Pathologie inflammatoire I Inflammation aiguë Fred T Bosman et Ivan Stamenkovic Institut Universitaire de Pathologie - Lausanne

Ressources Robbins Pathologic Basis of Disease – Cotran, Kumar, Collins Sixth Edition 1999, pp 50-88. Optionnelles: -Springer TA. Traffic signals for lymphocyte recirculation and Leukocyte emigration: the multistep paradigm. Cell:76, 301-314, 1994. -Lasky LA. Selectins: interpreters of cell-specific carbohydrate Information during inflammation. Science:258, 964-969, 1993.

Manifestations d ’une inflammation aigue

Manifestations d ’une inflammation aigue selon Celsus (200 AD) rougeur (rubor) chaleur (calor) douleur (dolor) tuméfaction (tumor) perte de fonction (functio laesa, ajouté par Rudolph Virchow)

Infarctus du myocarde: l ’inflammation qui suit la nécrose

La nécrose génère une réaction inflammatoire Rubin & Farber, Pathology, 1994

Réaction inflammatoire Réponse locale physiologique d ’une tissu à une agression Lésions cellulaires inflammation réparation effets bénéfiques: destruction de l ’agresseur (bactéries), limitation des dégats effets néfastes: destruction de la tissu (nécrose, abcès, fistule), cicatrices

Inflammation destructrice: auto-immunité

Durée jours semaines mois aigüe subaigüe chronique

Inflammations:causes infections (bactéries, virus etc.) réactions d ’hypersensibilité (parasites, tuberculose) agents physiques (traumatismes, irradiation, chaleur, froideur) produits chimiques toxiques ou corrosives ischémie: nécrose (infarctus)

Inflammation aigue: Réaction vasculaire Réaction cellulaires Médiateurs Illustration

Les principaux acteurs Cotran et al., Pathologic Basis of Disease, 1999

Réaction vasculaire constriction artériolaire brève dilatation des capillaires: relaxation des sphinctères précapillaires dilatation artériolaire endommagement de l ’endothélium: perte d ’étanchéité et fuite des liquides (œdème)

La réaction inflammatoire: événement microcirculatoire avec un rôle important pour les cellules inflammatoires Cotran et al., Pathologic basis of disease, 1999

Démarrage de la réaction d ’inflammation aigu trois processus changement du calibre des vaisseaux et du flux sanguin augmentation de la perméabilité vasculaire et accumulation des liquides dans la tissu émigration des cellules et formation d ’un exsudat cellulaire

Mécanismes résponsables de l’augmentation de la perméabilité vasculaire dans l’inflammation Espaces: contraction endothéliale venules; médiateurs vasoactifs: histamine leukotriènes etc. Espaces: réorganisation du cytosquelette: venules cytokines: IL-1, TNF hypoxie Lésions directes: arterioles, venules, capillaires: toxines, produits chimiques brûlures Lésions induites par les leukocytes: venules capillaires pulmonaires

Equilibre hydrostatique

Le déséquilibre: l’oedème

L ’exsudat

Oedème inflammatoire non-inflammatoire exsudat transudat liquide proteïnes (fibrine) cellulus (leucocytes) non-inflammatoire transudat

Exsudat:micoscopie Vasodilatation Augmentation de la perméabilité vasculaire Exsudat: fluides, protéines, cellules 4. Stase circulatoire

Exsudat fibrineux:microscopie

Composante cellulaire principalement neutrophiles margination roulement adhésion leucocytes-cellules endothéliales migration (diapédèse)

Bronchopneumonie aigüe

Emigration des leucocytes Stevens & Lowe, Pathology, 1994

Margination leukocytaire

Diapédèse Fishback, J 2000

Processus de recrutement des leukocytes aux sites des lésions tissulaires neutrophile endothélium m. basale Slex LFA-1 en conformation de basse affinité Etat de repos

Processus de recrutement des leukocytes aux sites des lésions tissulaires Endothélium activé m. basale Interleukin-1; TNF-alpha Macrophages Macrophages Lésion, p.ex. infection bactérienne, nécrose et debris cellulaires

Processus de recrutement des leukocytes aux sites des lésions tissulaires Endothélium activé m. basale Interleukin-1; TNF-alpha Macrophages Macrophages Lésion, p.ex. infection bactérienne

Processus de recrutement des leukocytes aux sites des lésions tissulaires ICAM-1 IL-8 IL-8 m. basale Interleukin-1; TNF-alpha Macrophages Macrophages Lésion, p.ex. infection bactérienne

Processus de recrutement des leukocytes aux sites des lésions tissulaires: immobilisation ICAM-1 LFA-1 en conformation à haute affinité IL-8 IL-8 m. basale Interleukin-1; TNF-alpha Macrophages Macrophages Lésion, p.ex. infection bactérienne

Processus de recrutement des leukocytes aux sites des lésions tissulaires: retraction endothéliale et début de diapédèse ICAM-1 LFA-1 en conformation à haute affinité IL-8 IL-8 m. basale Facteurs chimiotactiques Macrophages et cellules stromales activées

Migration transendotheliale des neutrophiles: Interactions entre cellules endotheliales Espace intercellulaire pecam (CD31) Intégrine avb3 Cytoplasme cellule endothéliale cadhérine caténines

Migration transendotheliale des neutrophiles Espace intercellulaire PECAM (CD31) LFA-1 ICAM-1 Intégrine avb3 cadhérine caténines MAC-1 MMP

Migration transendotheliale des neutrophiles Espace intercellulaire PECAM-1 (CD31) Intégrine avb3 Cytoplasme cellule endothéliale cadhérine caténines avb3 PECAM-1 LFA-1 MAC-1 Matrice extracellulaire

Trois évènements qui déterminent la localisation des leukocytes dans le système vasculaire G prot Ligand de type mucine Intégrine selectine f.chimiotactiques Famille Ig

Molécules d’adhésion qui controllent les interactions entre les leukocytes et l’endothelium Familles de récepteurs d’adhésion Sélectines Intégrines Type immunoglobuline Protéoglycanes et lectines variées

Les selectines et leur ligands Endothélium Leukocytes L-selectine/CD62L/Mel-14 HEV Endothelium Activé Granules de Weibel-Palade endothéliales Granules a des laquettes activé Glycam CD34 MadCAM Hydrates de carbone sialylés Fucosylés et sulfatés Similaires au sialyl Lewis x Sous-pop. lympho. monocyte neutrophile eosinophile sous pop. lympho sous pop lympho basophile NK P-selectine/CD62P/GMP-140 PSGL-1 NeuAca2-3Galb1-3/4GlcNAc Sialyl Lewix x Fuca ESL-1 E-selectine/CD62E/ELAM-1 NeuAca2-3Galb1-3/4GlcNAc Sialyl Lewix x Fuca Domaine lectine Domaine EGF-like Concensus repeat

Les intégrines impliquées dans les interactions leukocytes-endothelium et leur ligands a b Unités Noms Distribution Ligands Intégrines leukocytaires aLb2 LFA-1, CD11a/CD18 lymphocytes T et B, monocytes ICAM-1, ICAM-2. -3 neutrophiles aMb2 Mac-1, CR3, CD11b/CD18 monocytes, neutrophiles ICAM-1, iC3b, fibrino gène, facteur X aXb2 p150,95, CD11c/CD18 monocytes, neutrophiles iC3b, fibrinogène Intégrines a4 a4b1 VLA-4, CD49d/CD29 lymphocytes, monocytes VCAM-1, fibronectine A4b7 LPAM-1, CD49d/ sous-populations lymphocytes MadCAM-1, VCAM-1 fibronectine

Les molécules de la famille des Ig impliquées dans les interactions leukocytes-endothélium Mac-1 LFA-1 VLA-4 LPAM-1 aMb2 aLb2 a4b1 a4b7 ICAM-1 CD54 ICAM-2 CD102 VCAM-1 CD106 MAdCAM

La réponse et les fonctions des neutrophiles

Les neutrophiles: morphologie fonctionelle et les fonctions

Cotran et al. Pathologic basis of disease, 1999

Activation des polynucléaires les fragments Fc des immunoglobulines C5a, C3b leukotriène B4 TNFa peptides chimiotaxiques dérivés des bactéries

Conséquences de l’activation des neutrophiles Production des métabolites de l’acide arachidonique suite à l’activation de la phospholipase A Degranulation et secretion des enzymes lysosomiales et activation de la production des radicaux libres d’oxygène (oxidative burst) Modulation de l’expression et la fonction des molécules d’adhésion

Chimiotaxie médiateurs exogènes médiateurs endogènes peptides chimiotaxiques dérivées des bactéries lipides des membranes endommagés (LPS) médiateurs endogènes complément (C5a) chémokines (IL-8) dérivés de l’acide arachidonique (LTB4)

Mécanisme de la phagocytose Trois étapes: -reconnaissance et attachement de la particule à ingérer »engulfment » -destruction du materiel ingéré La fonction du lysosome Cotran et al. Pathologic basis of disease, 1999

Activité bactéricide des leucocytes espèces des radicaux libres d’oxygène hydrolases lysosomales protéines bactéricides défensines lactoferrine lysozyme protéines bactéricides des eosinophiles

Endommagement du tissu par la réaction d’inflammation radicaux libres passent par les membranes cellulaires intactes initient la peroxydation des lipides réagissent avec l’ADN oxydent les groupes sulfhydriques des protéines dégradent les composants de la matrice extracellulaire libération extracellulaire des protéases lysosomales

Troubles de la fonction leukocytaire Genetiques Acquis

Déficiences de la réponse inflammatoire anomalies de la fonction des neutrophiles quantitatives (déficiences de la moelle osseuse ) qualitatives (syndrome de Chédiak-Higashi) anomalies de la phagocytose (déficience d’opsonisation, déficience de complément) anomalies de destruction des bactéries granulomatose chronique déficience de myéloperoxydase leucémie granulocytaire

Troubles de la chimiotaxie et de la migration déficiences intrinsèques des cellules syndrome de Chediak-Higashi déficiences de l ’adhésion: LAD1 (b2 intégrines) LAD2 (fucosyltransferase) inhibition de la migration déficiences de la chimiotaxie

Troubles de la phagocytose déficiences de l ’opsonisation déficiences de l ’engulfment déficiences de la fusion des lysosomes déficiences de la destruction des bactéries granulomatose chronique (cytochrome b-245-oxidase, NADPH oxydase)

Agranulocytose médicamenteuse (chloramphénicol) infiltration de la moelle osseuse (par des cellules tumorales) myelofibrose

Résumé de la réponse inflammatoire aigue Phénomènes vasculaires -Augmentation du flux sanguin vers la région lésée -Augmentation de la perméabilité vasculaire -Œdème et exsudat Phénomènes cellulaires -Adhésion à la paroi vasculaire de neutrophiles (en premier lieu) -Transmigration de l’endothélium -Migration vers la lésion sous la direction de chimiokines -Phagocytose -Destruction de l’agent responsable de la lésion (microorganisme), lésions tissulaires, apoptose des neutrophiles

Médiateurs amines vasoactives (histamine) protéases plasmiques complément système de coagulation (facteur Hageman, plasmine) système kinine (bradykinine) métabolites de l ’acide arachidonique (prostaglandines, leukotriènes) PAF (activateur des plaquettes) cytokines (monokines, lymphokines, CSF, IL)

Roitt et al., Immunology 1990

Médiateurs de l’inflammation les amines vasoactives le système de complément le système de kinine le système de coagulation sanguine le système de la fibrinolyse les metabolites de l’acide arachidonique le facteur activateur des plaquettes (PAF) les cytokines les chémokines l’oxyde nitrique

Cotran et al., Pathologic basis of disease, 1997

Les sources cellulaires de médiateurs de l’inflammation Cotran et al., Pathologic Basis of Disease, 1999

Les cytokines Cytokines qui reglent la fonction lymphocytaire: IL-2, IL4, IL-10, TGF-beta Cytokines impliquées dans l’immunité naturelle: TNF-a, IL-1, IL-6, interferons de type 1 (INF-a, IFN-b) Cytokines qui activent les cellules inflamatoires: IFN-g, TNF-a, TNF-b, IL-5, IL-10, IL-12 Cytokines qui stimulent l’hématopoièse: IL-3, IL-7 c-kit ligand, GM-CSF, G-CSF, stem cell factor.

IL1/TNF Reactions de la phase aigue: Effets sur l’endothélium Fièvre Sommeil Diminution de l’appétit Augmentation des protéines de la phase aigue Effets hémodynamiques (choc) neutrophilie Effets sur l’endothélium Augmentation de l’adhésion des leukocytes Augmentation de la synthèse des PG Activité procoagulante Diminution de l’anticoagulation Augmentation de IL-1, IL-8, IL-6, PDGF IL1/TNF Effet sur les fibroblastes Augmentation de la proliferation Augmentation de la synthèse du collagène Augmntation de l’activité des collagénases Augmentation des protéases Augmentastion de la synthèse de la PGE Effet sur les leukocytes Augmentation de la synthèse des cytokines Priming

Les chémokines Famille de protéines de 8-10 kD qui activent et attirent différents types de leukocytes et dont la séquence en acides aminés est homologue. Il y a actuellement 4 classes de chémokines: C-X-C ou chémokines alpha, dont les récepteurs se trouvent principalement à la surface des neutrophiles (p. ex. IL-8); secrétées par les macrohages activés et cellules endothéliales; expression induite par IL-1 et TNF-alpha. -C-C ou chémokines béta, (MCP-1, MIP-1-alpha, RANTES eotaxine). Ces chémokines attirent les monocytes, eosinophiles, basophiles et lymhocytes mais pas les neutrophiles. -C ou chémokines gamma (lymphotactine) relativement spécifiques pour les lymphocytes. -CX3C (fractalkine) – glycoproteine de membrane. Existe sous deux formes: la forme membranaire exprimée à la surface des cellules endothéliales qui joue un rôle dans l’adhésion des monocytes et lymphocytes T, et la forme soluble qui éxerce une fonction chimiotactique sur ces mêmes cellules.

Cellules inflammatoires et leur chémokines Cellule cible Chémokines importantes Neutrophiles IL-8, Gro alpha, béta, gamma Monocytes MIP-1alpha, béta, MCP-1, 2, 3 Eosinophiles eotaxine Lymphocytes lymphotaxine, RANTES Basophiles IL-8, MIP-1alpha, MCP-1, 2, 3, RANTES

Amines vasoactives origine cellulaire (mastocytes et plaquettes) histamine (mastocytes) serotonine (plaquettes), libéré après stimulation par PAF

Cotran et al., Pathologic Basis of Disease, 1999

Effets du complément dans l’inflammation Roitt et al., Immunology, 1990

La régulation de la fonction du complément Les récepteurs du complément: -CR1 (CD35) Ligands: C3b, iC3b, C4b -CR2 (CD21) Ligands: iC3b, C3dg, EBV -CR3 (Mac-1) Ligands: iC3b, certaines bacteries -CR4 (p150,95) Ligands; iC3b Les molécules qui dégradent le complément: -Decay accelerating factor (DAF, CD55) : dégrade C3b -C1 inhibitor : bloque l’activation de C1 par les complexes immuns -Membrane inhibitor of reactive lysis (CD59): inhibe MAC

Fonctions du fragment C5a du complément Roitt et al., Immunology 1990

La cascade de complément voie classique, voie alterne C3 contrôle les deux C3a et C5a sont les ‘anaphylotoxines’: libèrent l’histamine et C5a a une activite chimiotaxique importante C5a active la voie des lipooxygénases et augmente l’adhésion leukocytaire C3b et C3bi fonctionnent comme des opsonines C5-9 forme le ‘membrane attack complex’, l’élément actif dans la lyse des cellules

Cotran et al., Pathologic basis of disease, 1997

Le système kinine peptides vasoactives (kininogènes) libérés par l’activité des protéases (kallikréïnes) bradykinine est la plus importante, impliquée dans la dilatation vasculaire la douleur kallikréïne active également le facteur Hageman

Coagulation et fibrinolyse les deux sont activés par le facteur Hageman (XII) activé sont normalement en équilibre molécules importantes: fibrinogène fibrine trombine plasminogène plasmine

Cotran et al., Pathologic Basis of Disease, 1999

Métabolites de l’acide arachidonique proviennent des phospholipides membranaires par l’activité des phospholipases inhibé par les corticostéroides voie 5-lipoxygénase leukotriènes voie cyclo-oxygénase thromboxane A2 et les prostaglandines inhibé par les inhibiteurs COX1 (aspirine, indométhacine) et COX2

PAF effets majeures: vasodilatation perméabilité vasculaire augmentée

Cotran et al., Pathologic Basis of Disease, 1999

Les plaquettes Rubin & Farber, Pathology, 1994

Oxide nitrique (NO) généré par NO synthase (NOS) constitutive dans les cellules endothéliales et neurones (cNOS) inductible dans les macrophages par TNFa ou IFNg (iNOS) vasodilatateur important impliqué dans la pathogénie d’un choc

Cotran et al., Pathologic Basis of Disease, 1999

Activation des macrophages LPS (bactéries Gram-négatives) PAF cytokines dérivés des cellules T, notamment IFNg fibronectine de la matrice extracellulaire

Roitt et al., Immunology 1990

Médiateurs: faits essentiels

Variantes d’une inflammation aiguë classique sans neutrophiles (infections virales) allergique (eosinophiles) séreuse (brûlures) catarrale (surfaces mucosales) fibrineuse nécrosante (bactéries virulentes) membraneuse (diphtérie, clostridium difficile) suppurative (bactéries pyogéniques) phlegmoneuse

Pleurite fibrineuse

Bronchopneumonie

Pneumonie à cytomégalvirus

Péricardite fibrineuse

Inflammation séreuse: brûlures

Enterite pseudomembraneuse

Inflammation catarrhale: trachéobronchite

Bronchopneumonie phlegmoneuse

Abcès pulmonaire

Complications aigues oedème larynx cerveau libération dans la circulation sanguine des médiateurs choc septique extension locale phlegmon pneumonie lobaire extension régionale lymphangite lymphadénite nécrose des tissus gangrène abcès

L ’œdème cérébral mène a un engagement du cerveau: l ’espace est limité

l ’épiglotte la luette Œdème du larynx: risque d ’étoffer

Gangrène humide

Gangrène du pied sur ischémie chez un patient diabétique

Séquelles d’une inflammation aiguë abcès sinus fistule empyème phlegmon inflammation chronique

Ce qui suit une inflammation aigue résolution: l ’étiologie est éliminée, pas de nécrose abcès: étiologie persistante, nécrose du tissu cicatrisation: l ’étiologie est éliminée, nécrose du tissu chronicité: persistance de l ’étiologie

Facteurs qui modifient la réaction inflammatoire facteurs liés à l ’étiologie la nature de l ’étiologie quantité virulence durée de l ’exposition facteurs liés à l ’hôte agranulocytose troubles de la chimiotaxie et de la migration troubles de la phagocytose

Manifestations systémiques fièvre pyrogènes endogènes: IL-1 (induit IL-6) TNFa leukocytose neutrophiles, éosinophiles, lymphocytes leukopénie (rare) protéines de phase aigue (C-reactive protein, SAA, complément) augmentation de la VSE

Manifestations systémiques choc (septique) bactériémie (plutôt les Gram -) libération des endotoxines (LPS) dans la circulation; ceci stimule la libération systémique de TNFa, IL-1, IL-6 NO induit une vasodilatation généralisée défaillence multiorgane

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