TISSU SANGUIN ET SYSTEME IMMUNITAIRE - BASES GENERALES Inflammation. Titre du cours

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1 31/10/2013 HAMEL Audrenne L2 Tissu sanguin et système immunitaire-bases générales G. KAPLANSKI 14 pages Titre du cours Plan PARTIE 1 : la réaction inflammatoire aiguë A. La phase vasculaire B. La phase cellulaire I. les cellules impliquées 1. leucocytes a) Mastocytes b)polynucléaires neutrophiles c) monocytes et macrophages résidents 2. les cellules endothéliales 3. les fibroblastes II. Médiateurs solubles III. Médiateurs membranaires : molécules d'adhésion IV. Cascade adhésive leuco-endothéliale V. Migration trans-endothéliale VI.Passage à travers la MEC C. La phase résolutive I. Fin de la Réaction inflammatoire II. Comment induit-on l'inflammation? PARTIE 2 : La réaction inflammatoire chronique I. Dérégulation du système inflammatoire : maladie auto-inflammatoire II. Persistance de l'agent agresseur III. Auto-immunité IV. Dérégulation due à un état anormal chronique INTRODUCTION La réaction inflammatoire (RI) peut-être considérée comme la réponse immunitaire innée. Mais elle est bien différente le la Réponse Immunitaire adaptative. Définition : c'est un mécanisme de défense essentiel à l organisme pour lutter contre les agressions tissulaires de nature variables, c'est à dire microbiennes ou blessures d'un tissu. Le but de cette réaction est de circonscrire l'agent agresseur dans son milieu, et de le détruire pour revenir au niveau de base, l'homéostasie. Les mécanismes impliqués sont : la margination, l extravasation (sortie des vaisseaux sanguins), et la migration des leucocytes sanguins. Souvent, les leucocytes font aussi des dommages collatéraux dans les tissus. Afin d'être bénéfique, la RI doit donc être limitée dans l espace et dans le temps : c'est la RI aiguë. 1/14

2 Si elle n'est pas limitée, on a affaire à une RI chronique ou diffuse : on qualifie la maladie d inflammatoire (c'est le cas de très nombreuse maladies actuelles). La RI aiguë est un mécanisme essentiel à notre survie : elle est plus précoce que l immunité adaptative et prépare le terrain pour cette dernière. Mais contrairement à elle, la RI aiguë ne possède pas de mémoire : elle se met en place au bout du 2 ou 3ième contact avec l'agent agresseur. L'inflammation peut être induite par deux sortes de mécanismes : une attaque microbienne elle peut aussi survenir en milieu stérile comme pour : la crise de goutte causée par une accumulation d'acide urique dans une articulation la Silicose : exposition à la silice qui pénètre dans les poumons la nécrose cellulaire qui est sans doute responsable de la plupart des inflammations en déclenchant le système immunitaire. PARTIE 1 : LA REACTION INFLAMMATOIRE AIGUE Elle se compose de 3 phases: la phase vasculaire, qui dure quelques minutes ou quelques heures. On assiste à une vasodilatation, à une augmentation de la perméabilité des capillaires et de la coagulation, ainsi qu'à une fuite de plasma (œdème) la phase cellulaire, qui dure quelques heures à quelques jours. On assiste à une cascade d'adhésion leucocytes-cellules endothéliales, à la migration trans-endothéliale et tissulaire des leucocytes ainsi qu à la destruction de l'agent agresseur. La phase résolutive, qui dure plusieurs jours. C'est la fin de la RI. On assiste à une reconstitution du tissu lésé, notamment par la production de facteurs de croissance. Où se passe cette RI? Au niveau des capillaires et post-veinules car le flux sanguin y est beaucoup plus lent que dans les autres vaisseaux de diamètre plus élevé. Il peut y avoir une interaction leucocytes-paroi des cellules endothéliales. De plus, les conditions de perméabilité de cette zone facilitent le passage des leucocytes hors du sang. A. La phase vasculaire Elle se produit très rapidement, au bout de quelques secondes et dure quelques heures. (ex : un pneumocoque qui entre dans les poumons va déclencher cette phase en quelques secondes). Elle résulte de l'action de nombreux médiateurs protéiques ou lipidiques vaso-actifs ayant une réaction rapide sur le tonus vasculaire et préformés ou stockés et disponibles immédiatement. Il y a des médiateurs préformés et stockés tels que : Histamine et Sérotonine. Ou encore des protéines plasmatiques inactives, s activant rapidement : Hageman (facteur XII) ou le Complément (C3a,C5a,C4a). On trouve aussi des médiateurs lipidiques qui ne seront synthétisés et sécrétés qu'au bout de quelques minutes : les dérivés de l'acide arachidonique tels que les Prostaglandines E2 et 12, les leucotriènes, etc.. 2/14

3 Le tonus vasculaire va diminuer, entraînant une vasodilatation, donc une diminution du flux sanguin. Cela entraîne une augmentation de la perméabilité de la membrane endothéliale et donc un efflux de protéines plasmatiques : il y a création d'un œdème. B. La phase cellulaire I. les cellules impliquées a) les Mastocytes 1. les leucocytes Ce sont les cellules résidentes sentinelles car elles sont au contact du milieu extérieur. On les trouve dans le tube digestif, dans les bronches, sphère ORL,...elles peuvent donc recevoir les informations concernant le danger. Sur leur membrane cellulaire, on trouve un grand nombre de récepteurs : FcεR, FcγR, complément, Toll, cytokines,... Ces cellules possèdent une capacité de réponse rapide et brève qui leur permet de participer à la phase vasculaire. En effet, elles contiennent des molécules préformées comme des eicosanoides (dérivés de l'acide arachidonique), de l'histamine, de la sérotonine... Elles ont aussi une capacité de réponse plus lente et plus prolongée par la production de cytokines et chimiokines ce qui permet la participation à la phase cellulaire. b) les Polynucléaires neutrophiles (PnN) Ce sont les principales cellules effectrices de la RI. Elles ont la capacité d'infiltrer les tissus grâce à l'expression de molécules adhésives telles que les L-sélectines, ICAM, β2 Intégrine..), grâce à des récepteurs à des signaux chimiotactiques (leucotriènes, PAF-Facteur d'activation Plaquettaire, chimiokines..) qui les attirent sur le site de l'inflammation, ainsi que grâce à leur appareil locomoteur (pseudopodes...) 3/14

4 Les PnN ont une capacité de phagocytose, de bactéricidie et de lyse. Ils ont des récepteurs opsonines, fabriquent des radicaux libres et dérivés de l'o2. Les enzymes qui permettent la destruction des agents microbiens sont par exemple les protéinases 3, les élastases, cathepsine... opsonine : fragment qui se trouve sur la membrane des bactéries. les Pn possèdent des récepteurs à ces fragments, ce qui leur permet de les reconnaître et de les détruire. c) Les monocytes et macrophages résidents Ces cellules possèdent une capacité d'infiltration tissulaire et de destruction : ils ont des molécules adhésives (ICAM, β1 et β2 Intégrine), des récepteurs pour la synthèse de chimiokines (mobilité), des récepteurs pour la phagocytose, des enzymes (myéloperoxidase), des radicaux libres... Par la production de cytokines et des chimiokines, ces cellules participent à l'amplification de la Réaction Inflammatoire (RI). Elles participent aussi à la résolution de la RI en phagocytant les neutrophiles apoptotiques (qui ont une vie courte). Comme les macrophages et les monocytes présentent le complexe HLA II (=CMH II) à leur surface, ils peuvent induire la réponse immunitaire adaptative qui se fera par production d'anticorps. 2. les cellules endothéliales Elles contrôlent le tonus vasculaire (qui est modifié par la vasodilatation), mais aussi l'hémostase (coagulation), la cascade d'adhésion des leucocytes aux cellules endothéliales et leur migration (mise en jeu des molécules suivantes : PECCAM, ICAM-I, VCAM-I, E-sélectine, cadhérine, production de chimiokines). 3. les fibroblastes Ils migrent vers le site inflammatoire, où ils ont une fonction essentielle de réparation des tissus lésés. Ils produisent alors du collagène, de la Matrice Extra-Cellulaire (MEC), des enzymes, des facteurs de croissance... II. Médiateurs solubles 1) Cytokines Ce sont des protéines de petit PM (10-20kDa) qui sont sécrétées par différentes cellules en réponse à une agression de type inflammatoire, avec activation via les récepteurs Toll-like. Elles transmettent l'information de l'inflammation aux autres cellules, on les considère comme les hormones de l'inflammation. Certaines sont sécrétées très précocement (1à 2h après le début de l agression): Interleukines (IL) ou TNF (Tumor Necrosis Factor). D'autres plus tardivement, avec effet limité : les chimiokines. TNF et IL-1 ont une action pléiotrope : elles agissent sur différents types cellulaires et permettent différents types d'action. 4/14

5 a) IL-1 L'interleukine 1 fait partie de la famille des cytokines (IL-1a, IL-1b, IL 18, IL 33 ou encore IL-1-Ra qui est un antagoniste du récepteur à IL-1a) Sur cette diapo, nous avons une comparaison des gènes de différentes IL : IL-1a et IL-1b. La * signifie que la molécule est déjà active : le précurseur de l'il-1a (PM 31kDa) est actif tandis que celui de l'il-1b ne l'est pas et nécessitera un clivage par une caspase 1 pour atteindre sa forme mature de 17kDa. On notera toutefois que le précurseur d'il-1a est clivé par une calpaine pour atteindre un PM de 17kDa. Cette forme mature est également active. Au niveau des récepteurs des ces IL, il en existe 2 types : un actif, IL-1R type 1 qui est activé par la fixation d'il sur lui et un autre récepteur, IL-1R type 2 qui lui n'est pas actif : il sert de piège à IL. En effet, une dose de 100 picogrammes/ml de cytokines entraînerait la mort. L'organisme doit donc toujours en contrôler les doses. IL-1 est synthétisée par toutes les cellules, et surtout par les macrophages et les monocytes. IL-1a n'est pas sécrétée, elle est cytoplasmique. Par contre si la membrane cellulaire devient poreuse comme lors d'une nécrose, alors on la retrouve en dehors de la cellule (signal d'une inflammation). IL-1b est sécrétée de manière soluble. b) TNF α Le précurseur du TNF α est une molécule transmembranaire active de 31 kda qui est active biologiquement lorsque deux cellules entrent en contact. Pour sa maturation, ce précurseur est clivé par TACE (TNF Converting Enzyme) en une molécule soluble de 17kDa. Les deux récepteurs qui lui sont associés sont actifs. 5/14

6 c) Action pléiotrope des cytokines Les cytokines ont une action assez comparable. Elles sont sécrétées par de nombreuses cellules et agissent à différents niveaux : elles ont un effet au niveau du SNC : en agissant au niveau du cortex elles provoquent somnolence, malaise, ou anorexie. au niveau de l hypothalamus, elles stimulent la production de Prostaglandines E2 responsables de la fièvre, ou encore d'acth (hypophyse). Par suite on a une production de glucocorticoïdes par les surrénales, qui, pénétrant dans la cellule en se fixant à son récepteur, vont aller dans le noyau pour réguler la transcription de gènes (notamment de l'il-1). Au niveau de l'endothélium et de l'épithélium, elles stimulent la production et l'activité de molécules d'adhésion, de chémokines, d'il et TNF ou encore de cyclo-oxygénase 2 (COX2) d'où la production de PG2. Tout ceci a pour conséquence une vasodilatation, une infiltration leucocytaire avec une augmentation de la perméabilité endothéliale. Au niveau du foie, on a une diminution d'albumine et de transferrine. 6/14

7 Lorsqu on a un agent agresseur qui entre dans le tissu, il y a : vasodilatation signal donné aux cellules monocytaires et macrophagiques par la fabrication de cytokines. Un autre signal est donné pour favoriser l'adhésion de ces molécules à l'endothélium. Ces cytokines sont sécrétées très tôt après l'inflammation, et vont induire la production de chimiokines (cytokines qui ont une activité purement chimiotactique) qui agissent plus tardivement (4 à 6h pour qu'elles soient synthétisées), et plus longtemps (pendant 24 à 48h). 2) Chimiokines A ce jour, 23 chimiokines décrites : IL8 (=CXCL1) qui est un signal chimiotactique pour n'attirer que les PnNeutrophiles sur le site de l'inflammation MCP1 (=CCL1) : consacré aux monocytes Eotaxine : action d'attraction uniquement sur les Pn Eosinophiles Rantes : attraction des lymphocytes sur le site. Les chimiokines ont donc pour principale fonction d'attirer des leucocytes sur le site inflammatoire. Toutes ces chimiokines ont des récepteurs membranaires à 7 domaines transmembranaires. III. Médiateurs membranaires : molécules d'adhésion (le prof est passé très rapidement dessus) 1) sélectines L-sélectines 2) intégrines β 2 Intégrine sur les leucocytes, β 1 sur les cellules mononucléées circulantes, β 3 sur la MEC. 3) superfamille des Immunoglobulines ICAM-1, VCAM, PECAM 4) cadhérines IV. Cascade adhésive leuco-endothéliale 1) rolling : transitoire Les leucocytes arrivent au contact de la membrane endothéliale : le flux est lent, car en situation post-capillaire. Les leucocytes «roulent» sur la surface des cellules endothéliales et reçoivent les informations des facteurs chimiotactiques présents. 2) activation des leucocytes par les facteurs chimiotactiques (β 2 Intégrine) 3) adhésion ferme du leucocyte à la cellule endothéliale via une association Intégrine <=> ICAM (superfamille des Ig) 7/14

8 V. Migration trans-endothéliale Lorsque le leucocyte adhère à la cellule endothéliale, des signaux déclenchent la contraction de celle-ci pour permettre le passage. Sur le lieu de l'adhésion du leucocyte à la cellule endothéliale, on a une adhésion hétérodimère : ICAM se lie avec une Intégrine. Mais à la jonction, PECAM est présente et donne lieu à une adhésion homodimérique : PECAM-PECAM. Avec le gradient chimiotactique, plus important vers la zone d'inflammation, la jonction s'ouvre comme une fermeture éclair pour laisser passer le leucocyte en migration. Sur ce schéma, on peut remarquer que la superfamille des Ig a provoqué la phosphorylation de molécules de cadhérines afin de permettre l'ouverture de la jonction. Le leucocyte a traversé la paroi endothéliale et se retrouve donc face à la MEC. VI.Passage dans la MEC Le passage de la MEC se fera nécessairement par la destruction de certains endroits de cette matrice. Le leucocyte s'ancre sur la MEC via la vitronectine (VN) ou encore la fibronectine (FN) ou la laminine grâce aux intégrines β 1 et β 3. Les enzymes utilisées pour cette lyse de la MEC sont exprimées à la surface du leucocyte, ou encore sécrétées par lui (ADAM, TPA-TPAR). Cette sécrétion permet une destruction LOCALISEE de la MEC. Le leucocyte poursuit sa migration, toujours orienté par le gradient chimiotactique. D'autres molécules détruisent les interactions Intégrines β <=> fibronectine/vitronectine afin que le leucocyte puisse se détacher de la MEC et poursuivre son mouvement. C'est à cause de ces destructions qu'il existe des phénomènes de réparation. 8/14

9 Dans la zone d'inflammation, les cellules tissulaires produisent des cytokines (d'où la création du gradient), et ont augmenté le nombre de ICAM présentes à leur surface. Lorsque le leucocyte arrive, il s'y fixe via ses Intégrines. Il adhère à la cellule infectée. Le PnN est alors activé et détruit la cellule en libérant des substances toxiques pour elle tels que des radicaux libres,... Malheureusement, cela provoque aussi des dommages collatéraux. 9/14

10 C. Phase résolutive TISSU SANGUIN ET SYSTEME IMMUNITAIRE - BASES GENERALES I. Fin de la Réaction inflammatoire Comment la RI s'arrête-t-elle? IL1 est très active, tout l'organisme doit donc réguler sont activité en permanence. Un rétro-contrôle est mis en place (voir ci-dessous). IL1 ainsi que le TNF agissent sur l'hypothalamus (CRF) qui lui-même augmente la production d'acth dans l'hypophyse. Cette ACTH active la fabrication de glucocorticoïdes dans les surrénales. Le récepteur aux glucocorticoïdes fixe les molécules qui ne peuvent pas passer la membrane cellulaire. Il les emmène dans le noyau de la cellule, où ces glucocorticoïdes vont pouvoir inhiber la transcription des protéines inflammatoires que sont IL-1, TNF, CAM... La réalisation de cette boucle de rétrocontrôle demande quelques jours car elle met en jeu des mécanismes de transcription et traduction. Sur cette autre diapo, on voit un second mécanisme mis en jeu dans la régulation de IL-1. 10/14

11 Rappelons qu'il existe 2 récepteurs pour IL-1 : IL-1R type 1 qui est actif (qui induit la réponse voulue par IL-1) IL-1R type 2 qui lui ne l'est pas et sert essentiellement de piège à IL-1. C'est ce récepteur piège qui contribue en partie la régulation d'il-1. La cellule produit aussi des protéines antagonistes du récepteur IL-1 type 1 : IL-1Ra. Du coup, les récepteurs sont occupés et ne sont plus activés par IL-1. Pour le TNF, ce sont des récepteurs solubles qui sont synthétisés par la cellule. Ces récepteurs pièges ne sont plus fixés à la membrane cellulaire, ils ne peuvent donc plus lui transmettre de réponse. Ils capturent le TNF qui ne peut alors plus activer la cellule. Les protéines selam, sicam, svcam sont des protéines anti-adhésion. C'est un mécanisme rapide : quelques secondes à quelques minutes. Puis a lieu la reconstruction du tissu lésé, grâce en partie aux fibroblastes, ainsi que la mise en route de la Réaction Immunitaire adaptative. II. Mais comment induit-on l'inflammation? L'inflammation est induite par la production de cytokines par la cellule qui a rencontré un agent agresseur. l'inflammation dûe aux agents microbiens : Nos cellules n'ont pas assez de récepteurs pour reconnaître tous les agents infectieux existants. Un autre mécanisme de reconnaissance a été trouvé : un grand nombre d'agents microbiens (virus ou bactéries) a des motifs communs sur leurs membranes : les PAMPs (Pathogen Associated Molecular Pattern). Ces motifs sont reconnus par des récepteurs présents sur la membrane de nos cellules : les PRR (Pathogen Recognition Receptor). Cette reconnaissance entraîne des signaux qui vont conduire à la transcription des gènes des cytokines inflammatoires et donc à une RI. Ex : lorsque le pneumocoque entre dans les cellules pulmonaires, son PAMP est reconnu. Il y a donc sécrétion de cytokines et modification de l'endothélium pour laisser passer les leucocytes. 11/14

12 inflammation stérile : Les responsables sont des particules d'origine organique (acide urique, cristaux de cholestérol...) ou nonorganiques (silice, amiante, pyrophosphate de calcium..) ou encore la nécrose cellulaire, plus grands pourvoyeurs de l'inflammation stérile. Ici, ce sont les DAMPs (Danger Associated Molecular Pattern) qui sont en jeu. Elles sont contenues dans le cytoplasme et tant qu elles y restent, elles ne provoquent rien. Dès que la cellule se nécrose (par exemple dû au fait qu'elle n'arrive pas à digérer des particules telles que la Silice), la membrane devient poreuse, et les DAMPs sont libérées : elles signalent le danger. IL-1 β et IL-18 sont produites, et la réaction d'inflammation se met en marche. Toutes ces substances actives vont activer un système enzymatique appelé l'inflammasome NALP3 qui active la caspase 1 qui va cliver l'ilβ et déclencher un inflammation. Toutes les inflammations stériles sont dépendantes de l'il-1α et de l'il-1β. Certaines exotoxines sont produites par les gram+ qui induisent la formation de pores dans la membrane cellulaire : on a donc une fuite de potassium qui entraîne une production d'il-1β. Lors de la nécrose cellulaire, on a une libération des molécules suivantes : ATP qui fixe les récepteurs P2X7 entraîne un efflux d'ions K+ acide urique qui active NALP-3 (inflammasome) HMGB-1, une cytokine nucléaire qui active les récepteurs RAGE et TLR IL-1 α qui active l'il-1r type 1. La RI inflammatoire est activée. 12/14

13 Dans certaines situations, l'inflammation peut devenir chronique... PARTIE 2 : LA REACTION INFLAMMATOIRE CHRONIQUE I. Dérégulation du système inflammatoire : maladies auto-inflammatoires Les individus naissent avec des gains de fonction au niveau des mécanismes inflammatoires. : la maladie TRAPS touche le récepteur TNF cryopyrinopathies, touchent l'inflammasome fièvre méditerranéenne de famille TRAPS Cette maladie provoque des fièvres récurrentes. Chez un sujet sain, une fois le récepteur TNF occupé, un clivage a lieu, le rendant soluble (et l'inactivant par la même occasion). On a donc une diminution des CD120 (récepteurs au TNF) membranaires. Chez le malade, ce clivage ne se fait pas, il y a donc une activation permanente du récepteur muté qui continue à activer l'inflammation. Il y a 22 mutations répertoriées (pénétrance variable). La durée de crise est de 1 à 20jours et le nombre de crises est inférieur à 4 chez les patients étudiés. La fièvre est le seul symptôme universel. Les autres sont variables, mais on retrouve dans de nombreux cas des douleurs abdominales, thoraciques, des lésions cutanées... Chose similaire dans la maladie CINCA due à une surproduction des cytokines (et donc une mauvaise régulation). Avant cette maladie était mortelle, mais aujourd'hui on la traite avec des antagonistes du récepteur IL-1. 13/14

14 II. Persistance de l'agent agresseur Hépatite C, Silice, amiante,... Hépatite C (virus) C'est un virus à ARN qui doit passer par une phase de rétro-transcription pour se répliquer. Pendant cette phase, il commet des erreurs ce qui aboutit à une mutation à chaque fois que le virus se réplique : il échappe au système immunitaire. Ce-dernier détruit alors le foie et non plus le virus. Les réponses immunitaires (LTH1) sont inefficaces, on se trouve dans un contexte d'inflammation chronique du foie qui va aboutir à la cirrhose et à l'hépato-carcinome. virus qui mute réaction inflammatoire situation pathologique grave. III. Auto-immunité (le prof l'a simplement cité) IV. Dérégulation dûe à un état anormal clinique Les graisses et les sucres sont des agressions permanentes. Obésité/diabète de type 2 (DNID : diabète non-insulinodépendant), cholestérol/athérome, âge/ostéoporose... Obésité/diabète type 2 : La graisse abdominale est un fort producteur de IL-1β, ce qui entraîne une inflammation chronique de la graisse. Cela développe une résistance à l insuline qui n'est plus acceptée par les cellules (il y a destruction de ses récepteurs). Le pancréas produit de plus en plus de sécrétions, jusqu'à un point limite où le diabète (DNID) apparaît. De plus IL-1β est toxique pour les ilôts de Langerhans ce qui provoque leur destruction. CONCLUSION La découverte de ces mécanismes a été capitale pour comprendre les maladies. Désormais, on arrive à trouver des médicaments suffisamment «intelligents» qui vont bloquer des récepteurs particuliers => action ciblée et non-plus générale, il y a moins d'effets secondaires et de destruction d'éléments sains. 14/14