Réaction inflammatoire : aspects biologiques DCEM3 – Module Immunopathologie 2014-2015 erwan.dumontet@chu-rennes.fr

Réaction inflammatoire : aspects biologiques Rappels de physiopathologie L’exploration biologique de l’inflammation La démarche diagnostique

Réaction inflammatoire : aspects biologiques Rappels de physiopathologie L’exploration biologique de l’inflammation La démarche diagnostique

Pourquoi parler de la réaction inflammatoire ? Prévalence : 25-30% des patients hospitalisés Réaction locale : Chaleur, Œdème, Rougeur, Douleur Réaction généralisée : risque de défaillance multiviscérale = Choc  URGENCE VITALE Processus non spécifique de défense  Point d’appel ou marqueur évolutif d’autres pathologies (infections, cancers, maladies de système…)

TCD4 TCD8 gdT CTL NKT PNN Complément DCm Maturation Migration NK B Non-soi (pathogène, tumeur) DCi Maturation Capture de l’Ag Signaux de danger Ag soluble Corps apoptotiques DCm Activation réciproque NK Présentation de peptides dans le CMH de classe II IFN-g TNF NKT LYMPHE GANGLION DRAINANT TCD8 CTL Présentation de peptides dans le CMH de classe I Macrophages gdT Importance de l’immunité innée PNN Complément IL-4 IL-10 B Th2 TFH IL-21 PNE Mastocytes IL-5 IL-9 IL-12 Th1

Inflammation Réponse rapide - Elimination des pathogènes Macrophages Agression PN Complément Réponse rapide - Elimination des pathogènes - Activation de la RI adaptative - Activation des systèmes de réparation

Définition de la réaction inflammatoire Origine exogène (infection, traumatisme…) Origine endogène (réaction d’hypersensibilité, MAI…) DANGER Adaptée Défense/Réparation/ Favorise l’induction immunité adaptative Locale Aigue ou chronique (ex : une plaie infectée) REPONSE Générale Suraigüe (ex : le choc septique) Inadaptée Maladies inflammatoires Signes locaux Chaleur, Œdème, Rougeur, Douleur Signes généraux Fièvre, Amaigrissement, Asthénie

Définition de la réaction inflammatoire Processus physiologique de défense non spécifique déclenché lors de toute agression entraînant une altération tissulaire Eléments physiques : chaleur, froid, radiations Eléments solides exogènes (dards, épines) ou endogènes (microcristaux) Produits chimiques : acides, bases Agents biologiques : bactéries, virus, parasites (sécrétions d’enzymes ou de toxines lésant les tissus) Eléments immunologiques : Auto-Ac, CIC, etc…

Description de la réaction inflammatoire

Description de la réaction inflammatoire 4 signes cliniques cardinaux de l’inflammation : Chaleur Œdème Rougeur (érythème) Douleur 3 grandes phases : Phase d’initiation vasculaire immédiate (qq min) Phase cellulaire d’amplification due à une mobilisation (qq heures) Phase de résolution cicatrisation (qq jours)

Phase I : Initiation vasculaire Libération PAMP/DAMP Activation des plaquettes, des mastocytes, des cellules endothéliales qui libèrent des médiateurs Facteurs vasoactifs (= sérotonine, VEGF, etc…) Dilatation + Perméabilisation  Œdème, Rougeur, Chaleur Libération de bradykinine (stimulation voies nociceptives) Douleur Activation du complément Anaphylatoxines vasoactives et chimiotactiques Augmentation de la perméabilité vasculaire + expression des molécules d’adhésion et chimiokines Recrutement des PNN (qq heures) puis des monocytes

Phase II : Amplification cellulaire 1. Afflux des leucocytes 1er : PNN 2ème : Macrophages inflammatoires (M1) 2. Activation locale et libération de médiateurs 3. Phagocytose

anaphylatoxines issues du complément, IL-8, CCL2) Phase II : Amplification cellulaire 1. Afflux des leucocytes DIAPEDESE ROULEMENT ADHERENCE Polynucléaires L-sélectine LFA-1 (CD11b/CD18) CD31 Endothélium P-/E-sélectines ICAM-1 (CD54) CD31 Foyer inflammatoire IL-1, TNF, LPS… Gradient de Chimioattractants (N-formyl peptides, anaphylatoxines issues du complément, IL-8, CCL2) N-formylmethionine = forme modifiée de la méthionine utilisée par les bactéries Attention N-formylpeptides libérés aussi par cellules nécrotiques expliquant le recrutement de PN dans des sites d’inflammation stérile (élimination des débris par les PN) Les facteurs inflammatoires activent l’endothélium qui exprime alors P/E selectines et ICAM Liaison à L-selectin exprimée constitutivement par PN

Phase II : Amplification cellulaire 1. Afflux des leucocytes : diapédèse + chimiotaxisme Microscopie électronique

Phase II : Amplification cellulaire 1. Afflux des leucocytes : diapédèse + chimiotaxisme Animation 1 IntrSouris KI LysozymeM-GFP Science 15 October 2010: vol. 330 no. 6002 pp. 362-366 Foyer nécrose

Phase II : Amplification cellulaire 1. Afflux des leucocytes : diapédèse + chimiotaxisme Animation 2

Au final, mort et phagocytose par les macrophages Phase II : Amplification cellulaire 2. Activation des cellules inflammatoires Chimiokines, cytokines inflammatoires (TNF, IL-6, IL-1…) Médiateurs lipidiques (Eicosanoides, PAF-acéter…) Phagocytose Production de radicaux oxygénés et nitrés (NADPH-oxydase, peroxydase, NO synthase) Chimiokines, cytokines anti-inflammatoires (IL-10, IL-1RA, TGF-b…) Recrutement/activation d’autres effecteurs Remodelage tissulaire Facteurs angiogéniques (VEGF…) Facteurs de croissance (G-CSF…) Au final, mort et phagocytose par les macrophages

Toll identifiés par Jules Hoffman en 1996 Phase II : Amplification cellulaire 3. Phagocytose : reconnaissance des pathogènes PRR lient les PAMP Toll identifiés par Jules Hoffman en 1996 C-type lectines TLR TLR4: LPS bactéries Gram - TLR2: peptidoglycane Gram + Pattern Recognition Receptor Pathogen Associated Molecular Pattern Récepteurs au complément (CR1 (CD35), CR3, CR4) Récepteurs au Fc des IgG (CD16, CD32a constitutifs CD64 inductible) OPSONINES

Phase III : Résolution/réparation Mise en jeu de systèmes de régulation et de contrôle de la phase d’amplification : Cytokines anti-inflammatoires Anti-protéases Anti-radicaux libres Actions complémentaires de cellules et de nouveaux médiateurs : Macrophages (M2), fibroblastes Facteurs de croissances Néo vascularisation

Phase III : Résolution/réparation Conditions les plus favorables : Agents agresseurs éliminés par PNN Produits de dégradation et débris cellulaires phagocytés par macrophages Réparation ad integrum : cell. endothéliales, fibroblastes  Synthèse de protéines de réparation : fibrinogène, collagène, laminine, fibronectine Persistance de l’inflammation : La fibrose : tissu cicatriciel non identique au tissu lésé Le granulome : persistance de la cause de l’inflammation, auto-entretien et accumulation des cell. autour de la lésion

Foyer localisé d’inflammation Effets généralisés ?

Médiateurs de l’inflammation Protéines plasmatiques Kinines Médiateurs cellulaires préformés Histamine, sérotonine Médiateurs cellulaires néoformés d’origine membranaire Prostaglandines, leucotriènes… Cytokines inflammatoires IL-1, IL-6, TNF-a

Libération des kinines actives après clivage du kininogène Médiateurs de l’inflammation Protéines plasmatiques Source Effet physiologique Kinines (bradykinine, etc…) Libération des kinines actives après clivage du kininogène Vasodilatation Perméabilité vasculaire Chimiotactisme des leucocytes Bradykinine : œdème et douleur

Effets physiologiques Médiateurs de l’inflammation Médiateurs cellulaires préformés Source Effets physiologiques Histamine Granules des plaquettes, PNN, basophiles et des mastocytes Libérée suite à : traumatisme mécanique, micro-organismes , anaphylatoxines Vasodilatation Perméabilité des artérioles Sérotonine Plaquettes ↗ phagocytose des Macro. ↗ formation du collagène ↗ croissance fibroblastes Protéases Diverses Action sur le système de la coagulation : fibrinolyse Activation du complément

Médiateurs de l’inflammation Médiateurs d’origine membranaire Source Effet physiologique Eicosanoïdes : - Prostaglandines - Leucotriènes Molécules produites à partir de l’acide arachidonique des membranes cellulaires Synthétisés par les enzymes lysosomiales des PN neutrophiles ↗ perméabilité vasculaire ↗ température corporelle ↗ chimiotactisme (LTB4, LTD4) N.B : LTB4 favorise la dégranulation des PN neutrophiles

Médiateurs de l’inflammation Cytokines pro inflammatoires Source Effet physiologique TNF-a Synthétisée par monocytes/ macrophages sous l’influence de micro-organismes Stimule synthèse d’IL-1 et IL-6 Rôle pyrogène endogène IL-1 Synthétisée par macrophages, kératinocytes, fibroblastes. Réponse aux micro-organismes, lésions cellulaires Action sur le SNC (fièvre, somnolence) Action positive sur les PN neutrophiles (survie, migration…) Augmentation de la synthèse des protéines matricielles (collagènes) IL-6 Synthétisée par monocytes, macrophages, mastocytes, cellules épithéliales, endothéliales, fibroblastes Inducteur synthèse hépatique des PRI (CRP+++)

Physiopathologie résumée de la RI : Lésion des tissus Libération de médiateurs chimiques (histamine, complément, cytokines, chimiokines…) Vasodilatation des artérioles Augmentation du débit sanguin vers le siège de la lésion Attraction PN neutrophiles puis monocytes Augmentation de la perméabilité vasculaire (fuite de liquides) Margination Diapédèse Rougeur Chaleur Œdème Douleur Phagocytose des agents pathogènes et des cellules mortes

Réaction inflammatoire : aspects biologiques Rappels de physiopathologie L’exploration biologique de l’inflammation La démarche diagnostique

Biologie pratique de la RI : Syndrome inflammatoire : perturbations biologiques constatées au cours de la réaction inflammatoire Méthodes globales d’exploration de l’inflammation : Hémogramme Vitesse de Sédimentation (VS) Electrophorèse des Protéines Plasmatiques (EPP) Dosages spécifiques des PRI : Protéines synthétisées par les hépatocytes Synthèse accrue au cours de l’inflammation sous l’action de IL-6, IL-1 et du TNF-a

Biologie pratique de la RI : globale Hémogramme Leucocytose (surproduction + mobilisation) Thrombocytose modérée Sd inflammatoire chronique : anémie hyposidérémique à ferritine élevée Anémie généralement modérée, normocytaire normochrome devenant microcytaire Hyposidérémie par séquestration du fer phagocyté par les macrophages après hémolyse Baisse de la transferrine par dégradation et absence de synthèse (réserve en fer pleines) Attention aux associations carence en fer et inflammation chronique

Biologie pratique de la RI : globale Hémogramme et bilan martial Fer serique isolé n’a aucune valeur (contaminations, interférences, nb variations physiologiques). Evaluation de la carence en fer = ferritine CTF: capacité totale de fixation de la transferrine. Obtenu par calcul à partir de la concentration de transferrine Rappel: fer dans le sang est fixé à la transferrine (0,1% du pool), le fer de réserve est lié à la ferrtine (25% du pool) (sinon il est héminique Fe2+ = 75% du pool)

Biologie pratique de la RI : globale La vitesse de sédimentation (VS) Méthode de Westergreen : distance parcourue par les hématies en 1h lorsqu’elles sédimentent dans un tube sous l’action de la gravité Lecture (1h et 2h) de la hauteur de plasma au-dessus des hématies sédimentées Examen simple, rapide, peu coûteux (B7=1,89€) Seuils de normalité en mm à la 1ère heure : homme : âge(années)/2 femmes : âge(années)+10/2 Bonne sensibilité : 98%, mauvaise spécificité : 50%

Si VS élevée et fibrinogène normal = Pas de Sd Inflammatoire Biologie pratique de la RI : globale La vitesse de sédimentation (VS) Dépend de : Nombre, forme et volume des hématies Protéines plasmatiques chargées négativement comme le fibrinogène, les b et g-globulines et à moindre degré les a2-globulines  modification la viscosité du plasma et charges électriques entre les hématies  rouleaux et ↗ vitesse de sédimentent Hématocrite (VS 2h surtout) Délais de modifications dépend principalement du fibrinogène (qui s’élève en 3-4 jours et retour à la normale après plusieurs semaines) Si VS élevée et fibrinogène normal = Pas de Sd Inflammatoire

Facteurs abaissant la VS Facteurs augmentant la VS Biologie pratique de la RI : globale La vitesse de sédimentation (VS) Facteurs abaissant la VS Facteurs augmentant la VS Anomalies des GR : microcytose, polyglobulie, hémoglobinopathie Syndrome néphrotique et fuites urinaires de protéines Hémolyse (Haptoglobine abaissée) Age avancé Hypofibrinémie (fibrinolyse, CIVD) Grossesse (>4ème mois) Hyperviscosité (cryoglobulinémie) Anémie Hypogammaglobulinémie Hypergammaglobulinémie Hyperleucocytose majeure Macrocytose Corticoïdes Hypercholestérolémie Cachexie

Biologie pratique de la RI : globale Que faire d’une VS élevée ? En 1ère intention = syndrome inflammatoire Interrogatoire et examen clinique à la recherche d’une cause Si absence de signe d’orientation Contrôler la VS (erreurs techniques) Electrophorèse des protéines, CRP, fibrinogène, Contrôles à 1, 3 et 6 mois

Causes rares

Biologie pratique de la RI : globale L’électrophorèse des protéines sériques a1-antitrypsine Orosomucoide a1-anti chymotrypsine Immunoglobulines Haptoglobine Céruléoplasmine Transferrine Fraction C3

Pas de modification du tracé Biologie pratique de la RI : globale L’électrophorèse des protéines sériques L’hyper-alphaglobulinémie évoque un Sd inflammatoire a1 = démarrage a2 = syndrome inflammatoire constitué Albumine : protéine abaissée lors de l’inflammation Fibrinogène (absent du sérum) CRP (taux faibles, <5mg/L) Interprétation délicate en cas de malnutrition, sd néphrotique… Pas de modification du tracé

Biologie pratique de la RI : spécifique Biologie pratique de la RI : Les protéines de la réponse Inflammatoire PRI dont le taux ↗ Cinétique rapide : Augmentation en 8 à 48 H 1/2 vie biologique de 8 à 24 heures Protéine C-réactive (CRP), protéine amyloïde sérique A, a1-antichymotrypsine, procalcitonine (PCT) Cinétique lente : Augmentation en 3 à 4 jours 1/2 vie biologique de 3 à 6 jours Orosomucoïde, haptoglobine, fibrinogène, céruléoplasmine, a1-antitrypsine PRI dont le taux  Albumine, préalbumine, transferrine, fibronectine, apolipoprotéine A

Biologie pratique de la RI : spécifique Les protéines de la réponse Inflammatoire Amplitude de variation CRP, SAA Orosomucoide, a-1-antitrypsine, a-1-antichymotrypsine, Fibrinogène, Haptoglobine C3, Céruléoplasmine AUGMENTEES DIMINUEES : Albumine, Transferrine

Biologie pratique de la RI : spécifique Les protéines de la réponse Inflammatoire C-Réactive Protein (CRP) Serum amyloide A protein a1 antichymotrypsine Nature Protéine non glycosylée Synthèse hépatique, IL-6 dépendante Apolipoprotéine (HDL) Synthèse mixte Synthèse hépatique Fonction Activation du complément Epuration du cholesterol Anti-protéase Délais de modification Très rapide (8ème heure) Précoce Demi-vie 12 h 1 j 2 j Marqueur de l’inflammation ↗ infections et MAI (non impliquée dans VS) ↗ infections et MAI Très sensible Très spécifique

Délais de modification Marqueur de l’inflammation Biologie pratique de la RI : spécifique Les protéines de la réponse Inflammatoire Haptoglobine Transferrine Ferritine Nature a2-glycoprotéine Synthèse hépatique Isoferritines (acides et basiques) Fonction Recyclage du fer Transport du fer Stockage et détoxification du fer Délais de modification Cinétique lente, 3-4 j Lent Demi-vie 3 à 6 jours 8 jours - Marqueur de l’inflammation Augmentation Diminution Autre marqueur  Sd hémolytiques  dénutrition ↗ carence martiale  carence martiale ↗ hémochromatose

Biologie pratique de la RI : Interpréter les PRI selon le contexte clinique Juger de l'élévation des taux mesurés en fonction de la PRI dosée et du stade d'évolution du processus inflammatoire. Des PRI ne sont pas augmentées en cas de syndrome inflammatoire associé à une autre pathologie : = haptoglobine abaissée en cas d'hémolyse ; = CRP abaissée en cas de poussée lupique ; chez les malades atteints de Goujerot-Sjögren, au cours des sclérodermies = fibrinogène abaissé en cas de CIVD ; = Fractions du complément "consommées" en cas de maladies à complexes immuns (lupus). Diminution globale en cas d’insuffisance hépatique, augmentation en cas de syndrome néphrotique

Biologie pratique de la RI : Notion de profil protéique L’association CRP + fibrinogène ↗ permet de diagnostiquer et suivre un sd inflammatoire Association de plusieurs facteurs peut avoir un intérêt : IgG, IgA, IgM, C3, albumine, TRF, Haptoglobine Permet d’apprécier les variations d’amplitude des différentes protéines Exemples: HyperIgA retrouvée dans infections localisées aux muqueuses Hypogamma acquise : Rougeole, Rubéole, EBV, CMV, Herpès…

Biologie pratique de la RI : Evolution des marqueurs biologiques En cas de traitement efficace : CRP se normalise en 8-10 jours Fibrinogène puis VS se normalisent en 3-4 semaines Persistance d’une élévation de la CRP à 3-4 semaines après début du traitement doit faire revoir l’antibiothérapie ou le diagnostic initial

Biologie pratique de la RI : Evolution des marqueurs biologiques En début d’inflammation (2 premiers jours), la CRP est déjà élevée tandis que la VS est encore normale. A l’inverse, en fin d’inflammation (au delà du 8° jour), la CRP est revenue à des valeurs normales tandis que la VS reste accélérée.

Réaction inflammatoire : aspects biologiques Rappels de physiopathologie L’exploration biologique de l’inflammation La démarche diagnostique

Démarche diagnostique Sd inflammatoires chroniques Persistance d’une VS ↗ inexpliquée depuis plus de 3 semaines Interrogatoire Examen clinique orienté complet Fièvre, douleurs, anorexie, cachexie, asthénie Examens complémentaires

Démarche diagnostique Sd inflammatoires chroniques Exploration de 1ère intention en absence de cause connue : Biologiques : VS, CRP, fibrinogène, NFS, ferritine, iono sang, urée, créatinine, EPP, TP, TCA, calcémie, bilan hépatique, hémocultures si fièvre, BU +/- ECBU Imagerie : radio thorax ; écho abdomino-pelvienne Cause retrouvée dans 90% des cas 50% d’origine infectieuse

Démarche diagnostique Sd inflammatoires chroniques Echec du bilan de 1ère intention : Recherche tuberculose, sérologies virales et bactériennes Biopsie d’artère temporale précoce si sujet >55 ans (Maladie de Horton) Imagerie : RX sinus, panoramique dentaire, écho cœur, scanner thorax-abdomen-pelvis Coloscopie BOM avec myéloculture Décevants à l’aveugle mais parfois nécessaires Bilan auto-immun (ANCA, AAN) Recherches marqueurs tumoraux (PSA…)

Démarche diagnostique Etiologies des Sd inflammatoires chroniques Pathologies infectieuses (50-70%) : Endocardites, infections de prothèses, tuberculose, abcès profonds, parasitoses et mycoses profondes, infections virales chroniques Néoplasie (<10%) : cancers du rein, cancers coliques, cancers métastasés, lymphomes, leucémies Maladies systémiques et inflammatoires : LED, Horton, PAN, Wegener, rhumatisme inflammatoire chronique, entéropathies inflammatoires Causes rares

Conclusion Les examens biologiques permettent de reconnaître, évaluer, et surveiller l’évolution d’un syndrome inflammatoire Ils ne sont pas spécifiques. Le diagnostic de l’affection causale est avant tout orienté par les données cliniques Un processus infectieux doit toujours être recherché en priorité avant un cancer ou une maladie inflammatoire En cas de Sd inflammatoire inexpliqué après des investigations complémentaires raisonnables, chez un sujet à l’état général conservé, une surveillance régulière est souvent plus profitable que des examens pratiqués à l’aveugle