Système immunitaire MMEDB203 – SVETB303 Version du 04/03/2015 Chapitre 4 Système Immunitaire 1 Système immunitaire MMEDB203 – SVETB303 Version du 04/03/2015 Préambule Malgré l'image d'une discipline historiquement très descriptive, l'histologie a évolué et n'a jamais été aussi importante qu'aujourd'hui dans un cursus (bio)médical. Le diagnostic de maladies repose de plus en plus sur l'analyse de fragments tissulaires (biopsie exploratoire, examen ex-tempore durant une résection chirurgicale, prélèvement post-mortem) au moyen de techniques avancées d'histologie. Pour bien comprendre les causes, les mécanismes et les conséquences des maladies, il est impératif de connaître l'histologie des organes dans un contexte normal. La connaissance de la biologie cellulaire et moléculaire ajoute une nouvelle dimension à l'histologie et permet de mieux comprendre les pathologies qui seront abordées plus tard dans le cursus de l'étudiant. Les notes de cours complètent l’enseignement dispensé en auditoire et les supports fournis sur WebCampus. Elles contiennent toutes les informations sur la morphologie des organes/des tissus dans un contexte normal et les relations à leur(s) fonction(s). Ces notes sont assez complètes et font parfois appel à des notions abordées dans d’autres disciplines comme l’embryologie, l’anatomie, la biochimie ou la physiologie. Elles visent non pas à assommer l’étudiant par de nombreuses informations multidisciplinaires mais plutôt à le pousser à essayer de comprendre les liens entre structure et fonction, à le sensibiliser au fait que toutes les disciplines sont interdépendantes et qu’elles ne peuvent s’aborder isolément. Le but recherché est que l’étudiant puisse se forger sa propre vision du fonctionnement d’un organe ou d’un système de manière transdisciplinaire à partir d’une bibliothèque de cours monodisciplinaires. AVERTISSEMENT ! Les présentes notes de cours constituent une version temporaire, non illustrée et non corrigée. Ressources bibliographiques : * Histologie humaine, Alan Stevens & James Lowe, De Boeck, 2e édition, 1997 * Histologie humaine, Alan Stevens & James Lowe, Elsevier Masson, 3e édition, 2006 * Histologie et biologie cellulaire : Une introduction à l'anatomie pathologique, Abraham L. Kierszenbaum, 1ère édition, 2006 * Anatomie pathologique : Atlas de Wheater, Stevens, Lowe & Young, De Boeck, 2004 * Les bases de l’immunologie fondamentale et clinique, Abul K. Abbas & Andrew H. Lichtman, Elsevier Masson, 4e édition, 2013 * Immunologie, Roitt, Brostoff & Male, De Boeck, 1997 * http://www.isto.ucl.ac.be/safe/lymph1.htm * http://www.isto.ucl.ac.be/safe/lymph3.htm 2 Système immunitaire MMEDB203 – SVETB303 Version du 04/03/2015 4 Le système immunitaire 4.1 Introduction Le système immunitaire est un des moyens mis en œuvre par l’organisme pour se défendre contre les pathogènes et les corps étrangers. Il comprend des cellules immunitaires spécialisées dans la reconnaissance du « non-soi » et des organes où se déroulent les étapes essentielles de l’activation des cellules immunitaires. Pour se protéger contre les agressions extérieures, l’organisme met en place une triple protection : - des barrières physico-chimiques ex : barrière cutanéo-muqueuse au niveau de la peau, au niveau du tube digestif, sécrétions muqueuses au niveau respiratoire, environnement acide au niveau du vagin … - la réaction inflammatoire aiguë - la réponse immunitaire L’immunité est l’ensemble des mécanismes biologiques permettant à un organisme (i) de reconnaître et de tolérer le « SOI » et (ii) de reconnaître et rejeter le « non-soi » (substances étrangères, agents infectieux, ses propres constituants altérés…). Le système immunitaire est un ensemble de cellules, d’organes et de molécules disséminés dans l’organisme, constituant le tissu lymphoïde. La réaction inflammatoire est un procédé non spécifique qui se met en place dès qu’une brèche du système de protection ou qu’une lésion apparait. Elle se déroule toujours de la même façon quel que soit l’agresseur. La réponse immunitaire quant à elle se subdivise en une réponse dite naturelle/innée et une réponse dite acquise/spécifique. La réponse immunitaire se déroule la plupart du temps en deux phases, la réponse naturelle précédant toujours la réponse acquise. L’immunité naturelle ou innée est responsable de la protection initiale contre les infections. Rapidement mise en place, elle reconnaît des motifs consensus à la surface des intrus (bactéries, virus). Le système immunitaire inné réagit habituellement de la même manière lors de contacts répétés avec un microbe tandis que le système immunitaire adaptatif répond plus efficacement à chaque rencontre successive. L’immunité acquise ou adaptative se met en œuvre après l’immunité innée, lorsqu’un individu est exposé à un agent pathogène infectieux. L’immunité acquise ou adaptative met en œuvre une défense plus spécialisée, plus efficace mais aussi plus lente. Ce mode d’immunité requiert l’expansion et la différenciation de lymphocytes spécifiques au pathogène en présence. Les lymphocytes B et T ainsi que les cytokines sont directement impliquées dans la genèse d’une réponse immune adaptative. Pour que cette réponse immune se réalise, l’immunité acquise se fonde sur des mécanismes effecteurs assurés par des cellules et des molécules solubles : les cellules présentatrices d’antigènes (dont les macrophages et les cellules dendritiques), les lymphocytes B et T, les anticorps et les cytokines. Sur le plan phylogénétique, l’immunité innée est plus ancienne (on la retrouve et a été caractérisé chez la mouche Drosophile – D. melanogaster); évolutivement parlant, le système immunitaire adaptatif s’est développé plus tard. Ce chapitre sera consacré à décrire les principaux rôles du système immunitaire ainsi que les cellules effectrices du système immunitaire. Ces notions seront approfondies dans le cours d’Immunologie. Une attention toute particulière sera 3 Système immunitaire MMEDB203 – SVETB303 Version du 04/03/2015 portée sur les organes impliqués dans la surveillance immunitaire ou l’initiation d’une réponse immune ; les organes lymphoïdes. 4.2 Les cellules et composants du système immunitaire 4.2.1 Le système immunitaire inné 4.2.1.1 Organisation et types cellulaires Tous les organismes multicellulaires possèdent des mécanismes intrinsèques de défense contre les infections et des mécanismes pour se débarrasser des cellules endommagées ou nécrotiques ; ils constituent l’immunité innée. La 1ère ligne de défense de cette immunité est la barrière épithéliale ainsi que les cellules spécialisées associées aux épithéliums et des molécules antibactériennes naturellement présentes dans les épithéliums. Ces composants unissent leurs efforts dans le but de bloquer la pénétration initiale d’éventuels pathogènes. Si un microbe réussit à effracter la barrière épithéliale, il se fait attaquer par une population de lymphocytes particuliers, appelés cellules tueuses naturelles (natural killer cells), par les polymorphonucléaires et les macrophages résidents du derme et par les protéines plasmatiques du système du complément. L’effraction de la barrière épithéliale est la plupart du temps accompagnée d’une réaction inflammatoire favorisant le recrutement de cellules immunitaires à partir du compartiment sanguin1 (cf notions de diapédèse et chimiotactisme des leucocytes abordés dans le chapitre sur le Sang). La description de l’inflammation sortant du cadre d’un cours d’histologie, celle-ci sera décrite au cours d’Immunologie. Ce premier système de défense « rudimentaire » a la propriété d’être rapidement activé et de reconnaitre un certain range de pathogènes. En outre, il va stimuler les réponses immunitaires adaptatives, qui seront plus efficaces contre les pathogènes ayant échappé au système de défense inné. Par exemple les macrophages résidents de la peau appelés cellules de Langerhans, disséminées dans les couches épidermiques sont capables de phagocyter les micro-organismes, les dégrader en peptides antigéniques, migrer vers les ganglions lymphatiques et activer la réponse immunitaire spécifique par présentation des antigènes aux lymphocytes T. L’immunité innée est le plus simple mécanisme de défense, ne requiert pas d’exposition préalable à un agent pathogène et se déclenche rapidement. Parmi les types cellulaires participant aux défenses immunitaires non spécifiques, citons essentiellement les lymphocytes intraépithéliaux (dont les lymphocytes T γδ et les lymphocytes NKT), les lymphocytes NK, les polymorphonucléaires (neutrophiles, éosinophiles, basophiles), les mastocytes, les macrophages et les cellules dendritiques. Les deux types de phagocytes circulants, les neutrophiles et les monocytes, sont des cellules sanguines rapidement recrutées au niveau du site d’infection, où ils 1 Pour rappel, en réaction à une infection, un pool médullaire de polymorphonucléaires neutrophiles peut être mobilisé et la production de neutrophiles à partir de leurs précurseurs médullaires peut être boostée par l’intermédiaire de cytokines comme l’IL-1 ou le GM-CSF. 4 Système immunitaire MMEDB203 – SVETB303 Version du 04/03/2015 reconnaissent et ingèrent les microbes afin de les détruire dans leur phagolysosome. Ces cellules ainsi que leurs propriétés ont été précédemment abordées. Les polymorphonucléaires neutrophiles, chez l’Homme, sont les leucocytes les plus nombreux dans le sang. En réaction à une infection, leur nombre croît très rapidement dans le sang, recrutés depuis le pool médullaire. Ils sont le premier type cellulaire à répondre vis-à-vis des infections bactériennes et fongiques et sont les cellules prédominantes en cas d’inflammation aiguë. A noter qu’ils sont aussi recrutés dans les lésions tissulaires en absence d’infection, où ils sont responsables de la clearance des débris et tissus morts (par exemple après un choc traumatique). Les neutrophiles ne vivent que quelques heures dans les tissus et meurent rapidement après phagocytose (cf le pus). Ils sont les premiers sur site mais n’assurent pas une défense prolongée. Les monocytes accomplissent aussi un rôle de phagocyte dans le sang et les tissus. Un monocyte qui quitte le compartiment vasculaire et pénètre les tissus se différencie en macrophage, qui contrairement au neutrophile, peut perdurer longtemps dans les tissus. Leur rôle est d’ingérer et de détruire les microbes, éliminer les tissus morts et produire des cytokines qui déclenchent et régulent l’inflammation. Les cellules dendritiques, une fois au contact des microbes, produisent de nombreuses cytokines qui initient l’inflammation et la réponse immunitaire adaptative. Elles constituent un pont fondamental entre immunité innée et immunité adaptative (voir figure ci-dessous). Ce sont LES cellules présentatrices d’antigènes par excellence. Elles seront abordées plus en détail lors du paragraphe consacré aux interactions cellules dendritiques et lymphocytes, dans l’immunité acquise. Les mastocytes sont retrouvés en nombre plus important dans la peau et les muqueuses (digestive, respiratoire). Ils contiennent des granules (voir chapitre sur le Sang) riche en amines vaso-actives, telles l’histamine, qui provoquent une vasodilatation et une augmentation de la perméabilité capillaire, mais aussi des enzymes protéolytiques efficaces contre des bactéries ou des toxines. Ils participent à l’inflammation par sécrétion de TNF ou de prostaglandines. Ils constituent un mécanisme de défense contre les parasites extracellulaires de type helminthes et sont impliqués dans les états allergiques (hypersensibilité). Les cellules NK ou lymphocytes NK2. Ces cellules tueuses naturelles appartiennent à la classe des lymphocytes. Elles reconnaissent « naturellement » les cellules infectées par un pathogène intracellulaire (ex : virus), des cellules tumorales ou des cellules stressées et répondent en tuant ces cellules. Les lymphocytes NK ont une morphologie atypique sur les frottis de sang : de plus grande taille (entre 9 et 15 µm) que les lymphocytes T et B, leur cytoplasme contient des granulations azurophiles. Ils sont présents dans le sang et la rate. Ces cellules possèdent des récepteurs à l’interleukine-2 (IL-2R), par laquelle elles sont activées pour tuer des cellules anormales comme les cellules tumorales ou celles infectées par un virus ; ce sont donc des cellules tueuses (« tueuses naturelles »). Ces cellules peuvent être immunophénotypées au moyen d’anticorps dirigés contre le CD56 ou le NKG2D3. Leur mécanisme cytotoxique repose sur la libération de leurs granules cytotoxiques 2 3 Attention, ces cellules diffèrent des lymphocytes NKT. Elles n’expriment pas le CD3. 5 Système immunitaire MMEDB203 – SVETB303 Version du 04/03/2015 contenant perforines et granzymes. Les perforines se polymérisent à la surface de la cellule cible et trouent littéralement la membrane plasmique de celle-ci. Les granzymes libérés dans le cytoplasme de la cible vont activer le mécanisme d’apoptose et la mort de la cellule infectée. En parallèle, elles sécrètent une cytokine activatrice des macrophages, l’IFN-γ, qui stimule les macrophages à éliminer les pathogènes phagocytés. Les lymphocytes NK ne sont ni T ni B. Les lymphocytes T γδ. Les lymphocytes Tγδ sont localisés en majorité dans les épithéliums des muqueuses digestive, respiratoire, cutanée, vaginale et utérine. Ils constituent 5 à 10 % de la population totale de lymphocytes T. Comme les autres lymphocytes T, cette sous-population γδ possèdent un récepteur pour l’antigène appelé TCR, mais à l’instar des lymphocytes T « classiques », les T γδ n'expriment pas les co-récepteurs CD4 et CD8 classiquement associés au TCR. Leur TCR est composé de deux chaînes protéiques : ɣ et δ, par opposition au TCR des lymphocytes T conventionnels qui est constitué des chaînes α et β. Le répertoire du TCR γδ est plus restreint que celui du TCR αβ. De manière étonnante, l’activation des lymphocytes T γδ peut se faire de manière indépendante à toute présentation antigénique via les molécules du CMH (Complexe majeur d'histocompatibilité) afin de le reconnaître. Ces lymphocytes T reconnaissant une très grande variété d'antigènes (peptidique, lipidique, glycolipidique, ...). Suite au contact avec l'antigène, les lymphocytes T γδ s'activent et se multiplient en présence d'interleukine-2 Classification des cellules immunitaires en fonction de leur « appartenance » au système immunitaire inné ou adaptatif. A noter, certaines cellules sont à cheval entre l’immunité innée et adaptative, c’est le cas des cellules dendritiques. Adapté de Glenn Dranoff, Nature Reviews Cancer 4, 11-22, 2004. 4.2.1.2 Récepteurs de l’immunité innée Les récepteurs que le système immunitaire inné utilise pour reconnaître des microbes ou des cellules endommagées sont exprimés sur les phagocytes, les cellules dendritiques, certains types de lymphocytes et même les cellules épithéliales et endothéliales. Ces récepteurs sont localisés dans différents compartiments cellulaires 6 Système immunitaire MMEDB203 – SVETB303 Version du 04/03/2015 selon l’endroit où les pathogènes ou débris cellulaires peuvent se localiser : au niveau de la membrane plasmique, dans le cytosol ou à l’intérieur de vésicules endosomales. Les Toll-like receptors (TLR) ont été découverts chez la mouche drosophile où ils jouent un rôle fondamental de protection contre les infections. Les récepteurs de type Toll appartiennent à la famille des récepteurs de reconnaissance de motifs moléculaires. Considérés comme des mécanismes de l’immunité innée, car peu spécifiques, les récepteurs de type Toll reconnaissent des motifs moléculaires conservés (de surface ou intracellulaires) chez de nombreux pathogènes (bactérie, virus, parasite). Ces motifs moléculaires associés aux pathogènes, appelés PAMP4 sont de natures variées : protéique, glucidique ou encore acide nucléique. A ce jour, on connaît 13 TLR chez les mammifères dont 10 sont exprimés chez l’Homme. L’engagement des TLR par leur ligand respectif active une cascade de signalisation intracellualaire menant à l’expression de facteurs de transcription qui stimulent l’expression de cytokines, de molécules d’adhérence, d’enzymes et autres protéines impliquées dans l’activation des fonctions antimicrobiennes. Parmi les facteurs de transcription, NF-κB (nuclear factor kappa B) est un des plus importants. Récepteur Localisation Ligand TLR1 Membrane plasmique Peptides de paroi bactérienne ou fongique TLR2 Membrane plasmique Peptides de paroi bactérienne ou fongique TLR3 Endosome ARN double brin TLR4 Membrane plasmique LPS (lipopolysaccharide) bactérien TLR5 Membrane plasmique Flagelline bactérienne TLR6 Membrane plasmique Peptides de paroi bactérienne ou fongique TLR7 Endosome ARN simple brin TLR8 Endosome ARN simple brin TLR9 Endosome Principaux TLRs identifiés chez l’Homme ainsi que leurs ligands. ADN double brin De nombreux autres types de récepteurs jouent un rôle dans les réponses immunitaires innées contre les microbes. Par exemple, un récepteur de surface cellulaire exprimé par les phagocytes reconnaît des peptides qui commencent par la N-formyl méthionine (peptides fMLP), propre aux protéines bactériennes. Ce récepteur est appelé FPR pour N-formylpeptide receptor. Des récepteurs de type lectine comme les récepteurs au mannose (reconnaissant donc des glucides) sont spécifiques de glycanes fongiques ou bactériens. Ils sont impliqués dans la phagocytose des champignons et bactéries ainsi que dans la réaction inflammatoire. Les récepteurs au système du complément (CR) ou des récepteurs à la fraction Fc des immunoglobulines (FcR) sont exprimés à la surface de phagocytes et favorisent la phagocytose de microbes ayant été recouverts par des facteurs du complément ou des anticorps. Ce phénomène appelé opsonisation est abordé dans le chapitre sur le Sang. 4 Appelés PAMP pour pathogen-associated molecular pattern. 7 Système immunitaire MMEDB203 – SVETB303 Version du 04/03/2015 4.2.1.3 Autres mécanismes effecteurs de l’immunité innée Le système du complément est un ensemble de protéines circulantes jouant un rôle dans la défense de l’organisme contre les microbes. De nombreuses protéines du complément sont des enzymes protéolytiques déclenchées par activation séquentielle (cascade enzymatique). La protéine plasmatique C3 en est un composant central, elle est clivée par les enzymes initiaux en C3b, qui se fixe de manière covalente aux microbes. Cette liaison favorise la phagocytose par les phagocytes spécialisés du système immunitaire, ceux-ci étant munis de récepteurs aux C3b. Ce processus de marquage est dénommé opsonisation. Certains autres fragments protéolytiques de la cascade du complément, comme le C5a et la C3a, ont des propriétés chimiotactiques sur les leucocytes. Les étapes ultimes de la cascade du complément culminent avec le recrutement d’un complexe d’attaque membranaire à la surface des microbes recouverts par le complément. Ce complexe s’insère littéralement dans la membrane bactérienne, perturbant la perméabilité membranaire et causant ainsi soit une lyse osmotique soit une activation de l’apoptose. La protéine plasmatique mannose-binding lectin reconnaît les glucides microbiens et peut recouvrir les microbes afin qu’ils soient phagocytés par les phagocytes professionnels, possédant le récepteur au motifs mannose. La protéine C-réactive (CRP, C-reactive protein en anglais) est une protéine plasmatique pentamérique synthétisée par le foie. Elle appartient aux protéines de Chez un individu sain, le taux sanguin phase aiguë car la CRP est un marqueur très de CRP est inférieur à 5 mg/l. Ce taux précoce, sensible et spécifique de la peut augmenter en cas d’inflammation. La CRP est considérée comme un réaction inflammatoire, augmentant biomarqueur sérique utilisé dans le suivi proportionnellement à son intensité. La d’infections ou des états inflammatoires. CRP peut se lier à la phosphorylcholine des La normalisation de son taux étant un microbes et les opsonise en vue de les indice que le phénomène infectieux est phagocyter par les macrophages, qui sous contrôle. expriment un récepteur pour la CRP. En réponse à la présence de microbes, les macrophages et les cellules dendritiques sécrètent de nombreuses cytokines, médiateurs solubles servant de moyens de communication entre leucocytes mais aussi entre leucocytes et cellules n’appartenant pas au système immunitaire. Parmi les cytokines les plus importantes au niveau de la réponse immune innée, soulignons l’interleukin-1 (IL-1) et le facteur de nécrose tumorale (TNF, tumor necrosis factor en anglais). Ces deux cytokines participent au recrutement des polymorphonucléaires neutrophiles et des monocytes sanguins au niveau des foyers infectieux. Le TNF et l’IL-1 exercent des effets systémiques, notamment la fièvre par action sur les noyaux hypothalamiques. En plus, ces deux cytokines stimulent la production hépatique des protéines de phase aiguë comme la CRP et le fibrinogène, aidant à la lutte anti-microbienne. 8 Système immunitaire MMEDB203 – SVETB303 Version du 04/03/2015 4.2.2 Le système immunitaire adaptatif 4.2.2.1 Organisation et types cellulaires Alors que les mécanismes de l’immunité innée reconnaissent des motifs consensus partagés par plusieurs classes de microbes, les cellules de l’immunité adaptative, les lymphocytes en l’occurrence, expriment des récepteurs capables de reconnaître une variété encore plus grande de molécules produites par les microbes. Ces molécules microbiennes sont appelées antigènes. Les agents exogènes sont tout d’abord captés et processés par des cellules présentatrices de l’antigène, comme les macrophages et les cellules dendrititques, sortes de poste avancé à l’affût de toute invasion pathogène. Les éléments étrangers sont morcelés en petits peptides qui seront utilisés comme antigènes présentés aux cellules effectrices du système immunitaire adaptatif : les lymphocytes. Les lymphocytes reconnaissent les antigènes étrangers en se liant de façon spécifique à eux 5. Après liaison, ces lymphocytes peuvent proliférer et élaborer une réponse immunitaire spécifique, de deux types : - L’immunité à médiation cellulaire, caractérisée par l’action conjointe des lymphocytes T et des macrophages, pour détruire des pathogènes la plupart du temps intracellulaires - L’immunité à médiation humorale, caractérisée par la sécrétion d’anticorps (immunoglobulines) spécifiques de l’antigène depuis le clone de lymphocytes B sélectionné, et ce dans le but de neutraliser des pathogènes la plupart du temps extracellulaires A souligner que ces deux types de réponses immunitaires coexistent et coopèrent pour élaborer une réponse globale afin d’éliminer efficacement les intrus pathogènes. La réponse immunitaire peut se dérouler dans tous les organes du corps humain6 mais la programmation, le stockage et la prolifération des cellules effectrices immunitaires ont lieu principalement dans les organes lymphoïdes : moelle hématopoïétique, thymus, rate, ganglions lymphatiques et tissu lymphoïde associé aux muqueuses ou tissu lymphoïde disséminé7. Les deux classes cellulaires clefs impliqués dans la réponse immunitaire adaptative sont les lymphocytes et les cellules accessoires. Chaque cellule peut être identifiée par l’expression de marqueurs membranaires ou cytoplasmiques spécifiques à chaque lignée. Une nomenclature internationale attribue un nom à chaque marqueur, appelé CD pour cluster of differentiation. Chaque cellule peut ainsi être immunophénotypée par application d’anticorps dirigés contre l’un ou l’autre CD (voir tableau ci-dessous). Ces marqueurs peuvent parfois distinguer le stade de différenciation de la cellule au sein de sa lignée et même l’état d’activation. 5 L’antigène 1 sera reconnu par un lymphocyte 1 mais ne sera pas reconnu par le lymphocyte 2 ; la reconnaissance antigénique est très spécifique et mène à l’activation d’un « clone » de lymphocyte (le lymphocyte 1), celui-ci va subir une expansion clonale, càd se multiplier un très grand nombre de fois. 6 Attention, certaines zones de l’organisme sont plus difficilement accessibles que d’autres, on les appelle territoires immuns privilégiés ex : cerveau (car barrière hémato-encéphalique), testicule (car barrière hémato-testiculaire), œil et placenta. 7 Les organes lymphoïdes primaires sont la moelle hématopoïétique et le thymus. Les organes lymphoïdes secondaires sont les ganglions lymphatiques, la rate, et autres tissus lymphoïdes périphériques (MALT, …). 9 Système immunitaire MMEDB203 – SVETB303 Version du 04/03/2015 CD Expression Fonction CD3 Lymphocyte T Lymphocyte T auxiliaire CD4, monocyte Lymphocyte T cytotoxique CD8 Complexe du récepteur T (TCR) CD4 CD8 Récepteur CMH de classe II Récepteur CMH de classe I Partie du complexe du récepteur B (BCR) Signalisation pour l’activation et la prolifération du lymphocyte B CD19 Lymphocyte B CD20 Lymphocyte B CD21 Lymphocyte B différencié CR2 ou récepteur au C3d CD40 Lymphocyte B, cellule dendritique Récepteur au CD40L, costimulation CD45RA Lymphocyte T naïf Phosphatase, activation cellulaire CD45RO Lymphocyte T effecteur Phosphatase, activation cellulaire CD56 Lymphocyte NK NCAM CD79a Lymphocyte B CD79b Lymphocyte B Igα, partie du complexe du récepteur B (BCR) Igβ, partie du complexe du récepteur B (BCR) Cellule dendritique, macrophage, Récepteur au CD28, costimulation lymphocyte B Cellule dendritique, monocyte, CD86 Récepteur au CD28, costimulation lymphocyte B Principales molécules CD des cellules du système immunitaire. TCR, T cell receptor ; CMH, complexe majeur d’histocompatibilité ; BCR, B cell receptor ; NCAM, neural cell adhesion molecule CD80 Pour rappel, les cellules du système immunitaire dérivent toutes de la cellule souche hématopoïétique (CSH) localisée dans la moelle hématopoïétique. Cette CSH se divise notamment pour produire d’un côté un progéniteur lymphoïde commun, à l’origine des lymphocytes B et T, et d’un autre côté le progéniteur commun CFUGEMM (voir chapitre hématopoïèse). Une fois arrivés à maturation et relargués hors de la moelle osseuse, les lymphocytes B peuvent, le cas échéant lors d’une rencontre avec l’antigène, se différencier en plasm(at)ocytes sécréteurs d’anticorps. Les lymphocytes T, relargués à partir de la moelle osseuse, ne sont pas du tout matures, ils doivent subir une phase de différenciation terminale au niveau du thymus. Là, ils se différencient en cellules effectrices auxiliaires (« helper ») T CD4+, capables d’activer les autres cellules du SI, ou en cellules effectrices cytotoxiques (« cytotoxic ») T CD8+, capables de tuer des cellules infectées par des pathogènes intracellulaires. Comme vu précédemment il existe 3 grandes classes de lymphocytes : les lymphocytes B, les lymphocytes T et les cellules NK (natural killer). Leur aspect morphologique a été abordé lors du chapitre sur le Sang. Les lymphocytes B se développent dans la moelle hématopoïétique (=organe lymphoïde primaire) à partir d’un précurseur pré-B sous l’influence de l’interleukine7. Les lymphocytes B matures expriment le récepteur B (BCR, B cell receptor), le CD19 et le CD20. Les lymphocytes B sont présents dans le sang à raison de 10 à 15% de l’ensemble des lymphocytes. Cependant, ils se concentrent surtout dans les tissus et organes lymphoïdes (« phénomène de homing ») ou migrent par diapédèse dans les tissus de l’organisme. Chez les oiseaux, les lymphocytes B se développent dans la bourse de Fabricius, d’où leur nom de cellules bursales (« B » de lymphocyte B). Les 10 Système immunitaire MMEDB203 – SVETB303 Version du 04/03/2015 lymphocytes B matures sont en perpétuelle circulation dans l’organisme, ce qui est à mettre en lien avec leur rôle de surveillant immunitaire. En réponse à la fixation de l’antigène à leur BCR ainsi qu’aux signaux d’activation en provenance de lymphocytes T, ils entament un programme d’activation vers le phénotype de plasmocytes. Après avoir été activés, les lymphocytes B prolifèrent, le nucléole devient volumineux, le cytoplasme s’étend. Ces cellules sont nommées lymphoblastes, centroblastes et immunoblastes, en fonction de différences cytologique et topographique. Ultimement, ils se différencieront en plasmocytes. Les lymphocytes B expriment aussi le complexe majeur d’histocompatibilité de classe II (CMH II), grâce auquel ils peuvent présenter des antigènes apprêtés aux lymphocytes T. Les plasmocytes sont des cellules spécialisées et dédiées à la synthèse d’immunoglobulines. Ils se localisent principalement dans les formations lymphoïdes secondaires (ex : ganglion lymphatique, tissus lymphoïdes associés aux muqueuses), d’où ils sécrètent en masse des immunoglobulines. Pour rappel, les plasmocytes sont des cellules de forme pyramidales dont le cytoplasme est intensément basophile, en lien avec leur importante sécrétion de protéines (R.E.G. et ribosomes développés), une zone claire périnucléaire correspondant à l’appareil de Golgi (appareil d’exportation des protéines). La chromatine du noyau se dispose en rayon de roue, le nucléole est volumineux. Les lymphocytes B, plasmocytes et immunoglobulines présents dans le sang, la lymphe ou autre liquide corporel constituent les éléments essentiels de la réponse immunitaire humorale. Les progéniteurs des lymphocytes T se développent d’abord dans la moelle hématopoïétique (=organe lymphoïde primaire) à partir de la cellule souche hématopoïétique. Très vite, ils migrent de la moelle vers le thymus (=organe lymphoïde primaire) où ils subissent une grande partie de leur processus de maturation, d’où leur nom de cellule « T », pour thymus. Le progéniteur le plus immature détecté dans le thymus est le lymphocyte pro-T ou lymphocyte double négatif CD4- CD8-. Dans le thymus, les lymphocytes localement appelés thymocytes augmentent en nombre sous l’influence de l’interleukine-7 produite par le thymus et ils subissent les processus de maturation et sélection thymique (voir plus loin). De ces processus émergent deux populations de lymphocytes T simples positifs : qui sont soit CD8+, reconnaissant les molécules du CMH de classe I, soit CD4+, reconnaissant les molécules du CMH de classe II. En cas d’activation adéquate, les lymphocytes T CD4+ peuvent se transformer en lymphocytes T auxiliaires (T helper en anglais, abrégé Th), coordonnant la réponse immune tandis que les lymphocytes T CD8+ peuvent se transformer en lymphocytes T cytotoxiques, capables d’attaquer les cellules tumorales ou les cellules infectées par un pathogène intracellulaire ex : virus. Les lymphocytes T matures au sortir du thymus se concentrent dans les organes lymphoïdes secondaires, ils patrouillent également dans le sang qu’ils quittent volontiers pour pénétrer les tissus par diapédèse. Les lymphocytes T matures expriment le récepteur T (TCR, T cell receptor) et le CD3. Stimulés par un antigène approprié, les lymphocytes T prolifèrent. Ils sont ensuite capables de recruter et de coordonner les autres cellules du système immunitaire (T CD4+) ou s’en prendre directement aux cellules infectées (T CD8+). La façon dont les cellules immunitaires communiquent entre elles passent par des contacts directs (interactions cellulaires médiées par des jeux de récepteurs – ligands) ou par des médiateurs solubles circulants comme les cytokines (comprenant la famille des interleukines). 11 Système immunitaire MMEDB203 – SVETB303 Version du 04/03/2015 Les lymphocytes T et les cytokines qu’ils sécrètent sont les éléments essentiels de la réponse immunitaire à médiation cellulaire. Il existe plusieurs sous-populations de lymphocytes T classés en fonction des molécules de membrane qu’ils expriment et des mécanismes immunitaires effecteurs qu’ils engendrent. La plupart des lymphocytes T circulants possèdent un TCR de type 2, TCR-2 (voir 1.2.2.3.). Les lymphocytes TCR-2+ se subdivisent en 3 populations : - les lymphocytes T auxiliaires/helpers, abrégés Th et exprimant le CD4 - les lymphocytes T cytotoxiques, exprimant le CD8 - les lymphocytes T régulateurs Les lymphocytes T CD4+ sont impliqués dans l’immunité à médiation cellulaire, où ils activent le système de défense des macrophages mais aussi coordonnent les autres lymphocytes à exercer leur fonction, notamment les lymphocytes B à sécréter les anticorps. Ils renforcent par là la réponse immunitaire à médiation humorale. Les lymphocytes T CD4+ reconnaissent un antigène, grâce à leur TCR, lorsqu’il est présenté par des cellules exprimant le CMH de classe II. Les lymphocytes T CD8+ sont impliqués dans l’immunité à médiation cellulaire. Ils reconnaissent un antigène, grâce à leur TCR, lorsqu’il est présenté par des cellules exprimant le CMH de classe I. Lorsque cette cellule est activée, elle exerce des fonctions cytotoxiques à l’encontre de cellules anormales ou infectées par un pathogène intracellulaire, en libérant perforines et granzymes (voir lymphocytes NK) ou en exprimant le ligand de Fas8. Les lymphocytes T régulateurs sont capables d’inhiber ou atténuer la réponse immunitaire. La plupart des lymphocytes T régulateurs sont CD4+ CD25+ et expriment le facteur de transcription Foxp3. Finalement les lymphocytes TCR-1+ n’expriment ni le CD4 ni le CD8. Ils sont abondants dans les tissus associés aux muqueuses et possèdent très souvent des propriétés cytotoxiques. Au sein même de la population de lymphocytes T helper (Th), on a classé les cellules en fonction de leurs profils cytokiniques et leur propension à générer une réponse immune plutôt à médiation cellulaire ou à médiation humorale. - Les lymphocytes Th1 sécrètent de l’IL-2 et de l’IFN-γ et favorisent une réponse immune à médiation cellulaire. - Les lymphocytes Th2 sécrètent de l’IL-4, IL-5, IL-9, IL-10, IL-13 et favorisent une réponse immune à médiation humorale. - Les lymphocytes Th17 sécrètent de l’IL-17, IL-21, IL-22 et boostent la fonction antibactérienne des PMN neutrophiles. 8 Fas ligand en se liant à la protéine Fas induit l’apoptose sur la cellule cible. 12 Système immunitaire MMEDB203 – SVETB303 Version du 04/03/2015 Les cellules présentatrices d’antigènes (CPA). Les cellules présentatrices d’antigènes phagocytent du matériel antigénique, le fragmentent au travers de leur machinerie enzymatique (fusion des phagosomes avec des lysosomes) en peptides de 13 à 18 acides aminés, l’apprêtent en l’associant aux molécules du CMH de classe II9 et le présentent aux lymphocytes. La plupart des CPA dérivent du sang et expriment des marqueurs de la lignée leucocytaire10. Les CPA possèdent des prolongements cytoplasmiques fins et ramifiés, leur permettant d’augmenter la surface membranaire et d’être en contact avec des antigènes éloignés ou d’autres cellules. Les cellules Parmi les CPA professionnelles, citons : dendritiques retrouvées dans les tissus - les cellules de Langerhans de sont des CPA professionnelles. Dans l’épiderme certaines circonstances, les macrophages - les cellules dendritiques réticulaires des ganglions tout comme les lymphocytes B peuvent - les cellules folliculaires dendritiques eux aussi jouer le rôle de CPA. Une (follicules lymphoïdes) particularité de toutes les CPA est - les cellules dendritiques tissulaires l’expression à haut niveau des molécules - les cellules microgliales du SNC du CMH de classe II11. 4.2.2.2 Les anticorps Les anticorps ou immunoglobulines (Ig) sont des protéines synthétisées par les plasmocytes. Chez les mammifères placentaires, ils sont classés en 5 classes ou isotypes en fonction de leur structure : IgG, IgM, IgA, IgE, IgD. Un anticorps est formé de 2 chaînes lourdes identiques et de 2 chaînes légères identiques. Les quatre chaînes sont assemblées pour former grossièrement une molécule en forme de « Y », les chaînes lourdes sont reliées entre elles par des ponts disulfures. Les chaînes comportent des régions constantes, appelées Fc 12, et des régions hypervariables, appelées Fab 13. Ces dernières constituent les sites de liaison à l’antigène. Un anticorps circule dans le sang, les liquides corporels ou demeure lié à la surface d’un lymphoycte B où il constitue en partie le récepteur des lymphocytes B (le BCR, B cell receptor, voir 1.2.2.3.). 4.2.2.3 Le complexe majeur d’histocompatibilité, les récepteurs à l’antigène, les corécepteurs et les molécules costimulatrices Le complexe majeur d’histocompatibilité (CMH). La présentation des antigènes aux lymphocytes T est assurée par des complexes protéiques spécialisés codés par les gènes du locus majeur d’histocompatibilité. Il existe deux types de produits géniques du CMH : le CMH de classe I et le CMH de classe II. Toutes les cellules nucléées du 9 Des vésicules contenant les molécules de CMH de classe II en provenance de l’appareil de Golgi fusionnent avec les endosomes tardifs contenant les peptides de 13 à 18 acides aminés à charger. 10 Certaines CPA ne dérivent pas de précurseurs sanguins, c’est le cas des cellules folliculaires dendritiques que l’on retrouve dans le ganglion. 11 Exception faite des les cellules folliculaires dendritiques 12 Fc = fragment cristallin. De nombreux leucocytes (PMN éosinophiles/ basophiles/ neutrophiles, macrophages possèdent des récepteurs aux fragments Fc, appelés FcR (Fc receptor) et donc peuvent lier les anticorps par cette extrémité. 13 Fab = fragment antigen binding 13 Système immunitaire MMEDB203 – SVETB303 Version du 04/03/2015 corps humains expriment les molécules du CMH de classe I. Les molécules du CMH de classe I sont constituées de deux chaînes polypeptidiques, une chaîne α, transmembranaire, et une chaîne de β2−microglobuline. Par contre, seules les cellules présentatrices d’antigènes expriment le CMH de classe II (cellules dendritiques, macrophages, lymphocytes B principalement), les cellules réticulaires épithéliales et les cellules endothéliales. Chez l’homme, les molécules du CMH sont appelées antigènes leucocytaires humains ou HLA (human leucocyte antigens). Le CMH de classe I constitue donc la carte d’identité/ le certificat de provenance de chaque cellule appartenant à l’organisme. C’est notamment l’expression du CMH de classe I par l’organe d’un donneur, qui est donc différent du CMH I du receveur, qui est à l’origine du rejet de greffe tissulaire entre deux individus génétiquement incompatibles. Le récepteur B, BCR. Au cours de leur maturation, les cellules B expriment à leur surface des immunoglobulines M (IgM) ou D (IgD) qui interagissent avec deux autres protéines les Igα et Igβ 14 pour former le complexe de récepteur à l’antigène B, ou BCR, B cell receptor. Ce complexe arbore du coté intracellulaire un domaine appelé ITAM (immunereceptor tyrosine-based activation motif) nécessaire à la signalisation intracellulaire. La fixation d’un antigène sur le BCR provoque la phosphorylation d’ITAM qui active à son tour la transcription des gènes nécessaires à l’activation des lymphocytes B. L’activation mène in fine à la prolifération du clone de lymphocyte B sélectionné par l’antigène et ceux-ci évoluent en plasmocytes. Le récepteur T, TCR. Au cours de leur maturation thymique, les cellules T expriment à leur surface le récepteur T, associé aux protéines CD3, afin de constituer le complexe du récepteur cellulaire T, TCR pour T cell receptor. Le CD3 contient lui aussi un domaine intracytoplasmique ITAM identique à celui des lymphocytes B et servant à transduire les signaux d’activation cellulaire. Tout au long de la maturation, des mutations somatiques dans les gènes codant pour le TCR aboutissent à une diversité de lymphocytes T aptes à reconnaître un très grand nombre d’antigènes, tout comme les anticorps. Les lymphocytes T reconnaissant un antigène de soi, càd un composant de l’organisme, sont éliminés au cours de la sélection thymique. Deux catégories de lymphocytes T se distinguent selon leur TCR : - les cellules TCR-2 ou TCRαβ expriment les chaînes α et β et représentent 90% des lymphocytes T circulants. - Les cellules TCR-1 ou TCRγδ expriment les chaînes γ et δ et représentent 10% des lymphocytes T circulants. A noter qu’ils sont présents en grand nombre dans les muqueuses ex : digestive et respiratoire. Les corécepteurs CD4 et CD8. Les lymphocytes T sont restreints et sélectifs du point de vue de la reconnaissance du complexe CMH. Les lymphocytes T CD4+ reconnaissent au moyen de leur TCR sélectivement les peptides antigéniques chargés sur le CMH de classe II. Les lymphocytes T CD8+ reconnaissent au moyen de leur 14 Les Igα et Igβ peuvent être identifiés par des techniques immunohistochimiques utilisant des anticorps dirigés respectivement contre CD79a et CD79b. 14 Système immunitaire MMEDB203 – SVETB303 Version du 04/03/2015 TCR sélectivement les peptides antigéniques chargés sur le CMH de classe I. Lorsque le TCR respectif de la cellule T est engagé, selon le sous-type de lymphocytes (soit T CD4+ soit T CD8+), les corécepteurs soit CD4 soit CD8 coopèrent dans transduction du signal au niveau du TCR et dans l’activation globale du lymphocyte T. Les molécules costimulatrices. Pour que l’activation du lymphocyte T soit complète, il faut non seulement l’engagement de son TCR et des corécepteurs mais il doit recevoir un signal de costimulation supplémentaire. En l’occurrence, le CD28 est une des protéines de surface exprimée par les lymphocytes T qui fournit un signal de costimulation requis pour l’activation complète. CD28 est le récepteur pour le CD80 ou le CD86 exprimé sur les CPA. Le CD40 ligand, exprimé par le lymphocyte T activé, peut interagir avec le CD40 du lymphocyte B naïf pour provoquer son activation. 4.2.2.4 Les cytokines Cytokines Expression IL-1 Monocyte, macrophage, fibroblaste IL-2 Lymphocyte T Libération des PMN neutrophiles depuis la moelle Induit le GM-CSF, le G-CSG, le M-CSF et l’IL-3 Cytokine de l’inflammation Prolifération et activation des lymphocytes T et NK IL-3 Lymphocyte T Prolifération de la CSH IL-4 Lymphocyte T Th2 IL-5 Lymphocyte T Th2 IL-6 IL-7 IL-8 Monocyte, macrophage, fibroblaste Fibroblastes réticulaires de la moelle hématopoïétique Endothélium, monocyte, fibroblaste Fonction Commutation isotypique des lymphocytes B vers les IgE Inhibe la différenciation en lymphocyte T Th1 Prolifération et maturation des précurseurs des PMN éosinophiles et basophiles Prolifération de la CSH Cytokine de l’inflammation Prolifération des progéniteurs T et B Activation et chimiotactisme des PMN neutrophiles IL-9 Lymphocyte T Activation des lymphocytes B, mastocytes et lymphocytes T IL-10 Lymphocyte T Inhibe la différenciation en lymphocyte T Th1 IL-12 Cellule présentatrice d’antigènes Stimule la différenciation en lymphocyte T Th1 Induit la sécrétion d’IFN-γ Cytokine de l’inflammation Macrophage, lymphocyte T TNF-α Principales cytokines permettant aux cellules non seulement immunitaires mais aussi d’autres types cellulaires (ex : endothéliales, fibroblastes) de communiquer. D’autres cytokines ont été précédemment abordées : le GM-CSF, le G-CSF, le M-CSF, l’EPO, le SCF. Abréviations. IL, interleukine ; Th, T helper ; PMN, polymorphonucléaire ; IFN-γ, interferon gamma. Les cytokines sont des protéines produites par de nombreux types cellulaires différents qui interviennent dans les réactions inflammatoires et immunitaires. Les cytokines sont des médiateurs principaux de communication entre les cellules du système immunitaire. Chaque cytokine appartient à une famille et se lie à un 15 Système immunitaire MMEDB203 – SVETB303 Version du 04/03/2015 récepteur, souvent homologue au sein de la même famille15 , pour activer des voies de signalisation similaires au sein d’une même famille. 4.2.2.5 Interactions entre cellules du SI adaptatif Coopération entre lymphocytes T et B lors d’une réponse immunitaire adaptative. Les lymphocytes T helper CD4+ sont activés lorsqu’ils reconnaissent un peptide antigénique lié au complexe CMH de classe II présenté par une CPA (ex : cellule dendritique). Les lymphocytes T CD4+ prolifèrent alors par mitose et sécrètent des cytokines (appelées interleukines). En fonction de leur profil cytokinique, du contexte immunitaire dépendant souvent du type de pathogène rencontré, ces cellules T helper vont « diriger » la réponse immunitaire. En parallèle, les lymphocytes B peuvent reconnaître les peptides antigéniques libres non liés au CMH grâce à leur BCR de surface (une Ig de surface). Sous l’effet des cytokines des lymphocytes T, les lymphocytes B se divisent également et se différencient en plasmocytes sécrétant des Ig, forme soluble et identique de leur récepteur. Ces immunoglobulines diffusent dans le corps et se fixent sur les peptides antigéniques pour les neutraliser ou favorisent la phagocytose des pathogènes par les phagocytes professionnels (cf opsonisation). Par l’intermédiaire de leurs cytokines, les lymphocytes T helper peuvent aussi activer les lymphocytes T cytotoxiques. Contrairement aux lymphocytes T helper, les lymphocytes T cytotoxiques reconnaissent un peptide antigénique chargé sur le complexe CMH de classe I. Une fois activé, le lymphocyte cytotoxique exercera ses mécanismes effecteurs (induction d’apoptose par expression de Fas Ligand, de perforines et de granzymes) sur la cellule-cible. Enfin, toujours par l’intermédiaire de 15 Ex : famille de l’IL-1 où l’on retrouve l’IL-1, l’IL18, l’IL-33. 16 Système immunitaire MMEDB203 – SVETB303 Version du 04/03/2015 leur cytokine, les lymphocytes T helper sont capables de stimuler les macrophages à phagocyter et détruire par explosion oxydative les pathogènes qu’ils auraient ingérer (via l’IFN-γ) ou booster la réponse des PMN neutrophiles (via l’IL-17 notamment). Vous vous rendez ainsi que le lymphocyte T helper CD4+ est un véritable chef d’orchestre de la réponse immunitaire adaptative. Certaines cellules B et T deviennent des cellules mémoires, subsistant dans l’organisme jusqu’à plusieurs années après l’exposition antigénique initiale. Le VIH-1, virus responsable du SIDA (syndrome d’immunodéficience acquise), infecte préférentiellement les lymphocytes T CD4+ en utilisant les récepteurs CD4 et CCR5 comme portes d’entrée (les macrophages expriment aussi le CD4 et peuvent aussi être infectés); ce sont les protéines virales gp41 et gp120 de l’enveloppe qui interagissent avec les protéines membranaires du lymphocyte. Ce syndrome est caractérisé par une immunosuppression importante laissant la voie libre aux infections opportunistes tierces (champignons, bactéries) ou au développement de certaines formes de tumeurs (sarcome de Kaposi, lymphomes non hodgikiniens). L’immunosuppression est liée à la destruction progressive de la population de lymphocytes T CD4+ circulants et au dépassement des capacités de renouvellement. Les lymphocytes T CD4+ sont détruits soit par effet cytotoxique provoqué par l’infection du virus soit par attaque des lymphocytes T cytotoxiques. Le taux de T CD4+ sanguin est un bon indicateur de la progression de la maladie chez un patient contaminé. A noter qu’il existe une réponse humorale des lymphocytes B et une réponse cellulaire des lymphocytes T cytotoxiques à l’encontre du VIH-1. Des anticorps dirigés contre les antigènes du VIH-1 sont détectés dans le sérum dès 6 semaines après contamination (notion de « séropositivité »). Certains individus, jusque 1% de la population européenne du nord, arborent une délétion génétique dans le gène CCR5, appelée CCR5Δ32. Il a été montré que cette mutation est à l’origine d’une protection face aux infections à VIH-1. 4.2.2.6 Propriétés du système immunitaire adaptatif Les propriétés du système immunitaire adaptatif sont les suivantes : Spécificité combinée à la diversité : un domaine spécifique d’un antigène est reconnu par un clone de lymphocyte spécifique. La grande diversité au sein des récepteurs des lymphocytes leur permet de reconnaitre un très vaste répertoire d’antigènes différents. - Mémoire : l’exposition des lymphocytes à un antigène génère à la fois l’expansion clonale du lymphocyte sélectionné reconnaissant l’antigène mais aussi une population de lymphocytes mémoire issu de ce clone. Les cellules mémoires réagissent plus rapidement et plus efficacement lors de la même exposition antigénique ultérieure (principe utilisé lors de la vaccination). La réponse immunitaire « primaire » est celle qui a lieu lors d’une première exposition antigénique, où un clone de lymphocyte est sélectionne (sélection clonale), amplifié (expansion clonale) et se différencie en cellule effectrice. Lors de cette phase, un faible pourcentage de lymphocytes vont se différencier en cellules mémoires qui persisteront jusqu’à plusieurs années dans le sang. Lors d’une seconde exposition au même antigène, ces cellules mémoires seront recrutées et activées plus rapidement, ceci constitue une réponse immunitaire « secondaire ». - Auto-limitation : lorsque l’antigène est éliminé, la réponse immunitaire cesse. - 17 Système immunitaire MMEDB203 – SVETB303 Version du 04/03/2015 - Tolérance : La réponse immunitaire a pour but d’éliminer les éléments intrus représentant le « non-soi », elle ne réagit pas face aux éléments du « soi ». Ce mécanisme de tolérance est rendu possible par élimination développementale des lymphocytes auto-réactifs lors des processus de sélection thymique. 4.3 Les organes lymphoïdes primaires Dans les organes lymphoïdes primaires, les lymphocytes deviennent des cellules immunocompétentes : lymphocyte T cytotoxique, lymphocyte T helper ou lymphocyte B, capables de reconnaître un antigène. Les cellules immunocompétentes colonisent les organes lymphoïdes secondaires périphériques un peu avant la naissance chez l'homme. Les organes lymphoïdes centraux sont la moelle osseuse et le thymus 4.3.1 La moelle hématopoïétique La cellule souche hématopoïétique donne naissance au progéniteur CFUGEMM et au progéniteur lymphoïde qui donneront naissance à tous les leucocytes circulants. Les granulocytes, les monocytes ainsi que les lymphocytes B maturent complètement dans la moelle hématopoïétique tandis que les lymphocytes T doivent subir un processus de maturation finale dans le thymus (voir 1.3.2.). La structure histologique de la moelle hématopoïétique a été décrite dans le chapitre sur l’hématopoïèse. Histologie de la moelle hématopoïétique. Une trame réticulaire est synthétisée par les fibroblastes résidents, trame qui accueille les cellules hématopoïétiques en développement et emprisonne les facteurs de croissance nécessaires à l’hématopoïèse. Des capillaires sinusoïdes dont les cellules endothéliales reposent sur une lame basale discontinue, parcourent la moelle et permettent aux cellules sanguines matures de rejoindre la circulation sanguine. 18 Système immunitaire MMEDB203 – SVETB303 Version du 04/03/2015 4.3.2 Le thymus 4.3.2.1 Structure et fonction Les lymphocytes T nés de l moelle hématopoïétique sont naïfs ou immatures. Ils se différencient en lymphocytes T matures dans le thymus. Durant cette phase finale, ces cellules apprennent à distinguer les antigènes du SOI versus les antigènes étrangers du NON-SOI, ce qui mène au développement de la tolérance au soi (tolérance dite centrale car apprise dans les organes lymphoïdes primaires). Le thymus est aussi une glande endocrine. Il sécrète des hormones influençant localement la maturation des lymphocytes T mais aussi à distance les fonctions et interactions des lymphocytes T dans les tissus périphériques. Parmi ces hormones, il y a la thymosine, puissant agent immunostimulateur, la thymopoïétine, jouant un rôle dans la différenciation des thymocytes et la thymuline jouant un rôle antiinflammatoire et neuroprotecteur. Le thymus est un organe lymphoïde bilobé situé à la base du cou dans la région du médiastin antérieur16. A la naissance, il est volumineux et pèse 10 à 15 gr. et grossira jusqu’à la puberté (30-40 g). Ensuite il subira une involution progressive et son tissu sera remplacé progressivement par du tissu adipeux 17 . Chez l’enfant, l’organe est entouré d’une capsule fibreuse conjonctive envoyant des septa fibreux profondément et cloisonnant l’organe en lobules incomplets. Dans ces fines cloisons conjonctives et dans la capsule circulent les principaux vaisseaux sanguins irriguant le thymus et ses lobules. Chaque lobule comporte une zone périphérique de densité cellulaire très élevée appelée corticale ou cortex et une zone centrale moins cellularisée appelée médullaire. La lobulation est dite incomplète car les septa fibreux ne s’étendent que jusqu’à la jonction cortico-médullaire. Au sein de chaque lobule, la trame de soutien est assurée par un réseau de cellules épithéliales étoilées interconnectées grâce à leurs prolongements. Elles forment une véritable charpente pour l’organe et assurent le bon développement des thymocytes en développement. Les mailles de ce réseau épithélial sont larges dans le cortex et plus étroites dans la médullaire. Les types cellulaires retrouvés dans le thymus sont : les lymphocytes appelés in loco les thymocytes, les macrophages, les cellules dendritiques et les épithéliocytes. Les thymocytes. Ce sont des lymphocytes T en voie de maturation. Tout au long de leur passage au travers de la corticale et de la médullaire, ils vont subir un processus de sélection visant à éliminer les cellules auto-réactives et à sélectionner les cellules capables de reconnaître les antigènes étrangers complexés au CMH. Les épithéliocytes. Ces cellules forment le tissu de soutien, la trame du thymus. Ces épithéliocytes sont reconnaissables par leur grand noyau pâle et ovale, ils émettent de fins prolongements cytoplasmiques non discernables en microscopie. Comme toute 16 Le ris de veau est le nom donné au thymus du veau lorsqu'il est utilisé pour des préparations culinaires. 17 Malgré l’involution, les lymphocytes du thymus continueront à proliférer et à procurer une source de lymphocytes T tout au long de la vie. 19 Système immunitaire MMEDB203 – SVETB303 Version du 04/03/2015 autre cellule épithéliale, l’épithéliocyte contient des faisceaux de filaments intermédiaires de cytokératine et interagit avec ses voisins au moyen de jonctions de type desmosomes. On en distingue 4 types : les épithéliocytes sous-capsulaires, les épithéliocytes corticaux (cortex), les épithéliocytes médullaires et les corpuscules de Hassal. Les épithéliocytes sous-capsulaires se disposent en une couche continue longeant la capsule, les cloisons fibreuses latérales et les vaisseaux sanguins pénétrant les lobules. Cette couche se poursuit donc autour des vaisseaux sanguins qui pénètrent le parenchyme thymique. Dans le cortex, les épithéliocytes corticaux ménagent une trame sur laquelle reposent les thymocytes en développement. Les épithéliocytes sont difficiles à identifier vu la densité cellulaire du cortex mais ils peuvent être repérés en bordure de vaisseaux. Dans la médullaire, on trouve des épithéliocytes mais aussi des enroulements d’épithéliocytes : les corpuscules de Hassal. Les corpuscules de Hassal ne sont présents que dans la médullaire et sont formées de cellules épithéliales tassées les unes contre les autres, fortement enroulées, fortement kératinisées et dégénérées. Les épithéliocytes sont en contact étroit avec les thymocytes, qu’ils enserrent complètement dans leurs replis cytoplasmiques. On leur attribue le rôle d’éliminer les cellules T reconnaissant les antigènes du soi. Ce sont les épithéliocytes aussi qui synthétisent les hormones précédemment décrites favorisant la maturation, la prolifération et la différenciation des thymocytes. Les macrophages thymiques. De nombreux macrophages sont dispersés dans le cortex. Ils renferment des débris de thymocytes phagocytés, ayant subi le processus d’apoptose. Les cellules dendritiques thymiques. On les retrouve à la jonction corticomédullaire et dans la médullaire où elles participent aux phases finales de maturation des thymocytes, en particulier à la sélection négative (voir infra). Elles dérivent de précurseurs médullaires. 4.3.2.2 Sélection thymique Les thymocytes les plus immatures sont doubles négatifs CD4- CD8- et pénètrent dans le thymus par les vaisseaux sanguins particuliers (les VEH, voir 1.3.2.3.) à la jonction cortico-médullaire. Ils migrent et prolifèrent dans la région sous-capsulaire, d’où l’hypercellularité de cette région. Ils entament l’expression conjointe du TCR et des deux corécepteurs CD4 et CD8. Les thymocytes doubles positifs CD4+ CD8+ migrent vers le cortex externe où ils seront confrontés aux épithéliocytes leur présentant des antigènes complexés au CMH de classe I ou II. C’est la sélection positive, basée sur la reconnaissance du CMH du soi. Les cellules incapables de reconnaître le CMH du soi seront éliminées par mort cellulaire programmée ou apoptose. Ensuite, les thymocytes simples positifs CD4+ OU CD8+ migrent vers le cortex interne et la médullaire. Ils y seront confrontés aux macrophages et cellules dendritiques qui leur présentent des peptides du soi complexés au CMH du soi. Les cellules reconnaissant les peptides du soi (cellules auto-réactives) seront éliminées, c’est la sélection négative ; tandis que les autres rejoindront la circulation par les vaisseaux sanguins à la jonction cortico-médullaire. La majorité des thymocytes siègent dans le cortex (85%) tandis que le reste se trouve dans la médullaire. Seule 20 Système immunitaire MMEDB203 – SVETB303 Version du 04/03/2015 une faible proportion (5%) des lymphocytes T immatures initiaux quitteront le thymus après la sélection thymique et rejoindront la circulation sanguine où ils gagneront ensuite les organes lymphoïdes secondaires en attente d’une rencontre avec l’antigène étranger. Le but de cette sélection thymique est de « mettre en circulation » uniquement des lymphocytes T compétents capables de reconnaitre des peptides étrangers chargés sur le CMH du soi. Les autres lymphocytes, qui probablement reconnaissent des antigènes du soi, sont des cellules dites auto-réactives et sont éliminées afin de conserver la tolérance au soi. 4.3.2.3 Vascularisation thymique Le thymus est vascularisé par de petites branches de l’artère thoracique interne et de l’artère thyroïdienne inférieure. Elles génèrent les vaisseaux sanguins parcourant la capsule thymique et bifurquent pour plonger dans les fines cloisons fibreuses, entre les lobules. Les vaisseaux sanguins retrouvés dans les cloisons sont appelés artères et veines trabéculaires. A la jonction cortico-médullaire, ceux-ci deviennent parallèle à la surface capsulaire et les artérioles pénètrent chaque lobule thymique, de ces artérioles naissent des boucles capillaires irriguant profondément cortex et médullaire. Les veinules post-capillaires sont le lieu où les lymphocytes T immatures pénètrent le parenchyme thymique. Au niveau cortico-médullaire, ces veinules post-capillaires possèdent un endothélium haut et sont dès lors appelées veinules à endothélium haut (VEH). Les cellules endothéliales y expriment des molécules d’adhérence particulières, ex : ligand de la L-sélectine, capables d’attirer les lymphocytes T immatures circulants, c’est le phénomène de « homing » par lequel ces cellules se retrouvent attirées préférentiellement par le micro-environnement de cet organe lymphoïde. Les boucles capillaires irriguant le cortex sont extrêmement étanches et forment une véritable barrière, appelée la barrière sang-thymus ou hémato-thymique (BHT), nécessaire à constituer un environnement privilégié aux thymocytes en développement. Le but recherché est d’isoler un maximum les thymocytes en maturation des antigènes sanguins afin d’éviter qu’ils ne deviennent auto-réactifs visà-vis des antigènes du soi. Au niveau du cortex, l’endothélium est donc de type continu et muni de jonctions serrées, et repose sur une double lame basale synthétisée par les cellules endothéliales et les épithéliocytes. Les capillaires sont littéralement englobés par une couche continue d’épithéliocytes unis les uns avec les autres au moyen de desmosomes. A proximité des capillaires, on retrouve des macrophages qui phagocytent d’éventuels antigènes en provenance du sang et évitent que les cellules T en maturation ne soient au contact de ces antigènes. Les boucles capillaires de la médullaire sont de type fenestré et donc ne forment pas de barrière hémato-thymique. Il n’existe pas d’afférences lymphatiques arrivant au thymus mais de la médullaire et de la jonction cortico-médullaire naissent des lymphatiques efférents. 21 Système immunitaire MMEDB203 – SVETB303 Version du 04/03/2015 Les souris nude possèdent une mutation dans le gène Foxn1. Elles naissent et persistent sans poils toute leur vie mais surtout sont athymiques. On pense que le gène Foxn1 encode pour un facteur de transcription régulant l’expression de certains gènes de kératine (les poils et le thymus contiennent des cellules épithéliales synthétisant des kératines …). Etant donné l’absence de thymus, le taux de lymphocytes T matures circulants est réduit et provoque une complète incapacité à générer une réponse immunitaire adaptative. Ces souris sont immunodéficientes. Elles sont très utiles dans les domaines de recherche en immunologie où elles aident à comprendre les mécanismes de rejet de greffe ou en cancérologie où elles servent de modèles d’étude pour la croissance tumorale. Chez l’homme, des mutations dans le gène Foxn1 ont aussi été identifiées et conduisent à un syndrome d’immunodéficience, avec allopécie et anomalies au niveau de la peau et des ongles. 4.4 Les organes lymphoïdes secondaires Dans les organes lymphoïdes périphériques les cellules immunocompétentes rencontrent les antigènes afin d’initier une éventuelle réponse immunitaire. Les organes lymphoïdes périphériques sont les ganglions lymphatiques, la rate et le tissu lymphoïde associé aux muqueuses. Dans la plupart des cas, la réponse immunitaire adaptative s’initie au niveau des organes lymphoïdes secondaires. Elle début lorsqu’un antigène, phagocyté et apprêté de manière adéquate est présenté par des CPA aux lymphocytes. La réponse immunitaire adaptative mène à l’activation et la prolifération des lymphocytes soit B soit T, souvent les deux conjointement. Une faible proportion des lymphocytes activés deviendra des cellules mémoires qui pourront s’activer beaucoup plus rapidement en cas de réexposition antigénique. Les ganglions lymphatiques, la rate, les formations lymphoïdes secondaires et le tissu lymphoïde disséminé font partie des organes lymphoïdes secondaires. 22 Système immunitaire MMEDB203 – SVETB303 Version du 04/03/2015 4.4.1 Les ganglions lymphatiques 4.4.1.1 Structure et compartiments fonctionnels Les ganglions lymphatiques sont de petits organes associés en groupes ou en chaînes intercalés en série sur la circulation lymphatique. Chaque groupe draine un territoire anatomique propre, par exemple les ganglions du cou, ceux du creux axillaire ou du creux inguinal. Ils sont ovoïdes ou réniformes et mesurent quelques millimètres en temps normal 18. Le corps humain en compte plus de 1000. Les ganglions lymphatiques sont le lieu idéal de l’initiation d’une réponse immunitaire contre un antigène de provenance tissulaire (ex : lors d’une brèche dans un épithélium, des bactéries sont susceptibles d’envahir les tissus sous-jacents). Les cellules phagocytaires des ganglions lymphatiques filtrent de façon non spécifique tous les micro-organismes et antigènes en provenance du territoire drainé (chaque ganglion couvre une région de l’organisme en filtrant la lymphe de cette région) afin de les empêcher de gagner la circulation sanguine. Ils jouent un rôle de surveillance immunitaire des tissus périphériques. La lymphe traverse les ganglions lymphatiques et les cellules présentatrices d’antigènes (CPA) résidentes sont en mesure d’en prélever des échantillons pour les présenter aux lymphocytes en transit. C’est donc le lieu privilégié des contacts entre les lymphocytes circulants et les cellules présentatrices d’antigènes professionnelles, à l’interface entre circulations sanguine et lymphatique. Là, les CPA présentent des antigènes encore inconnus aux lymphocytes qui le cas échéant, les reconnaissent et s’activent. Les ganglions sont le lieu idéal pour la prolifération lymphocytaire et l’amplification de la réponse immunitaire, en La conséquence des processus fabriquant des clones à partir des de drainage, de transport ou de lymphocytes sélectionnés reconnaissant les capture antigénique est la antigènes. concentration dans les De plus, certaines cellules dendritiques ganglions lymphatiques des issues de la périphérie sont capables de antigènes issus des tissus migrer vers les ganglions, apprêter les périphériques. antigènes prélevés en périphérie et les présenter aux lymphocytes locaux. Une coupe sagittale d’un ganglion permet de distinguer macroscopiquement 5 zones : la capsule, le cortex, le paracortex, la médullaire et le hile. Les cortex, paracortex et médullaire contiennent l’essentiel des cellules immunitaires. Dans le cortex, une structure évidente s’organise en unité fonctionnelle : le follicule lymphoïde. Plusieurs cellulaires prédominent dans le ganglion : les lymphocytes B, les lymphocytes T auxiliaires CD4+, les cellules de soutien dont les cellules réticulaires et les cellules endothéliales, des CPA (cellules dendritiques) et des macrophages non spécifiques. La capsule est une couche fibro-conjonctive envoyant de fines travées intraparenchymatiques, surtout dans le cortex, formant une charpente composée de réticuline. La médullaire s’organise en sinus contenant les cellules immunitaires et la lymphe en transit, sinus bordés de cellules endothéliales apportant une charpente de soutien et de cordons cellulaires riches en plasmocytes sécréteurs d’Ig. 18 Lors d’une infection bactérienne ou virale, les ganglions lymphatiques du territoire infecté peuvent enfler, on parle d’adénopathie. 23 Système immunitaire MMEDB203 – SVETB303 Version du 04/03/2015 Le cortex contient principalement des lymphocytes B naïfs et activés. Le paracortex contient principalement des lymphocytes T naïfs et activés. Les sinus contiennent principalement des macrophages et des CPA. La médullaire s’organise en sinus et en cordons cellulaires, ces derniers contenant principalement des plasmocytes et des macrophages. Les cellules dendritiques CPA et les macrophages peuvent se retrouver dans chacun des compartiments. Le rôle des CPA est de capturer, d’apprêter les antigènes circulants et les présenter aux lymphocytes (B ou T). Le rôle des macrophages est de phagocyter de manière non spécifique tout matériel circulant ou des cellules apoptotiques. 4.4.1.2 Le follicule lymphoïde Le cortex ganglionnaire renferme de volumineux agrégats cellulaires riches en lymphocytes : les follicules lymphoïdes. C’est à cet endroit que les lymphocytes sont au contact des antigènes amenés par la lymphe et apprêtés par les CPA. En cas de reconnaissance de l’antigène par un clone de lymphocyte, ce lymphocyte va être activé, proliférer et entamer son programme de différenciation en cellule effectrice : soit plasmocyte producteur d’Ig pour les lymphocytes B naïfs, soit lymphocyte T auxiliaire producteur de cytokine pour les lymphocytes T naïfs. On trouve deux types de follicules : les follicules lymphoïdes primaires, colorés et cellularisés de manière uniforme ; et les follicules secondaires possédant un centre moins coloré, appelé centre germinatif. Le centre germinatif est plus clair car contenant des cellules activées appelées « blastes » issues de l’activation d’un clone de lymphocyte B. Ces blastes19 ont un noyau plus clair et un cytoplasme plus abondant que les petits lymphocytes B de la périphérie (d’où la teinte plus claire du centre germinatif). En périphérie du centre germinatif, une zone plus cellularisée se distingue et contient des lymphocytes B immatures, c’est la zone du manteau. La majorité des lymphocytes des follicules sont des lymphocytes B, associés à une petite population de lymphocytes T, à des macrophages et des cellules dendritiques (dites folliculaires). Les lymphocytes T sont préférentiellement localisés en périphérie de la zone du manteau. Lors d’une réaction immunitaire, la prolifération lymphocytaire peut être telle au sein d’un ganglion lymphatique que la capsule se distend, de l’œdème apparaît et le ganglion devient douloureux. On parle d’adénite ou d’adénopathie. C’est le ganglion drainant le territoire infecté qui fera l’objet d’une hypertrophie ex : les ganglions cervicaux en cas d’infections dentaires, amygdaliennes ou pharyngées. 4.4.1.3 Circulation ganglionnaire Le ganglion comporte des comportements fonctionnels distincts. Tout d’abord l’organe est entouré d’une capsule fibro-conjonctive, qui envoie de fines travées à l’intérieur du parenchyme pour former une trame de soutien. La face convexe de la capsule est percée de bon nombre de vaisseaux lymphatiques afférents qui rejoignent 19 La maturation du lymphocyte B passe par plusieurs étapes : centrocyte à centroblaste à immunoblaste à plasmocyte ou lymphocyte B mémoire 24 Système immunitaire MMEDB203 – SVETB303 Version du 04/03/2015 un réseau de sinus lymphatiques intraganglionnaires. Les sinus lymphatiques sont tapissés de cellules endothéliales. Les vaisseaux lymphatiques afférents rejoignent les espaces sous-capsulaires appelés sinus sous-capsulaires. La lymphe arrivant via les lymphatiques afférents et les sinus sous-capsulaires se drainent ensuite dans les sinus lymphatiques corticaux (peu visibles car écrasés par l’hypercellularité corticale) puis dans les sinus médullaires très sinueux, qui fusionnent entre eux au sortir de la face concave du ganglion en un vaisseau lymphatique efférent au niveau du hile. C’est aussi au niveau du hile que pénètrent veine et artère vascularisant le ganglion et amenant la majorité des lymphocytes circulants. L’artère se subdivise en boucles capillaires, chacune irriguant un compartiment ganglionnaire. Pour rappel, la lymphe est un liquide interstitiel en provenance des tissus périphériques et contient des cellules accessoires immunologiquement actives, lymphocytes et éventuellement des antigènes. Cette lymphe demeure soit dans les sinus et traverse « simplement » le ganglion par le chemin le plus rapide soit gagne le cortex ganglionnaire pour être en contact avec les cellules immunologiquement actives. La lymphe chargée ou non d’antigènes sera donc en contact avec des CPA qui apprêteront et présenteront ces antigènes aux lymphocytes T ou B, eux-mêmes pourront réagir le cas échéant contre les antigènes spécifiques. La rencontre entre un antigène et son lymphocyte spécifique est un événement aléatoire, mais la plupart des lymphocytes circulants traversent au moins une fois par jour les ganglions lymphatiques. La probabilité que le lymphocyte rencontre son antigène est donc augmentée au niveau des ganglions car les antigènes périphériques y sont concentrés. A noter que la majorité des lymphocytes parviennent au ganglion par les vaisseaux sanguins (et non par la lymphe), en s’extravasant depuis les veinules à endothélium haut (VEH) au niveau du paracortex. Là, ces VEH sont revêtues d’un endothélium exprimant des molécules d’adhérence spécifiques aux lymphocytes. C’est le phénomène de « homing » ou d’ »adressage » en français. A noter que les VEH du cortex ou de la médullaire ne montrent pas cette spécialisation. Les lymphocytes B parviennent au ganglion en quittant la circulation sanguine au niveau des VEH du paracortex. En quelques heures, ils migrent vers le cortex et le cas échéant s’activent. Les lymphocytes qui n’ont pas été activés retournent dans la circulation par le lymphatique efférent après quelques heures. En cas d’activation, les lymphocytes B demeurent au sein du ganglion pour une durée variable, prolifèrent et deviennent des plasmocytes ou des lymphocytes B mémoires 20 . Le follicule secondaire est la preuve de l’activation des lymphocytes B puisque le centre germinatif, morphologiquement plus clair, est issu de la prolifération d’un clone de lymphocyte. Ces lymphocytes B activés vont passer par plusieurs étapes de maturation, faisant intervenir notamment des interactions avec les lymphocytes T des zones paracorticales. Du paracortex, les lymphocytes B activés vont ensuite migrer vers les cordons médullaires où ils se transforment ultimement en plasmocytes. Les plasmocytes sécrètent des immunoglobulines spécifiques et reconnaissant l’antigène par lequel le clone de lymphocyte B a été activé, immunoglobulines qui passeront dans les sinus médullaires et la lymphe et rejoindront la circulation sanguine. Les lymphocytes T parviennent au ganglion de manière similaire, en quittant la circulation sanguine au niveau des VEH du paracortex. Les lymphocytes qui n’ont pas été activés retournent dans la circulation par le lymphatique efférent après quelques heures. En cas d’activation, les lymphocytes T demeurent au sein du ganglion pour 20 Certains lymphocytes B activés meurent in situ, car exprimant une immunoglobuline de faible affinité pour l’antigène, et sont phagocytés par les macrophages non spécifiques. 25 Système immunitaire MMEDB203 – SVETB303 Version du 04/03/2015 une durée variable, prolifèrent et deviennent des lymphocytes T activés qui interagiront avec les lymphocytes B en maturation ou rejoindront la circulation pour exercer leur fonction dans les régions atteintes par l’infection. La ségrégation des lymphocytes B ou T dans les différents compartiments fonctionnels semble obéir à des lois d’attraction dépendant de cytokines ou chémokines sécrétées par les cellules résidentes des ganglions. Pour rappel, le « homing » des lymphocytes dans les organes lymphoïdes secondaires repose essentiellement sur l’expression de molécules d’adhérence et des chémokines exprimées par les VEH. 4.4.1.4 Lymphe et circulation lymphatique La lymphe, fluide interstitiel baignant les tissus et représentant un filtrat de plasma, est transporté à partir de sacs « borgnes » en partance des organes : les capillaires lymphatiques. La lymphe provenant d’un territoire est drainée vers le(s) ganglions lymphatique(s) régionaux. Les ganglions lymphatiques sont reliés en série par les vaisseaux lymphatiques de telle sorte que le vaisseau efférent de l’un devienne le vaisseau afférent du suivant, et ainsi en chaîne. In fine, la circulation lymphatique rejoint le réseau veineux (les veines jugulaires et sous-clavières) via le canal thoracique et le canal lymphatique. La lymphe est un liquide biologique blanchâtre, transporté par le système lymphatique. Sa composition est analogue à celle du plasma sanguin, dont elle n'est qu'un filtrat : elle contient des globules blancs, notamment des lymphocytes ; dépourvue de globules rouges, elle baigne les organes ; elle est plus pauvre en nutriments que le sang, plus riche en déchets. L’histologie des vaisseaux lymphatiques est décrite dans le chapitre traitant le système cardiovasculaire. Le ganglion sentinelle est hypothétiquement le premier ganglion lymphatique drainant la lymphe en provenance d’un territoire où l’on suspecte un cancer au pouvoir métastatique. Les métastases sont des cellules cancéreuses qui se détachent de la tumeur mère et essaiment via notamment la circulation lymphatique. Après avoir pénétré la circulation lymphatique, elles atteignent le ganglion lymphatique où elles adhèrent et y prolifèrent. Une biopsie du ganglion sentinelle peut être utilisée pour diagnostiquer la présence d'un cancer à risque de métastases. Cette approche est notamment utilisée dans le cas du cancer du sein où le médecin pathologiste effectue une biopsie du ganglion du creux axillaire, celui-ci drainant directement le territoire de la glande mammaire. 26 Système immunitaire MMEDB203 – SVETB303 Version du 04/03/2015 4.4.2 La rate 4.4.2.1 Structure et fonction La rate est l’organe lymphoïde le plus volumineux. Elle est située dans la partie supérieure gauche de l’abdomen et pèse environ 150 gr. chez l’adulte. Elle possède trois fonctions 21 assumées par chacun de ses compartiments fonctionnels : 1) Filtration du sang au sein de la pulpe rouge : elle élimine les globules rouges et les plaquettes sénescents, également élimination de micro-organismes circulants, fonction remplie par les macrophages résidents de la rate 2) Elaboration d’une réponse immunitaire contre les antigènes circulants dans le sang 22 au sein de la pulpe blanche 3) Fonction hémodynamique globale puisque la rate stocke environ 350 mL de sang. Lors d’une hémorragie, une stimulation sympathique peut « contracter » la rate et remettre en circulation une partie du sang qui y est stocké. Les compartiments fonctionnels sont donc la pulpe blanche et la pulpe rouge. La description histologique de la rate qui suit est celle de l’être humain. La rate est entourée d’une capsule constituée d’un tissu conjonctif dense projetant d’épaisses travées conjonctives dans l’organe. La face externe de la capsule est couverte par un mésothélium, le feuillet péritonéal viscéral. Sa composition varie selon les espèces. Chez l'homme et les rongeurs, les fibres musculaires lisses sont rares et la capsule est essentiellement conjonctive 23. Lors d'un effort brusque et important, les fibres musculaires lisses se contractent sous l’effet d’une stimulation sympathique, les globules rouges qui stagnent dans la rate, sont expulsés dans la circulation. Les travées qui proviennent de cette capsule ont naturellement la même structure, mais sont plus riches en fibres élastiques. De ces travées naissent la trame de soutien de l’organe faite d’une charpente de réticuline. Le parenchyme de la rate ne contient ni cortex ni médullaire mais un agencement de zones de pulpe blanche, faisant penser à des follicules lymphoïdes, entourées de zones de pulpe rouge. 4.4.2.2 Vascularisation et circulations spléniques La circulation sanguine splénique est particulière : elle naît de l’artère splénique, qui pénètre le hile de la rate et qui se subdivise en artères trabéculaires parcourant les épaisses cloisons conjonctives issues de la capsule. Chaque artère trabéculaire circule dans une travée conjonctive, extension issue de la capsule. Lorsqu’une artère trabéculaire quitte la travée et pénètre le parenchyme splénique, elle se fait entourée par une gaine de lymphocytes T appelée manchon 21 A noter que la rate est hématopoïétique durant la vie fœtale et qu’en cas d’anémie chronique, il n’est pas rare qu’elle soit le siège d’une hématopoïèse extramédullaire. 22 A l’instar du ganglion qui élicite une réponse immunitaire vis-à-vis des antigènes circulants dans la lymphe, issus des tissus périphériques. 23 Dans d'autres espèces, le chat, le chien, mais particulièrement les grands carnivores sauvages, la capsule est surtout musculaire. 27 Système immunitaire MMEDB203 – SVETB303 Version du 04/03/2015 lymphoïde périarériolaire (PALS en anglais pour peri-arteriolar lymphoid sheath). L’artère change alors de nom et devient l’artère centrale de la pulpe blanche car elle est littéralement englobée de tissu lymphoïde 24. De là trois trajets sanguins sont possibles et font l’objet d’une littérature très débattue. Les différents types de circulation intrasplénique pourraient coexister ou alterner selon l'état physiologique de la rate. Le sang emprunte la circulation dite ouverte : l’artère centrale quitte la pulpe blanche et devient l’artère pénicillée qui devient capillaire à housse. Le capillaire à housse est un capillaire entouré d’une gaine de macrophages. Les capillaires à housse se drainent ensuite dans le tissu de soutien de la pulpe rouge. Le sang s’infiltre dans les interstices entre les cellules réticulées constituant des cordons cellulaires appelés cordons de Billroth. Il est ensuite comprimé au travers des fentes étroites des sinusoïdes veineux de la pulpe rouge. Ces sinusoïdes veineux sont bordés de cellules endothéliales disposées en baguette et de macrophages et le tout est soutenu par une lame basale discontinue et un cerclage de réticuline. C’est à cet endroit que le rôle de filtre de la rate est réalisé. Le sang emprunte la circulation dite fermée : les capillaires à housse se drainent directement à l’intérieur d’un sinusoïde veineux de la pulpe rouge. Une faible proportion du sang emprunte l’artériole radiale, irradiation de l’artère centrale, et rejoint les sinus marginaux (10% du flux sanguin) entourant la pulpe blanche – c’est la circulation que nous appellerons marginale. Dans les sinus marginaux, le sang contenant éventuellement des antigènes rentrera en contact avec des cellules La conséquence des dendritiques présentatrices d’antigènes, les CPA processus de drainage, de prélèveront les antigènes et le sang rejoindra transport ou de capture finalement les sinusoïdes veineux de la pulpe antigénique au niveau de la rouge. rate est la concentration Depuis les sinusoïdes veineux, le sang se des antigènes sanguins draine vers des veines pulpaires puis des veines circulants. trabéculaires, dont le trajet est parallèle aux artères trabéculaires (dans les cloisons conjonctives), qui se rejoignent en une veine splénique sortant du hile de la rate. 4.4.2.3 La pulpe rouge La pulpe rouge est un réseau anastomosé de capillaires sinusoïdes bordés de cellules endothéliales. L’endothélium formé de cellules endothéliales en baguettes repose sur une lame basale discontinue soutenue par un tissu de soutien lâche constitué de fibres de réticuline et synthétisé par des fibroblastes. Ces capillaires sinusoïdes drainent le sang en provenance des capillaires à housse (circulation fermée) ou en provenance des cordons cellulaires du parenchyme (circulation ouverte) où le sang s’écoule lentement et y est filtré au travers de la paroi sinusoïdale. Pour rappel, cette paroi est un filtre astringent où seules les cellules ayant la capacité de se déformer pourront passer. Les globules rouges sénescents, incapables de se 24 Le terme « centrale » n’est pas le reflet réel de la position anatomique de l’artère centrale, car elle se trouve très souvent désaxée au sein de la pulpe blanche étant donné l’expansion clonale des cellules lymphocytaires repoussant au loin l’artère. 28 Système immunitaire MMEDB203 – SVETB303 Version du 04/03/2015 déformer, seront phagocytés et éliminés par les macrophages de la paroi des sinusoïdes. Les cordons cellulaires du parenchyme sont appelés cordons de Billroth et séparent les sinusoïdes les uns des autres. Ils contiennent le sang en cours de filtration, des plasmocytes et des macrophages. La principale fonction du sinusoïde splénique est la filtration du sang 25 : aussi bien les cellules sénescentes (globules rouges, plaquettes) que les particules circulantes. L’élimination intrasplénique des globules rouges sénescents peut être mise en évidence en histologie. La coloration de Perls permet de précipiter le Fe lié à l’hémosidérine, produit de dégradation de l’Hb. 4.4.2.4 La pulpe blanche « La pulpe blanche est à la rate ce que le follicule lymphoïde est au ganglion », hormis le fait que le nodule lymphoïde contient une artère dite centrale dans la rate. L’artère centrale y est entourée d’un manchon de lymphocytes T, surtout auxiliaires, et la couronne lymphoïde plus périphérique est, elle, constituée de lymphocytes B. On y retrouve aussi La pulpe blanche possède des CPA et des macrophages. Les CPA et les caractères structuraux macrophages vont prélever de potentiels antigènes d’un follicule lymphoïde : circulants au niveau de la pulpe blanche et de la lymphocytes B et T, CPA. circulation marginale, pour les apprêter et les En cas d’activation d’un présenter aux lymphocytes T. En cas d’activation, clone de lymphocyte, il les lymphocytes T interagissent avec les n’est pas rare d’observer lymphocytes B, ce qui provoque leur prolifération un centre germinatif. et leur différenciation in situ en plasmocytes. Les anticorps spécifiques de l’antigène seront relargués dans la circulation au niveau de la zone marginale (artériole radiaire, artère centrale) et rejoindront l’artère pénicillée. Remarque, les pulpes blanche et rouge sont en connexion l’une avec l’autre au niveau de la zone marginale. Il arrive que des patients aient à subir une splénectomie (suite à un trauma abdominal). Bien que cela ne porte pas à conséquence sur la fonction de filtration de la rate qui peut être supplantée au niveau du foie ou au niveau de la moelle osseuse, ces patients sont beaucoup plus à risque de développer une septicémie bactérienne. Le germe le plus souvent en cause est Streptococcus pneumoniae. En temps normal, S. Pneumoniae déclenche une réponse immunitaire au niveau de la rate, au moment où les germes sont phagocytés par les CPA résidentes, mais en son absence, le germe continue de circuler librement dans le sang et s’y reproduit. Comme ce germe est sanguin, il ne parvient que très peu aux ganglions lymphatiques. La vaccination contre S. pneumoniae est recommandée après splénectomie. 25 Les sinusoïdes hépatiques ont un rôle similaire. 29 Système immunitaire MMEDB203 – SVETB303 Version du 04/03/2015 4.4.3 Les formations lymphoïdes périphériques De nombreuses cellules immunitaires se concentrent dans les muqueuses, à l’interface entre le monde extérieur et le milieu interne, et participent au système de surveillance immunitaire. Les formations lymphoïdes périphériques constituent une masse non négligeable de cellules lymphoïdes, non encapsulée, répartie préférentiellement dans la paroi du tube digestif, de l’appareil respiratoire et du tractus uro-génital. Cette masse de tissu lymphoïde associé aux muqueuses est appelé MALT pour mucosaeassociated lymphoid tissue. Il est organisé en gros agrégats de cellules lymphoïdes dénommés nodules/follicules lymphoïdes ou sous forme d’infiltrats diffus localisés dans la muqueuse ou sous-muqueuse de l’organe concerné ex : estomac, glande salivaire, glande mammaire, paroi bronchique. Le « tissu » infiltré (ou plutôt cellulesinfiltrées) comprenant des lymphocytes/plasmocytes disséminés dans le chorion des muqueuses est abrégé DALT pour diffuse-associated lymphoid tissue. Le MALT regroupe le GALT, le NALT, le O-MALT, le BALT et le DALT. 4.4.3.1 Gut-associated lymphoid tissue Au niveau du tube digestif, la dénomination GALT, pour gut-associated lymphoid tissue 26, supplante le terme MALT. Le GALT comprend les follicules de la muqueuse oesophagienne, les plaques de Peyer de l’intestin grêle, les nodules lymphoïdes du côlon et de l’appendice et un très grand nombre de cellules immunitaires infiltrés dans la muqueuse ou le chorion digestif. Au niveau de l’intestin grêle, trois mécanismes de défense immunitaire sont particulièrement mis en place : 1) Une surveillance immunitaire des antigènes de la lumière intestinale est assurée par les plaques de Peyer et les cellules M associées 2) Les antigènes potentiellement délétères sont neutralisés par une sécrétion constante d’IgA produits à partir de plasmocytes intramuraux 3) Les cellules de Paneth (voir Système digestif) produisent des substances batériostatiques (lysozyme, défensines27) et régulent les flores bactériennes commensales et pathogènes. Les plaques de Peyer sont des follicules lymphoïdes spécifiques de l’intestin grêle présents dans la muqueuse et la sous-muqueuse. On en dénombre près de 200 chez l’être humain 28 . Une curiosité anatomique est que ces plaques sont tellement volumineuses qu’elles bombent dans la lumière et qu’il est possible de les compter en les palpant le long du tube digestif. A faible grossissement, la plaque de Peyer peut 26 Gut en anglais signifie ventre, boyaux, intestins … Les défensines exercent un effet anti-microbien en augmentant la perméabilité membranaire par formation de canaux ioniques. Le lysozyme, enzyme protéolytique, augmente aussi la perméabilité des bactéries en clivant leur peptidoglycane membranaire. 28 Elles sont très développés chez l’enfant et tendent à involuer avec l’âge. 27 30 Système immunitaire MMEDB203 – SVETB303 Version du 04/03/2015 être subdivisée en un dôme, du côté luminal, et un centre germinatif sous-jacent. Le dôme est bordé d’entérocytes (cellules épithéliales spécialisées dans l’absorption), de cellules M, de prolongements de cellules dendritiques CPA reposant sur une lame basale et un chorion richement infiltré de lymphocytes B. Le centre germinatif, de manière similaire aux autres organes lymphoïdes, contient des lymphocytes B, des lymphocytes T CD4+, des CPA et des plasmocytes. La protection locale immunitaire repose sur un cycle de « détection – activation - recirculation des lymphocytes » au niveau du tube digestif. Détection : Les cellules M 29 et les prolongements des cellules dendritiques « sondent » de manière constante les antigènes luminaux. La cellule M est une cellule épithéliale spécialisée qui capte les antigènes et les amène dans des vésicules contenant une protéase, la cathepsine-E. Dans la cellule M, les antigènes sont transportés par transcytose vers les espaces basaux, ceux-ci renfermant des poches contenant une population de lymphocytes B dits intraépithéliaux. Ces lymphocytes B captent les antigènes en transit à leur tour grâce à leurs immunoglobulines de surface et les transfèrent vers les CPA. Elles-mêmes les apprêtent et les présentent aux lymphocytes T ou à d’autres cellules dendritiques dites folliculaires au sein du follicule lymphoïde de la plaque de Peyer. Activation : L’activation des lymphocytes B et T est similaire à celle qui se déroule au sein du ganglion lymphatique. Recirculation des lymphocytes : Les lymphocytes sont recrutés au sein de la plaque de Peyer selon un mécanisme de « homing » identique à celui des ganglions, puisque la plaque de Peyer est irriguée par de boucles capillaires munies de veinules post-capillaires à endothélium haut (VEH, voir avant) exprimant des molécules d’adhérence et d’adressage spécifiques des lymphocytes. Après exposition antigénique et activation, les lymphocytes activés localement quittent la plaque de Peyer par le réseau lymphatique sous-muqueux efférent drainant le reste du tube digestif. Ils se localiseront préférentiellement dans la paroi digestive où les lymphocytes B préalablement activés se différencieront en plasmocytes sécréteurs d’immunoglobulines. La remise en circulation des lymphocytes activés au niveau du GALT ou du BALT conduira à une localisation préférentielle des cellules effectrices dans la paroi digestive ou respiratoire, respectivement. 29 La cellule M tire son nom « M » du fait qu’elle présente de nombreux Micro-replis (« microfold cells ») dans son cytoplasme. Ces replis hébergent des populations lymphocytaires. La cellule M ne possède pas de microvillosités apicales contrairement à ses voisines les entérocytes ! Comme les autres cellules épithéliales de l’épithélium intestinal, la cellule M dérive de la cellule souche présente dans les cryptes de Lieberkuhn. 31 Système immunitaire MMEDB203 – SVETB303 Version du 04/03/2015 Organisation du système immunitaire de la muqueuse digestive (GALT) et processus de recirculation des lymphocytes. Au niveau des « sites inducteurs », les antigènes luminaux intestinaux sont captés par les cellules M et les cellules dendritiques, transitent par transcytose vers les lymphocytes B intraépithéliaux, qui eux-mêmes les présentent aux CPA du follicule lymphoïde. L’organisation de ce follicule lymphoïde est identique à celle du ganglion : zone B au centre, zone T périphérique. Les CPA activent les lymphocytes T de la plaque de Peyer capables d’interagir avec les lymphocytes B pour les activer. Les lymphocytes ainsi activés quittent le centre germinatif et recirculent dans le réseau lymphatique mésentérique. Ils regagneront préférentiellement la paroi du tube digestif, au niveau des « sites effecteurs », sous la forme de lymphocytes T activés ou de plasmocytes sécréteurs d’Ig. Les plasmocytes retrouvés dans le chorion de la muqueuse digestive (comme celle des bronches) sécrètent toutes les classes d’immunoglobulines. Des IgG et des IgM sont sécrétées dans le chorion même et sont dirigées contre d’éventuels micro-organismes ayant vaincu les premières défenses et la barrière épithéliale. Des IgE peuvent aussi être sécrétées et déclenchent la dégranulation des mastocytes présents en grand nombre dans le chorion. Cependant, la majorité des plasmocytes intramuraux sécrètent des dimères d’IgA dans la lumière intestinale30. Ces dimères d’IgA sont particuliers puisque chaque monomère est uni par une chaîne J. Ces dimères sont d’abord sécrétés dans le chorion à proximité des entérocytes. Les entérocytes expriment à leur face basolatérale un récepteur spécifique, appelé récepteur polyimmunoglobuline (poly-Ig) muni d’une composante extracellulaire, la pièce sécrétoire et capable de fixer les dimères d’IgA. Le complexe IgA – pièce sécrétoire – récepteur poly-Ig est internalisé dans l’entérocyte et transporté par transcytose du côté apical. Au niveau apical, le complexe subit un clivage enzymatique, libérant les dimères d’IgA protégés par leur pièce sécrétoire vers la lumière digestive. Le rôle de la pièce sécrétoire est de protéger les dimères d’IgA d’une éventuelle dégradation protéolytique. Les anticorps de type IgA ont un rôle fondamental dans les liquides 30 C’est aussi le cas pour les plasmocytes du chorion de la glande mammaire, de l’appareil bronchique et des glandes salivaires ; ils sécrètent des IgA vers la lumière. 32 Système immunitaire MMEDB203 – SVETB303 Version du 04/03/2015 biologiques ; ils empêchent la fixation des bactéries ou des toxines à la surface des cellules épithéliales. 4.4.3.2 Nasal-associated lymphoid tissue, organized mucosal-associated lymphoid tissue et bronchus-associated lymphoid tissue L’anneau de Waldeyer est un anneau de tissu lymphoïde localisé dans la région du naso-pharynx et de l’oro-pharynx. Il fait partie du « NALT », nasal associated lymphoid tissue et de l’O-MALT, organized mucosal associated lymphoid tissue, tous deux membres de la famille des MALT. Il comprend 5 types d’amygdales : les amygdales palatines (les plus volumineuses), linguales, vélopalatines (voile du palais), naso-pharyngées (appelées aussi végétations adénoïdes) et tubaires (à proximité de la trompe d’Eustache). Structurellement, les amygdales sont formées d’invaginations de la muqueuse, formant des cryptes et recouverte d’épithélium malpighien ou d’épithélium respiratoire selon leur localisation (voir schéma cidessous). Les cryptes sont souvent comblées par du matériel dense contenant débris épithéliaux, amas de lymphocytes et bactéries. A de nombreux endroits le long des cryptes, l’épithélium est effracté et laisse place aux lymphocytes et CPA venant « sonder » la lumière du pharynx. Les amygdales comportent de nombreux follicules à centre germinatif, organisé comme les plaques de Peyer. Les types cellulaires les plus fréquents sont les cellules dendritiques (CPA), les lymphocytes B et T et les plasmocytes. Localisation anatomique de l’anneau de Waldeyer. Les amygdales du nasopharynx (a. nasopharyngées, a. tubaires) son recouvertes d’épithélium respiratoire tandis que les amygdales palatines, vélopalatines et linguales, toujours localisées dans la cavité buccale sont recouvertes d’épithélium malpighien. Au niveau du tractus bronchique, on retrouve aussi des agrégats lymphoïdes similaires à ceux du tube digestif mais plus petits. Ce tissu lymphoïde est appelé BALT pour bronchus associated lymphoid tissue. Des mécanismes similaires de prélèvements antigéniques luminaux existent et permettent la présentation d’antigènes aux lymphocytes locaux intramuraux. Magré un réseau lymphatique afférent absent et un efférent moins développé, les lymphocytes sont drainés dans la lymphe vers les ganglions lymphatiques régionaux ex : médiastinaux. De manière remarquable, les lymphocytes activés au niveau de l’appareil respiratoire tendent à recirculer vers et recoloniser la muqueuse respiratoire. 33 Système immunitaire MMEDB203 – SVETB303 Version du 04/03/2015 4.4.3.3 Diffuse-associated lymphoid tissue Au sein du chorion des muqueuses digestives, bronchiques, urogénitales mais aussi d’organes plus particuliers comme la glande mammaire ou les glandes salivaires, on peut retrouver des cellules lymphoïdes en plus ou moins grande concentration sous la forme d’amas diffus, d’où leur nom. Les types cellulaires les plus fréquents sont les lymphocytes T, B et les plasmocytes. Précisons que les lymphocytes T infiltrés des muqueuses sont en grande majorité TCR-1+ et ceux insérés dans l’épithélium sont appelés « lymphocytes intra-épithéliaux ». Les plasmocytes retrouvés dans les muqueuses sécrètent toutes les classes d’anticorps mais les IgA en général prédominent. Au niveau de la glande mammaire, des plasmocytes du chorion sécrètent des IgA qui passeront dans le lait maternel en étant transportés par transcytose de la même manière qu’au niveau du tube digestif et protégeront le tube digestif du nouveau-né durant la période péri-natale. 34