Inflammation. UE Bases moléculaires des pathologies 05 novembre 2013

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1 Inflammation UE Bases moléculaires des pathologies 05 novembre 2013 Dr Caroline Guignant AHU Immunologie CHU Sud Amiens EA4666 LNPC

2 OBJECTIFS Expliquer les principaux mécanismes et les manifestations cliniques et biologiques de la réaction inflammatoire Exploration biologique d un syndrome inflammatoire 2

3 Définition (1/2) La réaction inflammatoire est la réponse à une agression tissulaire d'origine exogène ou endogène Réponse non spécifique = processus de l immunité innée Buts : Limiter la lésion au niveau local Éliminer la cause Réparer le tissu lésé 3

4 Définition (2/2) Processus inflammatoire avec des conséquences : - locales rougeur, chaleur, œdème et douleur - générales : * clinique : fièvre, altération de l état général * biologie : syndrome inflammatoire Inflammation aiguë (qq min à qq jours) ou chronique Réponse contrôlée par de multiples systèmes régulateurs 4

5 Principales causes de l inflammation (1/2) Agression d origine exogène : causes physiques : traumatisme, chaleur, froid, radiations ionisantes causes chimiques : produits caustiques... corps étrangers agents infectieux, pouvant agir localement ou à distance par l'intermédiaire de toxines : bactéries, virus, parasites, champignons 5

6 Principales causes de l inflammation (2/2) Agression d origine endogène : causes trophiques : troubles de la vascularisation, de l'innervation perturbations métaboliques (urée, goutte...) «conflit» immunitaire (auto-immunité, déficit immunitaire) toutes lésions «non-inflammatoires» (tumeurs, athérome ) 6

7 Symptômes de l inflammation (1/3) LOCAUX Médiateurs Effets vasculaires Parois des cellules endothéliales Vasodilatation débit sanguin local perméabilité vasculaire exsudation plasmatique infiltrat cellulaire Rougeur + chaleur Œdème 7

8 Symptômes de l inflammation (2/3) LOCAUX Médiateurs algogènes Bradykinine, PGE2 Transmission nerveuse Sensation de douleur 8

9 Symptômes de l inflammation (3/3) GENERAUX Cytokines : IL-1 / IL-6 / TNF-α + PGE2 Foie Protéines de la phase aiguë (CRP, MBL) Hypothalamus température corporelle Muscle Mobilisation de protéines marqueurs biologiques Fièvre Asthénie Amaigrissement 9

10 Les phases de l inflammation aigüe INITIATION AMPLIFICATION RESOLUTION Phase vasculaire Phase cellulaire Détersion Résolution et cicatrisation Immédiate Signes cardinaux Médiateurs et cellules locaux Granulome inflammatoire + médiateurs solubles Elimination de l agent responsable 10

11 1. Initiation de la réponse inflammatoire Brèche vasculaire Coagulation Kinines Complément Endothélium Plaquettes Mastocytes Acteurs solubles Acteurs cellulaires 11

12 1. Initiation de la réponse inflammatoire Système des kinines : - activé dès qu un tissu est altéré - protéases plasmatiques sous forme de pro-enzymes inactives - cascade d activation : 1 protéase active clive la protéase suivante formation de bradykinine (sang), kallidine (tissu) 12

13 Gabra 2003 Med sc 13

14 1. Initiation de la réponse inflammatoire Système des kinines : - activé dès qu un tissu est altéré - protéases plasmatiques sous forme de pro-enzymes inactives - cascade d activation : 1 protéase active clive la protéase suivante formation de bradykinine (sang), kallidine (tissu) Bradykinine = puissant vasodilatateur - la perméabilité vasculaire afflux de protéines plasmatiques dans le site altéré (= œdème) - déclenche la douleur 14

15 1. Initiation de la réponse inflammatoire Système de coagulation : - activé dès que la paroi des vaisseaux sanguins est altérée Moerloose

16 16

17 1. Initiation de la réponse inflammatoire Système de coagulation : - activé dès que la paroi des vaisseaux sanguins est altérée formation d un caillot de fibrine prévient la perte sanguine prévient l entrée des microorganismes dans le courant sanguin 17

18 1. Initiation de la réponse inflammatoire Système du complément : - perméabilité vasculaire - dégranulation des mastocytes locaux activés (histamine) - chimiotactisme - molécules d adhérence 18

19 1. Initiation de la réponse inflammatoire Acteurs cellulaires locaux : PAF + Plaquettes C5a, TNF-a, PAF, LPS + Cellules endothéliales dégranulation - Sérotonine - Production d éicosanoïdes = pro-inflammatoires - Vasodilatation - Expression de molécules d adhérence 19

20 Rôle important de l endothélium dans l inflammation Facteurs inflammatoires locaux NO Vasodilatation ++ 20

21 Synthèse du NO et mécanisme d action vasculaire vasodilatation Guanylate cyclase NOS endothéliale (enos) 21

22 Rôle important de l endothélium C3a, C5a perméabilité vasculaire OEDEME Facteurs inflammatoires locaux NO Vasodilatation ++ IL-8 Chimiotactisme Induction de sélectines et d intégrines P- et E-sélectines. ICAM-1, VCAM-1 enos + inos ROUGEUR, CHALEUR 22

23 Modification de l endothélium et recrutement des leucocytes circulants 1. Roulement 2.Adhérence ferme 3. Diapédèse 4. Migration Récepteur à IL-8 CD31 Rôle des chimiokines 23 Afflux maximum des PNN dans les 6h

24 1. Initiation de la réponse inflammatoire Acteurs cellulaires locaux : C5a + Mastocytes Motifs microbiens / Alarmines + via TLR (cours L2) Macrophages résidents Cellules dendritiques dégranulation - Histamine = vasodilatateur - Production d éicosanoïdes + PAF + TNF-alpha - Phagocytose - Production de médiateurs pro-inflammatoires 24

25 Conséquences de la réaction vasculaire eicosanoïdes kinines complément coagulation endothélium mastocytes plaquettes phagocytes résidents C3a, C5a PG Histamine PAF-acether C3a, C5a Histamine PG Leucotriènes C3a, C5a PAF-acether Vasodilatation Perméabilité vasculaire Chimiotactisme flux sanguin Chaleur et rougeur Œdème : entrée molécules dans les tissus Recrutement cellulaire 25

26 2. Amplification de la réponse inflammatoire Recrutement de cellules immunitaires : Polynucléaires neutrophiles Monocytes Lymphocytes Polynucléaires basophiles Polynucléaires éosinophiles 26

27 2. Amplification de la réponse inflammatoire Rôles des cellules immunitaires recrutées et activées : phagocytose sécrétion de médiateurs de l inflammation pré-formés néo-formés formés plus tardivement 27

28 Médiateurs de l inflammation 1. Médiateurs pré-formés - libérés par exocytose (granules) - effet immédiat 1.1 Amines vasoactives : - surtout impliquées dans la phase d initiation - effets vasomoteurs : histamine (mastocytes), sérotonine (plaquettes) - effet chimiotactique : histamine (mastocytes) 28

29 Médiateurs de l inflammation 1. Médiateurs pré-formés 1.2 Les protéases - système de coagulation, système des kinines, complément (phase d initiation) - métalloprotéases :ex.: gélatinase, collagénase, élastase des M - protéolyse matricielle + favorise migration des cellules au sein de la matrice extracellulaire - activité protéolytique sous effet des cytokines (ex.: l'il1-b, TNF-α) - cathepsine G, protéinase-3, élastase des PNN (granules des PNN) 29

30 Médiateurs de l inflammation 1. Médiateurs pré-formés 1.3 Les protéines cationiques - surtout présentes dans les granules des polynucléaires éosinophiles (ex.: major basic protein MBP, protéine cationique de l éosinophile ECP) - molécules cytotoxiques (activité perforine-like) 30

31 Médiateurs de l inflammation 1. Médiateurs pré-formés 1.3 Les protéines cationiques - surtout présentes dans les granules des polynucléaires éosinophiles (ex.: major basic protein MBP, protéine cationique de l éosinophile ECP) - molécules cytotoxiques (activité perforine-like) - molécules activatrices = stimulent les cellules de voisinage libèrent des médiateurs lipidiques, cytokines, chimiokines amplification de la réaction inflammatoire 31

32 Médiateurs de l inflammation 2. Médiateurs néo-formés 2.1 Les médiateurs lipidiques PAF = facteur activateur des plaquettes + les eicosanoïdes (prostaglandines, leucotriènes et thromboxanes) - synthétisés par de nombreuses cellules de la réaction inflammatoire (PNN, PNB, PNE, plaquettes, mastocytes, endothelium), à partir de phospholipides membranaires sous action d enzymes 32

33 Phospholipides membranaires Lysophospholipide Phospholipase A2 Corticoïdes Acide arachidonique Cyclo oxygènase 1 et 2 AINS 5-Lipo oxygènase Acyl -transférase Prostaglandines PAF Leucotriènes Thromboxanes 33

34 Médiateurs de l inflammation 2. Médiateurs néo-formés 2.1 Les médiateurs lipidiques Agrégant plaquettaire Perméabilité vasculaire Vasodilatation, vasoconstriction autres Prostaglandines + + VD ++ douleur et fièvre (PGE2) Leucotriènes + VC+ (bronchoconstricteur) chimiotactisme PNN Thromboxane A2 ++ VC+ PAF + + VD+ 34

35 Médiateurs de l inflammation 2. Médiateurs néo-formés 2.2 Les radicaux libres oxygénés et nitrés Systèmes enzymatiques : NADPH-oxydase peroxydase (MPO des PNN) (ECP des PNE) Dérivés actifs de l oxygène Toxiques +++ bactéricides Danger pour les cellules de l hôte 35

36 Médiateurs de l inflammation 2. Médiateurs néo-formés 2.2 Les radicaux libres oxygénés et nitrés Systèmes enzymatiques : NO-synthase L-arginine NO-synthase citrulline NO + H2O OH., NO2-, NO3- NO est diffusible et induit une vasodilatation rapide + toxique pour les micro-organismes Danger pour les cellules de l hôte 36

37 Médiateurs de l inflammation 2. Médiateurs néo-formés 2.3 Les chimiokines et cytokines - rôle important à chaque étape de la réponse inflammatoire - protéines qui sont sécrétées par diverses cellules de l organisme suite à un signal d activation - se fixent à des récepteurs spécifiques avec une forte affinité (pm) transduction du signal qui aboutit à modification de l expression génique des cellules cibles 37

38 - Action autocrine, paracrine voire endocrine Action autocrine Action paracrine Action endocrine 38

39 différentes familles de cytokines : hématopoïétines (facteur de stimulation des colonies, ex.: GM- CSF) famille du facteur de nécrose tissulaire (Tumor-Necrosis-Factor =TNF) interleukines chimiokines interférons effets multiples des cytokines 39

40 Cytokines hématopoïétiques GM-CSF, G-CSF, M-CSF ASSIM 40

41 Mécanisme de la fièvre Eccles 2005 Lancet inf dis 41

42 Tableau récapitulatif des médiateurs pro-inflammatoires Vasodilatation Augmentation de la perméabilité vasculaire Chimiotactisme Fièvre Douleur Destruction (cellules, matrice) Histamine, kinine, prostaglandine, PAF, NO Histamine, bradykinine, C3a C5a, PAF Leucotriène B4, C5a, chimiokines TNF-α, IL-1, IL-6, Prostaglandine E2 Bradykinie, prostaglandine E2 Dérivés actifs de l oxygène, NO, enzymes des lysosomes 42 Adapté de Rousselet 2005

43 3. Détersion Élimination de l agent responsable de l inflammation : phagocytose ++ Elimination des cellules de l hôte lésées phagocytose ++ 43

44 4. Résolution et réparation La réponse inflammatoire est limitée dans le temps : - systèmes de contrôle de la phase d amplification (cytokines antiinflammatoires, anti-protéases, anti-radicaux libres) Réponse proinflammatoire Réponse antiinflammatoire 44

45 Réponse anti-inflammatoire IL-10, IL-1 ra, sr-tnf, TGF-β - cytokines antagonistes des cytokines pro-inflammatoires : IL-10, TGF-β - cytokines «compétitrices» = bloquent le récepteur de cytokines : IL-1ra - récepteur soluble qui fixe la cytokine avant qu elle se lie à son récepteur membranaire : sr-tnf rôle anti-inflammatoire important car une réponse proinflammatoire excessive est délétère pour l organisme 45

46 Production de cortisol Cortisol : activation cellules immunitaires molécules d adhérence chimiokines cytokines et médiateurs pro-inflammatoires cytokines anti-inflammatoires 46

47 4. Résolution et réparation La réponse inflammatoire est limitée dans le temps : - systèmes de contrôle de la phase d amplification (cytokines antiinflammatoires, anti-protéases, anti-radicaux libres) - action complémentaire de cellules (macrophages, fibroblastes) + des médiateurs (cytokines, facteurs de croissance) remodelage du tissu (équilibre synthèse/dégradation) néovascularisation 47

48 Apoptose des PNN sur le site de l inflammation Efferocytose par les monocytes-macrophages - Profil M2 + - NO synthase inductible - Libération de médiateurs proinflammatoires - arginase-1 ornithine croissance des fibroblastes + synthèse collagène - médiateurs anti-inflammatoires : IL-10, TGF-β, IL-1ra - médiateurs lipidiques : lipoxine, résolvine, protectine - facteurs de croissance fibroblaste (collagène + mol matrice extracell) - facteur angiogénique (VEGF) 48

49 Sehran 2008 Nat rev imm 49

50 Exemple de la restauration du tissu cutané Werner 2003 Physio rev 50

51 4. Résolution et réparation 2 scénarios : A. Résolution totale : - élimination du facteur déclenchant - phagocytose des débris cellulaires Détersion efficace - efficacité des systèmes de contrôle et des systèmes de réparation Réparation complète du tissu lésé 51

52 4. Résolution et réparation 2 scénarios : B. Résolution partielle : - défaut d élimination du facteur déclenchant Inflammation chronique - défaillance des systèmes de contrôle (cytokines pro/anti inflammatoires, protéases/antiprotéases etc.) - inefficacité des systèmes de réparation des tissus Fibrose Ex.: cirrhose hépatique, fibrose pulmonaire 52

53 Bénéfique Inflammation aiguë Homéostasie Délétère Sd de réponse inflammatoire systémique Hypersensibilités Inflammation chronique Ex.: choc septique Ex.: silicose 53

54 Inflammation aiguë et syndromes septiques sepsis Infection + SIRS + Systemic Inflammatory Response Syndrome : ( 2 critères) - température > 38 C ou < 36 C - fréquence cardiaque > 90 batt/min - fréquence respiratoire > 20/min ou PaCO 2 < 32mmHg - leucocytes > 12000/mm 3 ou < 4000/mm 3 sepsis sévère choc septique Hypotension (PA systolique < 90 mmhg) ou dysfonction d 1 organe : ex. : défaillance cardiaque, rénale, hépatique ; hypoperfusion avec acidose lactique, anomalies de la coagulation, altération de l état mental + Hypotension réfractaire : persistante malgré administration de solution de remplissage (cristalloïde 20 à 40 ml/kg) 54 Bone RC. JAMA 1992.

55 De l infection aux dysfonctions d organes Infection locale Pulmonaire, abdominale, urinaire Réponse pro-inflammatoire massive et systémique Activation de la coagulation lipoprotéines ADN peptidoglycane production importante : - cytokines pro-inflammatoires - chimiokines - amines vasoactives - radicaux libres - enzymes protéolytiques Altération de la microcirculation lésion de l endothélium et des organes de l hôte Défaillances multi-organes 55

56 Exemple de réponse inflammatoire chronique : silicose Pneumoconiose = maladies pulmonaires induites par l inhalation de poussières inorganiques qui stimulent la fibrose Silicose et poussière de silice = la + ancienne pneumopathie professionnelle décrite (XVIe siècle) 56

57 Insuffisance respiratoire Fibrose collagène +++ Facteurs proinflammatoires et pro-fibrosants Recrutement de cellules inflammatoires eicosanoïdes + TNF-α Leung 2012 Lancet Macrophage alvéoléaire 57

58 Leung 2012 Lancet 58

59 «In progressive massive fibrosis, lung nodules become confluent, resulting in lesions of 1 cm or more in diameter.» Leung 2012 Lancet 59

60 Autres étiologies de l inflammation chronique 60

61 Exploration biologique de la réponse inflammatoire - hémogramme - protéines de la phase aiguë de l inflammation - électrophorèse des protéines - vitesse de sédimentation

62 Modification de l hémogramme Anémie : séquestration du fer Hyperleucocytose : cytokines hématopoïétiques Hyperplaquettose = thrombocytose 62

63 Hyperleucocytose liée à l'action de cytokines hématopoïétiques (GM-CSF, G-CSF, M-CSF) ou de chimiokines effet ciblé de certaines chimiokines sur certains leucocytes : IL-8 et polynucléaires neutrophiles éotaxine et éosinophiles MCP-1 et monocytes 63

64 Hyperplaquettose Peut apparaître au cours du syndrome inflammatoire IL-6 + IL-1β foie thrombopoïétine Stimule formation des plaquettes sanguines et prolifération de leurs précurseurs (mégacaryocytes) 64

65 Protéines de la phase aiguë de l inflammation Pr Bach

66 Protéines de la phase aiguë de l inflammation Pr Bach

67 Protéines de la phase aiguë de l inflammation Protéines dont la concentration est modifiée d au moins 25% en cas de réaction inflammatoire Produites par le foie principalement sous l effet de l IL IL-1 et TNF-α Leur concentration plasmatique sauf pour albumine, (pré-albumine) et transferrine qui Syndrome inflammatoire = d au moins 2 protéines de l inflammation 67

68 Protéines de la phase aiguë de l inflammation Rôles de ces protéines dans la défense de l organisme Facilite l opsonisation : CRP, fractions du complément Activation du complément : CRP Attire leucocytes sur le site inflammatoire : fractions du complément, protéine sérique amyloïde (SAA) Transport de protéines : orosomucoïde, céruloplasmine 68

69 Protéines de la phase aiguë de l inflammation Amplitude de variation des protéines : Augmentation = PRI CRP, SAA 2-4 orosomucoïde, haptoglobine, fibrinogène 1,5 fraction C3, céruloplasmine Diminution Albumine, transferrine 69

70 % de variation des concentrations plasmatiques CRP Cinétique rapide Haptoglobine Orosomucoïde Transferrine Albumine Cinétique moyenne C3 Cinétique lente Nombre de jours après un stimulus inflammatoire 70

71 Quelle(s) protéine(s) choisir? En pratique : 1 protéine à cinétique rapide = CRP + protéines à cinétique lente = haptoglobine orosomucoïde 71

72 CRP Hapto Oroso Albumine Tranfserrine Débutante ou ou Aiguë Chronique Régressive ou ou Pr Bach

73 CRP Hapto Oroso Albumine Tranfserrine Débutante ou ou Aiguë Chronique Régressive ou ou Pr Bach

74 CRP Hapto Oroso Albumine Tranfserrine Débutante ou ou Aiguë Chronique Régressive ou ou Pr Bach

75 CRP Hapto Oroso Albumine Tranfserrine Débutante ou ou Aiguë Chronique Régressive Pr Bach

76 Electrophorèse des protéines Séparation des protéines sériques en 5 zones Pr Bach

77 Tracé observé lors d une inflammation : Tracé normal Inflammation Albumine Oroso Hapto Transferrine C3 CRP 77

78 Vitesse de sédimentation Prélèvement : sang dans un tube avec anti-coagulant = sédimentation de la 1 ère heure t 0 t 1h Homme Femme VS 1heure 2-5 mm 3-7 mm 78

79 De très nombreux facteurs modifient la VS : Augmentation Diminution Sexe féminin Contraceptifs Grossesse Obésité Anémie Syndromes inflammatoires Hypergammaglobulinémies etc Polyglobulie Hyperleucocytoses importantes Hyperviscosité Hémoglobinopathies etc Paramètre non spécifique! 79

80 Points importants : inflammation Mise en jeu rapide, mécanisme de l immunité innée Acteurs solubles + cellulaires Inflammation = processus physiologique bénéfique Mais doit être contrôlé Inflammation aiguë excessive Inflammation chronique, fibrose 80