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Chapitre IV: Immunité cellulaire
1. Différenciation des lymphocytes T
Après leur activation par les DC, les lymphocytes T CD4 naïfs peuvent se différencier sous l’action du 3eme signal en trois sous-populations effectrices Th1, Th2 et Th17 (+ Treg). Ces différentes populations se caractérisent par leur profil de sécrétion de cytokines qui leur permet d’orchestrer la réponse immunitaire face à différents pathogènes (Figure 1).Ces cytokines sont ainsi produites par les effecteurs Th eux même participant à une boucle d’amplification de réponses Th effectrices.
Figure 1: Différenciation des LT.
2.1. Lymphocytes Th1
Les lymphocytes T CD4 Th1 sécrètent de l'IFN -γ (principale cytokine effectrice), de l’IL-2, de l’IL-3, du TNF-α, du TNF-ß et du GM-CSF (Granulocyte Monocyte Colony Stimulating Factor). Ces lymphocytes induisent les réponses immunes cellulaires et les plus efficaces contre les pathogènes intracellulaires exp. virus, parasites et bactéries (Figure 2). Cependant, cette réponse anti-
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infectieuse Th1 peut été aussi à l’origine de lésions immunopathologiques tissulaires notamment en présence d’une infection chronique.
Figure 2: Fonctions de Th1.
a. Activation des macrophages
Les macrophages jouent un rôle important à la fois dans le déclenchement de la réponse immunitaire spécifique en tant que CPA. En effet, les parasites intracellulaires survivent à l’intérieur des macrophages grâce à leur aptitude à contourner les mécanismes de défense innée de ces cellules. Néanmoins, ils ne peuvent empêcher le macrophage de produire de petits fragments antigéniques et de les transférer à la surface de la cellule. Les LT auxiliaires s’ils sont sensibilisés à cet Ag, reconnaîtront le complexe peptide antigénique-CMH II. Les LTh1 produiront alors divers cytokines comme l'IFN amplifiant ainsi les mécanismes microbicides de ces cellules. Les macrophages jouent également un rôle dans l’inflammation, en produisant des cytokines pro- inflammatoire. De plus, ils participent à la phase effectrice de l’immunité anti-tumorale et antimicrobienne non spécifique, grâce à ses propriétés de phagocytose et antimicrobienne. Cette
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activité bactéricide est attribuée à la production de nombreuses enzymes et radicaux libres: H2O2, collagénases, élastases, TNF, peroxydases.
b. Réponses contre les pathogènes intracellulaires
Les cellules Th1 coordonnent la réponse à médiation cellulaire de différentes manières :
Acquisition de capacités cytolytiques suite à l’expression de FasL à leur surface et ou LTα (lymphotoxine α ou TNF-β) permettant de neutraliser les macrophages (perdu leur capacité bactéricide) ce qui permet de libérer les bactéries afin qu’elles soient phagocytés par de nouveaux phagocytes ;
L’IL-2 augmente la prolifération des lymphocytes effecteurs ;
L’IL-3 et GM-CSF qui sont des facteurs hématopoïétiques (augmentent la production de monocytes dans la moelle osseuse);
TNF-α active les cellules endothéliales afin de permettre le recrutement de nouveaux effecteurs (monocytes notamment) ;
Chimiokines CCR5 jouant un rôle central dans la migration dans les tissus inflammatoires.
1.2. Lymphocytes Th2
Les LTh2 sont impliquées dans l’élimination des pathogènes extracellulaires. Elles sécrètent principalement l’IL-4, -5, -6, -10 et -13. L’IL-4 agit de manière autocrine et il a un effet inhibiteur sur la production d’IFNγ par les LTh1 (Figure 29) .Les LTh2, en produisant l’IL-4, favorisent la commutation isotypique en IgE au cours de la dégranulation des mastocytes. L’IL-5 est la principale cytokine responsable de la différenciation, de l’activation et du recrutement des éosinophiles. Mais les lymphocytes Th2 peuvent aussi être à l’origine de maladies allergiques favorisant l’élimination des parasites extracellulaires exp. helminthes. En effet, les IgE et les mastocytes provenant de l’activation de Th2 spécifiques d’allergènes favorisent des réactions allergiques et de l’asthme.
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Figure 3: Fonctions de Th2.
Les cellules Th 1 et Th2 peuvent être distinguées non seulement par les cytokines qu’elles produisent mais aussi par les récepteurs de cytokines et les molécules d’adhérence qu’elles expriment. De tels éléments de comparaison manquent encore pour la sous-population Th17.
1.3. Lymphocytes Th17
Les LTh17 produisent de l’IL-17, de l’IL-22 « signatures des Th17 » et de l’IL-21. Ces cellules sont importantes pour le contrôle des infections bactériennes extracellulaires et fongiques et jouent un rôle dans le recrutement et l’activation des cellules de l’immunité innée telles que les polynucléaires neutrophiles (Figure 4).
5 Figure 4 : Fonctions de Th17.
1.4. Lymphocytes T régulateurs
Les lymphocytes T régulateurs ou Treg sont une sous population de lymphocytes T CD4+ ayant la propriété d’inhiber la prolifération d’autres lymphocytes T effecteurs. Ils sont nécessaires au maintien de la tolérance immunitaire, ils participent donc au maintien de l'homéostasie.
Les lymphocytes T régulateurs participent à la tolérance immunitaire en régulant les lymphocytes T effecteurs par leur action immunosuppressive. On distingue :
Lymphocytes T régulateurs naturels (nTreg) :CD4, CD25 et FoxP3 et sont naturellement générés dans le thymus. Ce sont des lymphocytes T dont le récepteur des cellules T a une forte avidité pour le complexe CMH-peptide du soi présenté par les cellules dendritiques ou les cellules épithéliales thymiques : ils se différencient en nTreg et après leur sortie dans le thymus, ils bloquent en périphérie les réactions auto-immunes, potentiellement dangereuses.
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Lymphocytes T régulateurs inductibles (iTreg) : issus de la différenciation de lymphocytes T CD4 naïfs en périphérie, par exemple au niveau des plaques de Peyer : leur rôle est particulièrement important où le système immunitaire est stimulé en permanence par la flore commensale. Les iTreg expriment CD4, CD25 et FoxP3 et sécrètent des cytokines telles que le TGF-β (transforming growth factor-β) et de l’IL-35 qui inhibent la réponse des lymphocytes effecteurs.
Lymphocytes T régulateurs producteurs d’IL-10 (Tr-1) : issus de la différenciation des lymphocytes T CD4 naïfs. Ils expriment CD4, CD25 mais pas FoxP3. Ils sécrètent principalement de l’IL-10, cytokine immunorégulatrice majeure.
Les lymphocytes T régulateurs ne sécrètent pas d’IL-2 et prolifèrent peu lorsqu’ils sont activés par leur récepteur des cellules T à la suite de leur rencontre avec leur antigène, mais ils inhibent les réponses des autres lymphocytes T CD4 et des CD8. Ils inhibent les réponses des lymphocytes T effecteurs ou les font rentrer en apoptose, par différents mécanismes encore mal connus (sécrétion de cytokines suppressives telle que l’IL-10, TGF-β ou IL-35, cytolyse directe, expression à leur surface de molécules inhibitrices).
Les T régulateurs ont aussi un rôle de suppresseur vis-à-vis des cellules présentatrices d’antigènes, par exemple en envoyant un signal inhibiteur via la molécule de surface CTLA-4 reconnue sur la cellule présentatrice d’antigène par CD80 ou CD86.
On considère à l’heure actuelle que l’expression du facteur de transcription Foxp3 est spécifique des cellules régulatrices. Foxp3 étant une protéine intracellulaire, il est toutefois impossible de s’en servir comme marqueur permettant la purification de cellules vivantes. Pour leur purification et leur étude fonctionnelle d’autres marqueurs doivent donc être utilisés. Chez l’homme, les cellules T CD4+ exprimant un très haut niveau de CD25 correspondent en majeure partie à des cellules T régulatrices naturelles.
2. Phase effectrice des lymphocytes cytotoxiques
L’immunité à médiation cellulaire est assurée par les lymphocytes T et la lyse directe des cellules cible et ceci par la production de cytokines dirigées contre les cellules infectées pour détruire les agents pathogènes. La cytotoxicité T dépendante intervient dans l’immunité antivirale, le rejet des greffes. Elle a également pour cibles les cellules cancéreuses, les cellules infectées par des parasites et par certaines bactéries intra cellulaires.
Les réactions de cytotoxicité mettent en jeu: les lymphocytes T cytotoxiques (LTc), les cellules t ueuses naturelles (NK), les macrophages activés et les éosinophiles. Ces dernières peuvent être cytotoxiques vis-à-vis de cellules tumorales lorsqu’elles sont activées par: des médiateurs bactériens, le pontage des FcR (récepteurs au fragment Fc des Ig), des cytokines.
7 Les mécanismes effecteurs par lesquels les cellules Tc et NK induisent la mort des cellules cibles sont commun. Ils se font par cytotoxicité (mort des cellules infectées) et inhibition de la réplication virale.
2.1. Cytotoxicité T
Les cellules T cytotoxiques sont capables de reconnaître un Ag spécifique plus le CMH I à la surface des cellules infectées par un virus, qui sont alors tuées avant que le virus ne se réplique. Elles libèrent également de l’interféron- , qui peut rendre les cellules voisines résistantes à la diffusion du virus. Les LTc tuent les cellules cibles par différentes voies :
Voie de granules lytiques contenant de la perforine, des granzymes ;
Système Fas-ligand (FasL) : lyse est plus lente (plusieurs heures) et souvent moins efficace que la lyse perforine/granzyme;
Cytokines TNFα et β.
Il n’existe pas de mécanisme unique, mais la conjonction de plusieurs événements intervenant par : exocytose granulaire, système Fas-ligand de Fas (FasL), cytokines telles TNFα et B produites par les cellules cytotoxiques (cellules NK notamment), cytoxicité cellulaire dépendante des Ac (ADCC).
2.1.1. Voie d’exocytose perforine/granzyme
Cette voie est propre aux LTc et aux cellules NK possédant des granules préformés contenant des perforines et des granzymes (Figure 5). L’interaction LTc/NK et la cellule cible entraine la formation d’une surface de contact « synapse immunologique ».Ensuite, il y a augmentation du calcium dans la cellule effectrice suivie par le rassemblement des granule vers la zone de contact (polarisation) et finalement, libération du contenu des granules dans l’espace jonctionnel.
La perforine (protéine amphiphile analogue à C9) va s’insérer dans la membrane de la cellule cible. En se polymérisant, elle forme des pores transmembranaires. La formation de ces pores n’est pas suffisante pour tuer la cible mais va plutôt permettre l’entrée des granzymes dans la cellule cible. Les granzymes sont des protéases qui vont cliver de nombreux substrats dans la cellule cible et conduire à la mort de celle-ci. Le milieu extracellulaire pénètre alors dans la cellule, qui meurt par éclatement. Le granzyme (sérine protéase), en activant la protéine perméabilisant les mitochondries et certaines caspases, induit la mort cellulaire (apoptose) de la cellule cible.
8 Figure 5 : Voie d’exocytose perforine/granzyme.
2.1.2. Voie de signalisation Fas-ligand de Fas (apoptose)
Cette voie survient simultanément avec la voie d’exocytose. Les récepteurs Fas sont exprimées par certaines cellules infectées ou devenues tumorales. Ces récepteurs possèdent dans leur région intracellulaire un domaine de mort (DD, Death Domain), susceptible d’interaction avec des molécules adaptatrices pour délivrer un signal d’apoptose par activation des caspases.
La fixation de FasL sur les récepteurs Fas induit sa trimérisation suivie par une association aux protéines adaptatrices (FADD 'Fas Associated Protein with Death Domain'). Ces protéines adaptatrices interagissent avec la p r o -caspase 8 via son domaine DED N H - 2 t e r mina l (Death Effector Domain) et l’active. Le complexe protéique formé à la membrane est appelé DISC (Death Inducing Signaling Complex). La caspase 8 déclenche deux voies de signalisation directe ou indirecte de la caspase 3 pour aboutir à l’apoptose.
Voie directe : la caspase 8 activée peut induire une cascade d’activation de caspase qui activent directement la caspase 3 à condition que sa quantité soit suffisante;
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Voie indirecte : la caspase 8 activée peut par le clivage de la protéine pro-apoptotique Bid induire une relocalisation de Bax au niveau de la membrane mitochondriale. Le DISC provoque des altérations mitochondriales, l’ouverture du pore de perméabilité membranaire, la libération de protons et l’inhibition du cytochrome oxydase, passage du cytochrome c dans le cytosol et l’activation de la caspase 9. Les caspases effectrices, en particulier la caspase 3, provoquent le clivage protéolytique d’ICAD (inhibiteur de la CAD), un inhibiteur cytoplasmique associé à l’enzyme CAD (Caspase Activated DNAse). Libérée de son inhibiteur, l’enzyme subit une translocaltion vers le noyau et provoque la fragmentation de l’ADN (cellulaire et viral) prévenant la réplication et l’expression virale dans la cellule infectée (Figure 6).
Figure 6 : Voie de signalisation Fas-ligand de Fas.
2.2. Inhibition de la réplication virale
Les LTc et NK actives par les cellules cibles produisent de l’IFN-γ. Celui-ci nihibe la réplication virale et active les macrophages à détruire les microbes phagocytés.
