor VIII Gene Therapy for Hemophilia A. Front Immunol 2020;11:618.
- Scallan CD, et al. Human immunoglobulin inhibits liver transduction by AAV vectors at low AAV2 neutralizing titers in SCID mice. Blood 2006;107:1810–7.
- Naso MF, et al. Adeno-Associated Virus (AAV) as a Vector for Gene Therapy. BioDrugs 2017;31:317–34.
- HemAware: Pushing the Boundaries of Treatment for Hemophilia A and B. Site Hemaware (Consulté le 01/07/2021)
- Pipe S. Delivering on the promise of gene therapy for haemophilia. Haemophilia 2020;27;114–21.
- George LA. Hemophilia gene therapy comes of age. Hematology Am Soc Hematol Educ Program 2017;587–94.
- Sidonio Jr RF, et al. Discussing investigational AAV gene therapy with hemophilia patients: A guide. Blood Rev 2020;Nov 9:100759.
- Arruda V. The search for the origin of factor VIII synthesis and its impact on therapeutic strategies for hemophilia A. Haematologica 2015;100:849–50.
- Lheriteau E, et al. Haemophilia gene therapy: Progress and challenges. Blood Rev 2015;29:321–8.