Réponses de l hôte aux infections microbiennes

Réponses de l hôte aux infections microbiennes IFSI Semestre 1 1er octobre 2010 9 heures Dr. Amélie Guihot Laboratoire d immunologie cellulaire et tissulaire Service des maladies infectieuses et tropicales Hôpital Pitié-Salpêtrière, Paris

Les pathogènes ou micro-organismes ou germes sont les agents des maladies infectieuses PATHOGENES = MICROBES = MICRO- ORGANISMES BACTERIES MYCOBACTERIES VIRUS (INTRACELLULAIRE) PARASITES INFECTIONS FUNGIQUES = MYCOSES = CHAMPIGNONS EXTRA CELL. INTRA CELLUL. INF AIGUES INF CHRO- NIQUES HELM- INTHES PROTO- ZOAIRES SUPER- FICIELLES SYSTE- MIQUES Streptocoques Staphylocoques E coli Grippe Hépatite A Rougeole Taenia Oxyurose Bilharziose Dermatophyties Candidose digestive Onychomycose Fièvre Q Mycoplasmes Chlamydiae Hépatite B Hépatite C VIH Toxoplasmose Paludisme Amibes Candidoses Aspergillose Cryptococcose

Les infections microbiennes ont plusieurs voies d entrée dans l organisme PATHOGENES = MICROBES = MICRO- ORGANISMES BACTERIES VIRUS PARASITES CHAMPIGNONS PLAIE INGESTION INHALATION PIQURE D INSECTE CONTACT SEXUEL Streptocoque Staphylocoque Tétanos Salmonelles Shigelles Listeria Grippe Tuberculose Pneumocystose Paludisme Chikungunya Dengue VIH Hépatite B HPV

Plan I. Premières barrières à l infection : défenses extérieures - peau - muqueuses II. Introduction à l immunité innée et spécifique III. Les réponses immunes varient selon les pathogènes

Premières barrières à l infection : la peau et les muqueuses Germes commensaux = saprophytes

La peau première barrière de défense contre les infections anguishedrepose.wordpress.com Film hydrolipidique : ph acide entre 4 et 5,5 sueur, sébum, lipides peptides antimicrobiens : défensines, dermcidines Flore commensale = saprophyte : 10 12 bactéries/m 2 staphylocoques, priopionibacterium, corynébactéries Epithélium : stratifié kératinisé, jonction serrées

Les muqueuses premières barrières de défense contre les infections Minces couches de tissus qui tapissent les cavités ouvertes vers le milieu extérieur Narines, paupières Appareil respiratoire Zones uro-génitales (utérus, vagin, clitoris, gland, prépuce interne) Tube digestif (de la bouche à l'anus) Colonisées par la flore commensale Ensemble = 400 m 2 bronches Brenchley, 2004. Journal of Experimental Medicine 200(6):752 Vagin, urètre

L épithélium respiratoire est spécialisé dans la défense contre les particules étrangères La cellule épithéliale ciliée Les cils vibratiles : sont mobiles dirigent le mouvement de certaines particules ou fluides (mucus) dans l épithélium respiratoire, transportent des poussières inhalées vers la gorge où elles seront avalées Source: http://www.cipretfribourg.ch/

La muqueuse intestinale est une barrière efficace contre les pathogènes et la flore digestive D après Hooper, Nat Rev Microb 2009 Mucus intestinal Flore commensale : 10 14 bactéries Poids total 1,5 kg Nombreuses espèces : Bacteroides, Clostridium, Fusobacterium, Eubacterium, Ruminococcus, Peptococcus, Peptostreptococcus, Bifidobacterium Acidité gastrique Motricité intestinale

Les premières barrières à l infection sont la peau et les muqueuses BARRIERES NATURELLES - Jonctions serrées des épithéliums - Flux liquide ou aérique longitudinal suivant l épithélium MECANIQUES CHIMIQUES - Cellules épithéliales ciliées : mouvement du mucus - Acides gras (peau) : déstabilisent paroi B. - Enzymes : lysozymes (peau, salive), pepsine - Acidité gastrique, chang t ph, acidité vaginale - Peptides antibactériens : pores / paroi B. MICROBIOLOGIQUES - La flore saprophyte concurrence les pathogènes pour la consommation des nutriments et l attachement à l épithélium et peut produire des substances microbicides

Plan I. Premières barrières à l infection : défenses extérieures II. Introduction à l immunité innée et spécifique Cellules de l immunité Antigène/Anticorps Cytokines/chimiokines Complément Organisation de la réponse immune III. Les réponses immunes varient selon les pathogènes

Qu est ce que l immunité? Mécanisme de défense qui cherche à éliminer : des agents infectieux : virus, bactéries, parasites, champignons des molécules ou particules du non-soi ou «étrangères» : médicaments, corps étrangers, greffes des cellules cancéreuses Le système immunitaire tolère le soi et vise à éliminer le non-soi Le système immunitaire est constitué de cellules et de molécules

L affaiblissement du système immunitaire prédispose aux infections PATHOGENES = MICROBES = MICRO- ORGANISMES BACTERIES VIRUS PARASITES CHAMPIGNONS IMMUNODEPRESSION Médicaments immunosuppresseurs, Déficit immunitaire inné (génétique) ou acquis (SIDA) Tuberculose Mycob. Atypiques Infections récurrentes CMV EBV HHV-8 Pneumocystose Microsporidies Crytosporidies Candidoses Aspergillose Cryptococcose = agents infectieux opportunistes

Plan I. Premières barrières à l infection : défenses extérieures II. Introduction à l immunité innée et spécifique Cellules de l immunité Antigène/Anticorps Cytokines/chimiokines Complément Organisation de la réponse immune III. Les réponses immunes varient selon les pathogènes

Les globules blancs sont les cellules de l immunité Leucocyte = globule blanc

La moelle osseuse est l organe de production des cellules sanguines Tissu hématopoiétique présent dans les os longs et le squelette axial Vaisseau central Os 2009 Nucleus Medical Media, Inc. Globules rouges Blastes Adipocytes Toutes les cellules sanguines sont dérivées des cellules souches de la moelle

Le thymus est l organe de production des lymphocytes T Organe lymphoïde primaire Colonisé par les progéniteurs T Anatomie Bilobé - Cortex : thymocytes immatures - Medulla : cellules matures

Les cellules de l immunité sont les leucocytes et ont un précurseur cellulaire commun Cellule souche Cellule myéloïde souche hématopoïétique PN: polynucléaire neutrophile PE : polynucléaire éosinophile PB : polynucléaire basophile Cellule souche lymphoïde Progéniteur Granulocytes monocytes Polynucléaires PN/PE/PB Monocyte (macrophage) Dendritiques Lymphocyte B Lymphocyte T Lymphocyte NK

Polynucléaires Neutrophiles Morphologie : cytoplasme gris clair noyau multilobé (2 à 5 lobes) granulations marron déformable (diapédèse) Propriétés : phagocytose (digestion intracellulaire de particules captées dans le milieu extérieur par les globules blancs) et bactéricidie production de médiateurs inflammatoires 12 à 14 µm

Polynucléaires Eosinophiles Morphologie : granulations rouge-orange noyau bilobé Propriétés : sécrétion de protéines cationiques - défense antiparasitaire : destruction des parasites recouverts d IgE - lyse des cell. cancéreuses (cytotoxicité) - bronchoconstriction, activation des PN 12 à 14 µm

Macrophage Morphologie Variable selon l'organe et l'état d'activation Réside dans les tissus «Histiocyte» dans les tissus conjonctifs «Cellule de Kupffer» dans le foie «Cellule microgliale» dans le tissu nerveux «Ostéoclaste» dans le tissu osseux Propriétés : Phagocytose Présentation de l'antigène Production de cytokines proinflammatoires

Lymphocytes Morphologie haut rapport nucléo-cytoplasmique chromatine mottée cytoplasme petit quelques granulations azurophiles Propriétés : variable selon le type de lymphocyte : T, B ou NK : T : T4 ou CD4 : sécrétion de cytokines T8 ou CD8 ou CTL : cellules tueuses B : production d'anticorps NK : cellules tueuses 7 à 12 µm

Le lymphocyte T CD4 sécrète des cytokines qui dirigent la réponse immunitaire T pour thymus champignons Mono/Mph NK CD4 cancers Cytokines PN parasites CD8 LB virus Anticorps bactéries

Le lymphocyte T CD8 devient une cellule T cytotoxique (CTL) T pour thymus CTL Cellule cible 2 Cellule cible 3 Cellule cible 1 Cytotoxicité = Propriété d'altérer voire de détruire les cellules qui rentrent en apoptose CTL granules cytotoxiques Mort cellulaire par apoptose

Le lymphocyte NK est une cellule tueuse (ou cytotoxique) Récepteur NK Cellule cible Cellule NK Molécule de stress cellulaire Cytotoxicité = Propriété d'altérer voire de détruire les cellules qui rentrent en apoptose granules cytotoxiques Mort cellulaire par apoptose

Le lymphocyte B devient une cellule qui produit des anticorps B pour Bourse de Fabricius (homme : moelle osseuse) BCR LyB BCR : B cell receptor (Ig de surface) Antigène Plasmocyte = lymphocyte B produisant des anticorps

Chaque leucocyte possède une ou plusieurs fonction(s) cellulaire(s) PN : Phagocytose PE/PB/Mastocyte : Parasites/ Allergie Phagocytose Présentation de l antigène Présentation de l antigène Polynucléaires PN/PE/PB Monocyte (macrophage) Dendritiques Production d anticorps CD4 : Production de cytokines CD8 : Cytotoxicité Cytotoxicité Lymphocyte B Lymphocyte T Lymphocyte NK

Immunité innée / immunité adaptative : principes Immunité innée (ou immunité naturelle) : Commun à plusieurs agents «agresseurs» : - peau, muqueuses, acidité gastrique, larmes - cellules phagocytaires et cytotoxiques - pas de mémoire immunitaire Immunité adaptative (ou spécifique) : Spécifique de l agent «agresseur» : - action dirigée de certains lymphocytes - production d'anticorps - mémoire immunitaire

Immunité innée (ou immunité naturelle) : cellules et recepteurs PAMP Pathogène 2 Pathogène 1 PRR Molécule de stress cellulaire Mph Inflammation PAMP : pathogen-associated molecular pattern PRR : pattern recognition receptor NK : Natural killer Cytotoxicité = propriété d'altérer voire de détruire les cellules Cellule cible 2 Virus 2 Cellule cible 1 Virus 1 Récepteur NK NK Cytotoxicité

Immunité adaptative (ou spécifique) : cellules et recepteur Récepteur spécifique d antigène 1 antigène 1 lymphocyte Notion de clone BCR antigène LyB Activation Production d anticorps CPA : cellule présentatrice d antigène CMH = HLA : molécule du complexe majeur d histocompatibilité BCR : B cell receptor (Ig de surface) TCR : T cell receptor TCR CPA CMH antigène LyT Activation Prolifération

Immunité innée / immunité spécifique : cellules Immunité innée Polynucléaires PN/PE/PB Monocyte (macrophage) Dendritiques Immunité adaptative Lymphocyte B Lymphocyte T Lymphocyte NK Immunité innée

Plan I. Premières barrières à l infection : défenses extérieures II. Introduction à l immunité innée et spécifique Cellules de l immunité Antigène/Anticorps Cytokines/chimiokines Complément Organisation de la réponse immune III. Les réponses immunes varient selon les pathogènes

Antigène / Anticorps Antigène Macromolécule capable d'engendrer une réponse immunitaire Anticorps Protéine soluble utilisée par le système immunitaire pour détecter et neutraliser les antigènes Les anticorps sont sécrétés par les lymphocytes B Appartient à la famille des immunoglobulines

Les antigènes sont des molécules capables d induire une réponse immune adaptative Ig de surface Pathogène LyB Antigène CMH CPA TCR Antigène LyT CPA : cellule présentatrice d antigène CMH = HLA : molécule du complexe majeur d histocompatibilité Ig: Immunoglobuline TCR : T cell receptor

Les anticorps sont des molécules solubles reconnaissant l antigène Ig de surface Pathogène LyB Antigène Il existe 5 classes d Immunoglobulines (Ig) : IgG IgA IgM IgD IgE

Les anticorps possèdent plusieurs fonctions contre les pathogènes 1- Neutralisation 2- Opsonisation 4- Activation du complément Rc Fc Phagocyte 3- ADCC Cellule cible 5- Antigène IgE Mastocyte Complément Cellule NK ADCC : antibody-dependant cellular cytotoxicity Rc Fc : récepteur du fragment Fc des immunoglobulines IgE : immunoglobuline E

Plan I. Premières barrières à l infection : défenses extérieures II. Introduction à l immunité innée et spécifique Cellules de l immunité Antigène/Anticorps Cytokines/chimiokines Complément Organisation de la réponse immune III. Les réponses immunes varient selon les pathogènes

Les cytokines/chimiokines sont des molécules solubles de communication entre les cellules IL-4 IL-12 IL-4 IL-5 IFNγ Ex: IL-1, IL-2, IL-4, IL-5, IL-6, IL-7, IL-8, IL-12, TNF, IFNg, TGFb, IL-10, G-CSF

La cascade du complément aboutit à la formation du complexe d attaque membranaire Complexes immuns Surfaces microbiennes Cellules infectées par un virus Complexe d attaque membranaire C1q - Lyse directe des Microbes (CAM) - Opsonisation (C5a, C3b) - Inflammation :. perméabilité vasculaire (C5a). dégranulation des mastocytes (C3a, C5a). contraction des muscles lisses (C5a, C3a) - Elimination de complexes immuns

Plan I. Premières barrières à l infection : défenses extérieures II. Introduction à l immunité innée et spécifique Cellules de l immunité Antigène/Anticorps Cytokines/chimiokines Complément Organisation de la réponse immune III. Les réponses immunes varient selon les pathogènes

L inflammation est un moyen de contenir l infection au stade initial Fièvre Macrophage Activation des cellules de l immunité Hyperleucocytose Vasodilatation Afflux cellules / Molécules de l immunité

La réponse immune se déroule de façon identique pour tous les pathogènes 1- Pénétration dans l organisme 2- Phagocytose Inflammation Recrutement des leucocytes R. Danger CPA 6- Etablissement de la mémoire immunitaire 3- Présentation de l antigène dans les ganglions CPA CMH TCR antigène LyT 5- Migration des lymphocytes effecteurs au site de l infection 4- Multiplication des lymphocytes spécifiques dans le ganglion TCR CD4 Th2 IL-4 CD40L CD40 IL-5 IL-6 IL-10 B B B B B B B B Plasmo. Plasmo. Plasmo.

Plan I. Premières barrières à l infection : défenses extérieures II. Introduction à l immunité innée et spécifique III. Les réponses immunes varient selon les pathogènes Réponse immune aux pathogènes intracellulaires Ex : virus, tuberculose Réponse immune aux pathogènes extracellulaires Réponse immune aux parasites

Réponse antivirale : interférons de type I, cytotoxicité NK et CTL IFN-I = Interférons de type I : activité antivirale DC/ MF Mph IL-12 TNF-α NK Cytotoxicit é IFN-γ IFN-γ LTh1 CD4 (Th1) Cytotoxicité = Propriété d'altérer voire de détruire les cellules qui rentrent en apoptose DC= cellule dendritique IFN-I Cellules infectées Cytotoxicitéé CTL B CD4 Th1 : CD4 qui produit de l IFNγ virions anticorps

Réponse antivirale : rôle central de la cellule dendritique

Réponse aux mycobactéries tuberculeuses : coopération macrophage-lymphocyte CD4 Macrophage Non Activé (ex. C. Kupfer) Macrophage Activé => Coopération CD4 Lyse des mycobactéries Rq : Déficits génétiques IL-12, Rc IFNγ => BCGite

Réponse aux mycobactéries tuberculeuses : organisation en granulomes Ni les macrophages ni les cellules T n arrivent à éradiquer le BK il reste «contrôlé» dans des lésions granulomateuses Granulome : macrophages/ cellules T/ fusion en cellules géantes M tuberculosis Cellules géantes Macrophages Cellules T Latence milieu pauvre O2 et nutriments Balance entre le pathogène et les réponses immunes de l hôte Si celles-ci faiblissent : réactivation du BK, développement des lésions

Plan I. Premières barrières à l infection : défenses extérieures II. Introduction à l immunité innée et spécifique III. Les réponses immunes varient selon les pathogènes Réponse immune aux pathogènes intracellulaires Réponse immune aux pathogènes extracellulaires Ex : bactéries pyogènes : immunité innée, choc septique Réponse immune aux parasites

Réponse antibactérienne : inflammation marquée Phagocytose : Digestion intracellulaire de particules captées dans le milieu extérieur Inflammation : Clinique = rougeur, chaleur, œdème, douleur Immunologie = activation du macrophage et production de cytokines pro-inflammatoires Pyogène : qui fabrique du pus = neutrophiles, débris, cellules mortes

Réponse antibactérienne : réponse adaptative au site de l infection

Choc septique : lésions des cellules endothéliales composant la paroi interne des vaisseaux Activation de la coagulation, du complément Bacille à Gram négatif Macrophage Activation des neutrophiles, radicaux oxygénés, protéases Activation plaquettaire Libération par les LyT d IL2, IFNγ, GM- CSF TNFα, IL-1, IL-6 Lésions des cellules endothéliales Lésion des cellules endothéliales CHOC SEPTIQUE

Plan I. Premières barrières à l infection : défenses extérieures II. Introduction à l immunité innée et spécifique III. Les réponses immunes varient selon les pathogènes Réponse immune aux pathogènes intracellulaires Réponse immune aux pathogènes extracellulaires Réponse immune aux parasites Ex: helminthes : IgE, éosinophiles

La réponse immune aux helminthes : IgE, éosinophiles, mastocytes parasite IgE Mastocyte ou Eosinophile Dégranulation : - Eosinophile : facteurs toxiques pour le parasite - Mastocytes : histamine, facteurs attirant les éosinophiles

La réponse immune aux helminthes : réponse locale dans la muqueuse intestinale Muscle lisse DC I. non spécifique I. spécifique

Résumé : 3 voies principales de réponse immune adaptative : CTL, Th1/macrophage, Th2/Ac virus bact. intracell. toxines

Conclusion : les bras armés de la réponse immune varient selon les pathogènes PATHOGENES = MICROBES = MICRO- ORGANISMES BACTERIES MYCOBACTERIES VIRUS PARASITES INFECTIONS FUNGIQUES = MYCOSES = CHAMPIGNONS EXTRA CELL. INTRA CELLUL. INF AIGUES INF CHRO- NIQUES HELM- INTHES PROTO- ZOAIRES SUPER- FICIELLES SYSTE- MIQUES.REPONSE IgG.COMPLEMENT.PHAGOCYTES.INTERFERONS I.REPONSE CELLULAIRE T CD8 AIGUE.BARRIERES NATURELLES.REPONSE IgE.EOSINOPHILES.BARRIERES NATURELLES.COOPERATION CD4/MACROPHAGE.INTERFERONS I.REPONSE CELLULAIRE T CD8 CHRONIQUE.REPONSE CELLULAIRE T.PHAGOCYTES.REPONSE CELLULAIRE T