Dans le cadre de la thérapie génique, lors de l’administration in vivo du vecteur porteur du gène au patient, la nature « étrangère » du vecteur peut déclencher une réponse immunitaire^(2,13).

Le virus adéno-associé recombinant (rAAV) fait partie des vecteurs largement utilisés comme vecteur pour la thérapie génique dans l'hémophilie en raison de son profil peu pro-inflammatoire⁽²⁾. Cependant, en plus de l’immunité préexistante à l’AAV, des réponses immunitaires innées initiales au rAAV sont possibles⁽²⁾.

L’interaction des composants du vecteur rAAV (transgène et capside) avec le système immunitaire inné peut déterminer l’efficacité de la thérapie génique⁽²⁾. Des études montrent que le génome de l’ADN monocaténaire du rAAV peut interagir avec le système immunitaire inné via la voie de signalisation TLR9/MyD88 impliquée dans la sécrétion d’interférons de type I, mais aussi déclencher la production de cytokines et de chimiokines dépendantes du facteur nucléaire κB⁽²⁾.

Après l’endocytose, les capsides du rAAV peuvent être dégradées dans les endosomes, entraînant l’exposition du transgène ou de la capside à des PRR (Pattern Recognition Receptor : récepteurs de reconnaissance de motifs moléculaires), tels que TLR9 ou TLR2, ce qui déclenche une réponse immunitaire innée⁽¹⁴⁾. De plus, la capside du rAAV (en particulier le sérotype 2) peut interagir avec le système immunitaire inné par l’intermédiaire de TLR2⁽²⁾. Bien qu’il existe des preuves de cette reconnaissance immunitaire chez l’animal, les implications de ces interactions ne sont pas encore entièrement comprises⁽²⁾.

Au cours de notre vie, l’organisme peut être exposé naturellement à l’AAV de type sauvage⁽¹⁵⁾. L’AAV lui-même ne peut pas se répliquer et provoquer d’infection ; il dépend d’une co-infection avec des virus auxiliaires pour se répliquer (par exemple, l’adénovirus ou le virus de l’herpès simplex)⁽²⁾. En revanche, cette exposition à l’AAV entraîne la génération de lymphocytes B et T « mémoire »⁽²⁾. Lors d’une réexposition à l’AAV, les réponses immunitaires innées sont déclenchées par les cellules présentatrices d’antigènes, ce qui initie la libération de cytokines pro-inflammatoires et la formation d’anticorps neutralisants (nAb) contre divers sérotypes d’AAV^(13,15), à cela s’ajoute l’expansion d’un pool de lymphocytes T CD8+ « mémoire » préexistants⁽¹⁵⁾.

La capside recombinante du vecteur rAAV est une imitation proche d’une capside virale (bien qu’il ne s’agisse pas d’un virus et qu’elle ne soit pas capable d’induire la synthèse de protéines virales)⁽²⁾. Les réponses immunitaires au vecteur peuvent donc être influencées par une exposition antérieure à un AAV de type sauvage à partir duquel le vecteur a été conçu⁽²⁾. Cette immunité préexistante contre les sérotypes d’AAV peut inhiber la transduction des cellules ciblées par le rAAV après l’administration du vecteur, ce qui a des conséquences sur l’efficacité⁽²⁾.

Aussi, il existe une grande similitude de la séquence d’acides aminés et une homologie structurelle entre les capsides d’AAV de différents sérotypes⁽²⁾. Les anticorps anti-AAV2 sont les plus prévalents ; toutefois, les anticorps anti-AAV présentent une immunité croisée sur un grand nombre de sérotypes^(2,5). Les taux de séroprévalence des différents sérotypes d’AAV peuvent varier en fonction de l’âge, du type d’AAV, de la localisation géographique, de la méthode de dosage et d’autres facteurs^(5,16).

L’immunité préexistante contre l’AAV peut donc avoir un impact sur la possibilité d’injections ultérieures d’une thérapie génique utilisant le même AAV, et suggère à l’heure actuelle qu’une administration de vecteurs dérivés d’AAV étroitement apparentés peut échouer en raison de l’immunité croisée des AAV⁽¹⁷⁾.

Lorsque la réponse immunitaire humorale est signalée, les lymphocytes B sont activés pour sécréter des anticorps neutralisants qui se lient à la particule étrangère spécifique⁽¹⁾. Dans le cas de la thérapie génique, la capside du rAAV imite étroitement la capside de l’AAV de type sauvage (même si le vecteur n’est pas un virus et qu’il est incapable d’induire la synthèse de protéines virales)⁽²⁾. La capside protéique du rAAV détermine l’affinité du vecteur envers un tissu cible spécifique par sa capacité à se lier ou à se fixer à des récepteurs de la surface de la cellule hôte cible⁽¹⁸⁾. Lorsque des nAb sont sécrétés, ils peuvent se lier aux capsides lorsqu’ils sont administrés par la circulation périphérique⁽¹³⁾. Le vecteur recouvert de nAb est incapable de se lier au récepteur de la cellule cible et cela empêche la transduction^(13,15).

L’immunité cellulaire induit une réponse des lymphocytes T cytotoxiques, ce qui entraîne l’attaque puis la destruction des cellules transduites^(15,18). Après s’être lié au récepteur cellulaire, le vecteur rAAV subit une série de processus cellulaires pour administrer le transgène dans le noyau. Le vecteur rAAV est introduit dans le cytoplasme de la cellule cible par endocytose^(15,18). Le vecteur, à présent dans un endosome, est ensuite transporté des endosomes précoces aux endosomes tardifs, et s’échappe en traversant la membrane nucléaire. Le vecteur rAAV est ensuite décapsidé, et administre la cassette d’expression contenant le transgène au noyau, où il peut être transcrit et ensuite traduit en protéine fonctionnelle. La capside du rAAV non enrobée est ciblée pour être dégradée par les protéasomes qui génèrent des peptides antigéniques présentés par la molécule du CMH de classe I^(5,15,18). Ces épitopes peuvent être reconnus spécifiquement par les lymphocytes T cytotoxiques^(14,17,18). Les lymphocytes T activés attaquent ou tuent les cellules transduites, ce qui signifie que l’expression du transgène peut être perdue et que le gène thérapeutique ne sera donc pas exprimé^(5,15,18).

Les réponses immunitaires contre le vecteur administré peuvent avoir un impact sur l’effet thérapeutique attendu de la thérapie génique⁽¹⁾, avec les implications suivantes :

Les anticorps anti-AAV préexistants (provenant d’une exposition antérieure à l’AAV de type sauvage) peuvent se lier aux capsides dérivées de l’AAV et empêcher la transduction initiale⁽⁵⁾. Cela peut entraîner l’élimination du vecteur avant qu’il n’atteigne la cellule cible, empêchant ainsi l’expression du gène thérapeutique^(5,13).

Les lymphocytes T peuvent être activés dans le cadre de la réponse immunitaire adaptative à médiation cellulaire, ce qui entraîne leur expansion, puis la destruction des cellules transduites⁽¹³⁾. Lorsque les cellules transduites sont détruites, l’expression du transgène est perdue ; cela entraîne une réduction de l’expression du gène thérapeutique^(5,17). Le test ELISpot (enzyme-linked immune absorbent spot) peut être utilisé pour détecter la réponse des lymphocytes T cytotoxiques (CTL - cytotoxic T lymphocyte) une fois la thérapie génique administrée⁽¹⁹⁾.

Une élévation des transaminases (alanine aminotransférase et aspartate aminotransférase) est couramment observée dans les premiers mois suivant l’administration d’une thérapie génique⁽²⁰⁾. Il a été remarqué que l’élévation des enzymes hépatiques précédait la perte d’expression du transgène ou coïncidait avec elle⁽²⁾. Une explication qui pourrait être avancée est l’interaction entre le vecteur rAAV et la réponse immunitaire de l’hôte induisant la réponse des lymphocytes T cytotoxique (CTL) à l’origine de la destruction des hépatocytes transduits^(2,20).

Après l’administration de la thérapie génique, des anticorps neutralisants spécifiques à la capside de l’AAV peuvent se développer, ce qui entraîne une réponse humorale de longue durée^(15,17). La co-prévalence des anticorps neutralisants dirigés contre plusieurs sérotypes d’AAV peut limiter la possibilité d’un recours à un autre vecteur de thérapie génique AAV^(17,19,21). Cela peut empêcher un nouveau traitement par thérapie génique, et limite donc les thérapies géniques actuelles à une unique administration^(17,22).

Pour optimiser l’efficacité thérapeutique de la thérapie génique, les stratégies développées doivent tenir compte des réponses immunitaires humorales et cellulaires. Actuellement, nombre de ces stratégies proposées sont théoriques ou font encore l’objet d’essais cliniques.

Recrutement de sujets ne présentant pas d’anticorps neutralisants :
La plupart des études cliniques ont inclus des patients présentant un taux d’anti-AAV faible à indétectable contre le vecteur recombinant utilisé, afin d’éviter l’activation d’une réponse immunitaire mémoire dirigée contre l’AAV^(2,18).

Utilisation de doses élevées de vecteur pour compenser les anticorps neutralisants :
En théorie, de faibles doses de vecteurs sont plus susceptibles d’être neutralisées par les anticorps anti-AAV, ce qui affecte l’efficacité du transfert. Ainsi, des doses de vecteurs plus élevées peuvent compenser cette limitation^(2,23). Cependant, il peut exister une limite théorique à ce concept. Au-delà d’une certaine dose administrée, l’efficacité du transfert diminue, due à l’activation des lymphocytes T spécifiques de la capside, détectant et éliminant les cellules transduites⁽²⁾.

Inclusion de capsides vides dans les préparations de vecteurs pour adsorber les anticorps anti-AAV :
Les capsides vides servent de leurres pour adsorber les anticorps circulants contre l’AAV, ce qui permet la transduction du vecteur^(2,18). Cependant, cette stratégie augmente la charge antigénique (quantité d’antigène présentée sur les molécules du complexe majeur d’histocompatibilité [CMH] de classe I) dans l’organe cible, ce qui peut déclencher une immunité cellulaire CTL^(2,18).

Administration de médicaments immunosuppresseurs pour prévenir ou éradiquer la réponse immunitaire humorale à l’AAV⁽²⁾ :
Il a été montré que les médicaments immunosuppresseurs sélectifs ont un certain effet sur l’induction de la tolérance immunitaire⁽²⁴⁾. Toutefois, cette stratégie n’est pas efficace pour éradiquer complètement les anticorps neutralisants pré-existants dont le titrage est élevé⁽²⁾.

Modification du sérotype de l’AAV ou conception de capsides d’AAV par bioingénierie moins sensibles aux anticorps neutralisants⁽²⁾ :
Cette approche s’est révélée prometteuse lors d’essais en laboratoire⁽²⁾. Cependant, il est à noter et à prendre en considération que les changements effectués sur la capside peuvent entrainer une modification du tropisme tissulaire du vecteur^(2,25). Le potentiel de cette approche peut être affecté par la forte immunité croisée des anticorps anti-capside d’AAV de certains sérotypes^(2,26).

Isolement du tissu cible pour éviter la dilution du vecteur dans le sang, et donc l’exposition aux anticorps neutralisants :
Isoler le tissu cible de la circulation systémique (à l’aide de techniques telles que l’insertion de cathéters à ballonnet suivie d’un rinçage au sérum physiologique) peut permettre d’éviter la dilution du vecteur dans le sang et l’exposition aux anticorps neutralisants^(2,24). Cette stratégie limite l’exposition systémique au vecteur, mais n’est pas utile si le transfert systémique de gènes est nécessaire pour l’efficacité thérapeutique, et n’est pas réalisable pour tous les tissus cibles⁽²⁾. 

Échange de plasma répété pour adsorber les immunoglobulines :
Il s’agit d’une procédure non invasive qui s’est avérée efficace pour réduire la quantité des anticorps anti-AAV⁽²⁾ et minimiser ainsi le contact entre le vecteur et les anticorps neutralisants^(18,24). Toutefois, plusieurs cycles de plasmaphérèse sont nécessaires, et les anticorps anti-AAV dont le titrage est élevé peuvent ne pas être complètement éliminés par les approches actuelles^(2,27).

Clivage non spécifique des immunoglobulines circulantes :
Le traitement avec la cystéine-protéase IdeS (dérivée de Streptococcus pyogenes) peut engendrer une période sans anticorps neutralisants lors de l’administration du vecteur AAV⁽²⁴⁾.

Masquage des épitopes des vecteurs :
L’utilisation de lipides ou d’autres produits dérivés de cellules pour recouvrir la surface des vecteurs peut empêcher leur détection par les anticorps neutralisants⁽²⁴⁾.

Sélection des patients naïfs à l’AAV :
La sélection de patients naïfs à l’AAV, sans infection préalable par l’AAV de type sauvage, permet d’éviter les réponses immunitaires mémoires à l’AAV^(2,18).

Utilisation de vecteurs AAV efficaces issus de variants « hyperactifs » pour réduire la dose de vecteur :
Des modèles animaux suggèrent que cette approche peut être efficace pour empêcher l’élimination des cellules transduites par les lymphocytes T⁽²⁸⁾. Toutefois, cette approche ne peut pas s’appliquer à tous les cas. Le recours à cette approche n’est pas possible pour certains protocoles à l’étude, dans lesquels la dose thérapeutique attendue est nettement plus élevée que celles testées à ce jour chez l’homme⁽²⁾. De plus, tous les transgènes ne disposent pas de variants hyperactifs⁽²⁾.

Administration de médicaments immunosuppresseurs pour bloquer les réponses des lymphocytes T contre l’AAV :
Les stéroïdes sont connus pour bloquer les réponses des lymphocytes T dirigées contre la capside de l’AAV^(2,12). En outre, plusieurs médicaments immunosuppresseurs peuvent être administrés pendant des périodes prolongées. Cependant, il existe des risques associés à l’immunosuppression systémique chez les patients, en particulier lorsqu’il s’agit de bloquer l’induction des lymphocytes T régulateurs⁽²⁹⁾.

Utilisation d’inhibiteurs du protéasome ou de capsides mutantes qui ne sont pas efficacement ubiquitinées :
Les protéines étrangères sont ciblées pour être dégradées par ubiquitination, une étape essentielle à leur dégradation par les protéasomes^(2,30). La dégradation protéasomique produit des peptides antigéniques qui sont présentés par  la molécule du CMH de classe I à la surface des cellules transduites, entrainant leur reconnaissance par les lymphocytes T^(2,18). L’utilisation d’inhibiteurs du protéasome et de capsides mutantes qui ne sont pas efficacement ubiquitinées, a montré une diminution de la présentation des peptides antigéniques  de la capside de l’AAV par les molécules du CMH de classe I^(2,29). Cependant, l’effet peut être limité ou peut nécessiter une pharmacothérapie pendant de plus longues périodes⁽²⁾.