Role du microbiote intestinal et avec anticorps anti-PD1 induit immunesurveillance du cancer du rein

par Lisa Derosa

Thèse de doctorat en Recherche clinique, innovation technologique, santé publique

Sous la direction de Laurence Zitvogel et de Laurence Albiges-Sauvin.

Soutenue le 03-07-2019

à Paris Saclay , dans le cadre de Cancérologie : biologie - médecine - santé , en partenariat avec Immunologie des Tumeurs et Immunothérapie du Cancer (laboratoire) et de Université Paris-Sud (établissement opérateur d'inscription) .

Le président du jury était Pierre Galanaud.

Le jury était composé de Laurence Zitvogel, Laurence Albiges-Sauvin, Pierre Galanaud, Eric Tartour, Stéphane Oudard, Christophe Caux.

Les rapporteurs étaient Eric Tartour, Stéphane Oudard.


  • Résumé

    Les cancers du rein métastatiques résistants aux inhibiteurs de tyrosine kinase peuvent faire l’objet de traitements fondés sur le blocage des points de contrôles immunitaires (ICB). Cependant, les ICB induisent des réponses chez une minorité de patients, et des efforts sont en cours pour identifier les mécanismes à l'origine de la résistance. Les ICB compromettent l'intégrité de la barrière intestinale, affectant ainsi la composition du microbiote, favorisant ainsi soit l'accumulation intestinale, soit la translocation de commensaux immunogènes capables de moduler le tonus immunitaire systémique et de reprogrammer le microenvironnement tumoral. Pour déterminer si des profils microbiens distincts du microbiote intestinal pourraient expliquer la résistance aux ICB, ma thèse a montré que dans une cohorte de 249 patients atteints de cancer traités par ICB que la prescription d’antibiotiques (ATB) a significativement diminué la survie sans progression (PFS) et la survie globale (OS) par rapport aux patients sans ATB. Nous avons confirmé ces données en analysant 121 cencers du rein traités par ICB à Gustave Roussy et 239 cancers du poumon traités par ICB au Memorial Sloan Kettering Cancer Center. Nous avons validé que la dysbiose liée à l'ATB diminue l'activité des ICB. Par la suite, nous avons analysé de manière prospective les microbiotes fécaux de 100 patients atteints de tumeurs sensibles à l'anti-PD-1 en utilisant la métagénomique (MG). Nous avons démontré que les bactéries intestinales présentes avant le traitement anti-PD-1 étaient systématiquement différentes entre les patients qui ont répondu (R) au traitement et les patients qui n’ont pas (NR). Entre les R, nous avons observé une surreprésentation d’Akkermansia muciniphila. Au sein d'une large cohorte de patients RCC (n = 85) traités avec un anticorps anti-PD-1, nous avons analysé le microbiote fécal de 69 patients. Des empreintes de MG spécifiques étaient liées aux meilleures réponses et à la survie sans progression. A. muciniphila et Bacteroides spp étaient plus abondants chez les R. Pour valider la pertinence de ces constatations, nous avons mis en évidence deux principaux éléments de preuve. Premièrement, nous avons démontré que chez les patients atteints de NSCLC, la présence de lymphocytes T CD4 + et CD8 + à mémoire spécifiques de l’IFNγ + vis-à-vis de A. muciniphila prédit une PFS plus longue. Deuxièmement, une transplantation de microbiote fécal (FMT) a été réalisée à l'aide de selles de patient pour recoloniser des souris axéniques ou traitées par ATB dans deux modèles murins. Les matières fécales de R entrainaient une réponse immunitaire plus forte contre la tumeur par rapport aux matières fécales de NR. Ensuite, une supplémentation orale d'A. muciniphila post-FMT avec des matières fécales de NR restaurait l'efficacité de l'anti- PD-1. Dans ce contexte, les cellules dendritiques sécrétaient plus d'IL-12, augmentant le recrutement de lymphocytes T CCR9 + CXCR3 + CD4 + à partir des ganglions lymphatiques mésentériques jusque dans les lits tumoraux, ainsi qu'une augmentation du rapport CD4 + /Treg dans le lit tumoral de souris co-traitées avec mAb anti-PD-1 et A. muciniphila. Enfin, nous avons montré qu'une supplémentation orale avec Bacteroides (B. salyersiae mais pas B. xylanisolvens) ou A. muciniphila pourrait restaurer l'efficacité des ICB dans un modèle FMT- défavorable/dysbiotique". La découverte de bactéries immunogènes capables de prédire et d'accroître les avantages cliniques de l'ICB contribuera au développement de nouveaux outils de biomarqueurs et d'un futur concept thérapeutique, grâce auxquels le traitement du cancer peut être amélioré par la modulation du microbiote intestinal.

  • Titre traduit

    Impact of Gut Microbiota in Natural and Anti-PD1 Ab Therapy Induced Immuno Surveillance of Kidney Cancers


  • Résumé

    Metastatic RCC resistant to tyrosine kinase inhibitors are amenable to new therapies based on immune checkpoint blockade (ICB). However, ICB induces responses in a sizeable minority of patients and efforts are ongoing in order to identify mechanisms driving resistance. ICB compromise the integrity of the intestinal barrier, hereby affecting the composition of the intestinal microbiome, thereby promoting either the intestinal accumulation or the translocation of immunogenic commensals capable of modulating the systemic immune tone and reprogramming the tumor microenvironment. To address whether distinct microbial patterns of the intestinal microbiome could account for the resistance to ICB in RCC, during my PhD I showed in a cohort of 249 patients with cancers treated with ICB that antibiotic (ATB) prescription in a therapeutic window of -2 months up to +1 month after starting ICB significantly decreased progression-free survival (PFS) and overall survival (OS) compared to patients without ATB. We confirmed this data analyzing 121 RCC treated with ICB at Gustave Roussy and 239 NSCLC treated with ICB at Memorial Sloan Kettering Cancer Center. We validated that ATB-related dysbiosis decreases activity of ICB. More precisely, patients in RCC ATB group treated with ICB had a higher rate of primary progressive disease. Subsequently, we prospectively analyzed the fecal microbiomes of 100 patients with tumours amenable to anti-PD-1 mAb using quantitative metagenomics (MG) by shotgun sequencing. We demonstrated that gut bacteria present before anti-PD-1 therapy was consistently different between patients who responded (R) to treatment and patients who did not (NR). In R we observed an overrepresentation of un- and classified Firmicutes. The commensal most significantly associated with favorable clinical outcome and PFS was Akkermansia muciniphila. Within a large cohort of RCC patients (n = 85) treated in the NIVOREN study with anti-PD-1 Ab at Gustave Roussy, we analyzed the fecal microbiome of 69 patients. Specific MG-fingerprints were related to best responses and PFS. A. muciniphila and Bacteroides spp were more abundant in R (Derosa et al. ASCO Merit Award 2018). To validate the relevance of these findings, we brought up two major lines of evidence. First, we demonstrated that in NSCLC patients, the presence of specific IFNγ+ memory CD4+ and CD8+ T cells toward A. muciniphila predicted a longer PFS. Secondly, fecal microbiota transplantation (FMT) was performed using patient feces to recolonize germ-free or ATB-treated mice in two tumor models (MCA-205 and RENCA, the renal cell carcinoma model). Feces from R conveyed a stronger immune response against the tumor compared to feces from NR. Next, in MCA-205 model oral supplementation with A. muciniphila post-FMT with NR feces restored the efficacy of PD-1 Abs. In this setting, dendritic cells secreted more IL-12, increasing the recruitment of CCR9+CXCR3+CD4+ T lymphocytes from the mesenteric lymph nodes into tumor beds as well as an increase of CD4+/Treg ratio within the tumor bed of mice co-treated with anti-PD-1 mAb and A. muciniphila. Finally, we showed that oral supplementation with Bacteroides (B. salyersiae but not B. xylanisolvens) or A. muciniphila could restore the efficacy of ICB in "unfavorable/dysbiotic" FMT. The discovery of immunogenic bacteria capable of predicting and increasing clinical benefit of ICB will help for the development of novel biomarker tools and a future therapeutic concept, whereby treatment of cancer can be improved by the modulation of gut microbiome.


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