Activité thérapeutique et mode d'action d'une nouvelle virothérapie pour restaurer l'immunosuppression induite par le sepsis

Sepsis is responsible for 11 million deaths worldwide. Most of patients with bacterial or viral sepsis (e.g., COVID-19) surviving the inflammatory phase enter in an immunosuppressive phase. Both innate and adaptive immunity are impaired during sepsis-induced immunosuppression showing the need of new stimulating therapies targeting both pathways to restore the immune homeostasis of sepsis patients. Transgene has developed a virotherapy based on the Modified Vaccinia Virus Ankara (MVA) to deliver the IL-7 cytokine in broad range of organs and to broaden its mechanism of action. In addition to its safety profile, the MVA was chosen for its capacity to stimulate innate immunity. Thus, a recombinant MVA encoding the human IL-7 cytokine fused to an IgG2 Fc fragment was engineered to restore both innate and adaptive immunity of immunosuppressed sepsis patients. My PhD thesis aimed at characterizing the mechanism of action of the MVA-hIL-7-Fc. Studies in murine models of sepsis showed that one single intravenous injection of MVA-hIL-7-Fc resulted in improved survival of two sepsis mice models. Side-by-side comparison with a recombinant hIL-7-Fc counterpart demonstrated a superior capacity of the vectorized hIL-7-Fc to increase immune cell numbers (B, T lymphocytes, Natural killer cells and monocytes) and functions of T lymphocytes (cytokine production and proliferation). Additional in vitro studies showed that MVA-secreted hIL-7-Fc was dimeric, glycosylated and biologically active in different human cell types. In an ex vivo human model, the MVA-secreted hIL-7-Fc was shown to improve cytokine production and proliferation of T lymphocytes from septic shock and critically ill COVID-19 patients in intensive care units. In vitro human studies showed a differential innate immune response among the different cell types corresponding to different organs upon MVA-hIL-7-Fc. Primary monocytes and pulmonary cells secreted cytokines and chemokines in response to both MVA-hIL-7-Fc and empty MVA infections while hepatocytes responded in a lesser extent. Therefore, these studies support the clinical development of MVA-hIL-7-Fc to treat sepsis-induced immunosuppression.Le sepsis est responsable chaque année de 11 millions de morts dans le monde. La majorité des patients avec un sepsis d’origine bactérienne ou virale (ex : COVID-19) et survivant à la phase inflammatoire, entrent dans une phase d’immunosuppression contribuant à leur aggravation clinique. Aussi bien l’immunité innée qu’adaptative sont altérées au cours de l’immunosuppression post sepsis, ainsi de nouvelles thérapies immunostimulantes ciblant ces deux voies sont nécessaires pour restaurer l’homéostasie immunitaire des patients sepsis. Transgene a développé une virothérapie basée sur le virus atténué de la vaccine, le Modified Vaccinia Virus Ankara (MVA) pour délivrer la cytokine IL-7 dans une majorité d’organes et diversifié le mécanisme d’action de la cytokine IL-7. En plus de son innocuité, le vecteur MVA a été choisi pour sa capacité à stimuler le système immunitaire inné. Ainsi, un vecteur MVA codant pour la cytokine IL-7 humaine fusionnée à un fragment d’immunoglobuline IgG2 Fc, le MVA-hIL-7-Fc, a été développé pour restaurer à la fois le système immunitaire inné et adaptatif des patients sepsis immunodéprimés. Le but de mon projet de thèse était de contribuer à la caractérisation du mécanisme d’action du MVA-hIL-7-Fc. Des études dans des modèles murins ont montré qu’une seule injection intraveineuse du MVA-hIL-7-Fc permettait d’augmenter la survie de deux modèles de souris septiques. De plus, la comparaison avec la protéine recombinante hIL-7-Fc montra une capacité supérieure de la forme vectorisée de l’IL-7 à augmenter le nombre de cellules immunitaires (lymphocytes T, B, cellules Natural Killer, monocytes) en plus de l’amélioration des fonctions des lymphocytes T (production de cytokines et prolifération). Ensuite, nous avons montré que l’hIL-7-Fc produite par le MVA in vitro était dimérique, glycosylée et fonctionnelle dans différents types cellulaires humains. Dans un modèle humain ex vivo, nous avons montré que l’hIL-7-Fc produite par le MVA était capable de restaurer à la fois la production de cytokines et la prolifération des lymphocytes CD4+ et CD8+ des patients en choc septique et COVID-19 en soins intensifs. Des études in vitro humaines ont montré une réponse immunitaire innée différente selon le type cellulaire correspondant à différent organes suite à l’infection avec le MVA-hIL-7-Fc. Les monocytes et les cellules pulmonaires primaires étaient capable de sécréter des cytokines/chimiokines après infection avec le MVA-hIL-7-Fc ou le MVA vide, alors que les hépatocytes ne répondaient pas ou peu. Ainsi ces études dans des modèles murins et humains soutiennent le développement clinique du MVA-hIL-7-Fc pour traiter l’immunosuppression post sepsis

A novel virotherapy encoding human interleukin-7 improves ex vivo T lymphocyte functions in immunosuppressed patients with septic shock and critically ill COVID-19

A majority of patients with sepsis surviving the first days in intensive care units (ICU) enter a state of immunosuppression contributing to their worsening. A novel virotherapy based on the non-propagative Modified Virus Ankara (MVA) expressing the human interleukin-7 (hIL-7) cytokine fused to an Fc fragment, MVA-hIL-7-Fc, was developed and shown to enhance innate and adaptive immunity and confer survival advantages in murine sepsis models. Here, we assessed the capacity of hIL-7-Fc produced by the MVA-hIL-7-Fc to improve ex vivo T lymphocyte functions from ICU patients with sepsis. Primary hepatocytes were transduced with the MVA-hIL-7-Fc or an empty MVA, and cell supernatants containing the secreted hIL-7-Fc were harvested for in vitro and ex vivo studies. Whole blood from ICU patients [septic shock = 15, coronavirus disease 2019 (COVID-19) = 30] and healthy donors (n = 36) was collected. STAT5 phosphorylation, cytokine production, and cell proliferation were assessed upon T cell receptor (TCR) stimulation in presence of MVA-hIL-7-Fc–infected cell supernatants. Cells infected by MVA-hIL-7-Fc produced a dimeric, glycosylated, and biologically active hIL-7-Fc. Cell supernatants containing the expressed hIL-7-Fc triggered the IL-7 pathway in T lymphocytes as evidenced by the increased STAT5 phosphorylation in CD3+ cells from patients and healthy donors. The secreted hIL-7-Fc improved Interferon-γ (IFN-γ) and/or Tumor necrosis factor-α (TNF-α) productions and CD4+ and CD8+ T lymphocyte proliferation after TCR stimulation in patients with bacterial and viral sepsis. This study demonstrates the capacity of the novel MVA-hIL-7-Fc–based virotherapy to restore ex vivo T cells immune functions in ICU patients with sepsis and COVID-19, further supporting its clinical development