10.
norépinéphrine sont le résultat de l'interaction entre l'hormone et ses récepteurs spécifiques. L'interaction de la norépinéphrine avec ses récepteurs spécifiques est la première étape d'une série compliquée et incomplètement comprise de réactions. La configuration moléculaire des récepteurs adrénergiques détermine la spécificité structurelle et l'activité des Unités et des antagonistes. Cette activité n'est pas seulement structurellement spécifique, elle est de plus stéréosélective. Cette propriété a été mise à profit dans de nombreux cas tant en phar macologie qu'en enzymologie et de nombreuses informations quant à la géométrie du site de liaison des macromolécules réceptrices (par exemple une enzyme) ont été obtenues par l'utilisation des isomères optiques et des analogues. Cette approche indirecte est la seule possible tant que la structure tridimensionnelle d'un récepteur n'a pu être élucidée. Il y a de nombreuses analogies entre l'interaction d'une hormone avec ses récepteurs et d'une enzyme ayec son substrat. Il n'est donc pas étonnant que l'utilisation de stéréoisomères de différents substrats de 1'o(-chymotrypsine a permis de définir le site actif de l'enzyme
(Alworth, 1972).
La propriété de stéréospécificité a été mise en évidence dès la découverte de la présence de 1'épinéphrine dans la médullaire surré nalienne. Cushny (1908) testa l'effet sur la tension sanguine de la
(-) épinéphrine naturelle et du mélange racémique (^) de 1 ' épinéphrine sur des chiens anesthésiés. La (^) épinéphrine était deux fois moins active que la (-) épinéphrine. PLus tard Cushny (1926) compara l'effet sur la pression sanguine des deux stéréoisomères de 1 ' épinéphrine et trouva une activité 12 fois supérieure pour l'isomère (-) comparée à l'isomère (+). En 1948, Euler montra que le neurotransmetteur prin cipal du système nerveux orthosympathique était la (-) norépinéphrine. C'est vers les années 1955 que la majorité des catécholamines et autres amines non phénoliques ont été découvertes ainsi que leur configuration et leurs effets pharmacologiques (Pratesi, 1963) et depuis les cinq dernières années, l'utilisation des stéréoisomères et des analogues a regagné un grand intérêt comme outil dans l'étude du mécanisme
adré-adrénergique et de son récepteur et permet de vérifier lors de l'étude de la liaison d'une drogue adrénergique un des critères les plus impor tants, celui de la stéréospécificité. Nous reviendrons plus en détail sur ce point lors de l'étude des critères d'identification des récep teurs fb (cf chap. V).
B. Notation stéréochimique
Une molécule chirale est une molécule qui est constituée d'énantiomères. La terminologie (+) et (-) où d et
I pour chacun des énantiomères a été utilisée pour spécifier le sens de la rotation de la lumière polarisée traversant une cellule optique contenant un des énantiomères. Ainsi une molécule faisant tourner le plan de polarisation vers la droite est dite d ( dextrorotatoire) et une molécule faisant tourner le plan de rotation vers la gauche est dite 1 (levorotatoire). La configuration absolue est définie selon l'arrangement relatif dans l'espace d'un atome ou groupe d'atomes par rapport à un carbone asymétrique ou une partie rigide de la molécule. La configuration absolue d'antipodes optiques peut être représentée par la méthode de Fischer-Rosanoff (Alworth, 1972) ou D et L.
Ce système utilise comme référence arbitraire la glycéraldéhyde dextro rotatoire qui est désignée par D pour définir sa configuration absolue. II n'y a pas de relation simple entre le signe de rotation et la dési gnation de la configuration. La nomenclature de Fischer-Rosanoff est encore utilisée couramment pour les acides aminés et les sucres. Mais cette méthode faisant appel à une référence arbitraire a été peu à peu abandonnée pour les autres classes de molécules et c'est l'utilisation de la règle des séquences de Cahn-Ingold-Prelog, plus rationnelle qui est de plus en plus utilisée (Cahn, 1964; Cahn, Ingold, Prelog, 1956).
Les groupes fonctionnels (a,b,c,d) sont affectés d'une priorité et le groupement qui a la priorité la plus basse (d) est orienté loin de l'observateur (cf fig. 2). Ensuite le sens de la rotation est défini par le sens de l'ordre décroissant des priorités.
12.
Si ce mouvement génère une rotation dans le sens des aiguilles d'une montre, alors la configuration est définie par la lettre R ou au contraire lorsque le sens de la rotation est opposé à celui des aiguilles d'une montre la configuration est définie par la lettre S.
La priorité la plus élevée est donnée au groupement fonctionnel qui a le nombre atomique le plus élevé. La fig. 3 illustre les deux énantiomères de la norépinéphrine.
(R)-(-)-Norépinéphrine (S)-(+)-Norépinéphrine Fig. 3
13.
C. Classification des récepteurs adrénergiques.
L'existence de plusieurs types de récepteurs adrénergiques a été suggérée pour la première fois par les résultats de Dale (1906). Il démontra que certains des effets de 1'épinéphrine et de la stimu lation du nerf sympathique étaient bloqués par les alcaloïdes d'ergot alors que d'autres réponses n'étaient pas affectées. En 1948, Ahlquist divisa les réponses adrénergiques en deux classes basées sur les répon ses à une série de catécholamines. La première classe de récepteurs dénommée alpha (oC ) interagit avec les agonistes suivants :
épinéphrine norépinéphrine alpha-méthyl-norépinéphrine
> alpha-méthyl-épinéphrine isoprotérénol selon une potentialité décroissante. La stimulation de ces récepteurs provoque la contraction de la membrane nictitante, la vasoconstriction et la contraction du muscle lisse de l'utérus et de l'urètre. Le second type de récepteurs
adrénergiques appelé beta ( y?) ), répondent aux agonistes avec la spé cificité décroissante suivante : isoprotérénol 2!^ épinéphrine alpha- méthyl-épinéphrine alpha-méthyl-norépinéphrine norépinéphrine. L'interaction avec ces récepteurs conduit à une chronotropie et une inotropie cardiaque positive à la vasodilatation et à la relaxation du muscle utérin. L'utilisation de techniques pharmacologiques classiques
a étendu cette classification à d'autres effets médiés par les catécho lamines. Les réponses caractéristiques faisant intervenir les récep teurs IX et^ont été définies de manière plus détaillée grâce à l'uti lisation d'antagonistes spécifiques (Furchgott, 1967). Lands et coll. (1967) montrèrent que le groupe des récepteurs /b devait être divisé en deux sous classes ^ j et Ainsi les muscles cardiaques possé deraient des récepteurs j et les muscles lisses bronchiques des récepteurs ^2' niveau des récepteurs 1 'épinéphrine et la norépinéphrine sont équipotentes et l'effet des agonistes est bloqué préférentiellement par le practolol (Dunlop et Shanks, 1968). Au ni veau des récepteurs ^2 1'épinéphrine a une potentialité supérieure à
la norépinéphrine pour stimuler un effet qui peut être inhibé spéci fiquement par la butoxamine (Levy, 1966). D'autres antagonistes et
14.
notamment le propranolol, l'alprénolol et le pindolol ont la même affi nité pour les récepteurs j et jb^ (Moore et O'Donnell, 1970).
Il semble que l'interconversion entre ^ j et 2 soit possible, un cas dans la littérature le mentionne (Lacombe et coll., 1976).
D. Relation entre les récepteurs adrénergiques et la formation de cAMP.
Sutherland (1965) fut le premier à montrer que le cAMP pour rait servir de second messager aux catécholamines et que l'interaction entre les agonistes et les récepteurs Jt) activait l'adénylate cyclase. Sauf dans le système nerveux central, la stimulation des récepteurs 0( n'augmente pas le taux intracellulaire de cAMP (Daly, 1975).
15.
6.
LES RECEPTEURS ET LA REPONSE IMMUNITAIREA. Introduction
Il est actuellement bien établi que les systèmes nerveux et endocrinien peuvent moduler la réponse immunitaire .
Des études récentes ont démontré que les hormones et les neurotrans metteurs influencent l'activité des cellules immunocompétentes par
l'intermédiaire de récepteurs spécifiques situés sur celles-ci (revue cf Hadden et coll., 197 7).
C'est ainsi que l'on a décrit au niveau de la membrane cytoplasmique des lymphocytes l'existence de récepteurs pour des hormones poly peptidiques (insuline, hormone de croissance, calcitonine) des neuro transmetteurs (acétylcholine, catécholamine) et pour l'histamine.
Suite à l'interaction du récepteur membranaire et de son ligand, deux types de signaux peuvent être transmis au l3nnphocyte : un signal activateur dont le messager est le cGMP et un signal inhi biteur ayant le cAMP pour messager. Toute modification du rapport entre le contenu lymphocytaire de ces deux nucléotides cycliques résultera en une modification parallèle de l'activité de la cellule soit dans le sens d'une inhibition
cAMP cGMP
cAMP
cGMP) ou d'une facilitation
).
B. Bases cellulaires de la réponse immunitaire.
La réponse immunitaire est le résultat d'interactions cellulaire multiples, positives et négatives entre différentes sous populations de lymphocytes et entre les lymphocytes et les macrophages (figure 4). La réponse immunitaire se présente classiquement sous un double aspect humorale (fabrication d'anticorps) et cellulaire (immunité cellulaire).
17.
Les anticorps sont secrétés par les plasmatocytes provenant de la différenciation des lymphocytes B précurseurs. Ceux-ci expriment à leur surface des immunoglobulines (Ig) qui constituent les récepteurs à l'antigêne et qui sont identiques aux Ig secrété® par les plasmato cytes. Cinq classes d'Ig sont actuellement reconnues chez les mammi fères et chez l'homme en particulier : les Ig G, A, M, D et E. Elles diffèrent entre elles par leurs propriétés biologiques et physico chimiques .
L'immunité cellulaire est due à l'intervention de lymphocytes T, déri vés du thymus et distincts des précédents. On distingue deux types de réactions cellulaires médiées par des sous-populations distinctes de Ijnnphocytes T effecteurs (fig. 5).
a) la réaction cytotoxique par laquelle le lymphocyte T cytotoxique détruit une cellule cible exprimant à sa surface un antigène auquel la cellule T est spécifiquement immunisée. Ce mécanisme intervient dans la desctruction de cellules infectées par des
yirus > de cellules cancérigènes ou de cellules étrangères (greffes) .
b) la réaction d'hypersensibilité retardée due à la libération par des lymphocytes T (distincts des précédents) de médiateurs chimiques suite au contact avec l'antigène auquel ces cellules sont spécifi quement sensibilisées. Ces médiateurs sont appelés lymphokines et agissent essentiellement en stimulant les différentes fonctions des macrophages dont ils facilitent le recrutement local. La réaction cutanée à la tuberculine constitue un exemple classique de cette réaction, qui intervient dans la protection de l'organisme contre des agents infectieux ayant une phase intracellulaire facultative ou obligatoire de leur cycle (virus, mycobactéries ...).
Fi6. 5
SCHEMA DE L ' IMMUNITE CELLULAIRE
Inhibiteurs cytotoxiques (prolifé
ration. suppression).
Activateurs (mitoses des lympho. DES macrophages. CSF. etc)
Inflammatoires (ag. chemotactiques
DES macrophages. DES NEUTROPHILES. DES ÉOSI NOPHILES. HIF. etc)
18.
Ces deux types de lymphocytes T sont appelés effecteurs car ils constituent les facteurs directs de l'immunité cellulaire. En
plus des lymphocytes T effecteurs, on reconnaît l'existence des cellules T régulatrices constituées en fait de populations distinctes de lympho cytes suppresseurs (TS) et facilitants ou helper (TF). Ces cellules régulatrices conditionnent l'activation des T effecteurs à partir de leurs précurseurs inactifs et la transformation des B en plasmatocytes. Le contrôle de la sécrétion d'anticorps par ces lymphocytes T régulateurs est non seulement quantitatif mais aussi qualitatif; les lymphocytes T contrôlent donc non seulement la quantité d'anticorps produits mais aussi leur qualité (affinité, type d'Ig). Les macrophages jouent un rôle essentiel dans l'induction et l'expression (stade effecteur)
de la réponse immunitaire. Ils induisent les lymphocytes T facilitants e leur présentant l'antigène de manière adéquate; en l'absence de macro phages, il est impossible d'induire in vitro une réponse cellulaire ou hormonale de bonne qualité. Bien que non immunologiquement spéci fique (absence de récepteurs à l'antigène) le macrophage est le prin cipal effecteur de l'immunité. En effet , aussi bien les anticorps que les lymphocytes T ont pour fonction de faciliter, d'amplifier et de focaliser l'action des macrophages sur un antigène donné. Les différentes sous-populations lymphocytaires sont morphologiquement identiques. Il est cependant possible de les identifier et même de les isoler. Elles ont en effet des marqueurs membranaires qui leur sont spécifiques. Les lymphocytes T et B ont une origine
commune, située au niveau de la moelle osseuse sous la forme d'une cellule lymphoïde primitive. Celle-ci se différencie in situ en
cellules pré-B et pré-T. Les premières vont continuer leur maturation au niveau de la moelle osseuse alors que les secondes vont migrer vers le thymus où elles vont acquérir les marqueurs et les propriétés fonctionnelles des lymphocytes T. La maturation intrathymique est un processus complexe résultant à la fois du contact des lymphocytes précurseurs avec l'épithélium thymique et de l'action d'hormones thy miques sécrétées par celui-ci. Il en résulte la formation et la
19.
libération vers les tissus lymphoïdes périphériques de plusieurs lignées de lymphocytes T différenciés.
En plus des lymphocytes et des macrophages, la réponse immunitaire fait intervenir les polynucléaires, les mastocytes et
les plaquettes. Les mastocytes et les polynucléaires basophiles sont le cellules effectrices de la réaction allergique de type réaginique
ou anaphylactique (figure 6). En effet ces cellules fixent à leur surface,par l'intermédiaire de récepteurs spécifiques,les réagines (IgE). Au contact de l'antigène liant deux molécules voisines d'Ige, la cellule est activée et libère les médiateurs chimiques de la réaction allergique (histamine, bradykinine, fac teur chémotactique pour les éosinophiles etc...).
Le système neuro-endocrinien est susceptible de contrôler non seulement la fonction des lymphocytes T et B immunocompétents mais encore d'interférer avec leur maturation et leur différen
ciation au départ des éléments précurseurs.
G. Différenciation des lymphocytes T
L'incubation in vitro de cellules immatures, isolées de la moelle osseuse > dépourvues de marqueurs T ou B et fonctionnellement
incompétentes, en présence d'hormone thymique induit la différen ciation des cellules pré-T. Suite à cette incubation, on voit
apparaître des cellules présentant des marqueurs membranaires propres aux lymphocytes T.Le processus implique la synthèse de mRNA mais ne nécessite pas de réplication du DNA. Scheid et coll. (1973) ont démontré que cette maturation était accompagnée d'une
20.
MASTOCYTE ou BASOPHILE
Récepteurs
IgE
Granules contenant
les médiateurs
Antigène
Sécrétion des
médiateurs
Histamine
S-RSA (slow reacting substance
of anaphylaxis )
Bradykinine
etc...
21.
augmentation de cAMP intracellulaire; de plus, tout agent pharma cologique capable d'augmenter ce taux de cAMP se comportait comme l'hormone thymique. C'est le cas du dibutyryl cAMP, de l'isoproté- rénol, de la théophylline et des PGE. Des concentrations faibles d'isoprotérénol (10 ^M, 10 ^M) sont suffisantes pour induire ce processus qui de plus est spécifiquement bloqué par l'alprénolol*- Ceci suggère la présence de récepteurs adrénergiques à la surface des cellules pré-T et rend plausible la notion d'un contrôle adré nergique in vivo de la maturation des lymphocytes T. Il est de plus important de noter que certains facteurs thymiques, capables d'in duire la différenciation des lymphocytes T sont antagonisés par le propranolol (Goldstein, G. et coll., 1976) ce qui suggère que les récepteurs adrénergiques sont proches ou identiques axix récep teurs de certains polypeptides thymiques biologiquement actifs.
Il est probable mais non démontré qu'un contrôle adrénergique puisse également intervenir au niveau de la maturation des lymphocytes B à partir de leurs précurseurs médullaires.
Au cours de leur différenciation intrathymique, les lympho cytes ont une réponse progressivement décroissante aux agents béta agonistes alors que leur réponse à l'histamine augmente (Bach, 1975; Roszkowski et coll., 1977). C'est ainsi que les thymocytes corticaux, détruits par la cortisone et immunologiquement peu compétents sont plus sensibles à 1'isoprotérénol que les thymocytes médullaires, cortico-résistants et immunologiquement compétents. De plus, les Ijnnphocytes T périphériques sont dans l'ensemble moins bon répondeurs aux stimuli adrénergiques que les thymocytes. Notons que dans toutes ces expériences la sensibilité lymphocytaire à l'isoprotérénol a été mesurée en déterminant les modifications intracellulaires du taux de cAMP induites par cet agoniste, utilisé à de faibles concentrations
(10 10 ^M). De plus, les auteurs ont démontré la stéréospécificité de la réaction et sa réversibilité en présence d'antagonistes spéci fiques tels que le propranolol. Si l'on admet que la sensibilité du
22.
lymphocyte à 1'isoprotérénol est conditionnée uniquement par le nombre de récepteurs adrénergiques, les données rapportées ci-dessus suggèrent une réduction progressive du nombre de ces récepteurs au cours de
la matura,tion des lymphocytes T.
D. Modifications adrénergiques de la fonction des lymphocytes T immunocompétents.
La prolifération des lymphocytes T est un phénomène constant et indispensable, aussi bien in vitro qu'in vivo, pour l'induction d'une réponse primaire ou secondaire. Il est bien établi que cette réponse proliférative est induite par un signal délivré au niveau de la membrane lymphocytaire. Des données récentes indiquent que les nucléotides cycliques, cAMP et cGMP sont étroitement associés à ce
signal mitogénique. Peu de temps après l'interaction du stimulus lympho cytaire (antigène ou mitogène) avec son récepteur membranaire on observe une élévation de la synthèse de ces deux nucléotides. L'élévation du taux de cAMP est cependant de brève durée et est suivie d'une réduction progressive jusqu'à des valeurs inférieures à celles de départ.
A l'inverse, les taux de cGMP restent élevés durant la phase prolifé-cÂMP
rative. Toute augmentation du rapport s'accompagne d'une diminu tion de la prolifération lymphocytaire. Les beta agonistes, le PGE, la choiera toxine, l'histamine ont ainsi un effet généralement inhibi teur sur la prolifération lymphocytaire induite in vitro par des mito gènes ou des antigènes et in vivo par des antigènes. Il faut cependant noter que prolifération lymphocytaire induite in vitro et in vivo est un phénomène complexe résultant de l'interaction de plusieurs lignées distinctes de lymphocytes et de macrophages. De plus, il a été établi que les différentes populations de lymphocytes T périphériques sont différemment sensibles à l'action de 1'isoprotérénol ou de l'histamine.
c'est ainsi que chez l'homme les l5nnphocytes T isolés du sang sont plus sensibles que ceux provenant des amygdales ou des végétations adénoïdes (Niaudet et coll., 1976). De même chez la souris, les lymphocytes T spléniques diffèrent de leurs homologues isolés des ganglions lymphatiques (Bach, 1975). Il faut ajouter également que la sensibilité d'un lymphocyte aux stimuli adrénergiques est proba blement fonction de son état d'activation. Ce concept a été clairement
établi en ce qui concerne la sensibilité des lymphocytes T cytotoxiques à l'histamine. Plaut et coll. (1975) ont en effet démontré que l'inhi bition de l'activité cytotoxique des l3miphocytes T au cours de l'in duction d'une réponse allergique atteignait un maximum de 50 % 16 jours après l'injection de l'antigène tandis qu'au lOème jour l'inhi bition n'était que de 10 Z. Ces observations sont à rapprocher de
travaux récents indiquant que les récepteurs à l'insuline ne sont
s
présents que sur les lymphocytes T et B activés par un antigène ou un mitogène, alors qu'ils sont absents des cellules non activement engagées dans une réponse immunitaire (Schwartz et coll., 1975; Helderman et Strom, 1978). L'ensemble des données de la littérature indique que les agonistes beta adrénergiques ont un effet inhibiteur sur l'induction l'expression des deux types de réactions d'immunité cellulaire. Il a été démontré in vivo et in vitro que l'isoproté- rénol inhibait non seulement l'induction de cellules T cytotoxiques
(à partir de leurs précurseurs) mais encore l'activité de ces cellules T cytotoxiques (Strom et coll., 1973). Il en est probablement de même en ce qui concerne la sécrétion de l3nnphokines par les lymphocytes T responsables des réactions d'hypersensibilité retardée (Pick, 1977). Les beta stimulants sont de plus capables d'inhiber l'activation des macrophages par les l3miphokines (Pick, 1977). Les polynucléaires neutrophiles considérés comme cellules accessoires de l'immunité sont également soumis au contrôle béta adrénergique. Celui-ci inhibe la sécrétion d'enzymes lysosomiaux (par ex. la glucoronidase), la phagocytose, la mobilité et la cytotoxicité de ces cellules vis-à- vis d'une cellule cible recouverte d'anticorps.
24,
En conclusion de cette revue de la littérature, il est permis de dire que les p> stimulants inhibent les différents types de cellules effectrices de l'immunité cellulaire.
E, Modulation adrénergique de la réponse humorale.
Des expériences réalisées in vitro et in vivo indiquent que -3 certains agonistes utilisés à des concentrations très élevées (10 ,
10 ^M) ont un effet inhibiteur sur la sécrétion d'anticorps tandis qu'à faibles doses ils ont un effet facilitant. Rappelons que la sécré tion d'anticorps au départ des lymphocytes B est contrôlée par les lymphocytes T régulateurs et les macrophages. Le contrôle adrénergique pourrait donc s'effectuer préférentiellement au niveau de l'une ou l'autre des sous-populations lymphocytaires concernées, La présence de récepteurs p) adrénergiques au niveau du lymphocyte ^ a été établi récemment par Roszkowski et coll, (1977) qui ont mis en évidence un
accroissement de la concentration cellulaire en cAMP induit par l'isopro- térénol et non par l'histamine. La prolifération et la différenciation des lymphocytes B (isolés de la rate de souris) induites par l'endotoxine de bactéries gram négatif (LPS) est inhibée par les béta agonistes.
Notons que le LPS induit la synthèse de cGMP au niveau du lymphocyte B