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ÉCOLE NATIONALE VETERINAIRE D’ALFORT
Année 2009
LES POLYMORPHONUCLEAIRES NEUTROPHILES
ET LEURS SECRETIONS EN DERMATOLOGIE
DES CARNIVORES DOMESTIQUES
ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE
THESE
Pour le
DOCTORAT VETERINAIRE
Présentée et soutenue publiquement devant
LA FACULTE DE MEDECINE DE CRETEIL
le……………
par
Anne-Cécile TOURNIER
Née le 25 octobre 1984 à Paris 12ème
JURY
Président : M.
Professeur à la Faculté de Médecine de CRETEIL
Membres
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Assesseur : Dr. Ludovic FREYBURGER
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* Responsable de l’Unité
REMERCIEMENTS
A Monsieur le Président du Jury,
Professeur à la Faculté de Médecine de Créteil,
Pour avoir accepté de présider la soutenance de notre thèse,
Hommage respectueux.
A Madame Geneviève Marignac,
Maître de conférences à l’Ecole Nationale Vétérinaire d’Alfort,
Qui nous a proposé ce travail et nous a apporté son aide et son soutien durant sa réalisation,
Qu’elle soit assurée de notre reconnaissance.
A Monsieur Ludovic Freyburger,
Maître de conférences à l’Ecole Nationale Vétérinaire d’Alfort,
Pour nous avoir fait l’honneur d’encadrer notre travail de thèse,
Pour sa disponibilité et sa gentillesse,
Sincères remerciements.
A mes parents, pour m’avoir soutenue pendant toutes les épreuves de la vie, pour leur amour
et pour m’aider à réaliser mes rêves.
A ma mère, pour ta gentillesse, ton dévouement et ta présence inconditionnelle à mes côtés.
A mon père, pour ton aide et ton soutien indéfectible.
A Fabien, pour ta patience et ton amour. Pour notre appart Ikea et surtout notre futur 5 pièces
terrasse avec vue sur la tour Eiffel. Pour nos voyages au bout du monde. Pour avoir fait de
moi une sportive. Pour toutes les fois où tu es là pour me rassurer. Je ne serai pas arrivée au
bout sans toi. Aucun mot ne saurait exprimer tout l’amour que j’ai pour toi.
A mes frères, qui réaliseront que leur petite sœur a grandit maintenant qu’elle est docteur.
A ma grand-mère, pour croire en moi.
A Clément, qui a toujours été là pour moi, je ne l’oublierai jamais. Je n’oublierai pas non plus
tous les allers-retours à l’aéroport ou à la gare, toutes les fois où tu m’as nourrie quand mon
frigo était vide, et toutes les fois où tu m’as consolée quand j’étais triste. Il n’y a pas deux
amis comme toi !
A Charles, mon mentor, mon modèle,... mon futur employeur ? Pour m’avoir appris à enlever
une tumeur mammaire, ... et en fait non, à faire une stérilisation de chatte, ... et en fait non, et
à trouver les bons bistrots pour la pause déjeuner. Dis, tu m’embaucheras dans ta boucherie à
Vaucresson ?
A Jérémy alias Bep ou Bepatant, ensemble de la prépa jusqu’à Alfort via Toulouse, j’espère
que nos chemins ne s’éloigneront pas. Tu m’as appris tellement de choses (sur les hommes,
les homos et la cuisine à la poêle ...) et on a eu tellement de fous rires ensemble que je ne
peux me rappeler de tous. On ne s’ennuie jamais avec toi !
A Fanny, pour notre super trinôme à deux grâce auquel les longues heures alforiennes sont
passées plus vite, pour avoir stressé pour nous deux avant les cas cliniques, pour m’avoir prêté
ton jeu du serpent pendant les relectures en radio, pour avoir fait payer les clients, ... Je
n’aurais pas pu trouver meilleur binôme !
A Youki, pour sa présence continue à mes côtés et son aide dans le tri de mes articles.
A mes amis, ceux qui ne le sont plus et ceux qui le restent.
Aux docteurs Van Gassen et Roche-Naude, pour tout ce qu’ils m’apprennent.
TABLE DES MATIERES
TABLE DES ILLUSTRATIONS .............................................................................................. 3
LISTE DES ABREVIATIONS .................................................................................................. 5
INTRODUCTION...................................................................................................................... 7 CHAPITRE 1 : PRESENTATION DES NEUTROPHILES ..................................................... 9 I. Formation des neutrophiles .............................................................................................. 11 II. Morphologie des neutrophiles.......................................................................................... 13 III. Fonctions des neutrophiles ............................................................................................... 14 A. Migration...................................................................................................................... 14 B. Phagocytose.................................................................................................................. 16 C. Dégranulation ............................................................................................................... 19 D. Formation d’anions superoxydes (explosion oxydative) ............................................. 21 E. Captation des facteurs bactériens ................................................................................. 23 F. Formation de Neutrophil Extracellular Traps .............................................................. 24 G. Production de médiateurs de l'inflammation................................................................ 27 1) Médiateurs peptidiques ............................................................................................ 27 2) Médiateurs lipidiques ............................................................................................... 29 IV. Apoptose des neutrophiles ............................................................................................... 31 A. Changements morphologiques des granulocytes apoptotiques.................................... 31 B. Apoptose spontanée des granulocytes.......................................................................... 32 C. Spécificités de l'apoptose spontanée des neutrophiles ................................................. 34 D. Régulation de l’apoptose des neutrophiles................................................................... 36
CHAPITRE 2 : NEUTROPHILES ET IMMUNITE ............................................................... 39 I. Description phénotypique des neutrophiles ..................................................................... 41 II. Neutrophiles et immunité innée ....................................................................................... 43 III. Neutrophiles et immunité acquise .................................................................................... 45 A. Dégradation, préparation et présentation de l’antigène par les neutrophiles ............... 46 B. Les cellules de l’immunité acquise et les neutrophiles ................................................ 48
CHAPITRE 3 : NEUTROPHILES ET CICATRISATION CUTANEE ................................. 51 I. Stérilisation microbienne.................................................................................................. 53 II. Résolution de l’inflammation........................................................................................... 54 III. Coopération avec les kératinocytes .................................................................................. 56
1
CHAPITRE 4 : NEUTROPHILES ET AGENTS INFECTIEUX ........................................... 59 I. Mécanismes d’échappement des bactéries aux neutrophiles ........................................... 61 A. B. C. D. E. F. G. H. Eviter le contact............................................................................................................ 62 Empêcher la phagocytose............................................................................................. 64 Survivre dans les neutrophiles...................................................................................... 65 Adapter la transcription................................................................................................ 67 Induire la mort cellulaire .............................................................................................. 67 Induire ou inhiber l’apoptose ....................................................................................... 68 Evitement des Neutrophils Extracellular Traps (NETs) .............................................. 68 Moduler la réponse immunitaire .................................................................................. 69 II. Dissémination des bactéries grâce aux neutrophiles ........................................................ 70
CHAPITRE 5 : NEUTROPHILES ET DERMATOSES PYOGENES ................................... 73 I. Dermatoses pyogènes infectieuses ................................................................................... 75 A. Rôle du pus................................................................................................................... 75 B. Dermatoses infectieuses superficielles......................................................................... 76 1) Folliculite bactérienne .............................................................................................. 76 2) Impétigo ................................................................................................................... 77 3) Intertrigo................................................................................................................... 79 C. Dermatoses infectieuses profondes .............................................................................. 79 1) contamination locale ou par inoculation .................................................................. 79 2) contamination systémique à répercussion cutanée................................................... 84 3) réaction aux toxines bactériennes............................................................................. 85 II. Dermatoses pyogènes stériles........................................................................................... 88 A. Les dermatoses neutrophiliques humaines................................................................... 88 B. Dermatoses stériles superficielles ................................................................................ 90 1) Dermatite pyotraumatique........................................................................................ 90 2) Pemphigus foliacé .................................................................................................... 91 C. Dermatoses stériles profondes...................................................................................... 92 1) Cellulite juvénile ...................................................................................................... 92 2) Acné ......................................................................................................................... 93 III. Applications cliniques ...................................................................................................... 95 CONCLUSION ........................................................................................................................ 97 BIBLIOGRAPHIE ................................................................................................................... 99 ANNEXE : Article de synthèse en vue de publication .......................................................... 111 2
TABLE DES ILLUSTRATIONS
FIGURES
Figure 1 : L’hématopoïèse (d’après Revillard, 2001)......................................................................11 Figure 2 : Modèle d'adhérence des neutrophiles aux cellules endothéliales.
(d’après Kindt et al., 2008). .......................................................................................................15 Figure 3: La phagocytose dans les neutrophiles (d’après Stevens et Lowe, 1997).......................18 Figure 4 : Phagocytose et destruction bactérienne (d’après Smith, 1994). .................................22 Figure 5 : Mécanismes antimicrobiens des neutrophiles (d’après Nathan, 2006)........................23 Figure 6 : Les mécanismes de destruction des neutrophiles : phagocytose (A et B)
et NETs (C) (d’après Urban, Lourido et al., 2006)...................................................................24 Figure 7: Les médiateurs produits par les neutrophiles et leurs cellules cibles
(d’après Goldsby et al., 2001)....................................................................................................28 Figure 8 : Voie d’apoptose extrinsèque (d’après Karp et al., 2004) ..............................................33 Figure 9 : Voie d’apoptose intrinsèque (par mitochondries interposées)
(d’après Karp et al., 2004). ........................................................................................................35 Figure 10 : Le neutrophile d’un aspect phénotypique..................................................................42 Figure 12 : Transdifférenciation des neutrophiles en cellules présentatrices d’antigènes
(d’après Chakravarti et al., 2007). .............................................................................................47 Figure 13: Interactions neutrophiles-cellules immunes (d’après Chakravarti et al., 2007). ........50 3
Figure 14 : Le rôle des neutrophiles dans la cicatrisation cutanée : contrôle de la
contamination microbienne et attraction monocytes/macrophages
(d’après Nathan, 2006)...............................................................................................................55 Figure 15 : Les stratégies des bactéries visant à éviter la destruction par les neutrophiles
(d’après Urban,Lourido et al., 2006). ........................................................................................61 Figure 16 : Inhibition de la réponse des neutrophiles à l’infection (Foster , 2005).....................63 Figure 17 : Mécanismes d’évitement de l’opsonophagocytose par Staphylococcus aureus
(d’après Foster, 2005). ...............................................................................................................65 Figure 18 : Rubans de chromatine, au grossissement 100
(photo, service de dermatologie ENVA)....................................................................................95 TABLEAUX
Tableau 1 : Agents peptidiques sécrétés par les neutrophiles et leurs effets
(d’après Chakravarti et al., 2007). .............................................................................................48 4
LISTE DES ABREVIATIONS
AIF : Apoptosis Inducing Factor
AMPc : Adénosine MonoPhosphate cyclique
Apaf : Apoptosis protease-activating factor
ATP : Adénosine TriPhosphate
BA : Berger Allemand
BLyS : B Lymphocyte Stimulator
BPI : Bactericidal Permeability Increasing Protein
CAM : Cell Adhesion Molecule
CAP18 : Cationic Antimicrobial Protein
CAT : Catalase
CD : Cluster of Differentiation – marqueur de différenciation
CHIPS : Chemotaxis Inhibitory Protein of Staphylococci
ClFA : Clumping Factor A
CMH : Complexe Majeur d’Histocompatibilité
CPA : Cellules Présentatrices d’Antigènes
cPLA2 : Phospholipase A2 cytosolique
CR : Complement Receptor
DAPP : Dermatite Allergique aux Piqûres de Puce
Eap : Extracellular adherence protein
Efb : Extracellular fibrinogen-bindind protein
FADD : Fas-Associated Death Domain
FasL : Fas Ligand
fMLP : Formyl-Met-Leu- Phe
FPR : Formyl Peptide Receptor
GAS : Streptocoques Groupe A
G-CSF : Granulocyte-Colony-Stimulating Factor
GM-CSF : Granulocyte-Macrophage-Colony-Stimulating Factor
GPX : Glutathione-peroxydase
HLA : Human Leukocyte Antigen
ICAM : InterCellular Adhesion Molecule
IFN : Interféron
IL : Interleukine
IL-1RA : Interleukine-1 Receptor Antagonist
IP-10 : IFN-g-inductible protein of 10 kDa
LAMB2 : Laminine Beta 2
LAMB3 : Laminine Beta 3
LCF : Leishmania Chemotactic Factor
LFA : Leucocyte Function associated Antigen
5
LPS : Lipopolysaccharide
LT : Leucotriène
MCP : Monocyte Chemotactic Protein
MIP : Macrophage-Inflammatory Protein
MMP : Matrix Metalloproteinases
MPO : Myéloperoxydase
NET : Neutrophil Extracellular Trap
NK : Natural Killer
PAF : Facteur d’Activation Plaquettaire
PAMP : Pathogen Associated Molecular Pattern
PIA : ExoPolysaccharide Intracellular Adhesin
PEPI : Proépithéline
PFT : Pore-Forming Toxin
PG : Prostaglandine
PGA : Poly-gamma-DL-Glutamic Acid
PRR : Pattern Recognition Receptor
PVL : Panton-Valentine leukocidin
ROS : Reactive Oxygen Species
SCIN : Staphylococcal Complement Inhibitor
SdrG : Ser-asp dipeptid repeat G
sLex : Sialylated Lewis X
SLPI : Secretory Leukocyte Protease Inhibitor
SOD : Superoxyde-dismutase
TCR : T-cell receptor
TGF : Transforming Growth Factor
TLR : Toll-Like-Receptor
TNF : Tumor Necrosis Factor
TNFR : TNF Receptor
TRADD : TNF Receptor-Associated Death Domain
TSST : Toxic Shock SyndromToxin
TX : Thromboxane
uPA : Urokinase Plasminogen Activator
VCAM-1 : Vascular Cell Adhesion Molecule
VEGF : Vascular Endothelial Growth Factor
WTA : Wall Teichoic Acid
6
INTRODUCTION
Jusqu’aux années 2000, les neutrophiles étaient les parents pauvres de l’immunologie. Malgré
leur omniprésence dans la pratique médicale humaine et vétérinaire quotidienne, ils ne sont que peu
étudiés, contrairement, par exemple, aux macrophages.
Pourtant, comme nous le détaillerons, les neutrophiles jouent un rôle clé dans la réponse
immunitaire aux infections microbiennes.
Leur fonction majeure est la destruction rapide des bactéries et des champignons avant leur
multiplication et leur dissémination dans l’organisme (Edwards, 1994). Ils constituent la première
catégorie de cellule recrutée au site d’inflammation, qui doit donc répondre rapidement et de
manière juste. Ceci est permis par leur grande mobilité et par la gamme étendue de mécanismes
cytotoxiques qu’ils contiennent.
Les neutrophiles sont capables de communiquer avec les autres cellules de l’immunité. Ainsi ils
participent à l’orchestration de la réponse immunitaire.
Ces mêmes mécanismes sont aussi ceux employés dans le processus de cicatrisation cutanée.
Si l’arsenal antimicrobien des neutrophiles est multiple, les micro-organismes à leur tour ont
développé leurs propres « armes » pour survivre aux neutrophiles, et interagir avec eux dans leur
intérêt propre.
Ce rôle à la fois simple et complexe explique sans doute pourquoi les neutrophiles sont aussi
fréquemment rencontrés dans les dermatoses animales. Quoiqu’omniprésents, leur rôle y est
largement sous-estimé, et donc peu exploré.
Après avoir présenté les neutrophiles et leurs fonctions, nous détaillerons leur rôle dans
l’immunité acquise et innée, et dans la cicatrisation cutanée. Puis nous nous intéresserons aux
interactions entre les neutrophiles et les agents infectieux. Enfin nous discuterons de l’intérêt des
neutrophiles en dermatologie vétérinaire.
7
8
CHAPITRE 1 : PRESENTATION DES NEUTROPHILES
La plupart des études sur les neutrophiles ayant été réalisées chez l’Homme, nous nous
fonderons sur les neutrophiles humains, tout en précisant les particularités des neutrophiles des
carnivores domestiques quand il y aura lieu.
Les neutrophiles, aussi nommés polymorphonucléaires neutrophiles (PNN), ont été décrits
pour la première fois par Paul Ehrlich au tournant des années 1900. Ils sont caractérisés par un
noyau polylobé (on a longtemps cru que ces cellules possédaient plusieurs noyaux) et de nombreux
granules cytoplasmiques. Leur nom, «neutrophile», provient du fait qu’après coloration par un
mélange de colorants acides et basiques, ces cellules restent neutres (Borregaard et Cowland, 1997).
Représentant 60 à 75% des globules blancs totaux dans le sang chez la plupart des carnivores
(Tizard, 2004), ils sont les leucocytes les plus abondants dans la circulation sanguine. Chez
l’Homme, dans la sous-famille des granulocytes, les neutrophiles sont les plus nombreux,
constituant à eux seuls plus de 95% de cette population cellulaire totale, tandis que les éosinophiles
et les basophiles représentent respectivement environ 4% et 1% de cette classe (Goldsby et al.,
2001).
Les polynucléaires neutrophiles sont répartis en deux secteurs :
- le secteur circulant, le seul mesuré directement lors d’une numération sanguine, c’est-à-dire les
neutrophiles libres dans la circulation sanguine,
- le secteur marginal : c’est-à-dire les polynucléaires plaqués contre les parois des vaisseaux
notamment dans la rate, le foie et les poumons. Ce secteur n'est pas mesuré lors de la numération
alors qu'il représente une quantité égale au secteur circulant. Ces polynucléaires marginés sont
fonctionnels et immédiatement disponibles. On connaît en pathologie des exemples d'excès de
margination des polynucléaires neutrophiles donnant des neutropénies. A l'inverse, la mobilisation
de ces polynucléaires marginés augmente la leucocytose sanguine.
Lors d’infection bactérienne, le nombre de neutrophiles circulants peut augmenter d’un facteur 10
lorsqu’ils sont libérés de la moelle et du secteur marginal (Tizard, 2004).
Les polynucléaires ont un temps de transit dans le sang assez court. Après leur sortie des
vaisseaux sanguins dans les tissus, ils ne recirculent plus (Parham et al., 2003).
9
10
I.
Formation des neutrophiles
Comme les autres cellules du système immunitaire, les neutrophiles sont formés
és dans la moelle
osseuse à partir d’une cellule souche hématopoïétique, lors de la granulopoïèse (figure 1).
Figure 1 : L’hématopoïèse. La cellule souche embryonnaire hématopoîétique donne naissance à une cellule précurseur
soit de la lignée myéloïde, soit de lignée lymphoïde. Le précurseur myéloïde va lui-même générer plusieurs lignées par
la thrombopoïèse, l’érythropoïèse et la leucopoïèse. Lors de cette dernière, le myéloblaste va générer des leucocytes,
dont les granulocytes neutrophiles, par la granulopoïèse. GR : globule rouge, pl : plaquette, Mo : monocyte, Mac :
macrophage, N : neutrophile, Eo : éosinophile, Ba : basophile, NK : nautral killer (d’après Revillard, 2001).
11
Le développement et la maturation des granulocytes dans la moelle osseuse se produisent en deux
phases : une phase mitotique et une phase non mitotique. Chacune d’elles dure approximativement
une semaine. Au cours de la phase mitotique, les cellules se transforment successivement de
myéloblastes en promyélocytes, sous l’influence de GM-CSF (Granulocyte-Macrophage-ColonyStimulating Factor) et d’interleukine 3, puis en myélocytes.
Puis, en présence de GM-CSF et de G-CSF (Granulocyte-Colony-Stimulating Factor), le myélocyte
se transforme en métamyélocyte puis en « band cell » (ou neutrophile non segmenté) puis en
neutrophile segmenté, cellule la plus différenciée et terminale de cette séquence (Rosenberg et
Gallin, 1999). Cette maturation est associée à l’apparition, dans le cytoplasme des neutrophiles, de
granules caractéristiques ; au stade promyélocyte pour les granules azurophiles et au stade
myélocyte pour les granules spécifiques.
Le développement morphologique des neutrophiles est accompagné de changements dans les
propriétés des cellules : l’apparition d’antigènes et de récepteurs de surface au cours de la
différenciation est associée à la maturation des fonctions cellulaires. Par exemple, les récepteurs Fc
apparaissent lors de la différenciation des cellules en promyélocytes, la fonction de phagocytose au
cours de la phase myélocytaire précoce, le récepteur pour les fractions du complément durant la
phase myélocytaire tardive et durant le stade métamyélocytaire, l’activité microbicide dépendante
de l’oxygène pendant la phase métamyélocytaire (Lew, 1998).
12
II. Morphologie des neutrophiles
Les polynucléaires neutrophiles sont de taille moyenne, 10 à 20 μm de diamètre, chez les
carnivores domestiques (Tizard, 2004). Dans toutes les espèces, leur noyau a de 2 à 5 lobes, la
chromatine est dense. Le cytoplasme est abondant, d’aspect dense et contient de fines granulations,
beiges à la coloration MGG.
L’aspect inhabituel de la chromatine laissait à penser que le noyau était transcriptionnellement
inactif, mais en réalité les neutrophiles matures ont une activité de transcription effective, même si
leur rythme de biosynthèse est inférieur à celui des monocytes par exemple. Dans le cytoplasme, la
petite quantité d’appareil de Golgi et de réticulum endoplasmique est cohérente avec ce faible
rythme de biosynthèse. Les mitochondries sont rares et vestigiales : l’énergie de la cellule est
fournie par la glycolyse.
Les neutrophiles possèdent dans leur cytoplasme plusieurs granules, d’où leur appellation de
granulocytes. Ces granules forment un continuum pendant la myélopoïèse, mais peuvent être
classés en quatre types, selon leur contenu. Leur fonction sera étudiée plus loin (voir chapitre
1.III.C p. 19).
13
III. Fonctions des neutrophiles
Chez l’Homme, la moelle osseuse d’un adulte sain produit plus de 1011 neutrophiles par jour, et plus
de 1012 en cas d’inflammation aigüe. Environ 5% du pool granulocytaire est situé au niveau
intravasculaire, circulant ou adhérent aux vaisseaux. Le temps de demi-vie de ces cellules dans les
vaisseaux est de 6 à 8 heures tandis que leur persistance dans les tissus peut varier de 7 heures à 14
jours (Lew, 1998). Suite à la migration transendothéliale vers le site inflammé, les principales
fonctions de défense des neutrophiles sont la phagocytose, la dégranulation et l’explosion
oxydative.
A. Migration
La migration des neutrophiles des vaisseaux sanguins vers les tissus, ou diapédèse, peut être décrite
en quatre étapes. En l’absence de phénomènes infectieux ou inflammatoires, les neutrophiles
arrivent dans les veinules post-capillaires, se marginalisent, et par un processus répétitif de liaison
ligand-récepteur deviennent adhérents aux cellules endothéliales. Sous l’influence du courant
circulatoire, ils « roulent » lentement le long de la paroi du vaisseau. Les neutrophiles sont captés et
roulent sur l’endothélium par l’intermédiaire des sélectines : la sélectine E, CD34 et la sélectine P
de l’endothélium se lient respectivement à sLex (sialylated Lewis X), à la sélectine L et à PSGL-1
(P-selectin glycoprotein ligand ). Une lectine est fixée sur leur acide aminé N-terminal et la
présence de calcium est nécessaire à l’expression de leur activité de liaison (Lew, 1998). Si, durant
cette première étape de « roulement », les leucocytes sont en contact avec des produits bactériens
comme des peptides formylés (fMLP), des lipopolysaccharides (LPS) ou tout autre produit proinflammatoire (leucotriène B4, interleukine-8, fragments du complément), ils entrent alors dans la
deuxième étape: l’activation, via des réactions de phosphorylation.
Les cellules endothéliales jouent un rôle actif dans la régulation de l’adhérence, comme le montre la
figure 2 . Elles sécrètent des cytokines chimiotactiques comme l’IL-8 et on constate l’apparition à
leur surface de molécules telles que le facteur d’activation plaquettaire (PAF). L’interaction de ces
facteurs avec des récepteurs spécifiques sur les neutrophiles constitue un puissant stimulus
additionnel pour l’adhérence médiée par les intégrines (Lew, 1998). Lorsque l’intégrine LFA-1
(Leucocyte Function associated Antigen) se lie à son ligand ICAM-1 (InterCellular Adhesion
14
Molecule), les neutrophiles se fixent fermement à la paroi du vaisseau sanguin: c’est l’adhérence
ferme, la troisième étape de la migration.
Figure 2 : Modèle d'adhérence des neutrophiles aux cellules endothéliales. L’entrée des neutrophiles dans les tissus
est contrôlée par une cascade d’interactions. L’attachement initial des neutrophiles à la surface des cellules
endothéliales se fait par les sélectines, ce qui leur permet de rouler. Par la suite, ils entrent en contact avec des facteurs
activateurs, tels que le PAF (le facteur d’activation plaquettaire), présents sur la surface de l’endothélium. Ceci permet
l’activation des intégrines des neutrophiles. Les intégrines activées, telles que LFA-1, lient les membres de la
superfamille des immunoglobulines (ICAMs – InterCellular Adhesion Molecules), ce qui permet l’adhésion, le prérequis pour une migration dirigée des neutrophiles sur la surface des cellules endothéliales (d’après Kindt et al., 2008).
Cette interaction entre les cellules endothéliales et les neutrophiles initie le recrutement de
cellules immunes aux sites d’infection, d’inflammation ou lors de blessure. Les interactions
cellules-cellules ou cellules-matrice influencent aussi le phénotype et la fonction des neutrophiles.
15
Une dérégulation de cette adhérence et des voies de transduction peut contribuer au recrutement en
continu et à l’activation persistante des neutrophiles, et donc à la non-résolution de l’inflammation
(Wahl et al., 1996).
In vivo, les neutrophiles sont exposés à différents gradients chimiotactiques au même
moment, résultant en une navigation en plusieurs étapes (Foxman et al., 1997).
Finalement, les neutrophiles réorganisent leur cytosquelette pour s’insinuer à travers la
couche de cellules endothéliales, habituellement guidés par un gradient de concentration de
chimioattractants (LTB4, C5a, IL-8, fMLP) : c’est la migration transendothéliale ou la diapédèse
(Goldsby et al., 2001).
La migration des neutrophiles à travers l’endothélium vasculaire et les tissus est la conséquence de
mécanismes strictement régulés incluant le relargage et la compartimentalisation d’un nombre
important de médiateurs inflammatoires et l’activation séquentielle de ces deux systèmes cellulaires
(Lew, 1998).
B. Phagocytose
Au site inflammatoire, les neutrophiles éliminent bactéries, virus et particules étrangères,
grâce à leur grande capacité de phagocytose, limitant ainsi l’invasion des tissus sains. La
phagocytose se déroule en deux étapes : les granulocytes se lient d’abord aux particules à
phagocyter puis ils les ingèrent. L’attachement est un phénomène passif alors que l’ingestion est un
processus actif qui exige de l’énergie fournie par la glycolyse anaérobie (Lew, 1998). Sur leur
membrane cytoplasmique, les neutrophiles possèdent des récepteurs qui reconnaissent directement
les lipopolysaccharides et les polysaccharides des pathogènes (voir Chapitre 2.I, p. 41), permettant
ainsi de les enrober et de les emprisonner à l'intérieur d'une vacuole : le phagosome. Ils peuvent
phagocyter des particules enrobées d'anticorps IgG, dites opsonisées, en fixant les parties Fc de ces
anticorps grâce aux récepteurs FcγRII et FcγRIII à leur surface. Le même phénomène se produit
pour les particules opsonisées par les fragments du complément (par exemple C3b), car les
phagocytes possèdent également les récepteurs liant ces fragments tels que CR1 (complement
receptor) ou CR3 (Greenberg et Silverstein, 1993).
Quelques micro-organismes peuvent être ingérés en l’absence de facteurs sériques, ce type
d’ingestion se faisant par l’intermédiaire de protéines membranaires qui reconnaissent des sucres à
la surface des bactéries. Ce dernier phénomène s’appelle la lectinophagocytose (Lew, 1998).
16
La surface des bactéries est plus hydrophile que celle des neutrophiles. Le complément et les
immunoglobulines spécifiques, en plus de leur rôle de ligands de récepteurs spécifiques, ont la
propriété de modifier les caractéristiques de la surface des particules à phagocyter. Lors de
l’opsonisation, les bactéries deviennent relativement plus hydrophobes et sont ingérées d’une
manière plus facile : cela peut être dû à une diminution du nombre de charges de répulsion entre la
particule et le phagocyte (Lew, 1998).
L’ingestion est donc le résultat d’une interaction séquentielle entre des opsonines distribuées
d’une manière homogène sur la surface de la particule et des récepteurs dans la membrane du
phagocyte. L’interaction séquentielle des opsonines avec les récepteurs de la membrane initie dans
le cytosol sous-jacent la polymérisation de l’actine et les particules sont englobées dans phagosome
(Lew, 1998) comme le montre la figure 3.
Suite à l’internalisation de micro-organismes dans la vacuole phagocytaire, une séquence
coordonnée d’événements mène à l’activation du système microbicide. Les éléments critiques sont
la stimulation du métabolisme oxydatif qui génère des dérivés toxiques de l’oxygène (ROS) et le
relargage vers la vacuole phagocytaire des protéines des granules douées de propriétés
antimicrobiennes (Cohen, 1994). Ces processus sont déclenchés par l’activation des récepteurs
phagocytaires ou chimiotactiques et par la production de seconds messagers (Lew, 1998).
17
Figure 3: La phagocytose dans les neutrophiles. (a) Les neutrophiles ont des récepteurs de membrane (surtout pour la
portion Fc des anticorps), des facteurs de complément reliés aux substances exogènes, et des polysaccharides
bactériens. Les neutrophiles ne phagocytent pas le matériel auxquels ils ne sont pas liés. (b) La première étape de la
phagocytose est la liaison de la substance exogène aux récepteurs spécifiques. La cellule développe des pseudopodes
qui entourent la particule ; la mobilité des pseudopodes est due aux mouvements des filaments d’actine. (c) Les
pseudopodes se rejoignent pour constituer une vésicule. Des protéines spécifiques contribuent vraisemblablement à la
fusion des membranes. (d) La particule étrangère englobée dans la vésicule se nomme phagosome. (e) Le phagosome
fusionne avec les granules neutrophiles, particulièrement les granules primaires qui déchargent leur contenu, et
soumettent ainsi le phagosome à l’action des enzymes lysosomiaux. Si la particule est une bactérie, sa destruction est
favorisée par le peroxyde d’hydrogène et les radicaux superoxydes générés par la réduction enzymatique de l’oxygène.
(f) La destruction des particules étrangères est à l’origine de la formation des corps résiduels qui contiennent les
substances dégradées (d’après Stevens et Lowe, 1997).
lysosomes
récepteur cellulaire
pseudopode activé par l’actine
substance
exogène
ligand de
surface
actine
superficielle
noyau
particule incluse par enrobement
fusion des lysosomes avec le
phagosome
phagolysosome
18
lien entre
récepteurs
fusion des membranes avec formation
de phagosomes
corps résiduel
C. Dégranulation
La capacité des cellules à détruire des micro-organismes dans des conditions anaérobies
strictes montre l’existence de mécanismes bactéricides indépendants de l’oxygène. La dégranulation
en fait partie. Les granules distribués initialement d’une manière homogène dans le cytoplasme
migrent vers la vacuole phagocytaire. La fusion de la membrane des granules avec celle des
phagosomes conduit à la libération d’enzymes lytiques dans la vacuole contenant les particules
ingérées (Lew, 1998).
Les voies d’activation qui relient la fixation aux récepteurs de surface à la dégranulation sont
compliquées et seulement partiellement élucidées. L’adénosine triphosphate (ATP) formée en
majorité par le métabolisme glycolytique est nécessaire. Des éléments du cytosquelette sont mis en
œuvre dans ce processus. Les microtubules interviennent comme médiateurs dans la translocation
des granules à l’intérieur de la cellule tandis qu’un remodelage des micro-filaments d’actine dans la
région proche de la membrane plasmique permet l’approche finale des granules facilitant la fusion.
Des changements dans la concentration du calcium intracellulaire régulent de manière étroite ce
processus. Il est probable que certaines protéines fusogènes favorisent la fusion des membranes. Les
anéxines, une famille de protéines cytosoliques dépendantes du calcium et capables de promouvoir
la fusion in vitro, pourraient être les médiateurs de ces phénomènes (Lew, 1998).
Les différentes classes de granules cytoplasmiques diffèrent de manière substantielle dans
leur contenu luminal, dans la propriété de leurs membranes et dans leur capacité de dégranulation
(Lew, 1998).
Les premiers granules à décharger leur contenu sont les granules dits peroxydase-négatifs,
car ne contenant pas de myéloperoydase. Ce sont les granules spécifiques et les granules tertiaires,
qui contiennent des ensembles de protéines se recoupant (Faurschou et Borregaard, 2003).
Les granules spécifiques fusionnent d’une manière préférentielle avec la membrane
plasmique libérant ainsi leur contenu dans le milieu extracellulaire (Borregaard et Cowland, 1997).
On y retrouve le « gang des L », lactoferrine, lipocaline, lysozyme et LL-37 (voir figure 5). LL-37
est un peptide chimiotactique et antimicrobien formée par la protéase 3 à partir de la cathélicidine
CAP18 (cationic antimicrobial protein 18) (Nathan, 2006). La lactoferrine, protéine liant le fer a
probablement un site d’action primaire extracellulaire. Son effet bactériostatique est lié à ses
capacités à priver les bactéries du fer nécessaire pour leur croissance (voir chapitre 1.III.F p. 24). Le
lysozyme, qui dégrade les liaisons mucosidiques au niveau de la paroi bactérienne, fait aussi
19
fonction d’opsonine en liant les bactéries et ainsi facilitant leur phagocytose en l’absence
d’anticorps spécifique, et lorsque leur activité enzymatique est inefficace (Lew, 2003).
Le principal rôle des granules tertiaires, ou granules à gélatinase, est d'entreposer les
enzymes servant à la dégradation de la matrice extracellulaire, notamment les métalloprotéases
MMP8, 9 et 25 (voir figure 5), tout en étant une réserve de récepteurs membranaires utiles à la
surface pour la diapédèse des neutrophiles. Ces granules sont donc d'une grande importance pour
une migration efficace vers le site inflammatoire, mais jouent aussi un rôle important en facilitant le
recrutement d’autres neutrophiles (Faurschou et Borregaard, 2003).
Finalement, alors que la concentration en sécrétagogues augmente, c’est au tour des
granules peroxydase-positifs, c’est-à-dire les granules primaires, de se décharger. Les granules
primaires ou azurophiles sont rarement sécrétés à l'extérieur de la cellule. Ils fusionnent de manière
prédominante avec la membrane de la vacuole phagocytaire pour détruire les micro-organismes
ingérés à l’aide, entre autres, de la myéloperoxydase, des élastases, des défensines et de
l’azurocidine qu'ils contiennent (voir figure 5) (Chertov et al., 2000). Des enzymes microbicides et
hydrolytiques sont ainsi délivrées à l’intérieur du phagosome où leur action est favorisée par le pH
acide. Les défensines sont de petits polypeptides qui compensent leur faible puissance molaire par
leur forte abondance (elles représentent 15% des protéines neutrophiliques totales chez l’animal) et
leur spectre antimicrobien large (Tizard, 2004). La myéloperoxydase, MPO, convertit le peroxyde
d’hydrogène en antiseptique plus puissant et est utilisée dans l’explosion oxydative (voir chapitre
1.III.D, p. 21).
La BPI (Bactericidal Permeability Increasing Protein) est un constituant majeur des granules
primaires des neutrophiles de l’Homme et du lapin, qui est actif contre les bactéries Gram négatif en
liant le LPS et en endommageant leur membrane. Les granules primaires humains contiennent
aussi des protéines antibiotiques à large spectre appelées serprocidines telles que l’élastase et
l’azurocidine (Nathan, 2006), dont l’action antimicrobienne est due à leur capacité à former des
structures amphipatique : leur région hydrophobe s’insère dans la membrane lipidique bactérienne,
tandis que leur région hydrophile peut former des pores ou simplement recouvrir la membrane. Ceci
résulte en la destruction de la membrane et donc la destruction de la bactérie (Tizard, 2004).
Les vésicules sécrétoires, les premières à être libérées en réponse à des stimuli
inflammatoires, possèdent une variété de récepteurs membranaires nécessaires aux étapes précoces
20
d'activation des neutrophiles et à l'adhésion ferme sur l'endothélium activé, comme la β2-intégrine,
le récepteur du fMLP (FPR), du LPS (CD14) et le récepteur FcγIII (Faurschou et Borregaard,
2003). Ceci montre bien que les granules peuvent non seulement sécréter des substances
microbicides à l'extérieur des neutrophiles et à l'intérieur du phagosome, mais qu’ils peuvent
également modifier la composition de la membrane cytoplasmique en y intégrant la leur.
D. Formation d’anions superoxydes (explosion oxydative)
Un des mécanismes des neutrophiles pour éliminer les pathogènes consiste à produire des
dérivés toxiques de l'oxygène à partir des anions superoxydes (O2-). Ces anions sont crées par le
complexe multimérique de la NADPH oxydase, situé sur la membrane cytoplasmique, et sont
libérés à la face externe de cette membrane. La NADPH oxydase comprend des composants
distincts, présents sur la membrane plasmique, sur la membrane de certains granules et dans le
cytoplasme. L’assemblage de ces différents constituants se fait lors de la phagocytose (Edwards,
1994). L’activité de ce complexe, négligeable dans les phagocytes au repos, est très fortement
augmentée dans les cellules activées (Lew, 1998).
La réaction chimique de l’oxydase est représentée par l’équation :
2 O2 + NADPH Î 2 ·O2- + H + + NADP+
L'anion superoxyde est un précurseur de plusieurs autres formes d'oxygène fortement réactif
plus toxiques pour l’agent pathogène : le peroxyde d'hydrogène (H2O2), le radical hydroxyle (·OH)
et l'oxygène singulet (1O2). Le peroxyde d'hydrogène peut être transformé en acide hypochlorique
(HClO), un composé extrêmement bactéricide, par la myéloperoxydase libérée dans le phagosome
(Roos et al., 2003). Il est probable que HClO induise une libération du fer à partir de multiples sites
enzymatiques bactériens. Cet ion participerait à la production secondaire des radicaux hydroxyles
qui sont aussi puissamment bactéricides.
Si ces produits sont libérés en grande quantité dans le milieu extracellulaire, ils peuvent
engendrer des dommages tissulaires dus à la peroxydation lipidique, causant une désorganisation
membranaire, ou encore à l’altération de protéines et d’acides nucléiques (Gougerot-Pocidalo et al.,
2002)
Les phagosomes ont un rôle clé dans la lutte contre les agents pathogènes, parce qu’ils
constituent un espace fermé dans lequel les micro-organismes ingérés sont exposés à des substances
toxiques, ce qui limite les dégâts tissulaires (voir figure 4).
21
Figure 4 : Phagocytose et destruction bactérienne. Ce schéma montre que la liaison d’un micro-organisme opsonisé
par les neutrophiles initie le processus phagocytaire. L’invagination de la portion de membrane contenant le microorganisme conduit à la formation du phagosome. La fusion et le relargage du contenu des granules dans le phagosome
créent un environnement hautement microbicide où la dégradation se déroule via la combinaison de processus oxydatifs
et non oxydatifs. MPO : myéloperoxydase, SOD : superoxyde dismutase (d’après Smith, 1994).
Micro-organism
On a vu des mécanismes bactéricides dépendants et indépendants de l’oxygène. Ces deux
voies sont indispensables au fonctionnement des neutrophiles, car si certaines bactéries sont
éliminées efficacement en conditions anaérobies, d’autres nécessitent l’oxygène pour être détruites,
comme par exemple les staphylocoques.
Les métabolites de l’oxygène sont générés dans les phagolysosomes, où ils pourraient
activer les protéines antimicrobiennes. De plus, la NADPH oxydase permettrait une acidification du
cytoplasme des neutrophiles, ce pH acide étant nécessaire à l’activité des granules (Edwards, 1994).
L’activation des neutrophiles entraîne une augmentation de la concentration en ROS dans la
vacuole d’endocytose. L’accumulation de charges anioniques qui en résulte est compensée par une
augmentation d’ions K+ qui traversent la membrane. Ceci engendre la libération des protéines
granulaires cationiques, dont l’élastase et la cathepsine G, de la matrice (Reeves et al., 2002).
22
Figure 5 : Mécanismes antimicrobiens des neutrophiles. Les agents antimicrobiens viennent des compartiments
intracellulaires des neutrophiles : les granules azurophiles, les granules spécifiques et tertiaires, le cytoplasme, les
membranes phagosomales et le noyau. BPI : bactericidal permeability increasing protein; H2O2 : peroxyde d’hydrogène;
HOBr : acide hypobromeux; HOCl : acide hypochlorique; HOI : acide hypoiodeux; MMP : matrix metalloproteinase;
1
O2 : oxygène singulet; O2- : superoxide; O3 : ozone; .OH : radical hydroxyle; phox, phagocyte oxydase (NADPH
oxydase) (d’après Nathan, 2006).
Granules azurophiles : BPI, élastase, azurocidine,
défensines, myéloperoxydase
myéloperoxydase
H2O2
Phox
O2-
NETs qui capturent les
bactéries
1
O2
HOI
HOCL
Chloramines
O3
.
OH
Granules spécifiques et
tertiaires : lactoferrine,
lipocaline, lysozyme, LL37,
MMP8, MMP9, MMP25.
Neutrophile
Calprotectin
Il y a donc une interaction et une coopération évidente entre l’explosion oxydative et l’action
antimicrobienne des granules comme le montre la figure 5.
E. Captation des facteurs bactériens
Dans le milieu extracellulaire, les neutrophiles peuvent détruire les micro-organismes par deux
mécanismes généraux : en libérant des molécules toxiques pour les bactéries (telles que les
protéines des granules spécifiques, comme les cathélicidines ou le lysozyme), ou en captant des
facteurs essentiels nécessaires à la croissance des bactéries, comme par exemple le fer. Ce dernier
mécanisme est rendu possible par la sécrétion de lactoferrine dans le phagosome et dans
l’environnement extracellulaire par les neutrophiles. Cependant les bactéries ont accès au fer par
l’intermédiaire des sidérophores qui solubilisent les ions fer en formant des complexes pouvant être
utilisés par des mécanismes de transport actif. Les neutrophiles sécrètent à leur tour la lipocaline-2,
une protéine captant ces sidérophores, les empêchant de délivrer leur stock de fer aux bactéries
(Nathan, 2006).
En plus de la dégradation intracellulaire, par la dégranulation et par l’explosion oxydative, et
extracellulaire par libération de molécules antimicrobiennes, les neutrophiles présentent une
troisième voie de destruction des bactéries, à mi-chemin entre les deux premières.
23
F. Formation de Neutrophil Extracellular Traps
Brinkmann et al. ont démontré que les neutrophiles, outre leur activité de phagocytose,
détruisent les toxines et également les bactéries en produisant dans le milieu extracellulaire un
ensemble de fibres composé de protéines et d’ADN, appelé NETs (pour Neutrophil Extracellular
Traps, « pièges extracellulaires du neutrophile »). Ainsi, lors d’une infection, les neutrophiles,
attirés sur le site par des chimiokines, et activés par ces mêmes molécules qui agissent comme des
stimuli, libèrent dans le milieu extracellulaire un ensemble de fibres protéiques et d’ADN qui forme
un véritable filet dans lequel les bactéries sont capturées (Brinkmann et al., 2004), comme le montre
la figure 6. Ces NETs possèdent la capacité d’éradiquer aussi bien des bactéries Gram positif et
Gram négatif (Wartha et al., 2007) que des champignons, tels que Candida albicans (Urban,
Reichard et al., 2006).
Figure 6 : Les mécanismes de destruction des neutrophiles : phagocytose (A et B) et NETs (C). (A) Neutrophile
humain ayant phagocyté une bactérie. Les deux lobes du noyau polymorphe contiennent de l’hétéro- et de
l’euchromatine (gris foncé et clair respectivement). Les flèches indiquent les granules cytoplasmiques. Le cadre blanc,
dont (B) est un agrandissement, montre une bactérie phagocytée entourée par la membrane du phagosome. Les flèches
blanches indiquent les zones où les granules déchargent leur contenu dans le phagosome. (C) NET capturant C.
albicans. Les fibres entourent les levures et contiennent des portions lisses et granuleuses (d’après Urban, Lourido et
al., 2006).
La composition de ceux-ci, après analyse par immunofluorescence, montre des protéines
provenant des granules azurophiles, telles que la clastase, la cathepsine G et la myéloperoxydase,
mais aussi des protéines provenant des granules spécifiques et des granules tertiaires, telles que la
lactoferrine et la gélatinase Par contre, on ne retrouve pas de protéines cytoplasmiques dans les
NETs (Brinkmann et al., 2004).
24
Mais comment ce contenu mortel de protéines basiques, d’enzymes protéolytiques et d’autres
agents antimicrobiens peut-il être libéré sans causer de dommages majeurs aux cellules-hôtes
environnantes (Fuchs et al., 2007) ? Grâce à la formation d’une toile d’ADN, composant structurel
majeur des NETS, qui les retient. En effet, un traitement rapide aux DNases résulte en la
désintégration de ces derniers (Brinkmann et al., 2004).
Les histones sont essentiels pour l’activité antimicrobienne des neutrophiles par
l’intermédiaire des NETs : la présence d’anticorps anti-histones H2A entraine une perte d’efficacité
presque complète des NETs contre les bactéries Gram négatif et Gram positif. Ainsi, les NETs
rendent les histones plus accessibles, en les présentant à la surface de la cellule. Seuls
les mastocytes possèdent également cette propriété de faire sortir les histones de la cellule par
l’intermédiaire des MCETs, formations similaires aux NETs (Von Kockritz-Blickwede et al.,
2008).
Or, l’exposition de ces fragments d’histone pourrait être à l’origine de l’apparition de réactions
auto-immunes dirigées contre l’extrémité C-terminale de H1 comme c’est le cas dans le lupus
érythémateux systémique. La formation de NETs pourrait donc contribuer aux aspects auto-immuns
qui se développent parallèlement à la chronicité d’une infection. Un mauvais « nettoyage » de
l’ADN et des protéines nucléaires circulantes dans le sang par une mutation sur la DNase I
permettrait le développement d’une réaction auto-immune contre les protéines nucléaires, telles que
les histones pour les affections lupiques (Parseghian et Luhrs, 2006).
Les protéines des granules et la chromatine des NETs forment donc ensemble une structure
extracellulaire qui amplifie l’efficacité des substances antimicrobiennes en en assurant une forte
concentration locale (Brinkmann et al., 2004).
Les neutrophiles forment ces NETs par un mécanisme actif. Dans un premier temps, la
morphologie classiquement lobulée du noyau ainsi que la distinction entre l’eu- et
l’hétérochromatine disparaissent. Ensuite l’enveloppe nucléaire se désintègre en vésicules et les
membranes granulaires disparaissent, permettant le mélange de leurs composants. Enfin, les NETs
émergent de la cellule lorsque la membrane cytoplasmique est rompue. La comparaison
morphologique de neutrophiles formant des NETs avec des neutrophiles apoptotiques ou
nécrotiques montre que les processus sont bien distincts. Pour les neutrophiles apoptotiques ou
nécrotiques, on n’observe en effet pas de désintégration de l’enveloppe nucléaire, ni de mélange du
matériel nucléaire et cytoplasmique, ni de perte des membranes internes ou des organelles
25
cytoplasmiques (Fuchs et al., 2007). De plus, les stimuli connus pour retarder l’apoptose induisent
la formation des NETs (Lee et Grinstein, 2004).
La formation de NETs serait ainsi la conséquence d’une nouvelle forme de mort cellulaire active,
qui intervient alors que la capacité phagocytaire de neutrophiles décline (Fuchs et al., 2007).
Des mécanismes, qui restent à élucider, réguleraient quels neutrophiles s’engagent dans
l’élaboration de NETs. Les neutrophiles riches en laminine-β2 (LAMB2), glycoprotéines
constituants la lame basale, auraient une lamina nucléaire (réseau protéique fibreux formant un
maillage dense bordant l’enveloppe nucléaire) moins stable permettant l’extrusion plus aisée de la
chromatine et donc facilitant la formation de NETs (Wartha et al., 2007). De plus, la structure
spécifique de la chromatine des neutrophiles, pauvre en marqueurs protéiques distinctifs (tels que
les heterochromatin protein HP1α, 1β, 1γ), pourrait aussi favoriser l’extrusion de l’ADN et des
histones (Wartha et al., 2007).
L’étude de la formation de NETs en présence d’inhibiteurs des ROS ou par les neutrophiles
de patients souffrant de mutations de la NADPH oxydase montre que ce processus dépend de la
production de ROS par la NADPH oxydase. Ainsi, lors d’une infection, la formation de ROS
contribuerait à deux voies antimicrobiennes : la destruction dans les phagosomes des neutrophiles
vivants, puis secondairement la destruction post-mortem par les NETs (Fuchs et al., 2007).
En plus de leurs propriétés antimicrobiennes, les NETs pourraient former une barrière
physique empêchant la dissémination des bactéries.
Aussi, le fait de séquestrer les protéines des granules dans les NETs permettrait d’empêcher la
diffusion de protéines potentiellement dangereuses comme les protéases et donc l’induction de
dommages aux tissus adjacents au site de l’inflammation, contrairement à ce que l’on observe pour
les éosinophiles. Ceux-ci, malgré leur forte spécificité et le contrôle différentiel strict de leur
dégranulation, provoquent de graves dommages dans leurs tissus-cibles (Kariyawasam et Robinson,
2006), comme dans les granulomes éosinophiliques félin et équin.
Il serait aussi envisageable que les NETs séquestrent les cytokines dans leur environnement
immédiat, empêchant ainsi la dissémination involontaire de la réponse inflammatoire et donc
minimisant encore plus les dommages collatéraux (Brinkmann et al., 2004).
Mais beaucoup d’interrogations demeurent. On ne sait pas encore précisément par quels
mécanismes les NETs sont dégradés une fois l’infection résolue. Les NETs pourraient-ils donc
26
jouer un rôle de barrière au recrutement de nouveaux leucocytes, et ainsi empêcher la résolution des
infections chroniques, comme dans le cas des abcès (Lee et Grinstein, 2004) ?
G. Production de médiateurs de l'inflammation
En plus de leurs fonctions de destruction des micro-organismes, les neutrophiles ont la
capacité de sécréter une panoplie de médiateurs servant à communiquer avec les cellules
environnantes. En tant que premières cellules impliquées dans la réaction inflammatoire, ils peuvent
orchestrer la suite de la réponse immunitaire, influencer les cellules à proximité du site inflammé et
recruter d'autres leucocytes au site inflammatoire grâce à la production de médiateurs peptidiques et
lipidiques (Parham et al. 2003). Les cellules-cibles et les fonctions des médiateurs principaux sont
illustrés par la figure 7.
1) Médiateurs peptidiques
Grâce aux cytokines et chimiokines qu'ils génèrent, les neutrophiles peuvent agir sur les cellules
environnantes lorsqu'ils sont sur les lieux d'une inflammation. Ils peuvent produire diverses
molécules selon le type de stimulation, notamment IL-1β, IL-1RA, TNF-α, IL-8 (Cassatella, 1995).
L'IL-1β et l'IL-1RA appartiennent à la famille de l’interleukine 1 (IL-1). Ces cytokines affectent
presque tous les types cellulaires, souvent en combinaison avec d'autres cytokines ou d'autres
messagers. Elles doivent être bien régulées car elles ont de puissants effets pro-inflammatoires, en
particulier l'IL-1β. L’IL-1RA (IL-1 Receptor Antagonist) permet de moduler les actions des IL-1 en
occupant les mêmes récepteurs, mais en ne générant pas de signalisation intracellulaire. Ainsi l’IL1RA empêche les autres IL-1 de se fixer et de transmettre leur message (Dinarello 1996).
Le TNF-α (Tumor Necrosis Factor α) peut être produit par plusieurs types cellulaires dont les
neutrophiles, bien que les macrophages en soient la principale source. La plupart des cellules ont la
capacité de répondre au TNF-α, car les récepteurs de cette cytokine, p55 et p75, sont tous deux
exprimés à leur surface. De plus, ces récepteurs peuvent être clivés et libérés dans le milieu
extracellulaire afin de moduler les effets du TNF-α, en le captant et l'empêchant de se lier aux
récepteurs cellulaires fonctionnels. L'induction de cette cytokine permet d'initier une cascade
d'événements contribuant au recrutement et à l'activation de cellules inflammatoires : expression
des molécules d'adhésion sur l'endothélium, induction de l'explosion oxydative des neutrophiles, de
la dégranulation (Nathan, 2006), production de médiateurs inflammatoires comme les
27
prostaglandines PGI2 et PGE2, l’IL-1 et d’autres cytokines. Le TNF-α intervient aussi dans la
différenciation cellulaire, la prolifération et l’apoptose (Driscoll, 2000).
Figure 7: Les médiateurs produits par les neutrophiles et leurs cellules cibles. Résumé des différentes cytokines et
chimiokines produites par les neutrophiles lors d’une réponse inflammatoire et descriptions de leurs effets sur leurs
cellules cibles (d’après Goldsby et al., 2001).
Tous les types cellulaires
Régulation
Effets pro-
Recrutement et
Changement de morphologie,
des IL-1
inflammatoires
activation cellules
migration dirigée,
dégranulation,
inflammatoires
explosion oxydative
IL-1RA
IL-1β
TNFα
Activation
Chimioattraction
Recrutement
Adhésion, augmentation
perméabilité
Recrutement
Effets pro-inflammatoires
Inhibe
Inhibe
chimiotactisme et
activation
explosion oxydative
L'IL-8 est la chimiokine que les neutrophiles sécrètent en plus grande quantité. Elle peut
également être produite par les monocytes, les fibroblastes et les cellules endothéliales, épithéliales
ou synoviales lorsqu'elles sont stimulées de manière adéquate. L'IL-8 cible presque exclusivement
les neutrophiles. Elle induit chez ceux-ci plusieurs événements importants dont le changement de
forme, la migration dirigée, la dégranulation ainsi que l’explosion oxydative. Lorsque l'IL-8 est
28
présente à un endroit, les neutrophiles y migrent rapidement en grande quantité et son effet
chimioattractant peut durer jusqu'à 10 heures. Historiquement, c'est grâce à cette chimiokine que
l'on a découvert que des effets chimiotactiques pouvaient être spécifiques à un seul type de
leucocyte (Baggiolini et Clark-Lewis, 1992).
2) Médiateurs lipidiques
Les médiateurs lipidiques sont des composés formés à partir des phospholipides membranaires.
Ceux issus du métabolisme de l'acide arachidonique, un acide gras retrouvé abondamment dans les
phospholipides, sont nommés éicosanoïdes. Les principaux éicosanoïdes générés par les
neutrophiles sont le leucotriène B4 (LTB4), la prostaglandine E2 (PGE2) et le thromboxane A2
(TXA2). Lorsque l'activation des neutrophiles produit une hausse de calcium intracellulaire,
l'enzyme cytosolique phospholipase A2 (cPLA2) de type IV transloque majoritairement à la
membrane nucléaire et clive préférentiellement les phospholipides ayant un acide arachidonique en
position 2 (Dennis, 1994). L'acide arachidonique libéré peut ainsi être utilisé par plusieurs voies
métaboliques. Les deux principales étant la voie de formation des leucotriènes et la voie de
formation des prostanoïdes.
a) Les leucotriènes
Le leucotriène B4 est généré via l’activité lipoxygénase de l’acide arachidonique. Les neutrophiles
sont les cellules produisant le plus de LTB4, et le LTB4 est le leucotriène le plus produit par les
neutrophiles (Penrose et al., 1999). Le LTB4 a plusieurs effets au site inflammatoire, comme
l'augmentation de la perméabilité vasculaire et de l'adhésion aux cellules endothéliales. Ses
principales actions sur les neutrophiles sont l’activation et la chimioattraction, ceci leur permettant
de se diriger vers le site inflammatoire (Edwards, 1994).
b) Les prostanoïdes
Les prostanoïdes majoritairement produits par les neutrophiles sont la PGE2 et le TXA2 qui
possèdent des effets bien distincts. La PGE2 peut avoir des actions pro- ou anti-inflammatoires en
fonction des conditions, de la cellule et du récepteur impliqués. Elle peut causer une hyperalgésie et
une vasodilatation, participer à l'extravasation des fluides provoquant l’oedème et à la fièvre,
contribuant ainsi grandement à l'inflammation. D'un autre côté, la PGE2 peut supprimer l'activation
du monocyte et sa production de TNF-α et d'IL-1β. Elle peut inhiber la plupart des fonctions
inflammatoires des neutrophiles, comme le chimiotactisme et la production d'anions superoxydes,
29
via une augmentation d'AMPc (Adénosine MonoPhosphate cyclique) intracellulaire passant
probablement par les récepteurs EP2 ou EP4 (récepteurs de la PGE2) (Griffiths, 1999). Le TXA2
est généralement pro-inflammatoire grâce à son activation de la production de TNF-α et d’IL-1β par
les monocytes, mais aucun effet sur les neutrophiles n’est répertorié (Edwards, 1994).
30
IV. Apoptose des neutrophiles
La taille de chaque sous-population hématopoïétique est contrôlée par un équilibre continu
entre, d’une part, le renouvellement et la différenciation des cellules souches et, d’autre part, la mort
des cellules par apoptose. Les conséquences désastreuses de la dérégulation de l’apoptose
soulignent son importance dans le maintien de l’homéostasie hématopoïétique. Son induction
inappropriée est associée à la pathogenèse du syndrome d’immunodéficience acquise (SIDA) alors
qu’une apoptose inefficace est associée à l’inflammation et aux maladies auto-immunes
hématologiques (Simon, 2003).
De toutes les cellules du système immunitaire, ce sont les granulocytes qui possèdent la durée
de vie la plus courte. Ceci s’explique par le fait que les granulocytes circulants entrent en apoptose
spontanément avant ou lors de leur libération dans la circulation sanguine, s’ils ne reçoivent pas de
signal extérieur. Cette mort constitutive est la grande spécificité des granulocytes par rapport aux
autres types cellulaires. Nombre de molécules régulent l'apoptose des granulocytes de façon plus ou
moins spécifique. En effet, une fois recrutés dans les tissus, les granulocytes ont un temps de vie
plus long, mais pas précisément quantifiable, car il dépend de la balance entre les facteurs pro- et
anti-apoptotiques présents dans l’environnement local (Simon, 2003). Si les neutrophiles sont
exposés à des cytokines pro-inflammatoires, telles que des interleukines, GM-CSF ou aux
lipopolysaccharides bactériens, le processus apoptotique est retardé, prolongeant ainsi la durée de
vie des neutrophiles ce qui est probablement à mettre en rapport avec leur capacité à contribuer au
retrait des pathogènes du milieu (Wilkie et al., 2007). De tels facteurs ralentissent mais
n’empêchent pas l’apoptose : les neutrophiles finissent par devenir apoptotiques et sont éliminés du
site par les macrophages tissulaires ou d’autres cellules phagocytaires.
Il faut noter que les neutrophiles apoptotiques sont incapables de réaliser leurs activités
habituelles comme le chimiotactisme, la dégranulation, l’adhérence, la phagocytose et l’activation
de l’explosion oxydative (Haslett et al., 1994).
A. Changements morphologiques des granulocytes apoptotiques
Comme toutes les cellules apoptotiques, les granulocytes présentent les mêmes
modifications de surface ; celles-ci favorisent la reconnaissance des granulocytes apoptotiques par
31
les cellules phagocytaires (Savill et al., 1993). Ainsi, leur membrane plasmique perd l'asymétrie
phospholipidique et la phosphatidylsérine, normalement présente sur le feuillet interne de la
membrane, est externalisée et permet la reconnaissance de la cellule apoptotique par les
macrophages (Fadok et al., 2000). Comme déjà mentionné, ces changements maintiennent la
membrane plasmique intègre. Ainsi celle-ci continue, du moins durant les premières phases de
l’apoptose, d'assurer sa fonction de barrière de façon à ce que les composants cellulaires, comme les
protéases, soient retenus à l’intérieur des granulocytes apoptotiques. Si la cellule mourait par
nécrose et que sa membrane plasmique se rompait, ces composants cytoplasmiques seraient alors
relâchés dans l'espace tissulaire (Simon, 2001). Vu la concentration granulocytaire importante
pouvant être mesurée lors d'une inflammation, le déversement des contenus cytoplasmiques
submergerait les mécanismes locaux de protection contre les protéinases et les substances
oxydatives extracellulaires, ce qui donnerait lieu à de nombreux dégâts tissulaires (Edwards, 1997).
De plus, lorsque la phagocytose des neutrophiles est bloquée (par des expériences in vitro), on
observe que neutrophiles apoptotiques se désintègrent et libèrent des molécules toxiques comme
l’élastase ou la myéloperoxydase (Savill, 1997).
L’apoptose des granulocytes, suivie de leur phagocytose par les macrophages, les fibroblastes ou les
cellules épithéliales, constitue donc un mécanisme sécurisant pour le retrait des granulocytes du site
de l’inflammation sans induire de dommages aux tissus environnants (Hall et al., 1994).
B. Apoptose spontanée des granulocytes
Actuellement, deux hypothèses ont été proposées au niveau moléculaire pour expliquer le
caractère spontané et constitutif de la mort des granulocytes.
D’une part, l'hypothèse extrinsèque dans laquelle le processus de mort serait déclenché par la
liaison de ligands spécifiques à des récepteurs transmembranaires exprimés à la surface des
granulocytes et possédant dans leur région intracellulaire un domaine de mort (« death domain »).
Ces récepteurs, tels que Fas ou TNFR-1 (TNF Receptor), appartiennent à la super-famille des
récepteurs de TNF. La liaison du ligand à son récepteur provoque la trimérisation du récepteur et le
recrutement des protéines adaptatrices FADD (Fas-Associated Death Domain) ou TRADD (TNF
Receptor-Associated Death Domain). Ce processus induit l’activation de la caspase-8 (Chinnaiyan
et al., 1995). La caspase-8 active à son tour d’autres caspases, comme entre autres la caspase
effectrice-3, qui provoquent la diminution des fonctions cellulaires et l’acquisition du phénotype
apoptotique, comme schématisé sur la figure 8. Il faut noter que certains récepteurs sont
32
inhibiteurs : ils s’associent au ligand mais ne délivrent aucun signal (« decoy receptors) (Revillard,
2001). Par conséquent, la plupart des cellules possédant des récepteurs de TNF, traitées par TNF, ne
subissent pas l’apoptose (Karp et al., 2004).
Figure 8 : Voie d’apoptose extrinsèque. Quand TNF s’unit à son récepteur (TNFR-1), le récepteur activé s’unit à deux
protéines adaptatrices cytoplasmiques différentes (TRADD et FADD) et à la procaspase-8 pour former un complexe
multiprotéique à la surface interne de la membrane plasmique. Les domaines cytoplasmiques du récepteur de TNF,
FADD et TRADD, interagissent entre eux grâce à des régions homologues, les domaines de mort, présentes dans les
différentes protéines (représentées par les blocs verts). Après la formation du complexe, les deux molécules de
procaspase se scindent mutuellement pour donner une molécule active de caspase-8 à quatre segments polypeptidiques.
La caspase-8 est un complexe initiateur ; il scinde les caspases situées en aval (exécutrices) (d’après Karp et al., 2004).
TNF
membrane
plasmique
TNFR1
domaine de mort
FADD
TRADD
procaspase 8
caspase-8 initiatrice
procaspases exécutrices
caspase exécutrice
APOPTOSE
33
Cependant, ce modèle extrinsèque de l’induction de l’apoptose spontanée par l’activation
des récepteurs de mort comme Fas ou TNFR-1 dans les neutrophiles reste très controversé. En effet,
il semblerait que l’induction de l’apoptose du neutrophile par ces voies soit un mécanisme purement
anti-inflammatoire visant à réduire le nombre de neutrophiles au site de l’inflammation ainsi que la
libération du contenu des granules neutrophiliques (Savill et al., 2002).
L’autre hypothèse proposée, dite intrinsèque, consiste en l'apparition progressive au cours du
temps d'un déséquilibre spontané entre facteurs cellulaires pro- et anti-apoptotiques et ce, en faveur
des facteurs pro-apoptotiques. Les molécules régulatrices de l’apoptose que sont les membres de la
famille Bcl-2 sont particulièrement impliquées dans l’apparition de ce déséquilibre pro-apoptotique
intrinsèque. Cette voie implique des mécanismes spécifiques à chaque granulocyte (Simon, 2001).
C. Spécificités de l'apoptose spontanée des neutrophiles
Dans le cas des neutrophiles, le modèle intrinsèque fait intervenir l'activation de la caspase-9
par sa complexation avec Apaf-1 (Apoptosis protease-activating factor-1) via la perte d’une activité
inhibitrice de l’apoptose au niveau de la mitochondrie, en impliquant notamment les membres de la
famille Bcl-2. Ceci est représenté par la figure 9. Les neutrophiles expriment des membres proapoptotiques (Bax, Bik, Bad, Bak,Bid,...) et anti-apoptotiques (A1, Bcl-xL, Mcl-1,...).
Mcl-1 semble jouer un rôle important dans l’apoptose des neutrophiles. Ainsi, des agents qui
accélèrent l’apoptose des neutrophiles diminuent les taux de Mcl-1, alors que des agents qui
retardent leur apoptose augmentent ou maintiennent les taux de Mcl-1. De plus, des expériences
permettant d’inhiber spécifiquement Mcl-1 dans les neutrophiles par des séquences d’ADN antisens montrent une apoptose accélérée de ces cellules (Moulding et al., 2000).
Des niveaux élevés d’expression des membres pro-apoptotiques Bad, Bid et Bax ont été
observés dans les neutrophiles normaux, ce qui pourrait expliquer leur courte période de vie
(Moulding et al., 2001). Ces membres sont, quant à eux, généralement localisés sous une forme
inactive dans le cytoplasme des cellules non apoptotiques. Cependant, en présence de stimuli proapoptotiques, ces protéines peuvent se relocaliser au niveau de la mitochondrie où elles exercent
leurs effets pro-apoptotiques (Simon, 2001). En effet, la phase effectrice de l'apoptose comporte
l'ouverture des pores de transition de perméabilité des mitochondries. Suite à l’ouverture de ces
pores, il y a libération de molécules pro-apoptotiques telles que le cytochrome c ainsi que
l’Apoptosis Inducing Factor (AIF) et l’activation de la caspase-9 via la formation de l'apoptosome.
34
Ce complexe multi-protéique active à son tour les caspases effectrices-3, -6 et -7, déclenchant le
programme de mort cellulaire. Cette phase de libération est sous le contrôle de membres de la
famille Bcl-2. Ainsi, Bcl-2 est capable de bloquer la sortie du cytochrome c alors que Bax peut
l'induire (Simon, 2001).
Figure 9 : Voie d’apoptose intrinsèque (par mitochondries interposées). Divers types de stress cellulaires
provoquent l’insertion, dans la membrane mitochondriale externe, de molécules de la famille Bcl-2 favorisant
l’apoptose, comme Bad ou Bax. Cette insertion conduit, par un mécanisme non élucidé, à la libération des molécules de
cytochrome c depuis l’espace inter-membranaire des mitochondries. Arrivées dans le cytosol, les molécules de
cytochrome c forment un complexe à sous-unités multiples avec la protéine cytosolique Apaf-1 et les molécules de
procaspase-9. Ces dernières atteignent leur pleine capacité protéolytique grâce à un changement de conformation induit
par leur association avec Apaf-1. Selon ce modèle, chaque caspase-9 active retient une molécule d’Apaf-1 comme une
sorte de cofacteur. Quel que soit le mécanisme d’activation, les molécules de caspase-9 scindent et activent les caspases
exécutrices qui exécutent la réponse d’apoptose (d’après Karp et al., 2004).
dommage cellulaire interne
activation de protéines de la famille Bcl-2 (comme
Bad ou Bax) favorisant l’apoptose
Bad
cytochrome c
facteurs cytoplasmiques (Apaf-1 par exemple)
+ procaspase-9
complexe de la caspase-9
initiatrice activée
procaspases exécutrices
caspase exécutrice
APOPTOSE
35
Il a été montré que d’autres mécanismes, indépendants des caspases, peuvent induire
l’apoptose des neutrophiles. Par exemple, l’AIF est localisée dans l'espace inter-membranaire
mitochondrial. Il s'agit d'une molécule possédant une double fonction : oxydoréductase et facteur
pro-apoptotique. La voie AIF est indépendante des caspases et ne nécessite aucun intermédiaire
pour provoquer l'apoptose nucléaire. De même, le TNFα induirait l’apoptose de neutrophiles par
une voie également indépendante des caspases (Maianski et al., 2003).
D. Régulation de l’apoptose des neutrophiles
Comme cité précédemment, les neutrophiles circulants sont les cellules immunes possédant
la plus courte durée de vie (entre 6 et 18 h). Une fois ces cellules recrutées dans les tissus
inflammés, leur durée de vie est allongée suite à la présence dans leur environnement de facteurs
anti-apoptotiques qui retardent leur apoptose constitutive. Une variété de cytokines proinflammatoires et d’autres facteurs sont capables de retarder l’apoptose des neutrophiles in vitro
comme par exemple l’Il-1β, l’Il-2, l’Il-4, l’Il-15, l’IFN-γ, le G-CSF et le LPS (Colotta et al., 1992).
Les glucocorticoïdes peuvent aussi retarder l’apoptose des neutrophiles. Le TNF-α induit
rapidement l’apoptose dans une sous-population de neutrophiles sanguins mais retarde l’apoptose
des cellules survivantes (Simon, 2003).
Une autre cytokine anti-apoptotique importante de l'apoptose du neutrophile est le GM-CSF.
Il a été montré que l'augmentation du délai de l'apoptose du neutrophile par le GM-CSF serait due à
une augmentation de l'expression de Mcl-1 et Bcl-xL et a une diminution de l'expression de la
protéine Bax (Simon, 2003).
Contrairement à ce qui a été observé pour d’autres types cellulaires, l’hypoxie peut retarder
l’apoptose des neutrophiles. De même, des anti-oxydants ajoutés au milieu de culture in vitro
peuvent prolonger la survie des neutrophiles. Les oxydants produits dans les neutrophiles par la
NADPH-oxydase déclenchent les changements de surface qui aboutissent à la reconnaissance et la
phagocytose par les macrophages (Hampton et al., 2002). Mais ce « nettoyage » des neutrophiles
est un processus indépendant des caspases, ces mêmes oxydants empêchant l’activation de ces
dernières (Wilkie et al., 2007).
Il a également été démontré que le déclenchement des mécanismes d’adhésion cellulaire
stimule des signaux intracellulaires résultant en une augmentation de la survie des neutrophiles
(Kilpatrick et al., 2002). Or l’augmentation de leur survie lorsqu’ils sont recrutés au site
inflammatoire augmente la capacité des neutrophiles à accomplir leurs fonctions cytotoxiques.
36
Cependant, cela veut aussi dire que, dans les maladies inflammatoires, ces cellules ont une capacité
accrue à endommager les tissus environnants par sécrétion de leur arsenal cytotoxique avant d’être
phagocytées par les macrophages.
Comme on l’a vu, l’apoptose des neutrophiles est constitutive. Mais elle peut être régulée
par divers mécanismes, qui sont fonction de la nécessité de prolonger la durée de vie des
neutrophiles circulants, pour combattre les micro-organismes ou pour permettre aux monocytes
recrutés de se différencier en macrophages compétents du point de vue de la phagocytose ; ou au
contraire de favoriser l’élimination des neutrophiles du site pour permettre la résolution de
l’inflammation. Les neutrophiles apoptotiques peuvent ensuite être pris en charge par les
macrophages, ou par d’autres cellules phagocytaires, la phagocytose des neutrophiles apoptotiques
par les macrophages empêchant efficacement la libération du contenu dangereux des premiers
(Savill, 1997).
Cette mort programmée peut être aussi de type non apoptotique avec essentiellement une
vacuolisation cytoplasmique correspondant à de l’autophagie (Chakravarti et al., 2007).
En résumé, les neutrophiles jouent un rôle très important en première ligne de défense de
l’organisme grâce à leur phagocytose efficace et à leur production d’agents réactifs et d’enzymes
protéolytiques servant à détruire divers agents pathogènes. En plus de ces fonctions primaires, les
neutrophiles possèdent la capacité d’influencer le cours de la réaction inflammatoire en produisant
des médiateurs lipidiques et des cytokines et chimiokines pouvant agir sur les neutrophiles, les
cellules mononuclées (monocytes et lymphocytes), les plaquettes, les cellules endothéliales, les
fibroblastes, les chondrocytes et d'autres types cellulaires. Et surtout ils sont capables de réguler
leur propre fonction par l’induction ou le retardement de leur apoptose, nécessaire à la résolution de
l’inflammation (Kobayashi et al., 2003).
37
38
CHAPITRE 2 : NEUTROPHILES ET IMMUNITE
L’étude des neutrophiles aide à répondre à une question centrale en immunologie : qu’est-ce
qui déclenche une réponse immunitaire ?
La théorie de reconnaissance du « soi » propose que ce soit la reconnaissance du « non-soi »
microbien qui déclenche une réponse immune innée. Les micro-organismes possèderaient des
PAMPs (Pathogen Associated Molecular Pattern ; motifs structuraux invariants présents
uniquement sur les micro-organismes), tels que le LPS des bactéries Gram négatif, reconnus par des
PRRs (Pattern Recognition Receptor), tels que les TLRs, activant le système immunitaire
(Medzhitov et Janeway, 2002). Cette théorie se base donc sur la distinction entre le « soi » et le
« non-soi ». Mais des micro-organismes résidents non pathogènes appartenant à plusieurs milliers
d’espèces expriment des PAMPs, qui ne font qu’induire la maturation du système immunitaire
néonatal et la tolérance, et non une réponse immunitaire pathologique (Backhed et al., 2005).
La théorie du « danger », quant à elle, repose sur l’hypothèse que le système immunitaire
réagit plutôt aux dommages cellulaires qu’à la présence de « non-soi ». Elle implique que les
cellules hôtes endommagées libèrent des signaux d’alarme qui activent les cellules présentatrices
d’antigènes (Matzinger, 2002). Mais il semblerait que l’inflammation induite par la nécrose
cellulaire n’ait pour rôle que d’initier la réparation tissulaire (Medzhitov et Janeway, 2002).
Un troisième point de vue propose qu’une réponse immunitaire résulte de la détection à la
fois de signaux rapportant des dommages cellulaires et de signaux rapportant une infection (Nathan,
2002). Bien que plusieurs signaux moléculaires différents soient impliqués, ils peuvent être
qualifiés de binaires dans le sens où la plupart d’entre eux apparaissent à la suite de l’un de ces deux
événements, et au moins un signal de chaque catégorie est requis pour déclencher une réponse
immune. Ce contrôle binaire commence avec l’inflammation : le déclenchement et la continuation
de la réponse inflammatoire requièrent généralement la réception simultanée de signaux
moléculaires rapportant directement ou indirectement des dommages tissulaires et la présence d’un
génome différent de celui de l’hôte. Ces signaux activent les cellules épithéliales, les mastocytes,
les macrophages, les cellules endothéliales, les plaquettes et les neutrophiles. Puis ils sont propagés
lorsque ces cellules recrutent, activent et programment des cellules présentatrices d’antigènes via
d’autres signaux binaires (Nathan, 2006).
39
40
I. Description phénotypique des neutrophiles
Les neutrophiles interagissent avec diverses molécules dans leur environnement par des
récepteurs à leur surface permettant de les caractériser phénotypiquement. Les glycoprotéines de
surface sont classées par le système de clusters de différenciation (CD) dont les neutrophiles
possèdent de nombreuses molécules. Parmi ces protéines, les plus intéressantes sont les récepteurs
aux opsonines (récepteurs aux anticorps et au complément), les récepteurs impliqués dans
l’adhésion des neutrophiles aux vaisseaux sanguins (molécules d’adhésion cellulaire), les récepteurs
aux cytokines et chimiokines et les récepteurs de reconnaissance des molécules membranaires..
Comme nous le verrons, certaines sous-populations peuvent présenter également des molécules
impliquées dans la présentation et la reconnaissance des Ag, Ceux-ci sont représentés sur la figure
10.
Il existe des clusters de différenciation spécifiques aux neutrophiles, qui les caractérisent et
permettent de les différencier phénotypiquement des autres leucocytes. C’est le cas de CD16b, qui
possède une ancre glycosyl phosphatidyl inositol et est exprimé sur quasiment tous les neutrophiles
humains (mais pas chez la souris). CD16b est un récepteur à faible affinité pour les régions
invariantes d'IgG1 et d'IgG3 et est capable d’induire la phagocytose par les neutrophiles.
Quatre membres de la famille des antigènes carcino-embryonnaire, le CD66a, le CD66b, le
CD66c, et le CD66d, sont aussi exprimés spécifiquement sur les neutrophiles humains. Leurs
anticorps en se liant à la surface des neutrophiles déclenchent un signal d'activation qui, par
l’intermédiaire du calcium extracellulaire, régule l'activité adhésive de CD11/CD18 (Skubitz et al.,
1996).
Chez la souris, la protéine Ly6G est spécifique aux neutrophiles, et des anticorps dirigés contre
celle-ci peuvent être utilisés pour éliminer les neutrophiles in vitro (Daley et al., 2008).
41
Figure 10 : Le neutrophile d’un aspect phénotypique. Les récepteurs de surface d’intérêt sont catégorisés par groupe
selon leur fonction. Pour chaque récepteur, on retrouve la molécule cible associée. CMH : complexe majeur
d’histocompatibilité ; TCR : T-cell receptor ; TLR : Toll-like receptor ; PAMP : pathogen associated molecular pattern;
CD : cluster de différenciation ; LPS : lipopolysaccharide ; PSGL : P-selectin glycoprotein ligand ; ICAM : intercellular
adhesion molecule ; sLex : sialylated Lewis X ; LFA : leucocyte function associated antigen ; GM-CSF : granulocytemacrophage-colony-stimulating factor; IL : interleukine ; FPR : formyl peptide receptor ; fMLP : formyl-Met-LeuPhe ; PAF : facteur d’activation plaquettaire ; CR : complement receptor)
42
II. Neutrophiles et immunité innée
La fonction de base que paraissent remplir les neutrophiles est de défendre l’organisme contre
les intrus exogènes, que ce soient des bactéries, des virus, des toxines… Cela sous-entend, avant
toute activité fonctionnelle, une réponse rapide de ces cellules aux facteurs d’attraction. La réponse
chimiotactique importante des neutrophiles leur assure une rapidité de migration au site d’infection
bien supérieure à celle des autres types cellulaires. Cette étape de l’immunité innée fait appel à
divers types de récepteurs présents à la surface des neutrophiles pour la capture des pathogènes : le
récepteur du mannose, le scavenger receptor spécifique des molécules riches en acide sialique, le
récepteur des glycanes qui reconnait les polysaccharides ou le récepteur de surface CD14 liant le
LPS (Parham et al., 2003). À cette liste non exhaustive doivent être ajoutés les récepteurs Toll (Toll
Like Receptors) qui représentent certainement une des voies de reconnaissance les plus importantes
et les plus sophistiquées (Beutler, 2004). Ces récepteurs membranaires reconnaissent certains motifs
spécifiques, notamment des membranes de micro-organismes, les PAMPs, afin de mettre en place
une défense adaptée pour lutter contre une infection. Une fois le pathogène reconnu, celui-ci est
progressivement ingéré en passant par diverses étapes intra-cellulaires de dégradation et de
digestion, grâce à l’arsenal granulaire des neutrophiles. Ceux-ci peuvent aussi assurer une défense
innée en libérant des protéines granulaires et de la chromatine afin de former un réseau de fibres
extra-cellulaires capables de fixer les bactéries et d’en diminuer la virulence, les NETs (Brinkmann
et al., 2004).
L’hétérogénéité des populations de neutrophiles permet aussi de comprendre les différences
entre individus quant à leur capacité de défense contre les micro-organismes. En effet, à côté de
neutrophiles considérés comme normaux, c’est-à-dire n’exprimant pas spontanément cytokines et
chimiokines, des sous-populations de neutrophiles expriment de façon variable des cytokines
comme l'IL-12 ou l'IL-10, des chimiokines comme CCL3 ou CCL2, des TLR comme TLR5-TLR8
ou TLR7-TLR9 (Chakravarti et al., 2007). Cette découverte s’est faite à partir d’hôtes présentant
soit une résistance, soit une sensibilité aux souches de Staphylococcus aureus résistantes à la
méthicilline (Tsuda et al., 2004).
Aux premiers signaux d’attraction reconnus par les neutrophiles s’associe une activation
plus ou moins durable de ces cellules en fonction du type de processus dans lequel elles
interviennent. L’élément essentiel, dès ce stade d’activation, est le retard de survenue de leur mort
43
programmée. La mort programmée des neutrophiles s’explique, entre autres, par des mécanismes
dépendants de la voie des caspases pouvant être activés de façon extrinsèque (via TNFα et FasL) et
intrinsèque (via les mitochondries), mais aussi par des mécanismes indépendants des caspases,
comme on l’a vu plus haut (voire chapitre 1. IV. C, p. 34).
À côté de ces fonctions immédiates des neutrophiles au cours du processus inflammatoire et
anti-infectieux, fonctions donnant déjà au neutrophile un rôle prépondérant à la fois dans les
défenses innées et la préparation aux défenses acquises, d’autres propriétés de ces cellules en font
des acteurs efficaces et rapides des défenses immunitaires de seconde intention (Chakravarti et al.,
2007).
44
III. Neutrophiles et immunité acquise
Certaines propriétés spécifiques des neutrophiles en font des cellules essentielles de la transition
entre l’immunité innée et acquise. Par exemple, une sous-population d’environ 5 à 8 % des
neutrophiles sanguins est porteuse d’immunorécepteurs de type TCR (T-Cell Receptor) dont
l’activation permet d’augmenter leur survie et de stimuler leur production d’IL-8 (Puellmann et al.,
2006). L’utilité de cette fonction des neutrophiles vis-à-vis d’un antigène spécifique est leur rapidité
de réponse, permettant d’attendre le relais par la réponse classique des lymphocytes T aux
antigènes. Cette découverte est à relativiser, car à l’heure actuelle aucune autre étude n’a permis de
confirmer ou d’infirmer ces résultats.
Les neutrophiles peuvent aussi, par l’intermédiaire de la production de chimiokines spécifiques ou
de facteurs tels que les défensines (Yang et al., 2000) ou la chimérine (Wittamer et al., 2005),
faciliter le recrutement local et l’activation de cellules dendritiques et de lymphocytes T permettant
ainsi une réponse immunitaire complète et adaptée.
Lymphocytes T et B sont les acteurs essentiels des défenses immunitaires mais ces cellules
réclament une orchestration, rôle dévolu aux cellules dendritiques. Ces dernières, dont l’origine est
myéloïde et principalement monocytaire, sont au carrefour de l’immunité innée et acquise. Elles
sont pour la plupart tissulaires, passant progressivement du stade immature au stade mature en
présence notamment d’un agent pathogène reconnu par des TLR à leur surface membranaire. Elles
expriment alors des molécules de co-stimulation, dégradent et préparent l’antigène reconnu,
accroissent leur expression de molécules du CMH (Complexe Majeur d’Histocompatibilté) et
migrent vers les ganglions lymphatiques afin de présenter le peptide antigénique aux lymphocytes T
naïfs et permettre ainsi une réponse immunitaire acquise spécifique (Chakravarti et al., 2007).
Or, comme nous le verrons ci-après, ces divers critères fonctionnels caractéristiques ne sont plus
l’apanage unique des monocytes-macrophages, mais sont aussi retrouvés lors de l’activité
neutrophilique (Chakravarti et al., 2007).
45
A. Dégradation, préparation et présentation de l’antigène par les
neutrophiles
Comme on l’a décrit précédemment, les neutrophiles jouent un rôle majeur dans l’immunité
innée, mais peuvent aussi réguler la réponse immune spécifique, et peuvent même fonctionner
comme des cellules présentatrices d’antigènes (CPA) (Cassatella, 1995). Cette fonction semble
étonnante du fait que ces cellules n’expriment pas constitutivement les molécules de surface
nécessaires à la présentation des antigènes et à l’activation des lymphocytes T qui s’ensuit. Or, il
apparaît qu’après activation par GM-CSF notamment, in vivo, les neutrophiles exprimeraient ces
molécules à leur surface (Gosselin et al., 1993).
La phagocytose d’un micro-organisme par les neutrophiles active fortement le métabolisme
cellulaire et déclenche divers événements intracellulaires aboutissant à la digestion complète du
micro-organisme grâce aux lysosomes. Ceci permet aussi de préparer un peptide antigénique
spécifique grâce au système endosomal des neutrophiles (Ishikawa et Miyazaki, 2000). Les
neutrophiles possède les diverses activités enzymatiques requises, telles que les cathepsines B et D
et l’ATPase vacuolaire permettant l’acidification et l’activation d’enzymes hydrolytiques. Ainsi, le
peptide progressivement apprêté va passer des endosomes précoces aux endosomes tardifs, être
transporté jusqu’à la membrane cellulaire par divers organites intracellulaires telles que les
vésicules de type II et pouvoir s’associer aux molécules du CMH II. Ces diverses étapes
préparatoires font appel à des mécanismes pouvant dépendre ou non de la production de ROS par la
NADPH-oxydase du neutrophile (Chakravarti et al., 2007).
Chimiokines et cytokines libérées par les cellules au site inflammatoire induisent fortement
l’activation des neutrophiles, ce qui les conduit à, non seulement détruire des micro-organismes,
mais aussi à présenter un antigène comme le ferait une cellule dendritique. Les neutrophiles au
repos expriment uniquement les molécules du CMH classe I (Chakravarti et al., 2007). Mais les
neutrophiles activés en présence d’IFN-γ, IL-4, GM-CSF et TNF-α se modifient et expriment à leur
surface le CMH classe II, mais aussi des clusters de différenciation comme CD86, CD40 et CD54,
et les HLA (human leukocyte antigen)-DR et -DQ. La stimulation par le ligand de CD40 induit en
plus l’expression de CD83 et sur-régule CD-80, CD-86 et HLA-DR (Oehler et al., 1998).
Les lymphocytes T mis en présence du peptide antigénique des neutrophiles par l’intermédiaire
des molécules du CMH classe I (Potter et Harding, 2001) ou II, sont activés et peuvent ainsi initier
une réponse immune (Radsak et al., 2000). Cette transformation des neutrophiles est schématisée
dans la figure 11.
46
Figure 11 : Transdifférenciation des neutrophiles en cellules présentatrices d’antigènes. La stimulation des
neutrophiles par différentes cytokines va permettre, d’une part, le retard de la mort programmée des neutrophiles et,
d’autre part, la déviation de leur phénotype fonctionnel en celui d’une cellule présentatrice d’antigène (Ag). Ce
changement de phénotype s’associe à l’expression de marqueurs de type « dendritique » Ces cellules
« transdifférenciées » sont alors capables d’activer directement les lymphocytes T via l’interaction du TCR (T-cell
receptor) avec les CMH et les molécules de costimulation. De plus, elles peuvent exprimer et sécréter de la
gélatinase B, dont l’intérêt est de dissoudre la matrice extracellulaire, facilitant ainsi la migration des autres cellules
(d’après Chakravarti et al.,2007).
.
Les neutrophiles, devenus des cellules de type dendritique aussi bien au point de vue
moléculaire que morphologique, semblent être 10 000 fois plus efficaces pour la présentation
antigénique que les cellules dendritiques dites classiques, c’est-à-dire provenant des monocytes. Sur
le plan fonctionnel, ces cellules dérivées des neutrophiles sont très proches des cellules dendritiques
classiques (Oehler et al., 1998).
Il est intéressant de noter que le taux d’expression de CMH classe II par les neutrophiles est
variable selon les individus. De plus, l’expression de CMH classe II par les neutrophiles, combinée
à l’absence des signaux nécessaires à l’activation des lymphocytes T, pourrait résulter en une
anergie des ces dernières. Il semblerait ainsi que, dans ce cas, l’expression de CMH classe II par les
neutrophiles pourrait servir à sous-réguler la réponse immunitaire, et un défaut d’expression
pourrait résulter en une réponse excessive, caractéristique de l’auto-immunité (Gosselin et al.,
1993).
47
B. Les cellules de l’immunité acquise et les neutrophiles
Les nombreux facteurs locaux libérés lors de la réaction inflammatoire, outre leur action
anti-apoptotique, stimulent l’activité de synthèse et de sécrétion par les neutrophiles de multiples
cytokines et chimiokines directement impliquées dans la différenciation et l’activation des cellules
immunitaires (Cassatella, 1999), comme résumé dans le tableau 1. Les neutrophiles inflammatoires
sont aussi des pourvoyeurs importants de lipides bioactifs, comme le LTB4, directement associés à
la régulation des fonctions immunitaires.
Tableau 1 : Agents peptidiques sécrétés par les neutrophiles et leurs effets. Résumé des différentes cytokines et
chimiokines produites par les neutrophiles lors d’une réponse inflammatoire et descriptions de leurs effets sur les
cellules immunitaires. IL : interleukine ; IP-10 : IFN-g-inductible protein of 10 kDa ; MIP : macrophage-inflammatory
protein ; NK : natural killer ; DC : cellule dendritique; TNF : tumor necrosis factor ; IL-1Ra : IL-1 receptor antagonist ;
TGF : transforming growth factor ; GM-CSF : granulocyte-macrophage-colony stimulating factor ; IFN : interferon;
CPA : cellule présentatrice d’antigène (d’après Chakravarti et al., 2007).
Les interactions directes entre neutrophiles et cellules de la réaction inflammatoire sont
essentielles à la réponse immune acquise. Ainsi, l’interaction neutrophile-cellule dendritique active
la maturation dendritique et la synthèse d’IL-12 et de TNF-α par ces dernières cellules, augmentant
48
ainsi leur efficacité à activer les lymphocytes T (Bennouna et Denkers, 2005). La maturation
dendritique provoquée par les neutrophiles oriente la prolifération des lymphocytes T vers un profil
type Th1. Les neutrophiles sécrètent des ligands BLyS (B lymphocyte stimulator) TNF-related
(Scapini et al., 2005) qui dirigent la prolifération et la maturation des lymphocytes B, et l’interféron
gamma qui dirige la différentiation des lymphocytes T et l’activation des macrophages (Ethuin et
al., 2004).
Chaque neutrophile produit quantitativement moins d’une cytokine donnée que ne le font les
macrophages ou les lymphocytes, mais la population neutrophilique dépasse souvent en nombre
celle des autres leucocytes présents aux sites inflammatoires. Les neutrophiles peuvent donc être
d’importantes sources de cytokines telles que le TNF à la jonction cruciale de l’orientation vers la
réponse immunitaire (Chakravarti et al., 2007).
Cependant, les neutrophiles peuvent aussi fonctionner comme de puissants suppresseurs de
l’activation des lymphocytes (Nathan, 2006). L’interaction neutrophile-cellule endothéliale permet
de limiter l’adhésion des lymphocytes et leur rôle dans la réponse immunitaire avancée, cet effet
étant relié à l’inhibition par les neutrophiles de l’expression de VCAM-1 (Vascular Cell Adhesion
Molecule) par la cellule endothéliale.
Enfin, le contact neutrophile-lymphocyte T au site inflammatoire stimule les neutrophiles et
pourrait participer à la régulation de la réaction locale (Chakravarti et al., 2007). Ces interactions
sont résumées par la figure 12.
Les neutrophiles peuvent survivre plusieurs jours dans un contexte inflammatoire. De plus, ils
ne représentent pas une population uniforme, mais plutôt un ensemble de diverses sous-populations
fonctionnellement différentes dont le rôle dans le processus inflammatoire varie en fonction de
l’étiologie de ce processus et de l’individu. Enfin, les neutrophiles, même s’ils partagent cette
propriété avec bien d’autres types cellulaires, ont la capacité d’interagir directement avec les
diverses cellules de la réaction inflammatoire. Ils peuvent donc être considérés comme des cellules
détruisant les micro-organismes, reconnaissant des signaux spécifiques faisant le lien entre
l’immunité innée et l’immunité acquise, et pouvant se transformer en cellules directement
responsables des défenses acquises (Chakravarti et al., 2007). Les neutrophiles sont des cellules
immunitaires à part entière, ayant une capacité remarquable à se transformer, se transdifférencier et
se reprogrammer par leur souplesse d’adaptation et leur efficacité (Chakravarti et al., 2007).
49
Figure 12: Interactions neutrophiles-cellules immunes. Les neutrophiles sont, à la fois, capables d’interagir
directement avec les cellules dendritiques (DC) et d’influencer, à distance, les cellules du système immunitaire. Ainsi,
au contact d’une DC immature les neutrophiles, d’une part, reçoivent un signal de survie par l’interaction des molécules
de surface Mac-1/DC-SIGN et, d’autre part, stimulent la maturation de la DC via l’interaction des molécules
CEACAM-1et DC-SIGN. La DC mature sécrète ensuite certaines cytokines, comme l’IL-12 et le TNFα dont l’action
préférentielle sur la différenciation les lymphocytes T (LT) naïfs les oriente vers des LT de type Th1. Les neutrophiles
sont également source de nombreux facteurs peptidiques capables de recruter et de différencier d’autres cellules
immunes. Par exemple, les chimiokines IP-10 ou MIP-1α/-1β vont recruter LT, macrophages et DC immatures au site
de lésion et le BLys va participer à la prolifération et à la différenciation des lymphocytes B . CEACAM-1 :
Carcinoembryonic antigen-related cell adhesion molecule 1 ; DC-SIGN : Dendritic Cell-Specific Intercellular adhesion
molecule-3-Grabbing Non-integrin ; BLys : TNF-related ligand B-lymphocyte stimulator (d’après Chakravarti et al.,
2007).
Le feedback homéostasique parmi les macrophages, lymphocytes T et les neutrophiles décrit
précédemment nous montre qu’il est donc incorrect de considérer l’immunité chez les vertébrés
comme constituée de deux systèmes distincts, inné et acquis, qui agiraient chacun leur tour lors de
la rencontre avec un antigène (Nathan, 2006). Au lieu de cela, des éléments plus ou moins anciens
de l’évolution travaillent ensemble de l’initiation de la réponse immune (Stark, 2005) jusqu'à sa
résolution (Diefenbach et al., 1998). La résolution d’une réponse immune est marquée non
seulement par des générations de mémoire immunologique mais aussi dans bien des cas, par
l’intervention du système immunitaire dans la cicatrisation des plaies.
50
CHAPITRE 3 : NEUTROPHILES ET CICATRISATION
CUTANEE
La cicatrisation tissulaire implique une cascade de processus de réparation, impliquant
plusieurs types de cellules. D’abord, les thrombocytes génèrent un caillot, qui arrête le saignement.
Ils jouent donc le rôle d’une barrière temporaire et d’une source de substances chimiotactiques.
Ensuite, les leucocytes ainsi attirés, initient une réponse inflammatoire avant que les fibroblastes et
les cellules endothéliales migrent vers la plaie pour régénérer les tissus contractant ses marges.
Enfin, les cellules épithéliales complètent le processus de réparation en recouvrant la surface
dénudée de la plaie (Theilgaard-Mönch et al., 2004).
Les cellules immunes ont une fonction intégrale dans la cicatrisation cutanée, au delà de leur
rôle dans l'inflammation et de la défense de l’hôte. Les cellules immunes sont essentielles au
contrôle du processus de cicatrisation par leur sécrétion de molécules de signalisation, telles que des
cytokines, des lymphokines et des facteurs de croissance.
La réponse immunitaire cellulaire se réalise grâce aux neutrophiles, macrophages et lymphocytes.
Ces populations cellulaires migrent chacune à un moment spécifique, et leur migration caractérise
les différentes étapes de la cicatrisation. En plus de leur rôle habituel dans la défense immunitaire,
les macrophages et les lymphocytes sont des régulateurs importants des événements complexes
aboutissant à la cicatrisation. Des perturbations du système immunitaire peuvent conduire à des
complications, comme chez les patients atteints d’immunosuppression ou de malnutrition (Park et
Barbul, 2004).
Les neutrophiles circulent dans le sang sous forme de cellules quiescentes qui sont recrutées
au site d’inflammation, par des changements locaux dans les cellules endothéliales, qui activent les
neutrophiles afin qu’ils deviennent adhérents à l’endothélium et qu’ils migrent vers les tissus pour
capturer et détruire les micro-organismes, typiquement aux sites où la peau a été endommagée
(MacIntyre et al., 2003). Les neutrophiles sont attirés vers la plaie cutanée dans les minutes suivant
le traumatisme par des médiateurs chimiotactiques libérés par les thrombocytes et les microorganismes. Pendant la migration vers des sites d’infection comme les plaies cutanées, les
51
neutrophiles sont activés par les micro-organismes et leurs produits, et des cytokines générées par
d’autres leucocytes et par le stroma (fibroblastes, cellules endothéliales et épidermiques).
Après cette activation, les neutrophiles initient immédiatement une première ligne de
défense, utilisant un certain nombre de mécanismes distincts. Ces mécanismes de défense incluent
la libération de peptides antimicrobiens, la phagocytose, et la génération d’intermédiaires « oxygène
réactifs » pour la destruction et la dégradation des micro-organismes. La synthèse de novo de
chimiokines et cytokines, qui sont essentielles pour la régulation de la réponse cellulaire
immunitaire et le recrutement de cellules effectrices additionnelles au niveau de la plaie, constitue
un autre mécanisme de défense des neutrophiles (Theilgaard-Mönch et al., 2004).
Bien
que
les
neutrophiles
puissent
ralentir
la
fermeture
de
plaies
artificielles,
microbiologiquement stériles (Martin et Leibovitch, 2005), ils ont trois rôles importants dans la
cicatrisation des blessures naturelles : stérilisation des micro-organismes, production de signaux
ralentissant l’accumulation de plus de neutrophiles et initiation d’un programme macrophagique
faisant basculer l’épithélium endommagé d’un état pro-inflammatoire et non-réplicatif à antiinflammatoire et réplicatif (Nathan, 2006).
52
I. Stérilisation microbienne
La principale contribution des neutrophiles à la cicatrisation est la stérilisation microbienne. Les
plaies tendent à mal cicatriser et aboutissent à une issue fatale chez les individus ayant des
neutrophiles dont l’activité est déficiente. Trois types d’anomalies sont décrites : les individus ayant
des neutrophiles qui ne peuvent adhérer à l’endothélium ou à la matrice extracellulaire, échouant
ainsi à s’accumuler au site d’infection ; les individus ayant une vascularisation insuffisante pour
fournir des neutrophiles ; ou les individus ayant des neutrophiles déficients dans leur machinerie
antimicrobienne (Nathan, 2006).
Les neutrophiles libérés en cas de dommages tissulaires concomitants à une infection, mais ne
rencontrant pas de bactéries dans un temps donné, libèrent leur arsenal dans l’espace extracellulaire.
In vitro, cette période dure de 15 à 45 minutes, ce qui semble être approximativement le temps
nécessaire aux neutrophiles pour migrer du sang vers les tissus extravasculaires. Une fois ce temps
écoulé, on observe une liquéfaction des tissus, c'est-à-dire la formation de pus, par la libération de
protéases neutrophiliques, par l’activation de protéases exprimées sous forme latente par les cellules
résidentes des tissus, et par l’inactivation oxydative des anti-protéases (Nathan, 2006).
L’endommagement des tissus est habituellement perçu comme préjudiciable, et ainsi les
neutrophiles sont souvent considérés de manière péjorative. Cependant, cette destruction précoce et
de faible envergure par l’intermédiaire des neutrophiles est un processus salvateur. Elle sert à
désassembler les fibres de collagène qui entravent le contact entre neutrophiles et bactéries. Elle
favoriserait aussi un collapsus des vaisseaux lymphatiques et des capillaires, empêchant ainsi les
bactéries de s’échapper et emprisonnant les micro-organismes dans une « soupe toxique » (Nathan,
2006).
53
II. Résolution de l’inflammation
Parallèlement à la stérilisation bactérienne, les neutrophiles génèrent des signaux ayant quatre
fonctions : retarder leur propre accumulation, supprimer leur propre activation, promouvoir leur
propre mort, et attirer et programmer les macrophages pour qu’ils stoppent les dommages et
orchestrent la réparation tissulaire (Nathan, 2006).
Parmi les principaux composants endogènes anti-inflammatoires, on trouve les métabolites des
acides gras et des facteurs anti-inflammatoires protéiques. Les premiers incluent les lipoxines
neutrophiliques aussi bien que les résolvines et protectines macrophagiques produites en réponse à
l’ingestion de neutrophiles apoptotiques, toutes celles-ci bloquant le recrutement des neutrophiles
(Nathan, 2006).
Des facteurs anti-inflammatoires protéiques, le mieux connu est le SLPI (Secretory Leukocyte
Protease Inhibitor). Il est produit par les neutrophiles, aussi bien que par les macrophages et les
cellules épithéliales. Les macrophages et les cellules épithéliales produisent aussi une cytokine
promouvant la croissance des cellules épithéliales : la proépithéline (PEPI). Leur action est
schématisée sur la figure 13. PEPI agit en synergie avec SLPI en inhibant l’activation des
neutrophiles. Bien que l’élastase neutrophilique dégrade PEPI pour générer des épithélines proinflammatoires, SLPI protège PEPI en liant et inhibant l’élastase, et en liant et protégeant PEPI de
la dégradation par l’élastase. Ceci évite que les produits de dégradation de PEPI promeuvent la
production d’IL-8 par les cellules épithéliales, cette dernière étant l’attracteur le plus important de
neutrophiles. De plus, PEPI intact induit la prolifération des cellules épithéliales et la fermeture de
la plaie (Nathan, 2006).
Les fonctions basiques telles que la migration et la défense immédiate de l’hôte sont
inhérentes aux neutrophiles circulants et ne requièrent pas une phase prolongée d’activation
transcriptionnelle. Au contraire, les neutrophiles sont capables d’activer, par la transcription, des
fonctions spécifiques telles que la favorisation de la cicatrisation, une fois qu’ils ont migré au site
d’infection. En effet, la migration des neutrophiles vers les lésions cutanées chez l’Homme est
accompagnée d’un changement substantiel dans l’expression de leurs gènes
54
Figure 13 : Le rôle des neutrophiles dans la cicatrisation cutanée : contrôle de la contamination microbienne et
attraction monocytes/macrophages. La figure montre une des nombreuses voies opérationnelles dans les plaies. Le
SLPI inhibe l’élastase neutrophilique. SLPI seul, et en synergie avec la proépithéline (PEPI) produite par les
macrophages, inhibe la libération d’enzymes protéolytiques induites par les cytokines et de ROS par les neutrophiles.
Ces actions diminuent la conversion protéolytique neutrophile-dépendante de PEPI en epithéline (EPI), diminuant la
capacité d’EPI à promouvoir la production d’IL-8 (ici CXCL8) par les cellules épithéliales. PEPI intact promeut la
prolifération des cellules épithéliales, augmentant la rapidité de fermeture de la plaie. Les flèches noires représentent les
processus impliqués dans la réparation tissulaire et la régénération. Les flèches grises représentent les processus
impliqués dans la défense de l’hôte (d’après Nathan, 2006).
. Les neutrophiles génèrent des réponses transcriptionnelles distinctes selon le type de
stimuli et la voie d’activation. La compartimentation fonctionnelle de ces gènes a révélé que les
gènes essentiels à la migration, à la structure cellulaire, et à la défense immédiate de l’hôte, ne sont
pas activés, mais partiellement sous-régulés, alors que les gènes impliqués dans l’apoptose, la
cicatrisation et d’autres fonctions cellulaires distinctes sont hautement différenciés. Les neutrophiles
génèrent donc une réponse transcriptionnelle substantielle à la migration aux lésions cutanées. Ceci
cadre bien avec un modèle où les neutrophiles basculent d’un état favorisant le chimiotactisme et
l’activation par des médiateurs immunorégulateurs et des micro-organismes, vers un état
promouvant la cicatrisation, le recrutement et l’activation de cellules effectrices inflammatoires
additionnelles. Dès que les chimiokines des neutrophiles ont attiré suffisamment de macrophages,
ceux-ci vont réduire l’activité des neutrophiles par l’intermédiaire de TGF-β, et ainsi prendre le
relais et initier l’étape suivante de la cicatrisation (Theilgaard-Mönch et al., 2004).
55
III. Coopération avec les kératinocytes
Les neutrophiles sont des phagocytes professionnels d’une importance fondamentale pour la
défense contre les micro-organismes. De même, la peau et les muqueuses constituent une barrière
importante contre les infections. Traditionnellement, ces systèmes de défense majeurs, les cellules
épithéliales et les neutrophiles, étaient considérés comme limités : les cellules épithéliales
constituent une défense par la barrière physique, et les neutrophiles fournissent la libération
instantanée de substances antimicrobiennes préformées ou un assemblage in situ de la NADPH
oxydase pour la formation de ROS. Mais de récentes recherches ont montré que les cellules
épithéliales sont hautement dynamiques et capables de générer des peptides antimicrobiens en
réponse non seulement à l’infection microbienne elle-même, mais aussi en réponse aux facteurs de
croissance recrutés quand la barrière physique est rompue et que le risque d’infection est imminent.
De même, les neutrophiles changent leur profil de transcription active lorsqu’ils migrent vers la
lésion cutanée. Ceci résulte en la production de molécules de signalisation, certaines d’entre elles
activant la croissance et le potentiel antimicrobien des kératinocytes et des cellules épithéliales
(Borregaard et al., 2005).
Les neutrophiles activés dans les plaies cutanées pourraient générer un uPA (urokinase
Plasminogen activator), activant le plasminogène, et ainsi détruisant les caillots de fibrine et la
matrice extracellulaire. L’uPA semble promouvoir la prolifération, la migration et l’adhésion des
kératinocytes, fibroblastes et cellules endothéliales dans les plaies cutanées.
De même, LAMB-3 (Laminine Beta), molécule d’adhésion importante de la membrane basale,
pourrait soutenir l’adhésion des kératinocytes aux marges de la plaie, et ainsi promouvoir
l’épithélialisation quand elle est sur-régulée par les neutrophiles dans la cicatrisation (TheilgaardMönch et al., 2004).
Les peptides antimicrobiens produits par les cellules épithéliales et les neutrophiles
représentent les éléments essentiels de l'immunité innée, et incluent les familles des polypeptides
antimicrobiens défensines et cathélicidines. CAP 18 est un précurseur peptidique antimicrobien
principalement exprimé par les neutrophiles, et son peptide actif, LL-37, est libéré du précurseur par
l'action des protéinases des neutrophiles (comme vu au chapitre 1.III. C, p. 19). LL-37 possède une
56
activité antimicrobienne contre un large éventail de micro-organismes, neutralise le LPS, et attire
neutrophiles, monocytes, mastocytes et lymphocytes T. Mais en plus de son activité
antimicrobienne et chimiotactique, LL-37 pourrait jouer un rôle important dans l’immunité innée en
activant les cellules épithéliales bronchiques. Ceci représente un important effet synergique, dans
lequel les cellules épithéliales et les neutrophiles coopèrent pour fournir cicatrisation et défense
antimicrobienne (Tjabringa et al., 2003).
Borregaard et son équipe suggèrent que ce modèle pourrait être étendu aussi aux kératinocytes. Les
neutrophiles pourraient eux-mêmes sécréter des facteurs qui activent les kératinocytes, tels que IL8,
MCP-1 (Monocyte Chemotactic Protein), et IL-1β, des facteurs qui promeuvent l’angiogénèse, tels
que VEGF (Vascular Endothelial Growth Factor) et MIP-2β (Macrophage-inflammatory protein-2
β), et pourraient générer la protéase PR3, qui clive la CAP-18 générée par les kératinocytes,
finalement résultant dans la cicatrisation et la résistance à l’infection microbienne. (Borregaard et
al., 2005)
L'inflammation est un ensemble complexe d'interactions entre les facteurs solubles et les
cellules qui peuvent surgir dans n'importe quel tissu en réponse aux dommages traumatiques,
infectieux, post-ischémiques, toxiques ou auto-immuns. Ce processus mène normalement à la
guérison. Cependant, si la destruction ciblée et la réparation ne sont pas en phase, l'inflammation
peut entraîner des dommages tissulaires persistants par les leucocytes, lymphocytes ou le collagène.
L'état non-inflammatoire ne résulte pas passivement d'une absence de stimuli inflammatoires ; au
contraire, il exige des actions positives de produits spécifiques pour supprimer des réactions aux
stimuli potentiellement inflammatoires qui ne justifient pas une pleine réponse (Nathan, 2002).
57
58
CHAPITRE 4 : NEUTROPHILES ET AGENTS
INFECTIEUX
Les interactions entre les micro-organismes et l’hôte peuvent aller de la simple symbiose, à
une compétition qui peut être fatale pour l’un ou pour l’autre, voire pour les deux. D’un point de
vue finaliste, on peut conclure que les micro-organismes pathogènes doivent donc mettre en œuvre
des techniques de survie à l’hôte lorsqu’ils sont en compétition avec ce dernier.
Ces stratégies de survie des micro-organismes sont diverses. Certains utilisent ce que Merrel appelle
« l’attaque frontale », avec infection massive, réplication rapide et symptômes submergeant les
défenses innées de l’hôte ; d’autres utilisent « la ruse » : le micro-organisme utilise les systèmes
immunitaires inné et acquis de l’hôte et met en place une infection chronique ou persistante,
souvent à bas bruit (Merrel et Falkow, 2004).
Dans la perspective de l’étude de l’interaction des neutrophiles et des agents infectieux, c’est
cette dernière stratégie à laquelle nous nous restreindrons, car la plus intéressante du fait de la
« compétition » avec les neutrophiles qu’elle engendre.
De même, les bactéries étant les micro-organismes avec lesquels les neutrophiles interagissent le
plus, nous nous focaliserons sur celles-ci.
59
60
I. Mécanismes d’échappement des bactéries aux
neutrophiles
Bien que la plupart des bactéries soient éliminées par les neutrophiles, certaines ont élaboré des
stratégies complexes pour empêcher le fonctionnement normal des neutrophiles, première ligne de
défense du système immunitaire, et ainsi coloniser l’hôte. La figure 14 schématise la majorité de ces
stratégies.
Les agents pathogènes et leurs hôtes sont donc dans une course à « l’armement » qui guide
l’évolution de l’évasion et des mécanismes de survie des micro-organismes aussi bien que du
système immunitaire de l’hôte (Urban, Lourido et al. 2006).
Figure 14 : Les stratégies des bactéries visant à éviter la destruction par les neutrophiles. Les pathogènes, en
rouge, appliquent des stratégies différentes. Ils évitent le contact avec les neutrophiles en se cachant dans des régions
qui lui sont inaccessibles (L.monocytogenes) (A1) ou en inhibant leur migration au site d’infection (S. aureus, B.
burgdorferi) (A2) ; ils inhibent la phagocytose (E. Coli, S. epidermidis, S. aureus, Y. pestis) (B) ; ils survivent dans les
neutrophiles en empêchant la fusion avec le phagolysosome (S. pyogenes, S. aureus) (C1), en résistant à la destruction
dans le phagolysosome (S. aureus) (C2) ou en s’échappant vers le cytoplasme (S. pyogenes) (C3) ; ils lysent les
neutrophiles (C. perfringens, S. aureus, S. pyogenes) (D) et ils échappent à l’extermination par les NETs (E). Ils
peuvent aussi réguler la transcription (C. albicans, S. aureus, S. pyogenes) et l’apoptose (E. coli, C. albicans, L.
major,...) du neutrophile et réguler la réponse immunitaire (non représenté sur la figure) (d’après Urban,Lourido et al.,
2006).
61
A. Eviter le contact
Les bactéries ont deux stratégies différentes pour éviter le contact avec les neutrophiles. La
première étant de se « cacher » dans des régions inaccessibles aux phagocytes. C’est le cas de
Listeria monocytogenes, qui induit sa propre assimilation par les cellules épithéliales (Urban,
Lourido et al., 2006).
La seconde est d’éviter le recrutement des neutrophiles au site d’infection (Urban, Lourido
et al., 2006).
Chez 60% des Staphylococcus aureus, bactéries souvent impliquées dans les infections cutanées
superficielles, on observe la production de CHIPS (Chemotaxis Inhibitory Protein of Staphylococci)
et de l’Eap (Extracellular adherence protein) qui interfèrent avec le chimiotactisme et
l’extravasation des neutrophiles (Foster, 2005).
CHIPS se lie au FPR (Formyl Peptide Receptor) ou au récepteur de C5a, empêchant ainsi
l’activation de signaux intracellulaires aboutissant à la migration des neutrophiles du sang vers le
site d’inflammation (Postma et al., 2004). Eap se lie à ICAM-1 sur la surface des cellules
endothéliales, inhibant ainsi la liaison des LFA-1 présents sur la surface du neutrophile, et
empêchant l’adhérence, la diapédèse et l’extravasation (Chavakis et al., 2002). Ceci est représenté
par la figure 15.
Un autre exemple est celui de l’infection par Borrelia burgdorferi, qui cause la maladie de
Lyme caractérisée par une lésion de peau initiale appelée l’érythème migrant. Cet érythème résulte
de la réponse inflammatoire déclenchée par la réplication du spirochète, qui est destinée à limiter
l’infection initiale, mais qui pourtant n’empêche pas la dissémination bactérienne. L’étude
histopathologique de l’érythème migrant montre la quasi-absence de neutrophiles. La salive de
tique (voie d’inoculation du germe) inhibe la fonction des neutrophiles, en réduisant l’adhésion via
la sous-régulation des intégrines-β2, et diminue l’efficacité des neutrophiles dans la capture et
l’élimination des bactéries. Ceci pourrait favoriser l’établissement initial de l’infection par les
spirochètes (Montgomery et al., 2004).
Xu et al. (2007) ont démontré que l’augmentation du recrutement des neutrophiles au site
d’infection (par l’utilisation de B. burgdorferi modifiées génétiquement pour exprimer et secréter la
chémokine KC, un chimioattractant des neutrophiles) permet une forte atténuation de l’infectivité
de la bactérie. Bien qu’il reste à déterminer précisément pourquoi les neutrophiles ne sont pas
recrutés et activés en plus grand nombre lors de l’infection par B. burgdorferi, cette étude suggère
62
que cette réponse neutrophilique inefficace permettrait aux spirochètes d’éviter l’élimination et
d’établir une infection chez les mammifères (Xu et al., 2007).
Figure 15 : Inhibition de la réponse des neutrophiles à l’infection. (a) Les protéines CHIPS et Eap interfèrent avec le
chimiotactisme et l’extravasation des neutrophiles. La résistance à la destruction par les peptides antimicrobiens dans le
phagosome des neutrophiles est favorisée par des modifications de la D-alanine et L-lysine des composants de la paroi
cellulaire (indiquées par des +), par la sécrétion de staphylokinase (Sak) et d’auréolysine (Aur), et par la création de
phagosomes spacieux dans lesquels les bactéries peuvent survivre. Les leucotoxines formant des pores sont représentées
par les insertions en forme de champignons dans la membrane des neutrophiles.
(b) Modèle d’interactions entre CHIPS et le récepteur FPR et le récepteur C5a. Deux domaines de liaison distincts mais
étroitement liés dans les CHIPS sont représentés, un pour l’extremité N-terminale de FPR, le deuxième pour un
domaine du récepteur de C5a (d’après Foster, 2005).
63
B. Empêcher la phagocytose
Une stratégie très efficace pour survivre à la destruction par les neutrophiles est d’empêcher
la phagocytose. Trois approches différentes sont observées.
Certains micro-organismes possèdent des barrières physiques telles que des capsules de
polysaccharide ou de polyglutamate pour éviter leur détection par les phagocytes. C’est le cas
d’Escherichia Coli dont les antigènes de capsule O75 et K5 augmentent la résistance à la
phagocytose (Urban, Lourido et al., 2006). De même, la plupart des Staphylococcus aureus
expriment une fine couche microcapsulaire composée de lipopolysaccharides sérotype 5, 8 ou 336.
L’expression de capsule type 5 ou type 8 est associée à une plus forte virulence, car celles-ci sont
anti-opsonique. Sous cette capsule, la membrane cellulaire présente deux protéines de surface, la
protéine A et le ClFA (Clumping Factor A), qui lient respectivement les IgG et le fibrinogène (voir
figure 16). La liaison avec les IgG se fait par leur domaine Fc qui est ainsi masqué et ne peut donc
plus être reconnus par les récepteurs Fc des neutrophiles. La liaison avec le fibrinogène crée un
« manteau » qui interdit l’accès et la liaison des opsonines (Foster, 2005).
Pour Staphylococcus epidermidis, bactérie commensale de la peau humaine et pathogène
opportuniste, la formation de biofilms permet aux bactéries d’éviter la rencontre avec les
neutrophiles. Ces bactéries sécrètent aussi un acide glumatique, le PGA (Poly-gamma-DL-Glutamic
Acid) empêchant l’opsonisation par les neutrophiles. Ce PGA permettrait en plus de protéger les
bactéries de la forte concentration saline, une caractéristique de leur environnement naturel, à savoir
la peau (Kocianova et al., 2005).
D’autres micro-organismes interfèrent avec l’opsonisation, en inhibant l’activation du
complément. L’assemblage des convertases C3 est nécessaire pour l’activation de celui-ci (Urban,
Lourido et al., 2006). Or Staphylococcus aureus secrète un inhibiteur du complément, SCIN
(Staphylococcal Complement Inhibitor), qui lie et stabilise C4bC2a et C3bBb, inhibant la formation
de C3b et interférant ainsi avec les voies classique et alterne de l’activation du complément
(Rooijakkers, Ruyken et al., 2005). De même, l’Efb (Extracellular fibrinogen-bindind protein)
bloque le dépôt de C3b sur la surface cellulaire bactérienne, empêchant donc le déroulement de la
voie du complément suivant l’attachement de C3b (Lee, Hook et al., 2004), comme schématisé
figure 16.
64
Staphylococcus aureus a aussi la capacité d’inactiver deux opsonines majeures : le facteur C3b et
les IgG par l’activité de sa staphylokinase qui active le plasminogène en plasmine et utilise son
action protéasique (Rooijakkers, Van Wamel et al., 2005) (voir figure 16).
Figure 16 : Mécanismes d’évitement de l’opsonophagocytose par Staphylococcus aureus . La figure illustre (a) la
capsule polysaccharidique qui compromet l’accès des neutrophiles et la liaison au complément et aux anticorps ; (b) la
staphylokinase extracellulaire (Sak) qui active le plasminogène lié à la cellule et clive les IgG et C3b ; (c) la protéine A
avec 5 domaines liant les Fc des IgG ; (d) la protéine Efb qui lie le facteur C3 et l’empêche de se déposer sur la surface
bactérienne. L’activation du complément après l’attachement de C3b est empêchée, inhibant ainsi l’opsonisation. (e) Le
facteur ClfA, qui lie la chaîne γ du fibrinogène (d’après Foster, 2005).
La dernière approche consiste en l’inhibition par les micro-organismes du cytosquelette
actinique nécessaire à la phagocytose, grâce à des protéines spécifiques (YopE, YopH, Yop T et
Yop O) dans le cas des bactéries Gram négatif Yersinia spp. (Urban, Lourido et al., 2006).
C. Survivre dans les neutrophiles
Diverses bactéries pathogènes s’avèrent capables de survivre dans les neutrophiles après leur
phagocytose. Anaplasma phagocytophilum utilise même les neutrophiles comme cellules-hôtes et
certaines espèces ont, à l’instar de cette dernière, élaboré des stratégies pour survivre dans cet
environnement hostile. Elles peuvent être classées en trois catégories : inhibition de la fusion
phagosome-lysosome, survie dans le phagolysosome et échappement dans le cytoplasme.
65
Streptococcus pyogenes est une bactérie Gram positif souvent en cause dans l’impétigo humain.
Elle est capable d’utiliser ces trois stratégies (Urban, Lourido et al , 2006). Les protéines M et Mlike des streptocoques sont capables d’empêcher la fusion des granules azurophiles avec le
phagosome, assurant ainsi la survie et même la réplication intracellulaire des bactéries (Staali et al.,
2006). Les protéines M et H servent aussi d’intermédiaire à la survie de S. pyogenes dans le
phagolysosome malgré l’explosion oxydative qui suit l’internalisation (Staali et al., 2003). De plus,
la capsule pourrait permettre à la bactérie d’éviter l’internalisation dans le phagosome en
s’échappant vers le cytoplasme (Medina et al., 2003).
La stratégie de Staphylococcus aureus est aussi multiple. Celui-ci peut interférer dans la
fusion avec le phagosome et avec la libération de substance antimicrobiennes, mécanismes
dépendants du système de régulation GraRS (Kraus et al., 2008). Des modifications naturelles de la
surface de la bactérie au niveau du WTA (Wall Teichoic Acid) et de la membrane phospholipidique
réduisent l’affinité des défensines cationiques sécrétées dans le phagosome et les éloignent de la
membrane cytoplasmique. Ces modifications protègent aussi la bactérie des protéines
antimicrobiennes sériques chargées positivement comme la phospholipase A2 et la lactoferrine
(Foster, 2005). (voir schéma 15)
La staphylokinase, activateur de la prothrombine qui stimule la dissolution des caillots de fibrine et
la dégradation des IgG et C3, a aussi une action sur les défensines. Elle induit leur sécrétion, puis
les lie sous forme de complexes et ainsi neutralise leur effet bactéricide (Jin et al., 2004).
L’auréolysine, métalloprotéase extracellulaire, clive et inactive la LL-37 et contribue
significativement à la résistance aux peptides in vitro (Foster, 2005).
De plus, S. aureus évite les effets létaux des radicaux libres d’oxygène produits lors de l’explosion
oxydative par divers mécanismes. Son pigment caroténoïde joue un rôle dans la protection contre
les ROS (Liu et al., 2005). Ses deux superoxydes-dismutases inactivent les radicaux superoxydes
(Karavolos et al., 2003).
L’homéostasie du manganèse est aussi un important mécanisme de défense innée contre le stress
oxydatif du fait de la capacité de ce cation à agir comme une superoxyde-dismustase nonenzymatique. Enfin S. aureus exprime trois méthionine-sulphoxyde-reductases, dont les fonctions
contribuent à la survie in vivo (Foster, 2005).
De façon similaire, Staphylococcus epidermidis produit plusieurs molécules lui permettant
de résister aux peptides antimicrobiens. Le composant permettant aux bactéries de former un
66
biofilm, appelé PIA (exoPolysaccharide Intracellular Adhesin) (Vuong,Voyich et al., 2004), et la
macromolécule de surface PGA (Kocianova et al., 2005) en font partie.
D. Adapter la transcription
Un dispositif commun à Candida albicans, Staphylococcus aureus et Streptococcus
pyogenes est la sur-régulation de gènes cruciaux pour la résistance au stress oxydatif. C. albicans,
par exemple, au contact des neutrophiles, augmente l’expression de plusieurs gènes de stress
oxydatif, comme celui de la superoxyde-dismutase (SOD), de la catalase (CAT) et de la
glutathione-peroxydase (GPX), qui neutralisent l’arsenal oxydatif du neutrophile (Rubin-Bejerano
et al., 2003).
S. aureus présente une sur-régulation positive des gènes de réponse au stress après l’ingestion par
les neutrophiles, mais aussi des gènes impliqués dans la synthèse de la capsule, la virulence et la
régulation d’autres gènes (Voyich et al., 2005).
E. Induire la mort cellulaire
Streptococcus pyogenes, Clostridium perfringens et Staphylococcus aureus sécrètent des
toxines qui lysent les neutrophiles et autres cellules hôtes. La présence de ces toxines est fortement
corrélée à la virulence de ces souches (Urban, Lourido et al., 2006). Ces toxines sont nommées
streptolysine pour S. pyogenes et α- et θ-toxines, pour C. perfringens.
La capacité de S. aureus à sécréter des toxines endommageant la membrane des cellules
hôtes est une caractéristique importante. L’expression de ces toxines cytolytiques appelées aussi
PFTs (Pore-Forming Toxins) contribue au développement d’abcès par la destruction des
neutrophiles qui tentent de phagocyter et de tuer les bactéries (Foster, 2005).
Ces toxines se lient à la membrane plasmique des cellules cibles et forment par oligomérisation des
pores transmembranaires causant la fuite de composants et, au final, la lyse de la cellule
(Menestrina et al., 2001). Il y a deux sortes de toxines, l’α-hémolysine monomérique et les
leucotoxines dimériques. Parmi ces dernières, on trouve la γ-hémolysine ou Hlg, qui lyse à la fois
les érythrocytes et les leucocytes et dont le gène est présent chez plus de 90% des souches de S.
aureus ; et la PVL (Panton-Valentine Leukocidin) qui ne cible que les leucocytes et dont le gène
n’est présent que chez 1 à 2 % de la population de S. aureus (Foster, 2005). On observe une forte
corrélation entre l’expression de la PVL et les infections cutanées sévères, telles que la furonculose
67
récurrente, indiquant que la PVL augmenterait la virulence dans ce type d’infection (Prevost et al.,
1995).
Dans les neutrophiles, cette toxine induit soit la nécrose à forte concentration, soit l’apoptose à
faible concentration. La PVL ciblerait dans ce second cas directement la mitochondrie des
neutrophiles et activerait la caspase 9, causant ainsi l’apoptose (Urban, Lourido et al., 2006).
F. Induire ou inhiber l’apoptose
Les neutrophiles sont fatals pour la plupart des bactéries extracellulaires. Les neutrophiles
apoptotiques, cependant, ont perdu la plupart de leurs fonctionnalités : ils ne répondent pas aux
stimuli chimiotactiques, ne peuvent effectuer la phagocytose et ne sont pas capables de mettre en
œuvre l’explosion oxydative. Ainsi, conduire les neutrophiles à l’apoptose semblerait un moyen
d’échapper à la destruction (Laskay et al., 2003). C’est la stratégie employée par E. Coli et Candida
albicans (Rotstein et al., 2000 ; Watson et al., 1996).
Au contraire l’inhibition de l’apoptose par les pathogènes intracellulaires, comme Theileria ou
Toxoplasma, est un mécanisme assurant la survie à long-terme dans la cellule hôte. C’est le cas de
Chlamydia pneumoniae et de Leishmania major, qui se multiplient dans les neutrophiles (van
Zandbergen,Gieffers et al., 2004).
G. Evitement des Neutrophiles Extracellular Traps (NETs)
En plus de la phagocytose et de la destruction intracellulaire, les neutrophiles libèrent des
NETs qui capturent et détruisent les bactéries dans le milieu extracellulaire (Brinkmann et al.,
2004). Les nucléases peuvent détruire ces NETs, indiquant que la chromatine fonctionne ici comme
un bouclier. Il est intéressant de noter que l’on trouve des nucléases chez diverses bactéries
pathogènes, notamment Staphylococcus aureus, Clostridium perfringens et Streptococcus pyogenes
(Urban, Lourido et al., 2006).
Les souches sérotype M1 des streptocoques groupe A (GAS), associées à des infections invasives,
telles que la fasciite nécrosante, expriment une DNase efficace (Sda1). Celle-ci est nécessaire et
suffisante pour favoriser la résistance des GAS aux neutrophiles et leur virulence lors de fasciite
nécrosante. L’inhibition de l'activité de cette DNase par de la G-actine réduit la virulence in vivo
(Buchanan et al., 2006). Les DNases de surface peuvent donc être considérées comme de véritables
facteurs de virulence dégradant les NETs chez les streptocoques.
68
En outre, chez les pneumocoques, la formation d’une capsule polysaccharidique résultant en
l’incorporation de charges positives à la surface bactérienne et repoussant ainsi les peptides
antimicrobiens chargés positivement des NETs, réduit la capture des bactéries (Wartha et al., 2007).
H. Moduler la réponse immunitaire
Staphylococcus aureus sécrète diverses molécules immunomodulatrices qui altèrent la
réponse immune de l’hôte en agissant comme des superantigènes. Ce sont l’entérotoxine sAg et la
toxine TSST-1 (toxic shock syndrome toxin-1), la protéine A et la protéine Map (Foster, 2005).
Mais ce sont les modulines, famille de petits peptides amphipathiques (c’est-à-dire possédant à la
fois un groupe hydrophile et un groupe hydrophobe) aux propriétés pro-inflammatoires, produites
par Staphylococcus epidermidis, qui ont une action immunomodulatrice sur les neutrophiles. Ainsi
S. epidermidis, bien que moins virulent que S. aureus, peut causer des abcès. En effet, les modulines
sont de forts chimioattractants pour les neutrophiles et stimulent leur activation (Liles et al., 2001).
Elles sont seulement exprimées quand la densité cellulaire est forte, et sont régulées par le système
de détection du quorum (ou « quorum sensing system »), mécanisme de régulation contrôlant
l'expression de certains gènes bactériens au sein d'une population en fonction de la densité de celleci (Vuong et al., 2004). L’expression des modulines serait à l’avantage de la bactérie quand la
densité cellulaire est forte et que les bactéries sont sous forme de biofilm, car elle stimule les
dommages cellulaires locaux pour fournir des nutriments aux bactéries (Foster, 2005).
Cette modulation du système immunitaire est importante dans la compréhension des
mécanismes d’infection par les staphylocoques. Elle pourrait expliquer pourquoi les individus ayant
été infectés par un staphylocoque ne sont pas protégés quant à une nouvelle infection. En effet,
l’hôte ne peut élaborer une forte réponse via les anticorps, et la mémoire immunologique est
compromise par l’action immunosuppressive des superantigènes (Foster, 2005). Cependant, un
nombre de preuves croissant laissent à penser qu’il serait possible de générer une forte réponse
immunitaire à des composants de surface de S. aureus et S. epidermidis, tels que les polysaccharides
capsulaires types 5 et 8, ClFA ou SdrG (Ser-asp dipeptid repeat G), via une immunisation active ou
passive par des vaccins anti-staphylococciques (Deresinski, 2006).
69
II. Dissémination des bactéries grâce aux neutrophiles
Les neutrophiles ont longtemps été considérés comme essentiels à la défense de l’hôte
contre les infections. Cependant, la survie pathogènes dans diverses cellules, notamment les
phagocytes, pourrait être un mécanisme de persistance de micro-organismes chez l’hôte.
Des chercheurs ont ainsi tenté de déterminer si la survie de certains agents pathogènes dans les
neutrophiles, dont Staphylococus aureus, contribue à la pathogénie de l’infection. Gresham et al.
ont démontré que des neutrophiles issus du site d’infection par S. aureus contiennent des
organismes intracellulaires viables, et que ces neutrophiles infectés sont suffisants pour établir
l’infection dans un organisme naïf. De plus, la diminution, de la migration des neutrophiles au site
d’infection augmente les défenses de l’hôte, alors que l’augmentation du nombre de neutrophiles
conduit à l’augmentation de la charge bactérienne. Ceci suggère que, bien qu’ils soient nécessaires
pour le contrôle de l'infection, des neutrophiles convenablement stimulés peuvent créer un
environnement qui favorise la survie intracellulaire de ce pathogène au détriment de l’hôte
(Gresham et al., 2000).
La survie intracellulaire est un pré-requis à la croissance des pathogènes dans les
neutrophiles. On a observé que divers pathogènes, dont Burkholderia pseudomallei (Egan et
Gordon, 1996), l’agent de la méloïdose, peuvent même se multiplier dans les neutrophiles. Les
neutrophiles apparaissent donc comme des cibles sans danger pour beaucoup de pathogènes
intracellulaires.
La survie de pathogènes intracellulaires stricts dans l’hôte, tels que Leishmania spp., dépend des
cellules phagocytaires qui reconnaissent et internalisent ces micro-organismes. Ils échappent ainsi
aux agents antimicrobiens, d’origine immune et non-immune, de l’environnement. Les neutrophiles
peuvent servir de cellules fournissant ce type de milieu protecteur (Laskay et al., 2003).
Les neutrophiles pourraient servir de « cheval de Troie » pour certains micro-organismes,
notamment Leishmania major, avant que ceux-ci n’infectent leur cellule hôte définitive : le
macrophage (Laskay et al., 2003).
Immédiatement après l’infection expérimentale cutanée de souris par Leishmania major un
processus inflammatoire local se met en marche. Dans les heures suivant cette infraction cutanée,
une vague de neutrophiles migre vers la peau. Deux ou trois jours plus tard, la seconde vague de
cellules, monocytes et macrophages, arrive au site d’infection. Après l’infection par L. major, les
70
chémokines MIP-2 et KC (l’équivalent murin de l’IL-8) sont produites rapidement dans la peau,
soulignant le rôle prédominant de celles-ci dans l’accumulation précoce des neutrophiles. De même,
l’incubation de neutrophiles humains avec L. major in vitro résulte en la sécrétion d’IL-8. Cette
production d’IL-8 neutrophilique induite par les leishmanies, et la libération de LCF (Leishmania
Chemotactic Factor) accélèrent le recrutement des neutrophiles au site d’infection et facilitent
l’assimilation des parasites (Laskay et al., 2003). Dans le cas des leishmanies, le recrutement des
neutrophiles est bénéfique à la survie des parasites dans les tissus infectés.
Une fois les neutrophiles présents, ils phagocytent les parasites, de manière opsonine-indépendante.
Cette phagocytose n’induit pas d’activation de l’explosion oxydative, ce qui favorise la survie
intracellulaire des micro-organismes (Laufs et al., 2002). En effet, on observe que les leishmanies
en phase virulente sont formées de deux sous-populations distinctes : des parasites en forme de
fuseau allongé non apoptotiques, et des parasites arrondis apoptotiques. Il apparaît que la souspopulation apoptotique assiste la survie des parasites non apoptotiques qui seraient aisément
éliminés par les neutrophiles si ils étaient phagocytés en absence de promastigotes apoptotiques
(van Zanbergen et al., 2006). Les parasites apoptotiques fournissent ainsi un environnement propice
à la survie des leishmanies en induisant TGFβ qui sert d’intermédiaire à la phagocytose silencieuse
et induit la survie des populations de leishmanies infectantes (Laskay et al., 2008).
Puis les leishmanies augmentent la durée de vie des neutrophiles, mécanisme impliquant
l’inhibition de la caspase-3, qui joue un rôle majeur dans l’apoptose spontanée des neutrophiles.
L’effet anti-apoptotique des leishmanies dépend de la présence de parasites viables et nécessite la
phagocytose de ces parasites par les neutrophiles (Aga et al., 2002). Ainsi, en inhibant l’apoptose
spontanée, les leishmanies peuvent assurer leur survie dans les neutrophiles-hôte pour au moins 2
ou 3 jours (Laskay et al., 2003).
Mais les leishmanies ne peuvent que retarder, et non empêcher l’apoptose spontanée. On
observe que les neutrophiles infectés sécrètent de forts taux de MIP-1β, chémokine attirant les
macrophages. Or, l’apoptose des neutrophiles et la libération de MIP-1β coïncident avec le pic de
migration des macrophages dans le tissu infecté (Müller et al., 2001). Les macrophages vont donc
rencontrer in situ des neutrophiles apoptotiques hébergeant des parasites intracellulaires. Et ils vont
aisément phagocyter ces neutrophiles infectés. On retrouve alors dans le phagosome contenant les
neutrophiles apoptotiques à la fois leur noyau condensé mais aussi la structure du parasite intacte
(van Zandbergen, Klinger et al., 2004). Les macrophages assimilent donc les neutrophiles
71
apoptotiques et les parasites qui non seulement survivent à cette phagocytose mais se répliquent
dans les macrophages.
Enfin, la phagocytose de ces neutrophiles apoptotiques crée un milieu anti-inflammatoire bénéfique
à la survie des leishmanies, car elle désactive les fonctions des phagocytes (Laskay et al., 2008).
Les mécanismes employés par les agents pathogènes pour contrecarrer l’immunité innée
sont donc multiples. Certains micro-organismes forment des biofilms, tandis que d’autres montrent
une régulation différentielle complexe de leurs gènes, afin de survivre aux neutrophiles. Ceux qui
ont développé différents mécanismes pour échapper à la destruction par les neutrophiles, sont très
répandus et causent des maladies sévères, ce qui souligne le rôle essentiel des neutrophiles dans
l’immunité innée (Urban, Lourido et al., 2006). Mais les neutrophiles semblent aussi pouvoir
héberger et transporter des micro-organismes pathogènes.
Prendre en compte la présence de neutrophiles et leur rôle dans certaines maladies pourrait
donc aider à élucider des mécanismes pathogéniques et donc à mettre en œuvre une thérapeutique
appropriée.
72
CHAPITRE 5 : NEUTROPHILES ET DERMATOSES
PYOGENES
Si les neutrophiles sont normalement absents dans la peau, ils sont fréquemment et
précocement observés dans différents types de dermatoses d’étiologies très différentes, ayant toutes
en commun leur caractère inflammatoire. Elles sont qualifiées de pyogènes. Dans le cas le plus
fréquent il s’agit de dermatoses infectieuses superficielles, comme la folliculite, l’impétigo et
l’intertrigo, ou de dermatoses infectieuses profondes que sont les abcès, les mycoses, les
furonculoses, la tuberculose, la méloïdose, la brucellose, le choc toxique staphylococcique et la
fasciite nécrosante. Mais il peut aussi s’agir de dermatoses stériles telles que la dermatite
pyotraumatique, le pemphigus foliacé, la cellulite juvénile et l’acné.
Même si leur présence est habituelle lors de colonisation bactérienne, les données connues
actuellement sur la biologie des neutrophiles ne nous permettent pas toujours de comprendre ce qui
a induit une colonisation tissulaire par ces cellules lorsqu’aucun agent infectieux n’est mis en
évidence.
73
74
I. Dermatoses pyogènes infectieuses
La plupart des bactéries vivent sur la peau en parfaite harmonie avec leur hôte. Ce sont des
bactéries commensales (littéralement « qui mangent à la même table »), voire mutualistes. Dans
certains cas elles sont nécessaires à la survie de l’hôte : maturation du système immunitaire,
protection antimicrobienne, effet barrière. Dans d’autres cas elles deviennent pathogènes (Cogen et
al., 2008). Ainsi, Staphylococcus intermedius, bactérie très fréquemment isolée sur la peau de chien
et faisant partie de la flore résidente, peut devenir pathogène, à la faveur de mécanismes, non encore
élucidés. Chez le chien, Staphylococcus intermedius est un agent majeur d'infections suppurées et
pratiquement tous les organes peuvent être infectés, notamment la peau. C’est l'espèce la plus
fréquemment isolée lors de pyodermites, d'otites externes ou de surinfections des plaies.
N'importe quelle modification de l’écosystème de la peau peut avoir comme conséquence
une infection bactérienne, superficielle d'abord et profonde notamment quand il y a
immunodéficience. La multiplication bactérienne est confinée à l'épiderme et à ses annexes dans la
pyodermite superficielle (follicules pileux dans la folliculite) ou progresse à travers la membrane
basale et envahit le derme dans les pyodermites profondes. L'agent pathogène impliqué est
généralement Staphylococcus intermedius, bien que d'autres micro-organismes pathogènes puissent
se développer en tirant profit des lésions créées par les staphylocoques (notamment les Gram
négatifs, et surtout dans les pyodermites profondes). On a vu que les staphylocoques présentent des
mécanismes complexes qui leur permettent d’échapper à l’action destructrice des neutrophiles.
Ainsi ceux-ci se trouvent recrutés en grand nombre dans ces infections, sans réussir à les résoudre.
Leur migration au site d’infection, tout comme la phagocytose, leur apoptose ou leur dégranulation
sont dénaturées par les mécanismes d’échappement des bactéries qui permettent à ces dernières de
survivre dans la peau voire de s’étendre.
A. Rôle du pus
L’accumulation de neutrophiles et la formation de pus sont les images histologiques communes
aux diverses dermatoses pyogènes infectieuses. Comme on l’a vu plus haut, la formation de ce pus,
qui semble préjudiciable, permet en fait de limiter dans la plupart des cas la colonisation
bactérienne.
75
On a vu que les staphylocoques, et notamment S. intermedius, sont les bactéries les plus impliquées
dans ces infections cutanées. Elles semblent devenir pathogènes à la faveur d’un traumatisme
cutané, d’une modification de l’écosystème local ou d’une baisse d’immunité. Les neutrophiles ne
semblent donc pas être en cause dans l’établissement de l’infection, mais au contraire limitent la
prolifération et la dissémination bactérienne en retenant ces dernières dans la « soupe toxique »
qu’est le pus (Nathan, 2006).
Dans certains cas précis, que l’on détaillera, les neutrophiles semblent jouer un rôle spécifique dans
la persistance de l’infection.
B. Dermatoses infectieuses superficielles
1) Folliculite bactérienne
La folliculite bactérienne superficielle est une affection cutanée du follicule pileux. Elle est plus
fréquemment rencontrée chez le chien que chez le chat. C’est une affection probablement sousdiagnostiquée car les pustules superficielles éclatent aisément donnant naissance à des papules
croûteuses non pathognomoniques. Staphylococcus intermedius est le pathogène primaire dans la
plupart des pyodermites canines et probablement félines (Gross et al., 2005), même si d’autres
staphylocoques et d’autres bactéries peuvent être impliqués. Les micro-organismes peuvent être
introduits par un traumatisme local, par une plaie ou par grattage (Scott et al., 2000).
La plupart des folliculites bactériennes sont observées secondairement à des maladies coexistantes ou à des facteurs prédisposants, causant un changement du microclimat cutané créant des
conditions favorables à la prolifération des staphylocoques. Les maladies prédisposantes chez le
chien incluent les allergies (DHPP, dermatite atopique, allergie alimentaire), la démodécie, les
désordres endocriniens (hypothyroïdie, hypercorticisme) et les génodermatoses telles que l’alopécie
des robes diluées ou la séborrhée primaire. Les autres facteurs prédisposants sont le prurit quelle
que soit son origine, les défauts d’immunité ou un mauvais entretien de la peau. Toutefois, une
cause prédisposante n’est identifiée que dans moins de la moitié des cas.
La présentation clinique de la folliculite bactérienne du chien est très variable du fait des
différences de sensibilité en fonction des races, de la sensibilité individuelle, et possiblement de
différences intrinsèques dans la virulence bactérienne. La caractéristique de la folliculite
bactérienne est la formation de pustules folliculaires. Les pustules sont transitoires du fait de leur
nature fragile et se rompent aisément, créant des papules croûteuses. De fait, les papules croûteuses
76
sont les lésions les plus fréquemment observées dans la folliculite bactérienne superficielle. Les
pustules varient beaucoup en taille et sont souvent difficiles à identifier à l’œil nu. Moins
fréquemment, on observe des papules, pustules ou nodules plus grands et fermes, ces lésions
pouvant représenter une folliculite perforante ou indiquant une furonculose concomitante.
Les pustules intactes ont une base érythémateuse et contiennent habituellement du matériel purulent
blanc ou jaune crémeux. Les pustules folliculaires présentent des poils en leur centre, à moins que
ceux-ci soient tombés. L’érythème et l’œdème sont variables.
Après l’éclatement de la pustule, une collerette peut se former en périphérie lorsque les couches de
kératine superficielles environnante se soulèvent et pèlent. Ce phénomène peut en fait être une
pyodermite extensive concomitante à la folliculite. Des anneaux d’hyperpigmentation postinflammatoires peuvent se former dans les limites de la collerette, ou de petits foci à
hyperpigmentation ponctiforme peuvent marquer la présence antérieure des follicules pileux.
L’alopécie est variable, mais est une caractéristique fréquente s’il y a une inflammation notable.
Des plaques circulaires distinctes d’alopécie transitoire non-cicatricielle peuvent se former autour
des follicules atteints et sont plus facilement décelables chez les races à poils courts.
Dans de nombreux cas, la folliculite se développe initialement dans les régions glabres inguinales et
axillaires. L’espace interdigité ventral et dorsal est aussi un site préférentiel. Les lésions peuvent se
généraliser, surtout chez les individus atteints d’hypercorticisme (Gross et al., 2005).
L’étude histopathologique de la folliculite bactérienne montre un exsudat neutrophilique dans
les follicules pileux, avec quelques éosinophiles. Les bactéries (staphylocoques) peuvent ne pas être
visibles dans les follicules infectés (Scott et al., 2000), on les retrouve plus facilement dans les
croûtes ou dans la kératine folliculaire superficielle (Gross et al., 2005). Dans certains cas,
particulièrement chez les jeunes chiens, les éosinophiles sont prédominants (Gross et al., 2005).
2) Impétigo
L’impétigo est caractérisé par des pustules non folliculaires qui affectent la couche cornée des
zones peu poilues de la peau. C’est une maladie bactérienne, invariablement causée par les
staphylocoques coagulase-positifs, notamment S. intermedius. Les causes sous-jacentes ne sont pas
documentées dans les formes courantes de l’impétigo du chien pubère et pré-pubère. Cependant,
l’inflammation secondaire aux débris de fecès, à l’urine, aux bourres de poils et au parasitisme
77
peuvent augmenter la sensibilité ; une mauvaise hygiène et une mauvaise nutrition peuvent y
contribuer (Gross et al., 2005).
La pathogénie de l’impétigo pourrait impliquer les toxines exfoliatives staphylococciques
(ETA) comme dans l’impétigo bulleux humain. Ces toxines exfoliatives ont récemment été
identifiées chez des chiens atteints de pyodermite à staphylocoques. Il est intéressant de noter que la
desmogléine 1 est la cible à la fois des toxines exfoliatives des staphylocoques et des anticorps du
pemphigus foliacé chez les humains, ce qui explique les similitudes morphologiques des lésions.
D’autres bactéries, non staphylocoques, telles que Pseudomonas spp, Enterobacter spp et E.Coli
peuvent être occasionnellement les pathogènes primaires de l’impétigo bulleux (Gross et al., 2005).
Les lésions primaires de l’impétigo chez le jeune chien sont des pustules non folliculaires.
Le contenu de ces pustules varie du blanc crémeux au jaune. Puisque les pustules intactes sont
fragiles et se rompent aisément, des croutes jaunâtres adhérentes à des papules moyennement
érythémateuses sont la caractéristique clinique dominante. Une collerette périphérique épidermique
peut rester comme séquelle de la pyodermite. Les pustules folliculaires sont centrées sur un poil
contrairement aux pustules inter-folliculaires de l’impétigo ; une loupe est nécessaire pour les
différencier. Cette différentiation est importante cliniquement car l’impétigo répond plus aisément à
la thérapie que la folliculite superficielle. Occasionnellement, un petit nombre de pustules
folliculaires (folliculite) peut coexister avec l’impétigo; cependant seulement l’un des deux va
prédominer cliniquement. L’impétigo est surtout observé dans les régions glabres ou peu poilues de
l’aine ou axillaire chez le jeune chien. Une symétrie bilatérale partielle est fréquente. Le prurit, s’il
est présent, est modéré et les lésions sont non douloureuses et asymptomatiques (Gross et al., 2005).
Dans l’impétigo bulleux des vieux chiens causé par une immunodépression sous-jacente, les
pustules sont plus larges et vont de 5 à 15 mm de diamètre. Ces pustules sont flaccides et peuvent
recouvrir plusieurs follicules. Leur contenu peut varier du blanc au jaune, ou même au vert pâle.
Une couleur inhabituelle dans une pustule indique souvent une infection par une bactérie Gram
négatif moins courante et ainsi justifie une culture bactérienne. L’impétigo bulleux est plus
fréquemment observé lors d’hypercorticisme primaire ou iatrogène, mais a aussi été observé en cas
de diabète sucré, d’hypothyroïdie, de néoplasie lymphoïde et d’autres maladies débilitantes
associées à une immunosuppression. Ce sous-groupe d’impétigo apparaît habituellement dans les
régions glabres de l’aine et axillaire, mais est plus à même de se généraliser que l’impétigo du jeune
chien. Le prurit est rare (Gross et al., 2005).
78
La lésion microscopique typique est une pustule subcornéale ou intragranulaire discrète,
composée surtout de neutrophiles.
3) Intertrigo
L’intertrigo est une maladie inflammatoire bénigne, relativement fréquente. Elle se développe
dans les plis de peau profonds qui créent un environnement humide et chaud permettant la rétention
des sécrétions ou excrétions et une croissance rapide des bactéries de surface qui initient
l’inflammation. Les micro-traumatismes liés au frottement des poils favorisent l’établissement de
cette dermatose. Les Malassezia peuvent contribuer à cette inflammation. L’intertrigo bactérien
affecte le plus fréquemment les plis labiaux mais aussi les plis faciaux profonds, les plis
périvulvaires et les plis caudaux. Il s’étend rarement au-delà de la zone intertrigineuse (zone des
plis).
Des images de colonisation bactérienne sont observées, c’est-à-dire des neutrophiles sains, des
coques et des bacilles en position extracellulaire, et des neutrophiles dégénéres en phase de
phagocytose (Carlotti, 2003).
C. Dermatoses infectieuses profondes
Les pyodermites profondes sont de graves infections bactériennes qui impliquent les tissus plus
profonds que le follicule pileux. Les bactéries envahissent le derme et souvent le tissu sous-cutané.
Elles peuvent provoquer des signes systémiques. Les pyodermites profondes n’apparaissent pas
spontanément chez le chien et le chat sains. Il y a toujours une cause sous-jacente à l’infection
(Scott et al., 2000).
1) contamination locale ou par inoculation
a. Abcès sous-cutanés
Les abcès sous-cutanés sont peu communs chez le chien mais fréquents chez le chat. Chez le
chien, les abcès peuvent être dus à des plaies de morsure, des dents abcédées ou des corps étrangers,
alors que les plaies de morsure sont plus communes chez le chat. P. multocida est le micro79
organisme le plus fréquemment isolé chez le chat et le chien dans les plaies de morsure. D’autres
micro-organismes peuvent être impliqués, tels que S. epidermidis, les streptocoques β-hémolytiques
et divers micro-organismes anaérobies comme Fusobacterium spp., Bacteroides spp., Clostridium
spp., Peptostreptococcus spp. et Porphyromonas spp. Les bactéries des griffes ou des crocs sont
inoculées sous la peau lorsque celle-ci est perforée lors d’une lutte. La plaie est petite et se referme
rapidement ; une infection locale se développe en 2 à 4 jours. Certaines morsures sont bien prises en
charge par les mécanismes de défense de l’animal. D’autres évoluent en abcès, et sont plutôt
observées à la base de la queue, sur le cou et les épaules (Scott et al., 2000).
Lors de l’étude histologique, on observe une cavité centrale circonscrite par un tissu fibreux, la
coque, qui correspond à la destruction tissulaire. Cette cavité est remplie de neutrophiles dégénérés,
de bactéries mortes et de débris cellulaires.
La formation d’abcès est facilitée en présence de toxines cytolytiques, comme les PFT sécrétées
par S. aureus (voir chapitre 4. I. E.), qui détruisent les neutrophiles. Les NETs seraient aussi
impliqués dans la formation d’abcès, car ils forment une barrière, ralentissant voire empêchant le
recrutement de nouveaux neutrophiles et de macrophages, prévenant la résolution de
l’inflammation.
b. Mycoses profondes
La candidose est une maladie fongique très rare chez le chien et le chat, associée à un
envahissement des tissus par les levures du genre Candida. Bien que Candida albicans soit le
pathogène le plus fréquemment isolé, d’autres espèces ont été identifiées comme agent causal. La
candidose est habituellement considérée comme une infection opportuniste secondaire à une
maladie immunosuppressive ou systémique débilitante. Les facteurs prédisposants sont
l’hypercorticisme, le diabète sucré, l’hypothyroïdie, le cancer, les défauts congénitaux du système
immunitaire, et les thérapies immunosuppressives.
Ulcères et érosions sont recouverts d’un exsudat adhérent. La muqueuse buccale, les jonctions
cutanéo-muqueuses et les extrémités distales sont les sites les plus fréquemment atteints. La
pododermatite canine à Candida peut toucher une ou plusieurs pattes et est caractérisée par de
l’érythème, de l’exsudat et du prurit. Dans toutes les formes de candidoses, une colonisation
bactérienne secondaire peut contribuer à la morbidité et au prurit (Gross et al., 2005).
80
L’observation microscopique montre des pustules superficielles épidermiques, généralement
composées de neutrophiles (Gross et al., 2005).
Les candidoses sont le résultat d'interactions entre les facteurs de virulence fongique et les
défenses de l’hôte. La prolifération épidermique et la réponse immunitaire des lymphocytes T sont
utilisées par l’hôte pour combattre l'invasion fongique. La réponse inflammatoire et des inhibiteurs
non spécifiques y contribuent aussi. C. albicans peut exprimer au moins trois types de molécules
d'adhérence pour coloniser les surfaces épithéliales, en plus d’une enzyme aspartyl-protéinase
capable de faciliter la pénétration initiale dans les cellules kératinisées. La pénétration plus profonde
dans l’épithélium kératinisé est favorisée par la formation d’hyphes, qui emploient le
thygmotropisme comme mécanisme de guidage. La pathogénie exige l'expression différentielle de
facteurs de virulence à chaque nouvelle étape du processus (Odds, 1994).
C. albicans semble surtout pouvoir inhiber l’apoptose du neutrophile (Rotstein et al., 2000). De plus
cette levure exprime des gènes capables de neutraliser l’arsenal oxydatif du neutrophile (Urban,
Lourido et al., 2006). Ceci expliquerait comment ce micro-organisme peut coloniser son hôte.
c. Furonculose
Les pyodermites profondes sont plus rares, mais aussi plus graves que les pyodermites
superficielles. L'inflammation de la partie profonde du follicule pileux résulte souvent en une
rupture du follicule, nommée furonculose. Le processus infectieux envahit le derme et parfois
l’hypoderme. La pyodermite profonde peut être observée en l’absence de pyodermite superficielle
antécédente ou comme conséquence d’une folliculite bactérienne superficielle. L'infection profonde
coexiste habituellement avec une réaction granulomateuse dirigée contre des corps étrangers
endogènes (poils, kératine) qui se retrouvent libres dans le derme. Suite à la guérison, des cicatrices,
des papules ou nodules fibreux peuvent persister.
Comme dans les autres pyodermites canines, Staphylococcus intermedius est le pathogène principal,
mais occasionnellement des bacilles Gram négatif (Pseudomonas spp., Proteus spp., Escherichia
coli) peuvent contribuer à l'infection. Par ailleurs, il est important de préciser que la folliculite et la
furonculose ne sont pas exclusivement causées par une infection bactérienne : les démodex et les
dermatophytes peuvent également être en cause.
Tout comme pour les infections superficielles, il y a souvent une cause sous-jacente à l'infection
profonde. Lorsque l’infection est localisée, un facteur externe (corps étranger, plaie pénétrante,
morsure) peut être en cause. Lorsque l’infection est généralisée, une cause systémique est souvent
81
présente (démodécie généralisée, immuno-incompétence, hypercorticisme, maladie actinique)
(Gross et al., 2005).
Les pustules de la furonculose sont larges et ont une couleur allant du blanc au jaune-gris ;
de plus des nodules fermes sont habituellement présents. Les pustules et les nodules se rompent,
formant des fistules et des croûtes hémorragiques. Des ulcères et érosions se développent
secondairement à l’inflammation. L’alopécie est une séquelle à l’inflammation et à la destruction
folliculaire.
Les sites affectés sont la zone intertrigineuse de l’aine, axillaire et interdigitée. Les lésions peuvent
se généraliser chez certains individus (Gross et al., 2005).
L’étude histopathologique montre une inflammation avec accumulation de neutrophiles dans
le sac folliculaire, généralement au niveau et au dessous de l’isthme. La rupture du follicule par
l’action des médiateurs pro-inflammatoires, des enzymes protéolytiques et par sa propre distension
conduit à la formation d’un furoncle. Les follicules disparaissent donc et sont remplacés par une
accumulation nodulaire sévère de neutrophiles, d’éosinophiles, de macrophages et de cellules
plasmatiques. Les bactéries peuvent être présentes dans la kératine des follicules superficiels, mais
sont rarement observées dans ces foyers très inflammés (Gross et al., 2005).
On a vu précédemment (chapitre 4. I. E., p. 67) l’association entre la présence de PVL et la
furonculose. La destruction des neutrophiles par les bactéries contribue ainsi la formation de pus.
On peut imaginer que cet échappement permet la persistance de la bactérie, et donc expliquerait la
récurrence de ce type d’infection.
d. Furonculose interdigitée
C’est un groupe fréquent de pyodermites profondes canines. Bien que la furonculose
interdigitée soit d’origine mutlifactorielle, un traumatisme au niveau du follicule pileux est
probablement la cause déterminante. Ce traumatisme peut être causé par le frottement des poils, par
un corps étranger ou par des substances irritantes. Les allergies cutanées peuvent aussi, par le
léchage qu’elles impliquent, initier ce syndrome. Enfin, une immunodéficience acquise ou
congénitale peut aussi en être la cause primaire.
On observe dans tous les cas une inflammation nodulaire. Erythème, œdème et pustules sont des
caractéristiques communes. Des bulles hémorragiques peuvent être présentes. Erosion, ulcération
82
avec fistulisation et alopécie apparaissent dans les cas avancés. De plus le léchage favorise la
surmultiplication des Malassezia (Gross et al., 2005).
L’épiderme est alors très acanthotique. On observe une inflammation pyogranulomateuse
comparable à celle de la furonculose (Gross et al., 2005) .
e. Furonculose du Berger Allemand
Il s’agit d’une pyodermite profonde et généralisée qui apparaît à l'âge adulte chez le Berger
Allemand. Ce syndrome affecte presque exclusivement le Berger Allemand (ou races issues de
croisement) d’âge moyen. Les pyodermites récidivent souvent et ce, durant toute la vie de l'animal.
Une origine familiale est souvent présente.
La distribution classique des lésions implique la région lombaire, le dos, l’abdomen et les cuisses.
Occasionnellement, elle s’étend au thorax et au cou. Les lésions consistent en des papules groupées,
des érosions et des croûtes évoluant en ulcères, fistules, furonculose, alopécie et hyperpigmentation.
Ces lésions sont fréquemment accompagnées d’une lymphadénopathie périphérique. Le prurit est
souvent présent, mais disparaît lorsque l’infection est résolue (Gross et al., 2005 ; Scott et al.,
2000).
L’étude histologique montre une acantholyse variable avec ulcération et exsudation. Les
pustules peuvent se rompre créant des « lacs » de neutrophiles dans la peau.
De nombreuses études ont tenté de définir la physiopathologie de cette dermatose, mais elles
n’ont pu mettre en évidence d’anomalie unifactorielle permettant d’expliquer le développement de
la furonculose dans tous les cas (Rosser, 2006). Certains ont avancé qu’elle serait liée à un gène
autosomal récessif chez le BA (Wisselink et al., 1989). Cette immuno-incompétence héréditaire les
rendrait susceptibles de développer des infections cutanées. D’autres études laissent penser que
certains cas sont de nature idiopathique (Rosser, 1997 ; Denerolle et al., 1998). Enfin il semblerait
que des cas soient liés à des anomalies du système immunitaire, notamment de sous-espèces de
lymphocytes. Mais ceci a été infirmé par l’étude de Faldyna et al., 2001.
Il est intéressant de noter que le Berger Allemand présente diverses pathologies qui lui sont
spécifiques. Cette race est prédisposés aux fistules anales, aussi appelées furonculose anale. Celle-ci
est très souvent associée à la présence d’une colite (Jamieson et al., 2002). La furonculose anale est
une maladie à médiation immune, et présente des similitudes avec la maladie de Crohn chez les
83
humains. Elle résulterait d’une déficience en PRR (Pattern Recognition Receptor) des macrophages
(House et al., 2008), les PRR étant des composants du système immunitaire inné permettant la
détection précoce de l’infection. Les BA souffrent également d’une déficience asymptomatique
sélective en IgA (Gough et Thomas, 2004) et d’une dysfonction de l’immunité cellulaire (German
et al., 2000). Ceci, associé au fait que les pyodermites superficielles tendent à évoluer en
pyodermites profondes voire exfoliatives, ou en dermatites pyotraumatiques généralisées, dans cette
race, nous conduit à suggérer que de telles anomalies dans le système immunitaire pourraient être
impliquées dans l’étiologie de ces dermatoses (G. Marignac, communication personnelle). Existet’il dans cette race une déficience en neutrophiles ou une anomalie de ceux-ci, qui pourrait
expliquer la pathogénie de la furonculose ? Dans l’état actuel des recherches, chez le Berger
Allemand, aucune corrélation entre la fonction neutrophilique et la furonculose n’a été identifiée.
2) contamination systémique à répercussion cutanée
a. Tuberculose
La tuberculose, bien que son incidence diminue de plus en plus, peut causer des lésions cutanées
chez le chat et le chien. Ces lésions sont des ulcères simples ou multiples, des abcès, des plaques et
des nodules. Les nodules cutanés ou adhérents au tissu sous-cutané, peuvent libérer un pus épais,
jaune à vert et malodorant. On les retrouve surtout sur la tête, le cou, et les hanches (Scott et al.,
2000).
Chez le chat, des cas de tuberculose cutanée causés par un variant inconnu de la tuberculose ont
été rapportés. Les lésions sont des nodules ne cicatrisant pas sur la face, la poitrine, les pattes, la
base de la queue et le périnée. Le fait que la plupart des chats atteints soient des chasseurs et la
répartition des lésions laisse penser que l’inoculation se fait par blessure (Scott et al., 2000).
b. Brucellose
La brucellose est une infection bactérienne systémique causée par Brucella canis. Malgré sa
dissémination dans le corps, les signes systémiques sont rares comme les lésions cutanées. La
brucellose peut provoquer une dermatite scrotale secondaire, résultant du léchage dû à la douleur de
l’épididymite et de l’orchite. Certains cas vont jusqu’à la nécrose du testicule, avec inflammation
sévère du scrotum, et la présence d’ulcères drainant. B. canis a été isolé à partir de l’exsudat.
84
On a retrouvé B. canis chez une femelle beagle ayant des lésions chroniques exsudatives
ressemblant à une acrodermite de léchage. Pendant une période de 16 mois, les lésions douloureuses
se sont développées sur les jarrets et la face dorsale du carpe droit. Les lésions sont hyperémiques,
oedemateuses et granulomateuses avec une surface irrégulière. Un exsudat sanguino-purulent est
présent (Gross et al., 2005).
L’examen histologique montre un œdème dermique, sous-cutané et tendineux et des nodules
lymphoïdes prononcés, contenant des macrophages, des lymphocytes, et quelques neutrophiles
(Gross et al., 2005).
c. Méloïdose
La méloïdose est une maladie infectieuse, existant sous forme aiguë et chronique, provoquée
par une bactérie Gram négatif, Burkholderia pseudomallei, trouvée dans le sol et l’eau. Ce microorganisme est apparenté à Burkholderia mallei, l’agent de la morve.
B. pseudomallei cause une réaction inflammatoire aiguë avec développement rapide de petits abcès
qui tendent à fusionner pour former de plus grands abcès. Les manifestations cutanées peuvent
beaucoup varier (Sprague et Neubauer, 2004).
La multiplication des bactéries dans les neutrophiles pourrait expliquer la formation de ces
abcès, par un excès d’attraction des neutrophiles n’aboutissant pas à la résolution de l’infection.
3) réaction aux toxines bactériennes
a. Syndrome du choc toxique staphylococcique (SCTS)
Le syndrome du choc toxinique staphylococcique (SCTS) est une dermatose toxinique rare, de
description récente chez le Chien. Dans ce syndrome, connu également chez l'Homme, une toxine,
la toxic shock syndrome toxin-1 (TSST-1) agit comme superantigène et déclenche la sécrétion d'un
grand nombre de cytokines lymphocytaires inflammatoires (IL1, IL6, TNFα) (Gaguère et al.,
2006).
Les lésions cliniques sont un érythème maculeux généralisé sur le tronc et les pattes, souvent
accompagné d’un œdème marqué particulièrement au niveau des pattes. Des vésicules et des ulcères
sont parfois observés (Gross et al., 2005).
85
Ce syndrome est histopathologiquement identique à son semblable humain, qui est associé à la
production de toxines par S. aureus. Dans les lésions précoces on observe de la spongiose.
L’apoptose présumée des kératinocytes de l’épiderme et des follicules pileux superficiels est
associée à la migration de neutrophiles et occasionnellement d’éosinophiles. Les cellules
apoptotiques et les neutrophiles apparaissent en groupes aléatoires. Les neutrophiles peuvent former
des petites pustules épidermiques qui se transforment en croûtes de surface. Alors que les lésions
progressent, l’apoptose devient confluente, résultant en un soulèvement de l’épiderme dévitalisé et
inflammé pour former de larges ulcères. Le tissu épidermique dévitalisé est criblé de neutrophiles
dégénérés. Le derme superficiel et moyen est modérément œdémateux. Les vaisseaux sont dilatés et
leur endothélium est gonflé, il y a ainsi extravasation d’hématies, et un nombre modéré de
neutrophiles entoure ces vaisseaux et se retrouve dans le milieu interstitiel (Gross et al., 2005).
Trop peu de cas ont été observés pour pouvoir tirer de plus amples conclusions sur cette
affection.
b. fasciite nécrosante
La fasciite nécrosante est aussi appelée gangrène sous-cutanée à streptocoques β-hémolytiques.
Cette affection a généralement un point de départ cutané et elle se traduit par une infection siégeant
entre le derme et l'aponévrose. Elle se propage rapidement entre ces deux plans et provoque une
nécrose cutanée secondaire par thrombose des vaisseaux nourriciers. Un choc toxique ou septique
est fréquemment observé. Elle est souvent consécutive à un traumatisme, même minime, elle
s'accompagne d'une douleur intense ainsi que d'une hyperthermie supérieure ou égale à 40 °C et elle
se caractérise par une évolution rapide. Contrairement à ce qui est observé chez l'Homme, la souche
responsable, Streptococcus canis, semble posséder une protéine M et produire une streptolysine O,
comme Streptococcus pyogenes, qui seraient les facteurs de virulence impliqués ici (Dewinter et al.,
1999).
Histologiquement on observe une nécrose sévère avec suppuration, donc infiltration de
neutrophiles, et un œdème extensif du derme et du tissu sous-cutané (Gross et al., 2005).
On peut s’interroger sur le rôle des DNases bactériennes dans la pathogénie de la fasciite
nécrosante (voir chapitre 4. I. G., p. 68) au-delà de leur rôle de dégradation des NETs.
86
On remarque que chez le chien, ces infections bactériennes sont fréquentes et pléomorphes,
tandis qu'elles sont rarissimes chez le chat (exception faite des abcès) et les autres espèces animales.
L'incidence accrue des pyodermites chez le chien pourrait s’expliquer en partie par une défense
épidermique moins développée chez cette espèce : un pH cutané relativement élevé, une couche
cornée relativement mince, une quantité moindre de lipides intercellulaires et l’absence de bouchon
lipidique folliculaire. Mais il pourrait aussi être intéressant d’étudier plus précisément les
neutrophiles du chien, et de les comparer à ceux des autres espèces, tel que le chat, moins touchées
par ces pyodermites.
De plus les pyodermites récurrentes pourraient s’expliquer par la variation inter-individuelle de
sensibilité des neutrophiles à l’apoptose.
Améliorer notre connaissance des mécanismes d’émergence de ces pyodermites pourrait permettre
de mieux contrôler l’apparition de ces infections.
87
II. Dermatoses pyogènes stériles
La présence de neutrophiles dans diverses dermatoses pyogènes chez l’animal, en l’absence
de colonisation bactérienne primaire, pose la question de la raison de leur attraction et de leur
activation, ainsi que de leur persistance.
A. Les dermatoses neutrophiliques humaines
L’activation des polynucléaires à l’origine des dermatoses neutrophiliques humaine est
actuellement mal comprise. L'extravasation et l'activation des neutrophiles sont un des éléments de
la réponse inflammatoire aux agents pyogènes, qui fait partie de l'immunité non spécifique. Ceux-ci
possèdent de puissantes propriétés pro-inflammatoires, liées à des enzymes protéolytiques, à des
médiateurs de l'inflammation, à l'activation du complément et à leurs propriétés de phagocytose.
Les lésions observées dans les dermatoses neutrophiliques sont en rapport avec leur activation
inappropriée.
Dans l’espèce humaine, plusieurs mécanismes peuvent rendre compte de l'invasion cutanée
par des neutrophiles : les vascularites par immuns-complexes, certains autoanticorps (cas de la
dermatite herpétiforme), la libération de médiateurs mastocytaires (certaines urticaires) (Von den
Driesch, 2000). Les dermatoses neutrophiliques humaines, quant à elles, correspondent à un
mécanisme encore différent, où l'activation neutrophilique serait d'origine lymphocytaire T, si l’on
extrapole les données sur le psoriasis (Wallach, 2005). En effet, le psoriasis, plus étudié du fait de
sa fréquence, partage avec les dermatoses neutrophiliques certains éléments pathogéniques, qui font
intervenir les lymphocytes T et certaines cytokines qu’ils produisent, dont l’IL-8 et les chimiokines
apparentés, et le TNFα. Une des conséquences de ces mécanismes encore mal connus est que les
immunosuppresseurs agissant sur les lymphocytes T, comme la cyclosporine, sont très efficaces
dans les formes graves de ces dermatoses.
Dans le cas des dermatoses neutrophiliques, le rôle du G-CSF, maintenant considéré comme
plausible au vu des lésions survenant au cours de traitements qui visent à augmenter le nombre de
polynucléaires, avait déjà été suggéré dans une observation unique de syndrome de Sweet spontané,
qui s’accompagnait d’une augmentation du G-CSF sérique (Reuss-Bort et al., 1994). La littérature
88
ne contient pas d’autre élément sur les dosages des facteurs de croissance granulocytaires dans les
dermatoses neutrophiliques (Wallach, 2005).
Les neutrophiles quittent les vaisseaux par un mécanisme où se succèdent attraction,
roulage, adhésion à l'endothélium et traversée de la paroi vasculaire. À ces stades correspond une
séquence d'interactions entre les molécules d'adhésion des neutrophiles et celles de leur
environnement : sélectines, puis intégrines bêta-2, puis intégrines alpha-4. Une expression trop
précoce ou trop abondante d'intégrine alpha-4 augmente la migration extravasculaire des
neutrophiles. Ceci se voit par exemple pour les formes jeunes, à la fin d'une aplasie, ou sous
l'influence de cytokines dont surtout les facteurs de croissance granulocytaires, mais aussi l'IL 8 et
le TNFα (Wallach, 2005).
Plusieurs travaux ont suggéré que des modalités particulières d'expression des molécules d'adhésion
pourraient être impliquées dans la pathogénie des dermatoses neutrophiliques (Von den Driesch,
1993). Des anomalies des oscillations métaboliques des intégrines dont CR4 (CD11c/CD18) chez
l’Homme ont été mises en évidence sur les neutrophiles d'une patiente atteinte de pyoderma
gangrenosum (Shaya et al., 1998). La signification de cette observation unique n'est pas encore
claire. La complexité du réseau des cytokines laisse penser que des mécanismes divers peuvent être
à l'œuvre dans les diverses variétés de dermatoses neutrophiliques (Wallach, 2005).
Chez l’Homme, le psoriasis est une dermatose dont l’infiltrat est principalement
neutrophilique, au moins dans ses formes aiguës. De fortes prédispositions héréditaires sont
présentes. Il est à noter que les patients atteints de la maladie de Crohn, affection inflammatoire du
tube digestif, sont plus prédisposés à développer un psoriasis que la population générale
(Christophers et Mrowietz, 2003). Il existe d’autres cas de dermatoses neutrophiliques chez
l’Homme associées à la présence chez des patients de colite inflammatoire, comme pour certains
abcès aseptiques ou des formes graves d’acné (Wallach, 2005). Ceci pourrait être mis en parallèle
avec la forte prédisposition des Bergers Allemands à développer furonculoses et fistules péri-anales.
De plus, la colite ulcérative chez l’Homme, serait liée à la présence d’auto-anticorps ciblant les
protéines nucléaires des neutrophiles, en lient avec leur exposition lors de la formation de NETs
(Parseghian et Luhrs, 2006).
Cette association reste donc à explorer.
89
B. Dermatoses stériles superficielles
1) Dermatite pyotraumatique
Le hot spot ou dermatite pyotraumatique est une infection bactérienne de surface, auto-infligée,
très fréquente chez le chien et quasi inexistante chez le chat. L’auto-traumatisme (grattage, léchage,
mordillage, frottage…) est déclenché par une douleur ou du prurit sous-jacent causé par des
ectoparasites, une hypersensibilité (dermatite atopique, alimentaire, DAPP), l’infection des sacs
anaux, un processus inflammatoire (otite externe, folliculite bactérienne), un traumatisme (blessures
mineures, corps étranger dans le pelage), une dermatite de contact (substances irritantes), ou une
douleur musculo-squelettique. La plupart des hot spots du chien sont observés secondairement à une
DAPP.
La lésion caractéristique est une plaque légèrement surélevée bien délimitée, d’apparition
rapide, érythémateuse, exsudative, et alopécique. On peut observer une érosion, une ulcération, et
des débris protéiques visqueux adhérents aux poils alentours. Les lésions progressent rapidement
(Gross et al., 2005).
Histologiquement, les lésions épidermiques prédominent et consistent en une érosion sévère à
une ulcération avec exsudation. Les croûtes superficielles contiennent des neutrophiles dégénérés et
du sérum, en plus de débris épidermiques nécrotiques. La colonisation de ces croûtes par des
staphylocoques est fréquente. La nécrose peut s’étendre au derme superficiel dans les cas sévères.
Celui-ci présente alors une infiltration neutrophilique et lympho-hystiocytaire modérée, confinée à
la base de l’érosion ou de l’ulcère (Gross et al., 2005).
Il est surprenant de constater que des traumatismes auto-infligés sévères ne provoquent pas de
dermatite pyotraumatique chez certains chiens, alors qu’un trauma minime entraîne des lésions chez
d’autres. Cette affection, primitivement immunologique a donc une origine individuelle. Or on a vu
que les neutrophiles forment une population très variable, et leurs variations inter-individiuelles de
phénotypiques pourraient expliquer des différences dans le déroulement de la réponse immuntaire.
Etudier les neutrophiles des individus atteints pourrait mettre en évidence des altérations
morphologiques ou fonctionnelles expliquant cette différence de sensibilité.
90
2) Pemphigus foliacé
Le pemphigus est un groupe de maladies auto-immunes peu communes, décrites chez le chien et
le chat, et comparables au pemphigus humain. Cette pathologie de la peau et des muqueuses est
caractérisée par une acantholyse, c’est-à-dire une perte de cohésion entre les kératinocytes. Il existe
cinq variétés de pemphigus chez le chat et le chien (Gross et al., 2005 ; Scott et al., 2000).
Chez l’humain, le pemphigus est caractérisé histologiquement par une acantholyse intraépithéliale menant à la formation de vésicules, et immunologiquement par la présence d’autoanticorps dirigés contre les composants des desmosomes des kératinocytes, à la fois liés à la peau et
au sérum circulant. Les lésions cliniques, dans leur gravité et dans leur localisation, semblent être
liées au type de composant du desmosome ciblé (Gross et al., 2005). Il est bien établi que c’est la
réponse des lymphocytes B et T aux antigènes qui explique la pathogénie primaire. Mais certaines
études suggèrent que les neutrophiles pourraient être essentiels dans la pathogénie de la formation
de la vésicule. Ceci est confirmé par l’étude de Liu et al. de 1997, montrant que les neutrophiles
sont essentiels à la pathogénie du pemphigus bulleux. En effet, des souris sans neutrophiles ne
peuvent développer de vésicules. Les anticorps à BP-180 semblent être particulièrement aptes à
activer les neutrophiles (Von den Driesch, 2000).
Chez les animaux, parmi les pemphigus, seul le pemphigus vulgaire crée une vésicule
intraépidermique ou bulle. Les autres formes de pemphigus sont associées à la formation de
pustules intraépidermiques (Gross et al., 2005).
Le mécanisme de formation de la bulle dans le pemphigus vulgaire n’est pas entièrement connu.
La première étape serait la liaison de l’anticorps à l’antigène, puis l’internalisation de l’anticorps du
pemphigus et sa fusion avec les lysosomes intracellulaires, enfin l’activation résultante et la
libération d’enzymes protéolytiques par les kératinocytes, qui diffusent dans l’espace extracellulaire
et convertissent le plasminogène en plasmine, qui à son tour hydrolyse les molécules d’adhésion.
Cette perte de cohésion intercellulaire induit l’acantholyse et la formation de la bulle dans
l’épiderme (Gross et al., 2005). La déficience de production de LAMB3 par les neutrophiles
pourrait aussi expliquer ce manque d’adhésion des kératinocytes (Theilgaard-Mönch et al., 2004).
La desmogléine 1 est l’auto-antigène cible du pemphigus foliacé, comme chez les humains.
D’autres antigènes peuvent être impliqués. Les auto-anticorps se lient à la desmogléine 1, qui est un
composant prédominant des desmosomes dans les couches superficielles de l’épiderme et du
follicule pileux (Gross et al., 2005).
91
Dans le cas des autres pemphigus, des pustules superficielles transitoires apparaissent par
vagues, peuvent devenir coalescentes, et se transforment rapidement en croûtes épaisses, adhérentes
avec une exfoliation marquée (Gross et al., 2005). Histologiquement on note de larges pustules dans
la couche subcornée ou intragranulaire, dans un épiderme variablement acanthotique. Les pustules
sont composées de neutrophiles et souvent d’éosinophiles (Gross et al., 2005).
Le pemphigus foliacé est une dermatose vésiculeuse chez l’Homme dont on pensait jusqu’à
récemment que la formation ne faisait pas intervenir les neutrophiles. Ceux présents dans la
dermatose pustuleuse animale pourraient donc être recrutés secondairement, ou faire intervenir des
mécanismes similaires au pemphigus humain, mais qui restent à élucider.
C. Dermatoses stériles profondes
1) Cellulite juvénile
La cellulite juvénile, ou dermatite granulomateuse juvénile stérile est une maladie cutanée peu
commune, fulminante et rencontrée quasi-exclusivement chez les chiots (de 3 semaines à 4 mois
d’âge). Le fait qu’elle réponde aux traitements corticoïdes à dose immunosuppressive est en faveur
de l’hypothèse d’une dysfonction immunitaire sous-jacente. De plus une origine familiale est
supposée : on observe des atteintes multiples sur les chiots d’une même portée. Une origine
héréditaire, congénitale ou liée à des facteurs environnementaux présents à la naissance, est donc
probable.
Les bactéries, lorsqu’elles sont présentes, n’apparaissent que secondairement (Gross et al.,
2005). Initialement, on observe un gonflement aigu de la face, notamment au niveau des paupières,
des babines et du museau. Ce gonflement bilatéral et symétrique est rapidement accompagné de
papules, nodules, érythème et vésicules transitoires, dans les vingt-quatre heures. La rupture des
vésicules et des pustules entraîne la formation de croûtes. Les lésions peuvent fistuliser et drainer un
matériel purulent copieux. Les pavillons auriculaires sont souvent œdémateux et couverts de
pustules, et une otite externe très purulente peut se développer (Gross et al., 2005).
Histologiquement, l’épiderme peut être normal, acanthotique ou ulcéré pour les cas sévères.
Dans certaines lésions, l’inflammation est surtout pustuleuse et suppurative, et de grands lacs de
neutrophiles peuvent être présents dans le derme superficiel, dans et autour des follicules éclatés, et
dans le tissu sous-cutané adjacent (Gross et al., 2005).
92
En l’absence de recherches sur la pathogénie de la cellulite, on ne peut qu’émettre des
hypothèses quant au rôle qu’y jouent les neutrophiles. On peut supposer que l’étiologie de la
maladie soit due à un excès de production de neutrophiles, ou un excès de production des facteurs
commandant la multiplication et la migration des neutrophiles.
2) Acné
Dans l’espèce humaine, l’acné est une maladie multifactorielle du système pilosébacé. Les
individus prédisposés à l’acné ont une altération de la kératinisation folliculaire et produisent plus
de sébum que les individus sains. Les taux d’acide linoléique dans le sébum des patients atteints
d’acné est bas. Les bactéries (Propionibacterium acnes, Propionibacterium granulosum et
micrococci) et les levures (Pityrosporum ovale) jouent un rôle contributif important par leur action
lipolytique sur le sébum pour produire des acides gras libres, par la production d’enzymes
inflammatoires (i.e. protéases) et par l’induction de l’inflammation folliculaire. Du fait que les
androgènes stimulent la production de sébum, les patients avec un déséquilibre hormonal
systémique peuvent présenter une acné sévère. Les patients atteints d’acné ont une activité
augmentée de la 5-alpha réductase dans leur peau. Parce que cette enzyme convertit la testostérone
en dihydrotestostérone, l’influence des hormones locales est probablement très importante (Scott et
al., 2000).
L’acné chez les chiens et les chats est peu commune et n’a pas été étudiée totalement.
Les chiens présentant de l’acné ont une kératinisation folliculaire anomale ; au-delà de ca,
cependant, il y a probablement peu de similarité pathogénique avec l’acné humaine. Par exemple,
l’étude des lipides des comédons chez les chiens nus montre une prédominance de stérols libres,
céramides et acides gras libres. Ces lipides sont d’origine épidermique plus que sébacée, ce qui
suggère que les glandes sébacées sont d’une importance minime dans l’acné du chien (Scott et al.,
2000).
L’acné du chien est une maladie inflammatoire fréquente chez le jeune, caractérisée par une
folliculite profonde et une furonculose affectant le menton et le pelage adjacent aux babines. Il
semble peu probable que ceci soit une vraie acné dans laquelle le trouble de la kératinisation
folliculaire apparaît de novo. Un examen minutieux de la peau impliquée montre rarement des
comédons ; à la place, des papules ou furoncles stériles ou secondairement infectés sont les
premières lésions visibles. Selon toute probabilité, l’acné du chien est due à un traumatisme
93
folliculaire avec une folliculite résultante (Scott et al., 2000). Le traumatisme folliculaire pourrait
initier l’accumulation de kératine, l’inflammation et la furonculose traumatique. L’histopathologie
de l’acné est cohérente avec cette hypothèse.
L’épiderme est généralement modérément acanthotique et peut être recouvert de croûtes.
Les lésions précoces montrent des comédons intacts entourés de cellules inflammatoires dont des
neutrophiles et des macrophages. L’acné du chien ne peut souvent être différenciée de la folliculite
bactérienne profonde et de la furonculose (Gross et al., 2005).
L’acné du chat est une dermatose courante caractérisée par la formation de comédons et
l’inflammation secondaire du menton et de la peau adjacente aux babines. On observe précocement
l’apparition de papules croûteuses modérément erythémateuses, et de pustules. Des comédons isolés
contenant du matériel noir et compacté se retrouvent surtout autour des commissures des babines
(Gross et al., 2005).
Elle résulterait d’un défaut de kératinisation affectant le follicule pileux et possiblement les
glandes sébacées, avec une infection bactérienne ou fongique secondaire fréquente (Jazic et al.,
2006). L’altération du processus de kératinisation dans le follicule entraîne l’accumulation de
kératine dans l’infundibulum, ce qui résulte en la formation d’un comédon.
Comme chez l’Homme il existe divers facteurs prédisposants et la glande sébacée est impliquée.
Par contre chez le chat on ne retrouve pas de corrélation nette entre acné et hormones androgènes ;
le taux hormonal ne semble pas être le facteur principal de cette dermatose. Les chats atteints
auraient un pelage moins soigné, ceci favorisant l’accumulation sur la peau de lipides de surface et
de saleté. Une autre hypothèse propose que ces chats présentent une production anormale de
sébum : l’altération des acides gras constituant celui-ci pourrait contribuer au développement de
l’acné. On attribue aussi l’acné au cycle de la mue : l’acné débuterait en phase télogène lorsque les
poils ne poussent pas activement et ne peuvent donc pas repousser la kératine hors de l’ostium
folliculaire. L’impaction des glandes, par excès de frottement (lors du marquage par exemple),
cause une inflammation et une migration neutrophilique, qui pourraient être à l’origine de l’acné
(Marignac G., communication personnelle). Enfin, le stress et le statut immunologique pourraient
aussi favoriser le développement de l’acné chez le chat (Rosenkrantz, 1991). Plus de recherches sur
l’influence des facteurs immunologiques dans l’acné sont donc nécessaires.
L’acné du chien est donc toujours d’origine inflammatoire, et rarement liée à un défaut de
kératinisation. L’acné du chat est, au contraire, toujours liée à une hyperkératinisation, et parfois
d’origine inflammatoire.
94
III. Applications cliniques
Malgré les avancées récentes dans la compréhension des mécanismes d’action des
neutrophiles, peu d’applications cliniques concernant la maîtrise de leur activité ont été
développées, du moins en dermatologie.
En dermatologie vétérinaire, des recherches sont encore nécessaires pour évaluer le rôle pathogène
des neutrophiles dans les dermatoses stériles.
Mais, il est intéressant d’étudier plus précisément les rubans de chromatine, aussi appelés
« nuclear streaming », rapportés dans les descriptions cytologiques d’images de dégénérescence
neutrophilique (Cowell et Tyler, 1993 ; Cowell et al., 1999 ; Scott et al .,2000), à la lumière de ces
nouvelles découvertes . Ce phénomène est traditionnellement considéré comme typiquement
produit par l’éclatement de neutrophiles (figure 17). En effet, jusqu’à récemment, on croyait la
chromatine strictement confinée au noyau. La présence de cette chromatine à l’extérieur de la
cellule ne pouvait donc être due qu’à la perte de structure du neutrophile suite à leur nécrose.
Or, la découverte des NETs par Brinkmann en 2004 a bouleversé cette théorie. On sait maintenant
qu’il est possible de trouver de la chromatine en dehors des neutrophiles, grâce à un processus actif
initié par ces derniers. Ce processus ayant un rôle dans la lutte anti-microbienne.
Ces rubans de chromatines liés aux neutrophiles observés dans des étalements cytologiques
pourraient donc être de simples NETs, signant ainsi l’activité des neutrophiles et non leur
dégénérescence.
Figure 17 : Rubans de chromatine, au grossissement 100. Sur les deux photos, on observe la présence de rubans de
chromatine issus de neutrophiles, ainsi que des neutrophiles intacts et des coques (photo, service de dermatologie
ENVA).
coque
neutrophile
intact
ruban de
chromatine
95
96
CONCLUSION
La plupart du temps, on associe les neutrophiles à l’inflammation, et non à l’immunité. On
considère leur « non-spécificité » et leurs comportements les mieux étudiés (à savoir la diapédèse,
la phagocytose, la dégranulation et l’explosion oxydative) comme rudimentaires (Nathan, 2006).
Mais en considérant l’immunologie comme la participation de l’hôte à une compétition entre
génomes, il apparait que les neutrophiles sont indispensables.
Ainsi, on a vu que les neutrophiles sont des cellules indispensables à l’immunité de chaque
organisme. Ce sont eux qui, en déclenchant la réponse inflammatoire et immunitaire, permettent à
l’hôte de se défendre contre l’invasion de micro-organismes, et permettent de garder l’intégrité
cutané. Mais limiter les neutrophiles à ce rôle serait trop simple ; ils ne doivent plus être considérés
comme de simples phagocytes destructeurs (Nathan, 2006). En effet, ils sont en interaction
constante avec les agents pathogènes, et s’ils sont capables dans la plupart des cas de limiter leur
colonisation, ces derniers ont aussi appris à contourner les neutrophiles, voire à les utiliser à leurs
propres fins. Les neutrophiles peuvent donc être détournés de leur comportement habituel et prendre
part à la pathogénie de certaines maladies. Ils pourraient même, en l’absence de bactéries, être à
l’initiative de dermatoses, dont le mécanisme n’est pas encore compris.
C’est pourquoi il semble primordial de revenir sur la vision simpliste que l’on a des
neutrophiles, pour ouvrir les yeux sur toutes ses fonctionnalités, et essayer de mieux comprendre
leur rôle. Les neutrophiles ont beaucoup à nous apprendre, et mieux les connaître pourrait permettre
de mieux les contrôler et ainsi apporter des réponses thérapeutiques à diverses affections, comme le
pemphigus ou la dermatite pyotraumatique.
Le but de ce travail est de mettre en regard les aspects moléculaires du fonctionnement des
neutrophiles et leur implication clinique. En l’absence de travaux de recherche sur cette implication,
on ne peut qu’émettre des hypothèses, comme par exemple sur d’éventuelles dissemblances
fonctionnelles entre les neutrophiles des espèces animales ou entre individus qui pourraient
expliquer des différences de pathogénie. Ou encore sur le lien qui semble exister entre colite
inflammatoire et dermatoses à infiltration neutrophilique.
97
98
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110
ANNEXE : Article de synthèse en vue de publication
The immune system protects the body from micro-organisms that invade and harm the host.
Neutrophils play a pivotal role in the resolution of microbial infections (Nathan, 2006). As a result,
neutrophils have been traditionally regarded as phagocytic cells with a short life-span whose major
role is to destroy intruders to the body. In the last decade or so, many other key facets of neutrophils
biology have emerged. The aim of this article is to point out the complex role of neutrophils, and
how these newly discovered functions could enlighten their presence in many dermatoses of the dog
and cat.
After presenting the best-known roles of neutrophils, we will highlight some of their newly
discovered noteworthy functions. We will then review the strategies used by micro-organisms to
avoid destruction by neutrophils. Finally, we will consider the neutrophils’ involvement in pyogenic
dermatoses.
Neutrophils are the most abundant leukocyte population, representing about 60% of all
circulating leukocytes (Edwards, 1994; Goldsby et al., 2001). They are terminally differentiated
cells in which the apoptotic program is constitutive (Kobayashi et al., 2003). The potential toxicity
of neutrophils and their capacity to inflict tissue damage can be potentially life threatening if they
are inappropriately activated (Simon, 2003). They are best known for their role as professional
phagocytes (Lew, 1998). Neutrophils are typically the first leukocytes to migrate into inflammatory
sites, where they accumulate in large numbers, and unleash a variety of cellular responses against
micro-organisms and foreign particles. Foremost amongst these responses are the phagocytosis of
non-self targets and the microbicidal response involving the generation of oxygen-derived reactive
intermediates (Roos et al., 2003) and the release of various lytic enzymes (Borregaard and
Cowland, 1997; Chertov et al., 2000; Faurschou and Borregaard, 2003). Although some effectors
and regulatory pathways are vital, considerable redundancy is also evident (Nathan, 2006).
Like most cells involved in inflammation, activated neutrophils releasee mediators, which facilitates
the extravasation and recruitment of additional granulocytes into inflamed tissues (Penrose et al.,
111
1999; Parham et al., 2003). A recently discovered feature is particular to neutrophils 1 : the release,
upon activation, of granule proteins and chromatin that together form extracellular fibers (figure 1).
They are named neutrophils extracellular traps (NETs). They appear to be a form of innate response
that binds micro-organisms (Urban, Reichard et al., 2006; Wartha et al., 2007), prevents them from
spreading, and ensures a high local concentration of antimicrobial agents to degrade virulence
factors and kill bacteria (Brinkmann et al., 2004). This cell death process is distinct from necrosis
and from the above mentioned constitutive apoptosis (Lee and Grinstein, 2004). This NET
formation-associated-cell death allows neutrophils to fulfill their antimicrobial function that last
beyond their lifespan (Fuchs et al., 2007).
Figure 1 : Killing mechanisms of neutrophils: phagocytosis (A and B) and NETs (C). Electron micrograph of a
human neutrophil that has engulfed a bacterium (A). The two lobes of the polymorphous nucleus displayed in the
section contain hetero- and euchromatin (dark and light grey respectively). Arrows point at cytoplasmic granules. The
white frame encloses an engulfed bacterium surrounded by the phagosomal membrane. Inset of (A) indicated by the
white frame (B). Arrows point at areas where granules are discharging their content into the phagosome. Scanning
electron micrograph of a neutrophil extracellular trap capturing C. albicans (C). The fibres surround the budding yeast
cells and contain smooth and granular stretches (from Urban, Lourido et al., 2006).
Most of the killing process being concealed into NETs, neutrophil-associated noxious
activities are limited in space, thus reducing damages to adjoining tissues. On the contrary,
eosinophils, primarily considered to be host defense against parasitic infections, induce serious
damages in host tissues in spite of their high specificity and of their strict dégranulation control
(Kariyawasam and Robinson, 2006), as seen in feline and equine eosinophilic granuloma.
1
A recent paper is in favor of a similar feature in mastocytes. Its exact functionality for these cells is still not as clear as
for neutrophils (Von Kockritz-Blickwede et al., 2008).
112
The presence of histones in NETs should be emphasized. Until the discovery of NETs,
histones were considered as strictly concealed inside the nucleus, while NETs make histones fully
accessible to the immune system as they are released in the extracellular compartment. This broad
possibility of histone presentation to the immune system is unexpected. Yet, in SLE (systemic lupus
erythematosus), the most frequently observed autoimmune antibody is directed against the H1 Ctail.. A defect in DNA and nuclear proteins clearance in the blood, through DNase mutation, would
enable autoimmunity targeted against nuclear proteins, such as histones (Parseghian and Luhrs,
2006).
Neutrophils have outgrown their image as short-lived terminally differentiated cells and it is
now generally accepted that in addition to their role as ‘first-line defense’ they may also acquire
regulatory functions (Chakravarti et al., 2007). A primary consequence of inflammation on
neutrophils is a delay in their spontaneous programmed cell death. Hence, this multifunctional cell
is also a necessary actor of the acquired immune response. Neutrophils have the capacity to degrade
and process antigens as well as efficiently present antigenic peptides (Cassatella, 1995; Ishikawa
and Miyazaki, 2000; Chakravarti et al., 2007). They can be activated to de novo synthesize and
express MHC class II antigens and costimulatory receptors, all required for antigen presentation to
T lymphocytes. Thus they acquire an antigen-presenting cell phenotype and function (Gosselin et
al., 1993 ; Oehler et al., 1998). Neutrophils interactions with immune cells, in particular dendritic
cells, lead to the formation of IL-12 and TNF-alpha deviating the immune response towards a Th1
phenotype (Radsak et al., 2000; Bennouna and Denkers, 2005).
Based on the new data available, it is evident that neutrophils’ cellular plasticity is the source of
their capacity to transdifferentiate based on the local requirements of the immune response
(Chakravarti et al., 2007). Neutrophils are recognized as highly versatile and sophisticated cells
with significant synthetic capacity. They play a master role in orchestrating the early events of the
innate immune response, and influence, in turn, the development and the orientation of acquired
immunity.
Many microbial pathogens have evolved to circumvent the attack of neutrophils, the latter
being one of the earliest initiators of the immune response. Major strategies are (figure 2) : avoiding
contact, preventing phagocytosis, surviving intracellularly, turning on survival and stress responses,
inducing or inhibiting apoptosis, inducing cell death, evading killing by neutrophil extracellular
traps, and modulating immune response (Urban, Lourido et al. 2006).
113
Figure 2 : Summary of strategies bacteria and fungi use to evade neutrophil killing. Pathogens (red) apply
different modes: They avoid contact (A) with neutrophils by hiding in inaccessible regions (e.g. in host epithelial cells)
(L.monocytogenes) (A1) or by inhibiting neutrophil migration to the site of infection (S. aureus, B. burgdorferi) (A2);
they prevent phagocytosis (S. epidermidis, S. aureus, Y. pestis) (B); they survive intracellularly (C) either by restraining
the phagolysosomal fusion (S. pyogenes, S. aureus) (C1), by resisting phagolysosomal killing (S. aureus) (C2) or by
escaping into the cytoplasm (S. pyogenes) (C3); they lyse neutrophils (S. aureus, S. pyogenes) (D) and they evade
killing in neutrophil extracellular traps (NETs) (E). They can regulate neutrophil transcription (C. albicans, S. aureus, S.
pyogenes) and apoptosis (C. albicans, L. major) and regulate immune response (not shown in this figure) (from
Urban,Lourido et al., 2006).
Two different strategies to avoid contact with neutrophils have been described.
(1) Pathogen remains inaccessible to phagocytes: for instance, Listeria monocytogenes induces its
own uptake by epithelial cells (Urban, Lourido et al. 2006).
(2) Pathogen prevents recruitment of neutrophils to the site of infection: CHIPS (Chemotaxis
Inhibitory Protein of Staphylococci) and Eap (Extracellular adherence protein) production by
staphylococci interfere with neutrophils chemotaxis and migration process (Chavakis et al., 2002;
Postma et al., 2004; Foster, 2005). During natural infection with Borrelia burgdorferi, the agent of
Lyme disease, spirochetes are delivered with vector saliva which reduces neutrophil adhesion via
β2-integrin downregulation (Montgomery et al., 2004). Failure of sufficient neutrophil recruitment
and activation during the initial inflammatory response may allow spirochetes to effectively
colonize the mammalian host (Xu et al., 2007).
A very efficient strategy to overcome killing by neutrophils is to prevent engulfment.
Pathogenic bacteria and fungi use three different approaches. They use physical barriers, such as
114
polysaccharide (for Staphylococcus aureus) or polyglutamate (for Staphylococcus epidermidis)
capsules that prevent recognition by phagocytes (Urban, Lourido et al., 2006). They interfere with
opsonization by precluding complement activation through specific proteins such as SCIN
(Staphylococcal Complement Inhibitor) which inhibits C3b formation (Rooijakkers, Ruyken et al.,
2005), Efb (Extracellular fibrinogen-bindind protein) which blocks C3 deposition on the bacterial
cell surface (Lee, Hook et al., 2004) and the staphylokinase which inactivates C3b and IgG
(Rooijakkers, Van Wamel et al., 2005). Finally, they inhibit the actin cytoskeleton required for
engulfment, through the action of Yersinia spp. Yop proteins (Urban, Lourido et al., 2006).
Intracellular survival strategies can be categorized into:
- inhibition of phagosome-lysosome fusion : streptococcal M and M-like proteins (Staali et al.,
2006), staphylococcal GraRS regulation system (Kraus et al., 2008);
- survival inside the phagolysosome: streptococcal M and H proteins (Staali et al., 2003),
staphylococcal staphylokinase, aureolysine and yellow carotenoid pigment (Foster, 2005; Liu et
al., 2005), staphylococcal PIA (exoPolysaccharide Intracellular Adhesin) and PGA (Poly-gammaDL-Glutamic Acid) (Vuong,Voyich et al., 2004; Kocianova et al., 2005).
- escape into the cytoplasm : streptococcal capsule (Medina et al., 2003).
A common feature of engulfed Candida albicans, Staphylococcus aureus and Streptococcus
pyogenes is the upregulation of genes crucial for resistance to oxidative stress (Rubin-Bejerano et
al., 2003; Voyich et al., 2005).
Streptococcus
pyogenes
and
Staphylococcus
aureus
secrete
toxins
(respectively
streptolysine, and pore-forming toxins including Hlg and PVL) that lyses neutrophils and other host
cells. The presence of these toxins strongly correlates with the virulence of these strains (Urban,
Lourido et al., 2006).
The extension of the neutrophils’ life span is a general escape mechanism for pathogens like
Leishmania major. On the contrary, conducting the neutrophils to apoptosis enables Candida
albicans to remain in cells that have lost their ability to phagocyte, or launch the respiratory burst
(Rotstein et al., 2000).
NET-killing avoidance is mediated by extracellular nucleases that are found in several
pathogenic bacteria (Urban, Lourido et al., 2006). Furthermore, pathogens can resist NET-mediated
killing by adding positive charge to their cell surface through capsule formation, which reduces
bacterial trapping (Wartha et al., 2007).
Immunomodulatory molecules such as modulins, produced by Staphylococcus epidermidis,
can impair immune response through neutrophil chemoattraction and activation. This is to the
115
bacteria’s advantage when the cell density is high and the bacteria are resistant to phagocytosis in a
biofilm, by stimulating local cell damage to provide nutriments (Foster, 2005).
Several micro-organisms evade intracellular killing in neutrophils, survive and retain
infectivity. There is increasing evidence that several pathogens even multiply within neutrophils
(Egan and Gordon, 1996 ; Laskay et al., 2003). Some organisms can yet use granulocytes as ‘Trojan
horses’ before they enter their definitive host cells, i.e. the macrophages in the case of Leishmania
spp. (Laskay et al., 2008). Staphylococcus aureus ability to exploit the inflammatory response of
the host by surviving inside neutrophils is a virulence mechanism for this pathogen (Gresham,
2000).
Any inflammatory process can potentially attract neutrophils. For instance, in dermatology,
pyogenic dermatoses are not only restricted to those caused by microbial pathogens. Many sterile
dermatoses are also characterized by neutrophilic invasion.
Neutrophils accumulation and pus formation are common histological features of pyogenic
infectious dermatoses as folliculitis, impetigo, intertrigo, subcutaneous abscesses, mycosis,
furunculosis or necrotizing fasciitis. The prejudice associated with pus formation is often its main
feature underlined in the literature, while pus formation is most often desirable as it allows in most
cases the control of bacterial infection. Neutrophils can control this bacterial proliferation and
spreading through their capture in the "toxic soup" that is pus (Nathan, 2006). Staphylococci, and
especially S. intermedius, are most frequently involved in canine cutaneous infections. Healthy skin
is devoid of neutrophils, while staphylococci are symbiotic. When staphylococci multiply in the
event of a trauma, a local ecosystem modification or an immunodepression, the neutrophils’
migration is increased.
Although the mechanism by which neutrophils fight infection is clear, knowing how microorganisms evade neutrophils killing helps us understanding why some infections become chronic.
For example, S. aureus pore-forming toxins are often involved in abscesses pathogeny (Foster,
2005), S. aureus Panton-Valentine Leukocidine (PVL) expression is strongly associated with
recurrent furonculosis (Prevost et al., 1995), or group A streptococcus expressing a potent DNase
are associated with invasive infections including necrotizing fasciitis (Buchanan et al., 2006).
Neutrophils can even be diverted from their normal function, taking thus part in disease pathogeny.
Neutrophils are observed in some dermatoses even in the absence of pathogens, such as
pyotraumatic dermatitis, pemphigus foliaceus, juvenile cellulitis and to a lesser extent acne.
116
In humans, neutrophils are suspected to be the initiators of dermatoses, but the polynuclear
activation causing neutrophilic dermatoses is still poorly understood (Von den Driesch, 2000;
Wallach, 2005). However, research in psoriasis has led to researches in understanding how
neutrophils can migrate into the skin without the presence of any local microbial pathogens.
Modifications in adhesion molecules expression could be involved (Von den Driesch, 2000;
Wallach, 2005).
Interestingly, people suffering from psoriasis and other neutrophilic dermatoses have been shown to
be predisposed to Crohn’s disease or inflammatory colitis (Christophers and Mrowietz, 2003;
Wallach, 2005). German shepherd dogs are predisposed to both pyogenic dermatoses (as folliculitis,
furunculosis or cellulites) and perianal furunculosis. A strong correlation between furunculosis and
inflammatory colitis has also been observed in this breed. Yet, it has been described that ulcerative
colitis in humans is linked to the presence of auto-antibodies targeting neutrophils nuclear proteins.
The association between inflammatory colitis and furonculosis is remarkable and thus should be
explored further (Parseghian and Luhrs, 2006).
Disparities in neutrophils phenotype between individuals could explain the pathogenesis of
dermatoses such as pyotraumatic dermatoses. In the same way, in companion animal dermatology,
the high prevalence of bacterial pyoderma in the dog is striking when compared to those of cats.
Differences between epidermal defenses in these species have not led to a fully satisfactory
explanation. Functional dissimilarities between feline and canine neutrophils could well be an
explanation that is yet unexplored.
Pemphigus foliaceus is a bullous dermatosis in humans but pustular in dogs, cats and horses.
It seems that neutrophils are needed in the vesicle pathogenesis in mice, and in humans (Liu et al.,
1997; Von den Driesch, 2000). Neutrophil accumulation in animals could be secondary, or involve
the same mechanisms than in humans.
The link between the existing fundamental knowledge about neutrophils and the significance
of their presence in sterile dermatoses is far from being established in humans and even less in
companion animals. Thus it seems paramount to reconsider our simplistic vision of neutrophils, and
aim to develop a better understanding of their role. The central position of neutrophils in initiation,
as well as resolution, of inflammation is essential. Understanding how to control inflammation
through the effects of neutrophils could lead to new therapeutic targets, with potentially less side
effects than current corticoids therapies.
117
The sole clinical application in dermatology of current findings about neutrophil biology for
now may be the reinterpretation of what is commonly named “nuclear streaming” (figure 3),
reported in cytological descriptions of degenerated neutrophils (Cowell and Tyler, 1993; Cowell et
al.. , 1999; Scott et al.., 2000). This phenomenon is traditionally regarded as typically produced by
the burst of neutrophils, as chromatin has been considered as strictly confined to the nucleus.
However, NETs discovery has upset this theory: nuclear streaming could be mere NETS, reflecting
the microbicidal activity of neutrophils and not their degenerescence.
Figure 3 : Nuclear streaming. In both pictures we observe nuclear streaming coming out of neutrophils, as well as
healthy neutrophils and cocci. (picture, service de dermatologie ENVA).
cocci
healthy
neutrophil
nuclear
streaming
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LES POLYMORPHONUCLEAIRES NEUTROPHILES
ET LEURS SECRETIONS EN DERMATOLOGIE
DES CARNIVORES DOMESTIQUES
ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE
TOURNIER Anne-Cécile
Résumé
Les neutrophiles forment une population morphologiquement homogène de cellules immunitaires dont on a
longtemps pensé qu’il s’agissait de simples phagocytes, et qui ne sont le sujet de recherches approfondies
que depuis la fin des années 90. L’étude de leur biologie, de leur implication dans la réponse immunitaire
innée et acquise, dans la cicatrisation cutanée, ainsi que de leurs interactions avec les micro-organismes
montre que leur fonction est multiple et complexe.
Leur caractéristique la plus frappante a priori est la précocité de leur apparition sur les sites inflammatoires.
Cela nourrit un des thèmes principaux de la recherche actuelle : en quoi cette précocité est-elle associée à
l’orientation de la réponse immunitaire mise en place. Tout phénomène inflammatoire est potentiellement à
l’origine de leur afflux. Ainsi en dermatologie, les dermatoses pyogènes ne sont pas seulement dues à des
micro-organismes : de nombreuses dermatoses stériles sont aussi caractérisées par une invasion de
neutrophiles. Le lien entre les connaissances fondamentales sur ces cellules et la signification de leur
présence en clinique est loin d’être établie dans l’espèce humaine. Ces données sont quasi-inexistantes chez
les carnivores domestiques. Seules des pistes de recherche seront proposées ici.
Mots
clés :
DERMATOLOGIE,
DERMATOSE
PYOGENE,
POLYMORPHONUCLEAIRE NEUTROPHILE, GRANULOCYTE
CARNIVORE, CHIEN, CHAT
Jury :
Président : Pr.
Directeur : Dr. Marignac
Assesseur : Dr. Freyburger
Adresse de l’auteur :
15 rue Charles Lecocq
75015 Paris
NEUTROPHILE,
NEUTROPHILE,
POLYMORPHONUCLEAR NEUTROPHILS
AND THEIR SECRETIONS
IN COMPANION ANIMAL DERMATOLOGY
BIBLIOGRAPHIC REVIEW
TOURNIER Anne-Cécile
Summary
Neutrophils are a morphologically homogeneous population of immune cells, which have long been
considered as mere phagocytes, and which have only been the object of thorough research since the end of
the Nineties. The study of the neutrophils’ biology, their function in the innate and adaptative immune
systems, in wound healing, and the way they interact with micro-organisms, underscores their diverse and
complex roles.
The most striking feature of neutrophils is their early arrival at the inflammation site. This feeds one of the
main current research topics: how is this earliness associated with immune responses orientation. Any
inflammatory process can potentially attract neutrophils. Thus, in dermatology, pyogenic dermatoses are not
only caused by microbial pathogens, as many sterile dermatoses are also characterized by neutrophilic
invasion. The link between the existing fundamental knowledge about these cells and the significance of
their presence in clinical tests is far from being established in humans and there is little data available on
companion animals. The intent of this work is to propose research avenues and prospects.
Keywords:
DERMATOLOGY,
PYOGENIC
POLYMORPHONUCLEAR
NEUTROPHIL,
COMPANION ANIMAL, DOG, CAT
Jury :
President : Pr.
Director : Dr. Marignac
Assessor : Dr. Freyburger
Author’s address:
15 rue Charles Lecocq
75015 Paris
DERMATOSE,
NEUTROPHIL
NEUTROPHILS,
GRANULOCYTE,