Elodie Merlot Physiologie de l’adaptation: interactions entre les systèmes neuroendocrinien et immunitaire Unité Mixte de Recherches « Systèmes d’élevage, nutrition animale et humaine » (SENAH) INRA Saint-Gilles 12 octobre 2010 1 Physiologie de l’adaptation l adaptation Objectifs de l’exposé: • Présenter comment la fonction immunitaire et le système neuroendocrinien interagissent (neuroimmunologie) • Cas de la réponse à des facteurs de stress environnementaux • Implications I li ti pour lles animaux i d’él d’élevage 2 Plan de l’exposé l exposé 1 Brefs 1. B f rappels l 2. Contrôle de la réponse immunitaire par le système neuroendocrinien 3. Influence du système immunitaire sur le SNC et l’activité neuroendocrinienne: cas de la réponse inflammatoire 4. Conséquence de facteurs de stress environnementaux sur la réponse immunitaire 3 Rappels pp sur l’axe HPA Rôles du cortisol: Niveaux de base: maintien des concentrations en enzymes clés nécessaires à la: – Néoglucogenèse (foie) – Lipolyse (tissu adipeux) Hypothalamus PVN + CRH Ante-hypophyse + ACTH Cortex surrénal PVN: noyau paraventriculaire CRH: cortico-releasing hormone ACTH: corticotropine Cortisol / Corticostérone 4 Rappels pp sur l’axe HPA Stimuli internes ou externes Rôl du Rôles d cortisol: ti l Niveaux élevés: déclenche les phénomènes métaboliques liés au jeûne – Néoglucogenèse à partir de substrats non glucidiques (catabolisme protéique) - + Hypothalamus - PVN - + CRH Ante-hypophyse – Contrôle de la réponse immunitaire - Système limbique + ACTH Cortex surrénal cortisol 5 Rappels pp sur le système y nerveux ((ortho)sympathique ) y p q Acétylcholine Système sympathique Glande surrénale adrénaline Noradrénaline Rate Ganglions lymphatiques Tissu lésé 6 Rappels d’immunologie TNF , IL-1 TNF-α IL 1 IL 12 IFN-γ IL-12, IFN γ NK MΦ IL 6 IL- Réponse inflammatoire PMN IL-10 LT-α IL-10, DC Immunité innée Th0 Th1 Th1 Th2 IFNγ IL-2 Immunité cellulaire Tc IL-4 IL 4 IL-10 Th2 Immunité humorale Réponse spécifique Immunité acquise B 7 Cytotoxicité Immunoglobulines Rappels d’immunologie La réponse inflammatoire: • • • Réponse normale, immédiate et transitoire à une agression externe d’origine d origine mécanique mécanique, chimique ou microbienne microbienne. Augmentation du flux sanguin, recrutement des cellules immunitaires, initiation cicatrisation Cytokines clés: IL-1, IL-6 et TNF-α Dolor Rubor Calor Tumor 8 Control de la réponse immunitaire par le système p y neuroendocrinien: • • Activation de l’axe HPA lors de l’inflammation Contrôle de la réponse inflammatoire par le cortisol: mise en é idence in vitro évidence itro • Contrôle de la réponse inflammatoire par le cortisol: mise en évidence in vivo C t ôl par lle cortisol Contrôle ti l d’ d’autres t ffonctions ti iimmunitaires it i • • • Contrôle de la réponse immunitaire par la noradrénaline: mise en évidence in vitro Contrôle du système immunitaire par d’autres médiateurs neuroendocriniens 9 Contrôle de la réponse immunitaire par le cortisol a. a activation de l’axe l axe HPA lors de l’inflammation l inflammation Lipopolysaccharide d’E.coli (LPS) Prélèvements sériés Test ELISA: TNF-α, IL-6 Radio-immuno-essai: cortisol ti l LPS: molécule exprimée sur la paroi des bactéries gram - , reconnue par les cellules ll l de d l’immunité l’i ité innée i é ((macrophages) h ) ett iinduisant d i t une f forte t réponse é inflammatoire. 10 Contrôle de la réponse immunitaire par le cortisol Taux p plasmatiq que en nom mbre de ffois le nivveau de b base a. a activation de l’axe l axe HPA lors de l’inflammation l inflammation 200 Une injection i.p. de LPS chez le porc accroit les concentrations plasmatiques de cytokines i fl inflammatoires t i (TNFα, IL-6) IL 6) ett de d cortisol : IL-6 TNFα 10 cortisol 5 2 4 8 12 Temps après l’injection de LPS (heures) 11 Contrôle de la réponse immunitaire par le cortisol a. a activation de l’axe l axe HPA lors de l’inflammation l inflammation IL-1β ou TNF i.p. Prélèvements à 1 h et 2h Radio-immuno-essai: cortisol Témoins (solution saline li ii.p.)) (Butler et al, 1989) 12 Contrôle de la réponse immunitaire par le cortisol a. a activation de l’axe l axe HPA lors de l’inflammation l inflammation IL-1 beta TNF alpha corticosttérone (ng g/ml) L’injection par voie i.p. d’une cytokine inflammatoire (IL-1β, TNF-α) a le même effet que le LPS sur la l production d ti d de corticostérone chez la souris C3H: 600 Saline 500 400 300 200 100 0 1h 2h Heures après l’injection de la cytokine (Butler et al, 1989) 13 Contrôle de la réponse immunitaire par le cortisol a. a activation de l’axe l axe HPA lors de l’inflammation l inflammation Motifs moléculaires associés aux pathogènes molécules intracellulaires, histamine, prostaglandines Glucocorticoïdes (Macrophages) Recrutement cellulaire Cicatrisation Cytokines inflammatoires IL- 1β, IL-6, TNF- α Ré Réponse acquise i cytokines (Système nerveux central)) IL-1β : interleukin-1β; IL-6 : interleukin-6; TNF- α : tumor necrosis factor Axe HPA 14 Contrôle de la réponse immunitaire par le cortisol b. mise i en évidence é id i vitro in it 5.105 splénocytes/puits g + mitogène + corticostérone Incubation Rate (souris) Sang (porc) (3j) Prélèvement du surnageant Cytokines IL-6 (inflam.) Dosage ELISA IFN-γ (Th1) IL-10 15 (Th2) Contrôle de la réponse immunitaire par le cortisol b. mise i en é évidence id i vitro in it La corticostérone inhibe la production d’IL-6 par des splénocytes de souris stimulés 72h au lipopolysaccharide (LPS): 2.5 IL-6 (ng/ml) 2.0 1.5 1.0 0.5 0 0 0.05 0.1 1 Corticosterone (µM) (Merlot et al, 2004) 16 Contrôle de la réponse immunitaire par le cortisol b. mise i en évidence é id i vitro in it La corticostérone et son analogue pharmacologique, la dexaméthasone, inhibent la production d’IFN d IFN-γ et d’IL d IL-10 10 par des splénocytes de porc stimulés à la concanavaline A : (Skjolaas et al, 2002) 17 Contrôle de la réponse immunitaire par le cortisol b. mise i en évidence é id i vitro in it ⇒ In vitro, vitro ll’addition addition de cortisol ou d’un d un glucocorticoïde de synthèse inhibe la capacité des cellules u ta es à p produire odu e des cyto cytokines. es immunitaires • Qu’en est-il in vivo? 18 Contrôle de la réponse immunitaire par le cortisol c mise en évidence in vivo c. hypophysectomie 50µg µg LPS ip p Prélèvements de 1 à 8h après Test ELISA: IL-1β Témoins (sham) (Butler et al, 1989) 19 Contrôle de la réponse immunitaire par le cortisol c mise en évidence in vivo c. 80 sham + LPS Hypophysectomie + LPS 70 plas sma IL-1 (ng/ml) Chez des souris Balb/c hypophysectomisées l’injection de LPS conduit à un emballement de l production la d ti d’IL-1β: d’IL 1β 60 50 40 30 20 10 0 1 2 3 4 8 H Heures après è l'i l'injection j ti de d LPS (Butler et al, 1989) 20 Contrôle de la réponse immunitaire par le cortisol c mise en évidence in vivo c. Hypophysectomie 20µg µg IL-1β β ip p Courbe de survie Ad é l t i Adrénalectomie Témoins ((sham)) (Butler et al, 1989) 21 Contrôle de la réponse immunitaire par le cortisol c mise en évidence in vivo c. 6 ADREX + IL-1 NORM + IL-1 5 nom mbre de survivants Chez des souris Balb/c, hypophysectomie et adrénalectomie conduisent toutes d deux à une accémération é é ti de d lla mortalité par choc endotoxique en réponse à une injection léthale d’IL 1β: d’IL-1β: HYPOPH + IL IL-1 1 4 3 2 1 0 Hypophysectomie: supprime la secrétion d’ACTH d ACTH et de glucocorticoïdes (Butler et al, 1989) 0 10 25 32 48 56 heures après ll'injection injection d'IL d IL-1 1 22 Contrôle de la réponse immunitaire par le cortisol c mise en évidence in vivo c. DEXA ou saline iv DEXA ou saline iv +18h DEXA ou saline iv Prélèvements sériés +12h ELISA: IL-6 2 /k LPS ip 2µg/kg i Dexaméthasone: analogue synthétique des gluocorticoïdes (Myers et al, 2003) 23 Contrôle de la réponse immunitaire par le cortisol c mise en évidence in vivo c. Le traitement à la dexaméthasone inhibe la production plasmatique d’IL-6 en réponse à une injection d LPS chez de h lle porc: (Myers et al, 2003) 24 Contrôle de la réponse immunitaire par le cortisol c mise en évidence in vivo c. ⇒ Les cytokines produites lors de la réponse inflammatoire activent l’axe l axe HPA et induisent la production de cortisol. ⇒ Lors de la réponse inflammatoire, si l’activation de l’axe HPA est bloquée, les cytokines inflammatoires sont produites en excès et ont un effet délétère. ⇒ Ce rétrocontrôle est le fait des glucocorticoïdes. glucocorticoïdes 25 Contrôle de la réponse immunitaire par le cortisol c mise en évidence in vivo c. Motifs moléculaires associés aux pathogènes molécules intracellulaires, histamine, prostaglandines Glucocorticoïdes (Macrophages) Recrutement cellulaire Cicatrisation Cytokines inflammatoires IL- 1β, IL-6, TNF- α Ré Réponse acquise i cytokines (Système nerveux central)) IL-1β : interleukin-1β; IL-6 : interleukin-6; TNF- α : tumor necrosis factor Axe HPA 26 Contrôle de la réponse immunitaire par le cortisol mécanisme intracellulaire GC LPS TLR-4 phosphorylation IKK GR cytoplasme libération de NFκB IκB noyau NF B NFκB GR gènes GR Cytokines inflammatoires, molécules d’adhésion, d adhésion, facteurs de prolifération… 27 Contrôle de la réponse immunitaire par le cortisol d contrôle d’autres d. d autres fonctions immunes • Les glucocorticoïdes ne régulent pas que la production de cytokines inflammatoire par les monocytes/macrophages mais aussi les autres fonctions de la majorité des cellules du système immunitaire: Test de cytotoxicité des NK CRH ou saline icv (Salak-Johnson et al, 1997) Prélèvements à 1h et 2h Testt de T d chimiotaxie hi i t i des neutrophiles 28 Contrôle de la réponse immunitaire par le cortisol d contrôle d’autres d. d autres fonctions immunes Lignée de cellules tumorales humaines K562 Incubation avec du 51Cr (incorporation) Lavage 100µl de surnageant collecté/puits + Comptage γ Incubation Prélèvements à 1h et 2h 2.105 cellules/puits + cellules ll l K562 (18h) (rapport cellules sanguines/cellules cibles= 12.5/1, 25/1, 50/1 et 100/1) 29 Contrôle de la réponse immunitaire par le cortisol d contrôle d’autres d. d autres fonctions immunes L’injection par voie intra cérébro-ventriculaire (icv) de CRH à des porcs accroit la production d ti d de cortisol ti l ett diminue l’activité cytotoxique des NK: (Salak-Johnson et al, 1997) 30 Contrôle de la réponse immunitaire par le cortisol d contrôle d’autres d. d autres fonctions immunes L’injection icv de CRH à des porcs inhibe la capacité des neutrophiles à migrer vers un milieu ili riche i h en molécule lé l C5 C5a du complément: (Salak-Johnson et al, 1997) 31 Contrôle de la réponse immunitaire par la NE e mise en évidence in vitro e. • Norepinéphrine (= noradrénaline): principal neuromédiateur du système nerveux sympathique, libérée par les terminaisons nerveuses au niveau des organes lymphoïdes • Libérée de façon précoce lors de la réponse immunitaire et lors de la réponse de stress (pics de concentration locale estimés à 10-500µM 10 500µM, action paracrine) 32 Contrôle de la réponse immunitaire par la NE e mise en évidence in vitro e. sang PBMC PBMCs PBMCs (0.5-2.106) + Mit è Mitogène + Norépinéphrine Prolifération et mesure par incorporation i ti de d thymidine tritiée: incubation 4 jours et passage p g au compteur p β IL-2R, apoptose ( t ét i ) (cytométrie): incubation 20h 33 (Merlot, données non publiées) Contrôle de la réponse immunitaire par la NE e mise en évidence in vitro e. LPS + NE 8000 a 6000 cpm m a a 4000 a a 2000 b 0 0 0.01 0.1 1 10 100 Dose de NE (µ (µM)) • La norépinéphrine inhibe la prolifération en réponse au LPS (mitogène des lymphocytes B) 34 (Merlot, données non publiées) Contrôle de la réponse immunitaire par la NE e mise en évidence in vitro e. 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 ConA + NE a a a a a b 0 0.01 0.1 1 Dose de NE (µM) 10 100 cpm x 1000 cpm x 1000 PHA + NE 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 a a a 0 0.01 0.1 a 1 a b 10 100 Dose de NE (µM) • Prolifération en réponse à la PHA et à la ConA (mitogènes des lymphocytes T) en présence de doses croissantes de norépinéphrine: ¾ Effet inhibiteur à partir de 100µM (0,1µM chez les rongeurs and 110µM chez l’homme) 35 (Merlot, données non publiées) Contrôle de la réponse immunitaire par la NE e mise en évidence in vitro e. => La norépinéphrine induit-elle de l’apoptose? 36 Contrôle de la réponse immunitaire par la NE e mise en évidence in vitro e. protéinefluorochrome 1.106 PBMC Comptage au cytomètre Lavage excès de PBS Population Négative 65% Population Positive 35% Intensité de la fluorescence Fluorescence 2 F Nom mbre d’évén nements Lavage excès de PBS Fluorescence 1 37 - Annexin V couplée au FITC ⇒ fl. verte ⇒ se lie à la phospholipide phosphatidylsérine exprimée en surface des cellules apoptotiques - Prodidium iodure ⇒ fl. f Jaune ⇒ pénètre dans les cellules mortes Propid dium Iodure e (fl. jaune) Contrôle de la réponse immunitaire par la NE e mise en évidence in vitro e. M t 3% Mortes Apopotose 7% Vivantes 90% Annexin V (fl. verte) 38 Contrôle de la réponse immunitaire par la NE e mise en évidence in vitro e. Viabilité des PBMC après 6h d'exposition Viabilité des PBMC après 20h d'exposition 100% 100% 80% 80% 60% 60% 40% 40% 20% 20% 0% 0% 0µM 100µM 0µM medium 10µM ConA Norépinéphrine 100µM 0µM 100µM 0µM medium 10µM 100µM ConA Norépinéphrine Ann+/PI+ (cellules mortes) (Merlot, données non publiées) Ann+/PI- (cellules en apoptose) Ann-/PI- (cellules viables) 39 Contrôle de la réponse immunitaire par la NE e mise en évidence in vitro e. => La L norépinéphrine é i é h i empêche-t-elle ê h t ll l’l’expression i de l’interleukine-2 et de son récepteur? IL-2 Mitogène (ConA) Récepteur Ré t de l’IL-2 (IL-2R) IL-2 IL-2R Division 40 cellulaire Contrôle de la réponse immunitaire par la NE e mise en évidence in vitro e. Expression de l’IL-2R par les PBMC après 20h d'exposition à la norépinéphrine • L’effet L’ ff t sur la l prolifération lifé ti passe par une diminution du signal ILMedium 2/IL-2R ConA ConA + NE 100µM IL-2R Récepteur de l’IL-2 (Merlot, données non publiées) Dose of NE 0 µM 10 µM 100 µM medium 4% (0,7)a nt n.t. 5% (1,0)b Con A 61% (6 4)a (6,4) 54% (9 2)ab (9,2) 49% (6 9)b (6,9) 41 Contrôle de la réponse immunitaire par la NE e mise en évidence in vitro e. • Eff Effett inhibiteur i hibit sur lla prolifération lifé ti via i une altération lté ti d du signal IL-2/IL-2R: en accord avec les données d’autres espèces p • Effet p pro-apoptotic p p de la norépinéphrine? p p – Pas de consensus dans la littérature sur rongeurs – Chez le porc: non • Adrénorécepteur responsable de l’effet sur la prolifération? – Rongeur et humain: inhibition via β2AR et l’activation de la PKA (possiblement en agissant sur l’assemblent du cytosquelette) 42 (Merlot, données non publiées) Contrôle neuroendocrinien du système immunitaire f. contrôle par d’autres d autres médiateurs H Humoral l Nerveux Hypophyse ACTH, PRL, GH TSH, FSH, LH Système nerveux autonome Glande endocrine cortisol, adrénaline, T3/T4, hormones sexuelles noradrénaline, opioïdes, substance P, NPY, VIP Rate Ganglions lymphatiques Tissu lésé 43 Contrôle neuroendocrinien du système immunitaire f. contrôle par d’autres d autres médiateurs Diversité des effets sur le système immunitaire: CRH: + ACTH: ACTH Prolactine: + GH: + Testostérone: – Œstrogène: + Catécholamines: + Opioïdes: - ou – ⇒ Le système immunitaire est sous contrôle du système nerveux central par de multiples voies ⇒ Les phénomènes d’interaction entre ces différents médiateurs sont encore méconnus 44 Influence du système immunitaire sur le SNC et l’axe l axe HPA a. Réponse inflammatoire et comportement de maladie b Sensibilisation de l’axe b. l axe corticotrope c. Etiologie de la dépression chez l’humain 45 Influence du système immunitaire sur le SNC a le comportement de maladie a. Lipopolysaccharide d’E.coli (LPS) Prélèvements élè sériés Test ELISA: TNF α IL-6 TNF-α, IL 6 Radio-immuno-essai: cortisol Observations Ob ti comportementales LPS: molécule exprimée sur la paroi des bactéries gram - , reconnue par les cellules ll l de d l’immunité l’i ité innée i é ((macrophages) h ) ett iinduisant d i t une f forte t réponse é inflammatoire. 46 Influence du système immunitaire sur le SNC a le comportement de maladie a. Témoins Temp pérature re ectale (°C) 41.0 LPS LPS/saline 40 5 40.5 40.0 39.5 39.0 38.5 38 0 38.0 LPS - 0:30 LPS + 2:00 LPS + 6:30 LPS + 23:00 47 Influence du système immunitaire sur le SNC a le comportement de maladie a. F Fréquenc ce de la p position d debout Témoins 0.3 LPS LPS/saline 0.2 0.1 * 00 0.0 J-3 J-1 J0 * * J1 J2 J3 48 Influence du système immunitaire sur le SNC a le comportement de maladie a. % Participation aux tétée es Témoins LPS 100 80 60 40 * 20 00 J6 J7 matin J7 p aprèsm J8 matin J8 aprèsp m Méthodo: observation directe, en continu, sur des périodes de 2h-2h30 2h 2h30 => à chaque tétée de la portée, observation ou non du comportement de succion 49 chez l’individu d’intérêt Influence du système immunitaire sur le SNC a. le comportement de maladie ⇒ L’activation du système immunitaire par le LPS induit un comportement de maladie (fièvre, activité physique réduite, anorexie) ⇒ L’activation du système immunitaire est donc perçue par le SNC 50 Influence du système immunitaire sur le SNC a. le comportement de maladie Induction du comportement p de maladie p par la réponse p inflammatoire au LPS 51 Aubert et al (1997) Influence du système immunitaire sur le SNC a. le comportement de maladie Sal. LPS Induction du comportement p de maladie p par la réponse p inflammatoire au LPS (Aubert et al,1997) 52 Influence du système immunitaire sur le SNC a. le comportement de maladie ⇒ Le comportement de maladie n’est pas dû à un état de « faiblesse » induit par la maladie mais correspond à une réorganisation des motivations comportementales ⇒ L’activation du système immunitaire agit sur le SNC et modifie ll’état état motivationnel de l’individu l individu (réponse adaptative) 53 Influence du système immunitaire sur le SNC a. le comportement de maladie Induction du comportement p de maladie p par une cytokine y inflammatoire IL-1 +/- IL-1ra Intra-péritonéal p Investigation sociale: introduction d’un juvénile pendant 5 min dans la cage et quantification du tps passé à explorer le jeune jeune. Mesure (sec.) juste avant l’injection, puis 2, 4 et 6h après. pesée: 6h post-injection (Bluthé et al, 1995) 54 Intra-péritonéal Intra-cérébro-ventriculaire C IL 1 IL-1 IL-1ra IL 1+IL 1ra IL-1+IL-1ra Interaction sociale Interaction sociale C IL-1 IL-1ra IL-1+IL-1ra Gain de poids (Bluthé et al, 1995) Gain de poids 55 Influence du système immunitaire sur le SNC a. le comportement de maladie Motifs moléculaires associés aux pathogènes molécules intracellulaires, histamine, prostaglandines Macrophages, Monocytes Cytokines inflammatoires IL- 1β, IL-6, TNF- α Système nerveux central IL-1β : interleukin-1β IL-6 : interleukin-6 i l ki TNF- α : tumor necrosis factor cytokines Comportement de maladie fièvre somnolence anorexie nausée... 56 Influence du système immunitaire sur le SNC a. le comportement de maladie CERVEAU PERIPHERIE IL-1 R Comportement de maladie IL 1 ou LPS IL-1 CVOs MΦ like cells TLR4 IL 1 IL-1 Axe HPA MΦ IL-1 PGE2 Fièvre IL-1 R : récepteur de l’IL-1 TLR4 : récepteur é t du d LPS PGE2 : prostaglandine E2 CVO: organes circum ventriculaires C. ENDOTHELIALES (vaisseaux du cerveau) 57 Influence du système immunitaire sur le SNC a. le comportement de maladie ⇒ Le message d’inflammation est transmis de la périphérie vers le cerveau par: • une voie humorale (lente) qui implique la production d’intermédiaires moléculaires lé l i ((cytokines, t ki prostaglandines) t l di ) au niveau i d de lla b barrière iè hémato-encéphalique • une voie nerveuse (rapide) qui implique le nerf vague 58 Influence du système immunitaire sur le SNC b. sensibilisation de l’axe l axe HPA Sensibilisation de l’axe HPA p par l’injection j d’interleukine-1 en p périphérie p IL-1β ou LPS i.p. 3 semaines Stress + sacrifice sacrifice Témoins (solution saline i.p.) (Tilders et al, 1999) • Réponse ACTH et corticostérone • Synthèse et stockage de CRH • Synthèse et stockage d’AVP dans neurones à CRH 59 Influence du système immunitaire sur le SNC b. sensibilisation de l’axe l axe HPA Sensibilisation de l’axe HPA p par l’injection j d’interleukine-1 en p périphérie p Effet de chocs électriques sur l’ACTH l ACTH et la corticostérone plasmatique de rats ayant reçu ç une injection j ip p d’IL1β ou de solution saline 11 jours plus tôt: 800 600 CORT (ng/ml) ACTH (pg/ml) 200 * * 160 120 400 80 200 40 0 0 Contr VEH + contr + FS IL-1 +FS Contr + contr VEH + FS IL-1 +FS 60 (Schmidt et al, 1995) Influence du système immunitaire sur le SNC b. sensibilisation de l’axe l axe HPA Sensibilisation de l’axe HPA p par l’injection j d’interleukine-1 en p périphérie p Effet d’une injection ip d’IL-1β ou de solution saline sur le contenu en CRH et en vasopressine (AVP) de rats: AVP 220 ** % du u témoin 200 CRH ** 180 160 * 140 * 120 100 80 0 1 4 7 11 20 40 Jours après p l’injection j d’IL-1 61 (Schmidt et al, 1995) Influence du système immunitaire sur le SNC a. sensibilisation de l’axe l axe HPA Etat normal Hypothalamus PVN Altérations à long terme (>3 sem.) sem ) induites par l’IL-1 + ACTH PVN - + CRH Ante-hypophyse Hypothalamus - AVP - + CRH Ante-hypophyse - + ACTH Cortex surrénal Cortex surrénal Cortisol / Corticostérone Cortisol / Corticostérone 62 Influence du système immunitaire sur le SNC b. sensibilisation de l’axe l axe HPA ⇒ Chez le rat, pendant les semaines qui suivent un épisode inflammatoire les neurones à CRH de l’hypothalamus inflammatoire, l hypothalamus se mettent à produire de la vasopressine. ⇒ Lors L d de stimuli ti li ultérieurs, lté i lla libé libération ti conjointe j i t d de vasopressine i et de CRH accroît la libération d’ACTH et de corticostérone. ⇒ Cette sensibilisation de l’axe corticotrope persiste pendant plusieurs semaines. 63 Influence du système immunitaire sur le SNC c. étiologie de la dépression chez l’humain l humain Effett du Eff d traitement t it t du d cancer par des d cytokines t ki sur le l dé développement l t de symptômes dépressifs: Score MADRS et niveaux circulants de cytokines avant et après 5 jours de traitement de patients avec des cytokines: 64 (Capuron et al, 2001) Influence du système immunitaire sur le SNC d. effets comportementaux du stress et cytokines i fl inflammatoires t i Chocs électriques ou LPS Test social zone vide zone de test juvénile Mesure de la durée passée à explorer chacune des deux ouvertures pendant une session de 30 min 65 (Arakawa et al, 2009) Influence du système immunitaire sur le SNC d. effets comportementaux du stress et rôle des cytokines t ki inflammatoires i fl t i Une session de 2 heures de chocs électriques q intermittents ou une injection de 100µg/kg de LPS diminuent tous deux la durée des investigations sociales, mais pas celle du comportement d’investigation nonsociale. 66 (Arakawa et al, 2009) Influence du système immunitaire sur le SNC d. effets comportementaux du stress et rôle des cytokines t ki inflammatoires i fl t i Chocs électriques injection j i.c.v d’IL-1ra injection j i.c.v d’IL-1ra Test social Mesure de la durée passée à explorer chacune des deux ouvertures pendant une session de 30 min 67 (Arakawa et al, 2009) Influence du système immunitaire sur le SNC d. effets comportementaux du stress et rôle des cytokines t ki inflammatoires i fl t i L’administration intra-cérébroventriculaire de l’antagoniste g biologique du récepteur de l’IL-1 (IL1ra) réverse l’effet négatif du stress sur l’exploration sociale. 68 (Arakawa et al, 2009) Influence du système immunitaire sur le SNC c. étiologie de la dépression chez l’humain l humain Les cytokines pro-inflammatoires produites par le système immunitaire: induisent des modifications comportementales (le comportement de maladie) modifient difi t l’état l’ét t motivationnel ti ti l (comportement ( t t de d maladie, l di dépression) peuvent augmenter la réponse endocrinienne au stress Les comportements de type « dépressifs » associés au stress sont le fait des la p production intra-cérébrale de cytokines y inflammatoires. ª Conséquences d’une d une stimulation chronique du système immunitaire sur le bien-être psychique? 69 conséquences de la réponse de stress sur le système immunitaire mmun ta re I. Conséquences de la réponse de stress aigu a. sur l’immunité innée ((castration et inflammation)) b. sur l’immunité acquise: vaccination chez le porc c. sur l’immunité acquise: RHR chez le rat II. Conséquences d’un stress chronique a. sur l’immunité innée (inflammation) b sur la réponse à un pathogène b. 70 Physiologie de l’adaptation l adaptation Réponse de stress: « Réaction d’alarme non spécifique, en réponse à des f t facteurs d’agression d’ i physiologiques h i l i ou psychologiques h l i qui nécessitent une adaptation » Facteurs de stress en élevage: transport castration transport, castration, mélange d’animaux d animaux, confinement, confinement contention… contention 71 Physiologie de l’adaptation l adaptation S d Syndrome général é é l d’adaptation: d’ d t ti (Seyle, 1907-1982) Ò Ò Ò Ô Ò activité sympathique cortisol hormone de croissance (GH) insuline glucagon Réponse non spécifique de stress = Profil neuroendocrinien de l’exercice l exercice • Réponse « fight or flight » • Vigilance cognitive • Mise en alerte du système immunitaire 72 I. Conséquences de la réponse aiguë de stress Nb bre de lym mphocytes sanguin ns Effet d d’un un stress aigu sur la redistribution lymphocytaire recrutement redistribution Stress 0-10 min 1-2h ADR, NAÒ ADR, CORT Ò Récupération 1 - 4 h après le stress ADR, NA, CORTÔ 73 (Dhabbar et McEwen, 1999) I. Conséquences de la réponse aiguë de stress Effet d d’un un stress aigu sur la redistribution lymphocytaire: Sang: nombre total de leucocytes Ì % lymphocytes T Ì Ì % lymphocytes B Ì Ì % monocytes t = % neutrophiles Ê Permis par une augmentation des molécules d’adhésion sur les leucocytes et les cellules endothéliales ⇒ Peut être utilisé comme marqueur de stress ⇒ mesure peu informative / fonction immunitaire 74 (Dhabbar et McEwen, 1999) I. Conséquences de la réponse aiguë de stress a sur la réponse inflammatoire a. Conséquences à long terme de la castration sur la réponse au LPS chez le porcelet: Âge: 5-7 jours Castration (C, n=12) ou Simulation (S, n=12) 12-14 jours 50 µg/kg de LPS en intra péritonéal ⇒ Le LPS est ici utilisé comme révélateur de l’effet l effet de la castration sur la capacité des porcs à produire une réponse inflammatoire 75 systémique. I. Conséquences de la réponse aiguë de stress a sur la réponse inflammatoire a. 3 h après p injection j de LPS 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 P=0.07 300 a a b Co ortisol (ng g/ml) Cortiso ol (ng/ml) 15 min après p castration 250 200 150 100 50 Sim Cast Cast + LPS + LPS 0 a Cast Cast + LPS Sim + LPS ⇒ L’augmentation de cortisol sanguin due à l’injection de LPS tend à être inhibée par la castration. 76 I. Conséquences de la réponse aiguë de stress a sur la réponse inflammatoire a. LPS Témoins (saline) Castrés + LPS Simulés + LPS 0.5 Kg / jo our 0.4 0.3 a a a a a a a a 0.2 0.1 b 0 -0.1 -24h_0h 0h_24h 24h_48h -0 2 -0.2 ⇒ La p perte de p poids due à l’injection j de LPS est inhibée p par la castration. 77 I. Conséquences de la réponse aiguë de stress a sur la réponse inflammatoire a. Castrés LPS % partticipation n aux tétée es Castrés + LPS a 1.00 a a a a 24h_27h 29h_32h Simulés + LPS ab 0.80 b 0.60 b b b 0.40 0.20 0 00 0.00 -24h_-21h 0h_4h 6h_9h ⇒L L’anorexie anorexie due à l’injection l injection de LPS est diminuée par la castration. 78 I. Conséquences de la réponse aiguë de stress a sur la réponse inflammatoire a. Une semaine après la castration, la capacité des porcelets à produire une réponse inflammatoire systémique est réduite. ⇒ Montre o t e qu qu’un u st stress ess a aigu gu peut inhiber be à long o g te terme e la a réponse épo se inflammatoire. ª Conséquences en termes de morbidité? ª Conséquences pour l’expérimentateur? (utilisation de la chirurgie en expérimentation animale) 79 I.Conséquences de la réponse aiguë de stress b b. sur l’immunité l immunité acquise Rappels d’immunologie: réponses acquises primaire et secondaire Imm munoglo obuline p plasmatiiques Immunisation LB ett LT naïfs ïf IgM = réponse primaire 0 14 80 Temps (jours) I. Conséquences de la réponse aiguë de stress b b. sur l’immunité l immunité acquise Rappels d’immunologie: réponses acquises primaire et secondaire Imm munoglo obuline p plasmatiiques Immunisation Rappel LB et LT mémoires IgG = réponse secondaire LB ett LT naïfs ïf IgM = réponse primaire 0 14 28 Temps (jours) 42 81 I. Conséquences de la réponse aiguë de stress b b. sur l’immunité l immunité acquise : vaccination chez le porc Conséquence d d’un un regroupement au moment de la vaccination chez le porc: d’Aujeszky d Aujeszky 3j Regroupement Vaccinatin contre la maladie d d’Aujeszky Aujeszky (De Groot et al, 2001) 5.105 PBMC/puits + virus i d de lla maladie Isolement des lymphocytes sanguins Prolifération ((incorporation p de thymidine) 82 I. Conséquences de la réponse aiguë de stress b b. sur l’immunité l immunité acquise : vaccination chez le porc 120 100 porcs regroupés porcs témoins vaccination p proliférat tion (ccp pm x 100 00) 140 80 60 40 20 0 -8 6 (De Groot et al, 2001) 13 20 27 34 41 Jours après la vaccination 45 48 52 59 83 I. Conséquences de la réponse aiguë de stress b b. sur l’immunité l immunité acquise : vaccination chez le porc 100 Infection 120 porcs regroupés porcs témoins vaccination p proliférat tion (ccp pm x 100 00) 140 80 60 40 20 0 -8 6 (De Groot et al, 2001) 13 20 27 34 41 Jours après la vaccination 45 48 52 59 84 I. Conséquences de la réponse aiguë de stress b b. sur l’immunité l immunité acquise : vaccination chez le porc Température corp porelle (°C C) 41 40 39 porcs regroupés porcs témoins p 38 -1 1 2 3 4 Jours après l’infection (De Groot et al, 2001) 5 6 7 85 I. Conséquences de la réponse aiguë de stress b b. sur l’immunité l immunité acquise : vaccination chez le porc ⇒ La réponse de stress engendrée par le regroupement trois jours après la vaccination a inhibé le développement de la réponse au vaccin de la maladie d’Aujeszky. ⇒ Lors L d de l’i l’infection f ti par le l virus, i les l porcs quii avaient i t été stressés t é ontt développé une réponse secondaire plus faible et ont présenté des signes de morbidité accrus. ⇒ La réponse de stress aigu eu inhiber la réponse immunitaire primaire. ⇒ En particulier, vacciner des animaux pendant une période de stress diminue l’efficacité d’une vaccination. 86 I. Conséquences de la réponse aiguë de stress c Sur l’immunité c. l immunité acquise: RHR chez le rat R Rappels l d’i d’immunologie: l i la l réponse é d’h d’hypersensibilité ibili é retardée dé (RHR) + 7 jours + 1 à 3 jours Accroissement de l’épaisseur de l’oreille • afflux de cellules • réponse inflammatoire • réponse Ag spécifique • médiation édi ti par lles T8 Immunisation Rappel sous-cutané sur l’oreille 87 I. Conséquences de la réponse aiguë de stress cc. Sur l’immunité l immunité acquise: RHR chez le rat Conséquence d d’un un stress de contention sur la réponse d’hypersensibilité retardée chez le rat: + 7 jours + 1 jour Témoin Mesure l’épaisseur de la patte Contention (2h) Immunisation (DNFB) (Dhabbar et McEwen, 1998) Rappel sous-cutané (DNFB) 88 I. Conséquences de la réponse aiguë de stress c Sur l’immunité c. l immunité acquise: RHR chez le rat Conséquence d d’un un stress de contention sur la réponse d’hypersensibilité retardée chez le rat: Stress Control 89 (Dhabbar et McEwen, 1999) I. Conséquences de la réponse aiguë de stress c Sur l’immunité c. l immunité acquise: RHR chez le rat Conséquence d d’un un stress de contention sur la réponse d’hypersensibilité retardée chez le rat: Stress Control 90 (Dhabbar et McEwen, 1999) I. Conséquences de la réponse aiguë de stress Nb bre de lym mphocytes sanguin ns Rappel (DNFB) recrutement redistribution Stress 0-10 min 1-2h ADR, NAÒ ADR, CORT Ò Récupération 1 - 4 h après le stress ADR, NA, CORTÔ 91 (Dhabbar et McEwen, 1999) I. Conséquences de la réponse aiguë de stress cc. Sur l’immunité l immunité acquise: RHR chez le rat Mise en évidence du rôle des hormones surrénaliennes: INTACT + 7 jours SHAM + 1 jour Control Mesure l’épaisseur de la patte ADX Contention (2h) Immunisation (DNFB) (Dhabbar et McEwen, 1999) Rappel sous-cutané (DNFB) 92 I. Conséquences de la réponse aiguë de stress c Sur l’immunité c. l immunité acquise: RHR chez le rat Mise en évidence du rôle des hormones surrénaliennes: 93 (Dhabbar et McEwen, 1998) I. Conséquences de la réponse aiguë de stress c Sur l’immunité c. l immunité acquise: RHR chez le rat Mise en évidence du rôle des hormones surrénaliennes: + 7 jours Control +1h + 1 jour ADX Mesure l’épaisseur de la patte Immunisation (DNFB) Cort. / adr. i.p. Rappel sous-cutané (DNFB) (Dhabbar et McEwen, 1999) 1998) 94 I. Conséquences de la réponse aiguë de stress c Sur l’immunité c. l immunité acquise: RHR chez le rat Mise en évidence du rôle des hormones surrénaliennes: 95 (Dhabbar et McEwen, 1998) I. Conséquences de la réponse aiguë de stress Conclusion: => stimulation des défenses immunitaires au niveau des muqueuses par redistribution des leucocytes => = état « d’alerte » au niveau des muqueuses, q p par où les p pathogènes g sont le plus susceptibles d’entrer => l’accroissement de la réponse au niveau des muqueuses se fait au détriment de l’immunité l immunité systémique (sang, rate) « casernes » « boulevards » peau rate Pool marginal poumons pou o s thymus « sites de bataille » Sang/ gg lymphatiques Tractus urino -génital ganglions g g T.D. Autres 96 organes conséquences de la réponse de stress sur le système immunitaire mmun ta re I. Conséquences de la réponse de stress aigu a. Sur le redistribution leucocytaire b sur l’immunité b. l immunité innée (castration et inflammation) c. sur l’immunité acquise: vaccination chez le porc d. sur l’immunité acquise: RHR chez le rat II. Conséquences d’un stress chronique a. sur l’immunité innée (inflammation) b sur la b. l réponse é à un pathogène th è 97 II. conséquences d’une situation de stress chronique a Sur la réponse inflammatoire a. Conséquence de défaites sociales répétées sur la capacité à produire une réponse inflammatoire: - 1 session: introduction d’un mâle agressif dans la cage 2 h par jour pendant 6 jours 98 II. conséquences d’une situation de stress chronique a. a Sur la réponse inflammatoire Conséquences de la défaite sociale répétée sur la réponse à une injection intra-péritonéale de LPS: Sacrifice 3h après LPS et mesure de l’expression d’IL-1 1j Courbe de survie 6 sessions de défaite sociale (1 semaine) Injection de LPS Par voie i.p. 99 II. conséquences d’une situation de stress chronique a Sur la réponse inflammatoire a. Controls IL-1 1β (% of ccontrol mR RNA) 250 Defeat * * 200 150 * 100 Niveaux d’expression de l’ARNm de l’IL-1β dans le foie, les poumons et la rate 3 heures après ll’injection injection i.p. de LPS. 50 Stressor: 6 sessions de 0 Liver Lung g Spleen p défaite sociale (Quan et al., J.Neuroimmunol.2001) La défaite social chronique accroît la réponse à un stimulus inflammatoire in vivo. 100 II. conséquences d’une situation de stress chronique a Sur la réponse inflammatoire a. C t l Control SDR Percen nt Survival 100 Pourcentage de souris survivant à l’injection de LPS. 80 * 60 40 * 20 0 Stressor: 6 sessions de défaite sociale 6 12 24 48 Time after LPS injection (Quan et al., J.Neuroimmunol.2001) La défaite social chronique accroît la susceptibilité au choc endotoxique. 101 Stressor: 0 à 6 sessions de défaite sociale Moe elle osseu use Rate e San ng Répartition des leucocytes y dans la moelle osseuse, le sang et la rate. (Engler et al., J.Neuroimmunol.2004) 102 II. conséquences d’une situation de stress chronique a Sur la réponse inflammatoire a. Conséquence de défaites sociales répétées sur la capacité à produire une réponse inflammatoire: Splénocytes + lipopolysaccharide (LPS) Prélèvement Incubation Rate du surnageant (3j) Dosage de l’IL-6 par ELISA 103 II. conséquences d’une situation de stress chronique a Sur la réponse inflammatoire a. Controls IL-6 (pg/ml) 2000 Defeat ** 1500 1000 Concentrations d’interleukin-6 dans les surnageants t de d culture lt d de splénocytes stimulés au LPS. Stressor: 6 sessions de défaite sociale 500 0 Control Defeat (Merlot et al., Physiol. Behav. 2003) La défaite social chronique accroît la capacité des leucocytes de la rate à 104 produire une cytokine pro-inflammatoire, l’interleukine-6. II. conséquences d’une situation de stress chronique a Sur la réponse inflammatoire a. IL-6 (% prod. ma ax.) 60 50 Controls ** Social defeat ** 40 30 20 10 Production d’interleukin-6 par splénocytes p p y stimulés au LPS et mis en présence de doses croissantes de glucocorticoïdes. Stressor: 6 sessions de défaite sociale 0 0.05 0.1 1 corticosterone (µM) (Merlot et al., Physiol. Behav. 2003) La défaite social chronique diminue la sensibilité des leucocytes de la 105 rate aux glucocorticoïdes. II. conséquences d’une situation de stress chronique a. a Sur la réponse inflammatoire Mécanisme cellulaire de la résistance aux glucocorticoïdes: Sacrifice S ifi 3h après è LPS et mesure de l’expression du GR par western t bl blott 1j 6 sessions de défaite sociale (1 semaine) Injection de LPS Par voie i.p. 106 II. conséquences d’une situation de stress chronique a Sur la réponse inflammatoire a. GC LPS TLR-4 phosphorylation IKK Récepteur des glucocorticoïdes GR cytoplasme GR libération de NFκB IκB noyau NF B NFκB GR gènes GR Cytokines inflammatoires, molécules d’adhésion, d adhésion, facteurs de prolifération… 107 II. conséquences d’une situation de stress chronique a Sur la réponse inflammatoire a. Western blotting g of GR from the in vivo test. GR A: detection of 97 kDa GR in Hela cell extract. The M lane was molecular weight standards. GR B: banding patterns of cytoplasmic and nuclear GR generated from splenocyte extracts of four groups of animals. HC-S: saline-injected li i j d control,l HC HC-L, L LPS LPS-injected i j d control, SDR-S: saline-injected SDR animals, SDR-L, LPS-injected SDR animals. (Quan et al., J.Neuroimmunol.2003) La défaite social chronique diminue l’expression de la protéine GR dans les leucocytes de la rate et empêche la migration du GR vers le noyau.108 II. conséquences d’une situation de stress chronique a Sur la réponse inflammatoire a. GC LPS TLR-4 phosphorylation IKK Récepteur des glucocorticoïdes GR cytoplasme GR libération de NFκB IκB noyau NF B NFκB GR gènes GR Cytokines inflammatoires, molécules d’adhésion, d adhésion, facteurs de prolifération… 109 II. conséquences d’une situation de stress chronique a Sur la réponse inflammatoire a. Mécanisme cellulaire de la résistance aux glucocorticoïdes: Cellules + LPS /milieu Lymphos B + cort. /milieu Incubation Rate macrophages Collecte des cellules et m mesure de l’expression du GR par western blot (3h) (isolement des macrophages et des lymphocytes B par tri sur colonne avec des billes magnétiques) 110 II. conséquences d’une situation de stress chronique a Sur la réponse inflammatoire a. Western blotting g of GR from the in vitro test. A: GR banding pattern in B cells. B: GR banding pattern in macrophages. Results from control and SDR cells are separated by the vertical bars. Four diff different culture l conditions di i were studied. di d MC: culture medium, LPS: 1 μg/ml of LPS added, MC+Cort: 5 mM of corticosterone added, and LPS+Cort. LPS Cort. (Quan et al., J.Neuroimmunol.2003) La défaite social chronique empêche la migration du GR vers le noyau dans les macrophages seulement. 111 II. conséquences d’une situation de stress chronique a Sur la réponse inflammatoire a. ⇒ Chez la souris, l’accroissement l accroissement de la réponse inflammatoire au LPS après une semaine de stress social répété est dû: ⇒ à une augmentation du nbre de cellules dans la rate ⇒ à une capacité accrue à produire des cytokines inflammatoire / cellule ⇒ à une résistance au rétrocontrôle des glucocorticoïdes chez les macrophages ⇒ la résistance des macrophages est due à une incapacité de l leurs récepteurs é aux glucocorticoïdes l i ïd à migrer i vers lle noyau ⇒ Le stress chronique peut accentuer la réponse inflammatoire systémique. ⇒p problème p potentiel dans les élevages g où les cause d’inflammation sont nombreuses (blessures dues aux combats, au cannibalisme, à l’ergonomie 112 des bâtiments, infections locales…) II. conséquences d’une situation de stress chronique b Sur la réponse à un pathogène b. Effets d d’un un stress chronique de contention sur la résistance aux mycobactéries: J0 à J10 J0 J12 Témoin Sacrifice Rate Poumons 5x104 CFU M. avium (Brown et al, 1993) Contention 18h / jour x1 x5 x10 décompte des bactéries 113 II. conséquences d’une situation de stress chronique b Sur la réponse à un pathogène b. La prolifération L lifé ti d de M. M avium est supérieure chez les individus ayant subi 10 jours de stress de contention. Rate Poumons (Brown et al, 1993) 114 II. conséquences d’une situation de stress chronique b Sur la réponse à un pathogène b. Effets d d’un un stress chronique de contention sur la résistance aux mycobactéries: J62 à 73 J0 Dormance de l’infection J12 Témoin Sacrifice Rate Poumons 5x104 CFU M. tuberculosis Contention 18h / jour x1 x5 x10v décompte des bactéries 115 II. conséquences d’une situation de stress chronique b Sur la réponse à un pathogène b. Rate Dix jjours d Di de contention t ti réactivent la croissance de M. tuberculosis contention Poumons contention 0 62 67 73 81 (jours après l’infection) 88 116 II. conséquences d’une situation de stress chronique b Sur la réponse à un pathogène b. • Une U situation it ti d de stress t chronique h i peutt accroître ît lla susceptibilité tibilité aux infections microbiennes ª en inhibant la réponse immunitaire lorsque la période de stress coïncide avec la période de primo-infection ª en permettant la réactivation d’infections dormantes • La susceptibilité aux infections est accrue par des dysfonctionnements au niveau de: ª la réponse inflammatoire (inhibée ou excessive) ªLa capacité des macrophages à phagocyter et éliminer les pathogènes (inhibée) ª la capacité des macrophages et des cellules dendritiques à présenter l’antigène l antigène aux lymphocytes (inhibée) ª la réponse spécifique des lymphocytes (inhibée) 117 Conséquences d’une situation de stress: ce qu’il qu il faut retenir • Une U situation it ti d de stress t aigu i • redistribue de façon transitoire les leucocytes dans l’organisme • Ê ou Ì la réponse inflammatoire selon le tissu et le type de stress • Ì le développement d’une réponse immunitaire primaire • Ê l’immunité des muqueuses • certains de ces effets peuvent perdurer pendant plusieurs jours • Une situation de stress chronique • redistribue les leucocytes de façon permanente • Ê ou Ì la réponse inflammatoire systémique selon le tissu • Ì l’activité antimicrobienne des macrophages • Ì résistance aux infections virales et microbiennes 118 Implications p p pour les animaux d’élevage g Agressions environnementales Bien-être état physique (santé) et psychique SNC Cytokines Système immunitaire Inflammation Efficacité des vaccinations Morbidité protéolyse croissance Résistance aux pathogènes Mortalité Qualité des produits Production 119