Évaluation préclinique des molécules co-stimulatrices ciblant les lymphocytes T dans l'immunothérapie contre le cancer : du mécanisme aux modèles translationnels

Les molécules bispécifiques de liaison aux lymphocytes T (BiTE ou TCE) se sont imposées comme une stratégie d’immunothérapie puissante, redirigeant les lymphocytes T cytotoxiques vers les cellules tumorales grâce à la liaison simultanée au CD3 et aux antigènes associés aux tumeurs. Leur impact clinique est bien établi dans le domaine des cancers hématologiques, plusieurs TCE étant désormais approuvées et de nombreuses autres en cours de développement clinique. À mesure que l’expérience acquise avec ces molécules de première génération s’est enrichie, des possibilités d’améliorer encore leur efficacité, leur durabilité et leur sécurité, en particulier dans les tumeurs solides, sont apparues. Les TCE classiques reposent sur une activation médiée par le CD3, ce qui peut limiter la fonction durable des lymphocytes T et contribuer à une activation immunitaire systémique. Ces connaissances ont conduit au développement de TCE de nouvelle génération intégrant une co-stimulation physiologique, s’appuyant sur les atouts des traitements existants pour permettre des réponses des lymphocytes T plus complètes et plus durables.

Conception et mode d'action du TCE co-stimulateur

Les BiTE de première génération ne fournissent que le signal 1 via la liaison au CD3. Or, la transmission du signal co-stimulateur 2 est indispensable pour garantir une activation, une prolifération et une persistance robustes, ainsi que des réponses antitumorales durables. De ce fait, ces TCE peuvent induire des réponses des lymphocytes T sous-optimales et transitoires conduisant à leur épuisement, tandis que l’activation du CD3 peut déclencher des toxicités systémiques telles que le syndrome de libération de cytokines (CRS). Par conséquent, les TCE de nouvelle génération visent à intégrer une co-stimulation physiologique des récepteurs des lymphocytes T afin d’obtenir une^activation plus complète et durable de ces cellules1^,2.

La co-stimulation transmet plusieurs signaux distincts, désignés collectivement sous le nom de « signal 2 », qui garantissent l'activation complète des lymphocytes T. Le CD28 fournit le signal de co-stimulation précoce canonique, le CD137 (4-1BB) favorise la survie et la formation de la mémoire, et le CD2 renforce l'adhésion et l'activation durable. L’absence du signal 2 rend les BiTE traditionnels vulnérables aux signaux immunosuppresseurs qui dominent le microenvironnement tumoral, en particulier dans les tumeurs solides caractérisées par une faible infiltration des lymphocytes T et une stimulation antigénique chronique. L’intégration directe de voies de co-stimulation dans l’architecture des TCE constitue une stratégie rationnelle pour surmonter ces^{obstacles³,⁴}.

Les TCE multispécifiques ainsi obtenus intègrent la reconnaissance des antigènes tumoraux, l’activation du CD3 et l’engagement co-stimulatoire au sein d’une seule structure moléculaire. Cette conception permet une signalisation alignée tant sur le plan spatial que temporel, ce qui favorise la prolifération des lymphocytes T, améliore leur persistance et maintient^{leur fonction} effectrice⁵. Les formats contenant le CD28 ou le CD137 ont démontré une cytotoxicité supérieure et un meilleur contrôle tumoral dans des modèles précliniques, surpassant les BiTE classiques même dans des tumeurs présentant des microenvironnements hostiles. La fourniture conjointe de signaux d’activation et de co-stimulation au sein d’un seul TCE améliore l’infiltration des lymphocytes T, comme l’illustrent les TCE DLL3×CD137 dans^{des modèles} de cancer du poumon à petites cellules^⁶.

Au-delà de l'amélioration de l'efficacité, la co-stimulation intégrée offre un avantage en termes de sécurité. Le fait d’exiger la liaison simultanée de l’antigène tumoral (TAA), du CD3 et du récepteur co-stimulateur limite l’activation au site tumoral, réduisant ainsi la libération systémique de cytokines et élargissant la fenêtre thérapeutique. Cette transmission du signal 2 limitée à la tumeur contraste avec les BiTE traditionnels, où l’activation du CD3 peut se produire indépendamment de la tumeur lorsque le TAA est exprimé dans d’autres tissus (toxicité « on-target off-tumor »), générant une toxicité limitant la dose.

Modèles murins précliniques permettant l'évaluation d'anticorps thérapeutiques multispécifiques

L’évaluation des TCE co-stimulatoires en phase préclinique pose différents défis. Ces molécules nécessitent la liaison simultanée au CD3 humain et à des récepteurs co-stimulatoires humains tels que le CD28 ou le CD137, qui peuvent ne pas présenter de réactivité croisée avec leurs homologues murins. Par conséquent, les modèles standard humanisés pour le CD3 ne permettent pas de reproduire l’intégralité de la cascade de signalisation déclenchée par les TCE de nouvelle génération, ne capturant que la branche de la réponse liée à l’activation du CD3. Cela limite la capacité à évaluer l’efficacité de la transmission coordonnée des signaux 1 et 2, ce qui a par conséquent une incidence sur la durabilité de la réponse des lymphocytes T, la formation de la mémoire cellulaire, le risque d’activation hors tumeur et les profils de libération de cytokines qui orientent les stratégies de sécurité et de dosage.

Pour tester ces TCE de nouvelle génération, deux types de modèles peuvent être utilisés : les modèles murins syngéniques ou les modèles murins humanisés dotés d’un système immunitaire humain. Les modèles murins syngéniques, dans lesquels des tumeurs murines sont implantées chez des souris immunocompétentes, sont précieux pour étudier la dynamique immunitaire générale, l’inhibition de la croissance tumorale, ainsi que les interactions au sein d’un système immunitaire murin intact et une communication tumoro-stromale pleinement fonctionnelle. Les modèles murins syngéniques comportant des cibles humanisées par knock-in, telles que le CD3 et un co-stimulateur comme le CD28 ou le CD137 (4-1BB), constituent donc des modèles idéaux pour tester des TCE co-stimulatoires de substitution. De plus, ces modèles peuvent également recevoir des cellules tumorales murines exprimant un TAA humain, ce qui permet d’évaluer des TCE cliniques ciblant un TAA humain, le CD3 humain et un récepteur co-stimulateur humain. En conséquence, genOway a développé des modèles murins à double humanisation, tels que genO-panhCD3/hCD28 et genO-panhCD3/hCD137, qui recréent le contexte récepteur nécessaire à une réticulation, une signalisation et des réponses cytokiniques précises. Ces modèles présentent des expressions physiologiques de leurs cibles humanisées et conservent une interaction CD3-TCR fonctionnelle ainsi qu’une coopération fonctionnelle entre les lymphocytes T et B. De plus, le modèle genO-panhCD3/hSA/hFcRn, qui exprime la FcRn humanisée et l’albumine sérique humaine à des niveaux physiologiques, constitue un outil précieux pour établir une corrélation entre l’efficacité d’un TCE (analyse PD) et sa demi-vie (analyse PK).

Une autre option consiste à utiliser des modèles dotés d’un système immunitaire de type humain pour évaluer les TCE de nouvelle génération. Le modèle « genO-BRGSF-HIS » est un modèle murin reconstitué à partir de cellules souches hématopoïétiques humaines ^CD34+, permettant le développement d’un système immunitaire humain fonctionnel comprenant à la fois les compartiments lymphoïde et myéloïde. Cela signifie que ses lymphocytes T sont d’origine humaine et expriment donc des récepteurs de lymphocytes T humains, tels que CD3, CD28, 4-1BB, OX40, entre autres. De plus, ce modèle peut recevoir des greffes de tissus provenant de patients atteints d’un cancer (xénogreffes dérivées de patients, modèles PDX) ou de lignées cellulaires (xénogreffes CDX), ce qui permet d’étudier des constructions cliniquement pertinentes dans le contexte d’une réponse immunitaire humaine. Au-delà de l’évaluation de l’efficacité de nouvelles TCE, ce modèle permet également d’évaluer la sécurité de ces constructions, grâce à la présence de^cellules myéloïdes^{humaines⁷,⁸}. Il s’agit là d’un avantage particulier par rapport aux modèles reconstitués à partir de PBMC, qui développent rapidement une maladie du greffon contre l’hôte (GvHD), ce qui se traduit par des fenêtres thérapeutiques courtes, et qui présentent des réponses biaisées au syndrome de libération de cytokines (CRS) en raison de l’absence de cellules myéloïdes humaines. Malgré ses avantages, il est important de noter que le stroma de ce modèle reste d’origine murine et qu’il pourrait donc ne pas refléter pleinement les interactions entre la tumeur, les cellules immunitaires et le stroma.

Ensemble, ces modèles constituent une base pertinente sur le plan translationnel et précise sur le plan mécanistique pour réduire les risques liés aux programmes de TCE multispécifiques.  

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Références :

1. Radtke, K. et al. Syndrome de libération de cytokines : tendances observées avec les anticorps bispécifiques ciblant les lymphocytes T, d’après une revue systématique des demandes d’autorisation de mise sur le marché. Blood 144, 5798–5798 (2024).

2. Muth, A. et al. L'épuisement des lymphocytes T dans le cadre d'un traitement par engagers de lymphocytes T bi- et trispécifiques dans les hémopathies malignes : mécanismes et implications. Med 101031 (2026) doi:10.1016/j.medj.2026.101031.

3. Velasquez, M. P. et al. La costimulation par CD28 et 41BB renforce la fonction effectrice des lymphocytes T « Engager » spécifiques du CD19. Cancer Immunol. Res. 5, 860–870 (2017).

4. Passariello, M. et al. Les tribodies trispécifiques ciblant les récepteurs 5T4, CD3 et les points de contrôle immunitaires induisent des réponses fonctionnelles des lymphocytes T plus marquées que les associations d'anticorps thérapeutiques. Cell Death Discov.11, 58 (2025).

5. Sun, Y. et al. Exploiter la co-stimulation des lymphocytes T pour améliorer l'efficacité thérapeutique des anticorps trispécifiques ciblant le cancer de la prostate. J. Immunother. Cancer 13, e010140 (2025).

6. Mikami, H. et al. L’intégration d’une double spécificité CD3/CD137 dans un activateur de lymphocytes T ciblant DLL3 améliore l’infiltration des lymphocytes T et l’efficacité contre le cancer du poumon à petites cellules. Cancer Immunol. Res. 12, 719–730 (2024).

7. Martin, G. et al. Les cellules myéloïdes et dendritiques accentuent les caractéristiques du syndrome de libération de cytokines induit par les traitements dans le modèle préclinique humanisé BRGSF-HIS. Front. Immunol. 15, 1357716 (2024).

8. Martin, G. H. et al. Recrutement de cellules myéloïdes et lymphoïdes dépendant de la tumeur chez les souris genO-BRGSF-HIS : un nouvel outil pour l'évaluation des immunothérapies. Front. Immunol. 16, 1624724 (2025).

9. Garfall, A. L. et June, C. H. « Les anticorps trispécifiques ouvrent une troisième voie pour l'immunothérapie anticancéreuse ». Nature 575, 450–451 (2019).

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