Réponses immunitaires anti-infectieuses

Généralités Une RI doit être adaptée: Charge microbienne: faible ou plus élevée. Site d’infection: muqueux, systémique, autre… Pathogène: virus ou bactéries/parasites intracellulaires, bactéries et champignons extracellulaires, helminthes. De nombreux acteurs interviennent dans la RI de façon coordonnée et +/- redondante. Une RI doit être contrôlée: Importance de la régulation.

Dynamique de la réponse immunitaire Les infections débutent fréquemment au niveau des muqueuses: intestinale, respiratoire, génitale De nombreuses infections sont inapparentes: immunité innée locale et systémique. Défenses épithéliales, macrophages résidents, mastocytes, complément. PN, Monocytes, complément, NK… L’immunité adaptative est nécessaire lorsque les mécanismes innés sont insuffisants.

Figure 10-1 ±J4 ±J14 ±J7

Adhésion à l’épithélium Infection locale, Pénétration de l’épithélium tissulaire Dissémination lymphatique Immunité adaptative Inhibition croissance microbienne par flore commensale et facteurs chimiques locaux. Activation macrophages Destruction du pathogène par protéines/peptides antimicrobiens, Phagocytes et complément. Activation complément, action phagocytes, activation NK, production cytokines/ chimiokines. Migration des DC vers ganglion. Pathogène piégé et phagocyté dans ganglion. Initiation RI adaptative par DC. Infection éliminée par anticorps, LyT cytotoxiques et macrophages activés.

La réponse Immunitaire

Capture de l’antigène Tissu sous-muqueux Ganglion drainant Epithélium Phagocytose - Migration+: CCR7 Activation LyT+: ↑CMH II, B7 Phagocytose +++ Activation LyT - Stimulation PRR DC immature DC mature Ganglion drainant

Activation des LyT: prolifération et différenciation Sécrétion IL-2 et induction IL-2R: prolifération puis différenciation. Plusieurs jours. Le nombre de LyT spécifiques peut être X10 000.

Activation des LyT: la co-stimulation Les lymphocytes T naïfs nécessitent 2 signaux pour être activés. Signal 1: interaction TCR avec CMH/peptide. Signal 2: interaction CD28 avec B7 = co-stimulation. Le signal 2 n’est fourni que par les CPA préalablement en contact avec des microbes. Deux conséquences: Seules les CPA peuvent activer un lymphocyte T naïf: rôle majeur des cellules dendritiques: Nobel 2011. En absence de produits microbiens, l’interaction d’un ly T naïf avec une cellule (CPA ou non) n’entraîne pas une activation, mais un état réfractaire à la stimulation: état anergique. Elément de la tolérance périphérique. Le LyT activé n’a plus besoin de costimulation La même CPA active le LyT CD4+ et le LyT CD8+.

Activation des lymphocytes B Des LyB migrent dans follicules et forment centres germinatifs Mutations somatiques et commutation isotypique LyB pénètrent par les VEH (id LyT) Interactions avec LyT dans zone T Prolifération LyB, différenciation Première vague de production d’Acs de faible affinité (IgM): protection immédiate Production d’Acs de haute affinité et fonctions effectrices nouvelles

L’interaction avec les lymphocytes T CD4 est nécessaire à l’activation des lymphocytes B, la commutation isotypique et les mutations somatiques. Interaction CD40L/CD40 = co-stimulation.

Réactions dans le centre germinatif Production d’Acs de haute affinité. Modulation des fonctions effectrices Hypermutations somatiques Commutation isotypique: IL-2, IFNg (Th1): Acs opsonisants (ex: IgG1). IL-4, 5, 10 (Th2): IgA (protections muqueuses) et IgE

Activation des LyB indépendante des LyT L’activation des LyB par la plupart des Ags protéiques dépend des LyT: Ags thymo-dépendants. Certains Ags, en particulier polysaccharidiques, peuvent activer directement les LyB en absence de lyT: Ags thymo-indépendants (2 types: TI-1 et TI-2). Réponse forte et rapide contre les TI-Ags. Peu susceptibles de maturation d’affinité et de commutation: IgM surtout. Protection immédiate contre les bactéries encapsulées: haemophilus influenzae.

La réponse Immunitaire

Mécanismes cellulaires et moléculaires de l’adressage Pour qu’un lymphocyte sanguin pénètre dans un tissu (lymphatique ou autre): Adhésion à l’endothélium: contacts cellulaires: sélectines et intégrines. Attraction à travers la paroi: diapédèse/extravasation: Chimiokines et leurs récepteurs. Sélectines Chimiokines et Intégrines Chimiokines

Les sélectines Protéines de type lectine: liaison à des molécules portant des carbohydrates. Permettent de « ralentir » et de débuter l’adhésion des leucocytes au niveau d’un site d’extravasation: étape initiale de la diapédèse L-sélectine: exprimée par les LyT naïfs et certaines LyT mémoires. entrée des lymphocytes dans les ganglions. P- et E-sélectine: induites sur l’endothélium activé par l’inflammation (cytokines). entrée des leucocytes dans les sites inflammatoires.

Les intégrines Protéines impliquées dans l’adhésion d’une cellule avec une autre cellule ou avec la matrice extra-cellulaire (collagène, fibronectine…). Hétérodimères ab. Expression sur de nombreux types cellulaires: aLb2= CD11a/CD18= LFA-1 : LyT, LyB, Monocytes et PMN. LAD= déficit qualitatif/quantitatif de LFA-1. Phagocytes surtout. Infections bactériennes et fongiques par défaut de chimiotactisme. Retard à la chute du cordon. Permet l’adhésion ferme à l’endothélium lors de la diapédèse des leucocytes. Impliquées dans de nombreux autres processus de coopération cellulaire: LyT et CPA.

Les chimiokines Petites protéines solubles (cytokines) sécrétées par de très nombreux types cellulaires. Plusieurs familles définies par la présence et l’organisation de résidus cystéine: Leur action passe par les récepteurs aux chimiokines CCR5 et CXCR4 co-récepteurs du VIH (souches R5 et X4).

Les cellules acquièrent une motilité en réponse aux chimiokines. Les récepteurs aux chimiokines transduisent un signal intra-cellulaire. Polymérisation de l’actine. Réorganisation du cytosquelette. Autres… Les cellules acquièrent une motilité en réponse aux chimiokines. Certaines chimiokines assurent l’homéostasie du S.I. CCL21 permet l’attraction des lymphocytes T naïfs et les DC vers les ganglions via CCR7. Certaines chimiokines sont impliquées dans la réponse inflammatoire. CCL5 (Rantès) attirent les lymphocytes activés vers les sites inflammatoires via CCR1, CCR3, CCR5. Autres rôles: au cours du développement par exemple.

Régulation de la migration L’adressage des leucocytes dans différents sites est conditionné par: La combinaison des sélectines, intégrines et récepteurs aux chimiokines exprimées. Expression selon le type cellulaire. Modulation par l’état de différenciation et d’activation. La production de chimiokines par les cellules stromales et hématopoiétiques, et l’expression des molécules d’adhésion par l’endothélium: Selon les cellules et les tissus. Selon le contexte: physiologique ou inflammatoire.

Régulation de la RI adaptative Différents types de microbes induisent différents types de RI. Les différents types de RI sont caractérisées par la mise en jeu de différents mécanismes effecteurs. Ce sont les Ly T CD4 auxiliaires qui déterminent le type de RI. Les LyT CD4 peuvent se différencier selon plusieurs voies. Le choix de la voie de différenciation est conditionnée par les cytokines sécrétées par les CPA lors de l’activation. Les différents types de LyT CD4 effecteurs sont définis par le type de cytokines qu’ils sécrètent. Cela conditionne leur rôle au cours des infections.

Les voies de différenciation des LyT CD4

La RI adaptative anti-virale: Th1 ganglion Ag-CMH I/B7 Tissu infecté CD8 Tc Ag-CMH I Ag-CMH II/B7 IL-12 Tc CD4 Lyse Th1 IFNg Ag-CMH II/B7 Ag-CMH II Opsonisation LB Th1 Mp IFNg TNFa Pl Bactéricidie IgG1, IgG3 Neutralisation Principaux acteurs: CD4 Th1 CD8 Tc NK Macrophages Acs opsonisants et neutralisants Autres… NK Lyse IFNa/b R. Act +/- IgG1, 3

La RI adaptative anti-helminthes: Th2 ganglion Tissu infecté Ag-CMH II/B7 IL-4 CD4 IL-4 IL-5 Th2 Ag-CMH II/B7 LB Pl IgE Principaux acteurs: CD4 Th2 Mastocytes, PE: médiateurs solubles toxiques et inflammatoires IgE, IgA Cellules musculaires lisses. Cellules épithéliales.

Rétro-contrôle positif et négatif DC NK IFNg (+) IL-12 Th0 Th1 IL-12 IFNg IL-4 (-) Th2 IL-4 IL-4

DC Virus Bactéries, levures parasites IL-12 TGFb IL-6 IL-4 IFNg TNFa Th1 Th2 Th17 IFNg TNFa IL-4 IL-5 IL-13 IL-17 IL-22 Activation bactéricidie des macrophages. Activation/prolif/differenciation NK/CD8. Production Acs opsonisants par LyB. Production IgA et IgE par LyB Recrutement/activation des PE/Mastos Action sur muscle lisse, épithélium. (mucus, perméabilité, contraction). Recrutement PN. Action sur épithélium (production défensines…) Réponse cellulaire anti-virale (et germes intras: parasites, bactéries) RI contre les parasites extras (helminthes+), Muqueuses + RI contre les bactéries extras, Champignons, levures.

Contraction de la réponse immunitaire La clairance du pathogène s’accompagne d’une phase de contraction de la RI: ↓infection → ↓ inflammation. Réparations tissulaires: ↓ inflammation. Rôle des macrophages.

Régulation de la réponse immunitaire Elle est fondamentale pour limiter les destructions tissulaires excessives et empêcher une inflammation chronique. Elle s’exerce à différents niveaux: Intrinsèques aux lymphocytes: Mort cellulaire induite par l’activation : 99% des LyT effecteurs meurent. Expression de molécules inhibitrices: régulation de la prolif, de la différenciation et de la sécrétion de cytokines. CTLA-4. Cytokines anti-inflammatoires: IL-10. Extrinsèques aux lymphocytes: Clairance, réparation… Mort des PN et clairance par macrophages. LyT régulateurs

Les LyT régulateurs: Tregs Générés dans le thymus (Tregs naturels) et au cours des RI (Tregs induits). Indispensables à l’homéostasie du SI en toutes circonstances: Tregs naturels: bloquent l’auto-réactivité intrinsèque des LyT en physiologie. Tregs induits: modulent les ly effecteurs afin d’éviter l’emballement de la RI et des dommages tissulaires excessifs. Nombreux mécanismes inhibiteurs: Cytokines inhibitrices (TGFb). Compétition pour IL-2. Cytotoxicité directe. … Treg CD25+Foxp3+ CTLA-4, GITR, TGFb Directe Indirecte Inhibition DC LyT eff

La mémoire Immunitaire Après la primo-infection, le sujet devient capable demonter une RI secondaire plus rapide et plus efficace. La ré-infection est souvent inapparente: mémoire immunitaire. Base de la vaccination.

Les lymphocytes mémoires Effecteurs = Plasmocytes LyB mémoires Durée de vie longue LyT mémoires Durée de vie longue LyT effecteurs Durée de vie courte

Propriétés des Ly mémoires Prolifèrent et se différencient en effecteurs plus rapidement que les Ly naïfs. LyB mémoires Acs de haute affinité. LyT mémoires 2 sous-types: LyT mémoires centraux: circulation idem naïfs mais prolif/differenciation très rapide. LyT mémoires/effecteurs: peuvent circuler dans les tissus et exercer des fonctions effectrices immédiates. La génération des lyT CD8 mémoires nécessite une aide des LyT CD4 (dans les ganglions).

Principe de la vaccination: mimer une primo-infection avec un microbe inoffensif afin de développer une mémoire immunitaire contre le microbe virulent: protection.

Synthèse La RI adaptative cellulaire fait intervenir les LyT: Les LyT CD8 sont des effecteurs cytotoxiques antiviraux. Les LyT CD4 sont des cellules auxiliaires qui conditionnent le type de RI (les chefs d’orchestre de la RI). La RI adaptative humorale fait intervenir les LyB et les Acs. T-dépendants ou indépendants. L’isotype d’Ig, dépendant des CD4, conditionne les fonctions des Acs. La RI est régulée à différents niveaux: LyT régulateurs ++. Régulation Th1/Th2… … La mémoire immunitaire définit en partie la réponse adaptative.

Synthèse II Dans les infections virales (et germes intracellulaires): Les IFN a/b inhibent la réplication virale et active les Ly NK. Les macrophages et les PN phagocytent les virus libres. Le complément est activé (par la voie alterne). Activation des Ly T CD8 et CD4Th1 (IL-12): IFNg, TNFa: Lyse des cellules infectées par les Ly Tc. Amplification des fonctions bactéricides des macrophages. Opsonisation et neutralisation par les Acs.

Synthèse III Dans les infections à germes extracellulaires (bactéries et champignons): Le complément et les phagocytes détruisent le germe. Les anticorps (Ag TI-indépendants et dépendants) activent le complément, neutralisent et opsonisent. Activation des lymphocytes CD4 Th17 (TGFb + IL-6): IL-17+ IL-22. Sécrétion facteurs antimicrobiens par les cellules épithéliales. Recrutement phagocytes

Synthèse IV Dans les infections par des helminthes: Activation des lymphocytes CD4 Th2 (IL-4): IL-4, 5, 13. Production IgE par les plasmocytes. Recrutement et activation PE cytotoxiques. Dégranulation mastocytes. Action locale favorisant l’expulsion des vers: contraction muscle lisse, sécrétion mucus… La réponse doit être adaptée: la susceptibilité à une infection donnée peut résulter d’une RI inappropriée.

Méthodes d’exploration Phénotypage lymphocytaire: Appréciation des sous-populations: différenciation, activation… Dosage des Ig: G, A, M, (E: allergies). Sous-classes d’IgG. Tests fonctionnels: Activation par des mitogènes ou des Ags vaccinaux ou ubiquitaires (Toxine tétanique, tuberculine…). Lymphocytes T: prolifération, sécrétion de cytokines, cytotoxicité. Lymphocytes B: production d’anticorps. Réservés à des laboratoires spécialisés.