PHAGOCYTAIRE (SYSTÈME) ET PHAGOCYTOSE

PHAGOCYTAIRE (SYSTÈME) ET PHAGOCYTOSE

C’est au zoologiste Élie Metchnikoff, venu de Russie en 1886 pour travailler à l’Institut Pasteur et Prix Nobel de médecine en 1908, que l’on doit la première description des cellules capables d’incorporer dans leur cytoplasme des particules inertes et de les digérer. Il devait les baptiser phagocytes (de phagein , manger et kytos , cellule) et attribuer à leur activité – la phagocytose – un rôle capital dans les processus de défense contre les agressions microbiennes. La démonstration, qui est restée célèbre, eut lieu en 1882 lors de son séjour dans le laboratoire de biologie marine de Messine: Metchnikoff observait au microscope les réactions de la puce de mer (ou daphnie) à l’introduction de bactéries dans son milieu environnant. Visualisant un processus typique de phagocytose, il en conclut que les phagocytes qui sont présents chez tous les organismes vivants ont pour mission essentielle d’assurer leur défense contre les agents infectieux.

Cette théorie phagocytaire de l’immunité fut à l’origine très controversée par les défenseurs de la théorie humorale, et notamment par Von Behring, Prix Nobel de médecine en 1901 pour ses travaux sur la diphtérie. Les découvertes ultérieures montrèrent que les phagocytes étaient aussi indispensables à la survie que les anticorps, et que ces deux protagonistes cellulaires et humoraux du système immunitaire étaient en fait intimement associés dans les processus de résistance de l’hôte envers les divers agents pathogènes.

Chez les Mammifères, la fonction de phagocytose est partagée par deux variétés de cellules appartenant à la famille des leucocytes (ou globules blancs): les polynucléaires neutrophiles et les monocytes-macrophages, longtemps désignés sous le nom de cellules du système réticulo-endothélial, et aujourd’hui regroupés en phagocytes mononucléés, terme qui permet de les différencier des autres phagocytes (ou polynucléaires) et de préciser qu’ils dérivent des monocytes.

La phagocytose est aujourd’hui considérée comme un cas particulier d’une fonction d’internalisation des substances que possèdent très généralement les cellules. Lorsque les objets ingérés ont un diamètre supérieur à 100 nm, on qualifie le phénomène de capture endocytose , si elles ont moins de 100 nm, on parle de pinocytose .

1. Les modalités de l’internalisation

Le caractère spectaculaire des processus de phagocytose et la facilité de leur obtention (par exemple en mettant en présence des globules blancs et une suspension d’amidon) ont favorisé son observation au microscope photonique.

L’usage du microscope électronique, en revanche, a bien montré la généralité des phénomènes d’internalisation endocytose et pinocytose chez la quasi-totalité des cellules eucaryotes. La pinocytose permet l’internalisation de molécules dissoutes dans le milieu environnant. Ce prélèvement de liquide extracellulaire est peu spécifique, saturable et dépend de la concentration de la molécule. Il résulte de l’invagination de la membrane plasmique autour de la gouttelette de liquide et de la constitution secondaire d’une vésicule de pinocytose (de 0,1 猪m de diamètre environ), ce qui permet le transport dans la cellule de tous les ions et de toutes les molécules présentes dans la gouttelette.

Dans le cas de l’endocytose par récepteurs , le processus d’internalisation cellulaire est au contraire très spécifique. Il met en jeu des protéines membranaires qui possèdent chacune un site de fixation capable d’interagir avec une autre protéine ou un autre ligand particulier. Le récepteur peut fixer cette substance avec une haute affinité, c’est-à-dire même si la concentration de la substance dans le milieu environnant est très faible, et même si d’autres molécules qu’il ne reconnaît pas sont présentes en grande concentration. Là encore, la fixation déclenche une invagination de la membrane, puis la formation d’une vésicule. Les techniques récentes de fractionnement cellulaire ont permis d’obtenir des préparations homogènes de ces vésicules. L’analyse de ces préparations a permis d’individualiser une protéine de masse moléculaire 180 kDa et qui a été appelée «clathrine». In vitro, la clathrine se compose de trois chaînes lourdes et de trois chaînes légères qui peuvent, en formant une enveloppe protéique autour de la vésicule, participer à son bourgeonnement et prévenir sa fusion avec la membrane dont elle est issue. Ainsi recouverte, la vésicule est transportée dans un autre compartiment cellulaire.

Enfin, la pénétration du complexe récepteur-ligand est suivie de la dissociation du complexe puis d’un processus de recyclage du récepteur à la surface de la cellule pour lui permettre de fixer de nouveaux ligands. La figure illustre l’ensemble du processus d’endocytose par récepteurs.

L’une des principales fonctions de l’endocytose par récepteurs est la capture des hormones, de certains signaux spécifiques pour certaines cellules et l’internalisation de particules spécifiques telles que les LDL (low density lipoproteins ), qui sont les vecteurs du cholestérol circulant. Enfin, ce type d’endocytose est impliqué dans le transfert de l’immunité maternelle au fœtus.

Dans le cas de l’endocytose constitutive , reconnue chez de nombreuses cellules, vivant en milieu de culture hors de l’organisme et soumises dans cet état au marquage par un traceur, on constate une internalisation ponctuelle mais continue de la membrane cellulaire, compensée par une exocytose qui amène à reconstitution de la surface cellulaire. Ce phénomène est donc lié au flux membranaire qui traverse la cellule de part en part.

La phagocytose se distingue clairement des processus d’internalisation ci-dessus énumérés, car elle possède un caractère réactionnel dirigé contre des particules volumineuses à l’échelle cellulaire. Chez les Protistes, elle joue un rôle certain dans la nutrition de ces unicellulaires. Chez les Métazoaires, la phagocytose reste l’apanage de certaines cellules dans une finalité destructrice exercée contre des matériaux ou cellules dont la présence dans l’organisme est inopportune: il s’agit donc bien d’une fonction de défense du soi (self des Anglo-Saxons), autrement dit d’une fonction immunitaire de base, qui est dite non spécifique, mais qui sert de point de départ à la réaction immunitaire globale que l’on dit spécifique.

2. Les cellules phagocytaires

Origine

Comme toutes les cellules sanguines, les polynucléaires neutrophiles et les monocytes sont produits dans les tissus hématopoïétiques et libérés dans la circulation au terme de toute une série d’étapes de détermination, prolifération, différenciation et maturation qui sont elles-mêmes sous le contrôle de divers facteurs.

Dans la moelle osseuse, la lignée qui engendrera les polynucléaires sanguins, encore appelée «lignée granulocytaire», et la «lignée monocyto-macrophagique» sont issues d’un précurseur commun dont la détermination à partir de la cellule souche dépend d’un facteur, le GM-CSF (granulocyte-monocyte colony stimulating factor ).

Les cellules orientées vers la lignée granulocytaire se différencient sous l’influence d’un facteur particulier, ou G-CSF, en myéloblastes dont la maturation aboutit aux promyélocytes, myélocytes, métamyélocytes, granulocytes non segmentés et polynucléaires neutrophiles dont une partie est mise en réserve, et l’autre passe dans le sang.

Les cellules orientées vers la lignée monocyto-macrophagique se différencient sous l’influence d’un autre facteur, le M-CSF, en monoblastes, promonocytes, puis en monocytes.

Au cours de ces diverses étapes de différenciation, les cellules phagocytaires acquièrent séquentiellement les organites, les constituants cytoplasmiques, et les structures membranaires indispensables à leurs fonctions effectrices de phagocytose et de destruction des germes ou «bactéricidie».

Au terme de leur maturation, les polynucléaires neutrophiles quittent la moelle osseuse et se répartissent dans le sang en deux secteurs: l’un dit marginé, où ils adhèrent à la paroi des vaisseaux; l’autre dit circulant, où ils peuvent être dénombrés (de 2 000 à 7 500 par mm³, soit 60 ou 70 p. 100 des leucocytet sanguins). Leur durée de vie est brève (de 10 à 12 heures), la disparition des cellules adultes se faisant principalement par destruction dans les tissus et par élimination intestinale.

L’augmentation du nombre absolu des polynucléaires neutrophiles au-delà des limites physiologiques (face=F0019 礪 8 000 par mm³) est appelée polynucléose. Elle relève de deux mécanismes physiopathologiques: l’infection d’origine bactérienne et la réaction inflammatoire. Elle peut également être induite par certaines drogues telles que les corticoïdes qui déclenchent le passage des cellules de la moelle dans le sang circulant ou l’adrénaline qui mobilise les cellules du secteur marginé. À l’inverse, une diminution significative (face=F0019 麗 500 par mm³) des polynucléaires neutrophiles, ou neutropénie, peut être observée au cours de certaines infections virales, d’intoxications médicamenteuses, ou dans les suites de certains traitements (chimiothérapie et/ou radiothérapie). Dans ces cas-là, la pratique d’un myélogramme permet de déterminer l’origine centrale ou périphérique de la neutropénie.

Les monocytes qui quittent le secteur médullaire ne restent dans le sang que deux ou trois jours. Dans les tissus, ils se différencient en macrophages et, selon leur localisation, sont désignés sous divers noms: cellules de Küpffer dans le foie; macrophages alvéolaires dans les poumons; cellules de Langherans dans le tissu sous-cutané; histiocytes dans le tissu conjonctif; cellules de la microglie dans le système nerveux; macrophages spléniques (libres ou résidents) dans la rate; macrophages des séreuses dans la plèvre et le péritoine.

La durée de vie moyenne des macrophages tissulaires est longue, pouvant atteindre un ou deux mois; les macrophages des réactions inflammatoires meurent in situ ou se transforment en cellules épithélioïdes et en cellules géantes multinucléées.

Dans le sang, une augmentation du nombre des monocytes au-delà des limites physiologiques (face=F0019 礪 1 000 par mm³), ou mononucléose, est observée au début des infections bactériennes, d’une inflammation et au cours des infections virales.

Morphologie

Les polynucléaires neutrophiles sont des cellules de 12 à 15 猪m de diamètre, dont le cytoplasme contient d’abondantes granulations neutrophiles et azurophiles, et dont le noyau a un aspect polylobé (de 3 à 5 lobes) caractéristique avec une chromatine dense et dépourvue de nucléole.

Les études en microscopie électronique et par cytochimie des polynucléaires montrent l’existence de deux types de granules. Les granules primaires très denses contiennent essentiellement les hydrolases acides, la protéase acide, les protéases neutres, les protéines cationiques, la myéloperoxydase, le lysozyme et les mucopolysaccharides. Les granules secondaires moins denses et plus volumineux renferment le lysozyme, la lactoferrine, la protéine liant la vitamine B12 et les protéines acides.

Les monocytes ont un diamètre de 10 à 15 猪m. Ils ne représentent que 2 ou 3 p. 100 des leucocytes circulants. Leur cytoplasme très pâle contient de très fines granulations azurophiles et est aisément identifié par des colorations mettant en jeu leur activité estérase ou phosphatase acide. Leur noyau volumineux et d’aspect parfois réniforme est aussi très caractéristique. Ils possèdent également les deux types de granules observés au sein des polynucléaires neutrophiles.

Les macrophages ont une morphologie analogue à celles des monocytes, mais leur taille est plus grande et varie de 20 à 75 猪m. Ils présentent un hyaloplasme dont la membrane est animée de mouvements très particuliers, un cytoplasme très riche en lysosomes, et des mitochondries très nombreuses. Leur réticulum endoplasmique est plus ou moins développé.

3. Fonctions des phagocytes

Mobilité et chimiotactisme

L’extrême mobilité des cellules phagocytaires et leur capacité de former des voiles cytoplasmiques ou pseudopodes et de quitter les vaisseaux sanguins, par diapédèse, leur permet d’accéder très rapidement au site de l’infection.

À la faveur d’un processus inflammatoire (ou infectieux), les polynucléaires neutrophiles sont les premières cellules qui quittent les vaisseaux sanguins pour se rendre au site de l’inflammation, où ils vont exercer leur activité phagocytaire à laquelle ils ne survivront pas. L’ensemble des polynucléaires lysés et des germes constitue le pus. Dans les heures qui suivent, ce sont les monocytes qui parviennent au sein du foyer inflammatoire. Dans ce site, ils subissent une différenciation en macrophages, et vont persister pendant des laps de temps variables selon le site de l’inflammation mais, dans l’ensemble, beaucoup plus longs (de 20 à 140 jours) que les polynucléaires. Mais, contrairement à ces derniers, les macrophages ne sont pas suicidaires et peuvent survivre après l’acte de phagocytose.

En présence de certains agents tels que le facteur activé du complément C5a, le tripeptide formyl-méthionyl-leucyl-phénylalanine (FMLP) ou les leucotriènes, la mobilité des cellules phagocytaires est considérablement accrue et s’opère dans la direction déterminée par le gradient de concentration de l’agent. Ce déplacement secondaire à une reconnaissance chimique, ou «chimiotactisme», fait intervenir des récepteurs membranaires spécifiques de ces agents et les microtubules de la cellule qui la stabilisent et l’aident à s’orienter.

Activité phagocytaire

Parvenues dans les espaces extravasculaires, les cellules phagocytaires peuvent y exercer leur fonction principale de phagocytose. Elle comporte classiquement trois étapes: l’adhésion, l’ingestion et, selon les cas, la persistance ou la multiplication du micro-organisme ingéré.

L’adhésion est l’étape au cours de laquelle la membrane de la cellule phagocytaire adhère à la particule qu’elle va ingérer. Le degré d’adhésivité dépend de facteurs cellulaires tels que la polarisation et la mobilité de la membrane, la présence de récepteurs pour les opsonines (anticorps et complément), de facteurs du milieu intérieur tels que la température, le pH et les opsonines du sérum, et des propriétés de la particule ou du micro-organisme telles que sa composition en sucres et en protéines.

L’ingestion proprement dite se produit par invagination de la membrane autour de la particule et formation secondaire d’une vacuole de phagocytose ou phagosome. Au sein de ce phagosome, le devenir de la particule peut être de trois types:

– la digestion consécutive à l’accolement et à la fusion des lysosomes avec la membrane du phagosome constituant ainsi un «phagolysosome» au sein duquel les divers enzymes lysosomiaux vont se déverser et selon leur spécificité s’attaquer aux divers constituants de la particule ou du micro-organisme;

– la persistance observée plus particulièrement avec les particules inertes difficilement biodégradables, mais également avec certains germes et dans les cellules de patients atteints de granulomatose chronique ^{[cf. RADICAUX LIBRES]};

– la multiplication intracytoplasmique, qui est le propre de certaines variétés de parasites tels que les leshmanies et les toxoplasmes, ou de virus tels que les HIV ou, enfin, de bactéries responsables d’infections particulièrement virulentes telles que la lèpre, la brucellose et la tuberculose.

Autres fonctions

Longtemps on a cru que la phagocytose était la seule fonction des phagocytes et que ces cellules avaient pour seule mission celle de servir d’éboueurs des éléments étrangers à notre organisme. Or il est aujourd’hui devenu clair que les polynucléaires comme les phagocytes du système mononucléé sont capables d’exercer bien d’autres fonctions que celle de la phagocytose qui les définit. Ainsi ces cellules sont-elles capables de synthétiser et de sécréter des métabolites agissant sur d’autres types de cellules, de détruire sans les englober des cellules tumorales, certains parasites, et des cellules normales ou tumorales sensibilisées par des anticorps. De plus, toute une série de fonctions sont plus particulièrement dévolues aux monocytes-macrophages.

Ces fonctions sont multiples et peuvent varier selon la localisation des cellules et l’état physiologique de l’animal ou de l’individu. On en distingue trois types:

1. Des fonctions métaboliques, qui concernent principalement le métabolisme des lipides où les macrophages sont responsables de l’ingestion et de la dégradation des chylomicrons, de la synthèse du cholestérol de la sphyngomyéline et des lécithines, et le métabolisme des protides où les macrophages interviennent par leur capacité de dégrader les protéines et de synthétiser la transferrine et l’ 見² macroglobuline.

2. Des fonctions de détoxification: capture de poussières atmosphériques par les macrophages alvéolaires du poumon, élimination des cellules nécrosées au cours de la cicatrisation, élimination par les macrophages spléniques des globules rouges âgés ou morts, glycuroconjugaison de certains médicaments (cortisone par exemple) par les cellules de Küpffer.

3. Des fonctions immunologiques comportant:

– la capacité dite de «dégradation» (processing ) et de «présentation» de l’antigène aux lymphocytes. Cette fonction, jointe à la capacité de sécréter l’interleukine-1 (IL-1), molécule ayant la propriété d’activer et de faire proliférer les lymphocytes T, permet aux macrophages de jouer un rôle clé dans l’induction de la réponse immune spécifique. Cela est vrai tant pour l’immunité à médiation humorale (réponse anticorps des lymphocytes B) que pour l’immunité à médiation cellulaire (transformation lymphoblastique, réaction de cytotoxicité, réaction d’hypersensibilité retardée, production d’interleukine-2 et d’interféron gamma, etc.) développées par les lymphocytes T;

– la capacité de sécréter des cytokines telles que l’IL-1 et le facteur nécrosant des tumeurs (TNF alpha) qui, par leurs effets pléiotropiques sur de multiples organes et cellules cibles, sont considérées aujourd’hui comme de véritables hormones de l’inflammation;

– la capacité d’exercer un effet inhibiteur sur certaines réponses des lymphocytes, via la sécrétion de certaines molécules telles que l’arginase, la thymidine, les prostaglandines, la polyamine-oxydase ou certains facteurs du complément. Si l’on rapproche ces facteurs suppresseurs des facteurs stimulants décrits ci-dessus, on conçoit la complexité et l’enchevêtrement des mécanismes selon lesquels les macrophages exercent leur effet régulateur sur la réponse immune spécifique.

– la capacité d’«activation», décrite par MacKaness, consiste en l’acquisition d’un effet cytotoxique envers des bactéries et des cellules tumorales, ce qui permet aux macrophages d’exercer un rôle majeur dans le domaine des réactions de l’immunité dite non spécifique.

L’activation peut être induite par des facteurs produits par les lymphocytes T activés tels que le MAF (macrophage activating factor ) ou l’interféron gamma, qui, du moins in vitro, confère aux macrophages un effet cytotoxique envers certaines cellules de lignées tumorales.

Un autre facteur dérivé de réactions inflammatoires, le MGP, abréviation de mouse granuloma protein , a plus récemment été décrit chez la souris par le groupe de Robert M. Fauve. Cette molécule s’est révélée douée d’un puissant effet immunostimulant des fonctions macrophagiques, et cela aussi bien in vitro qu’in vivo, et tant pour la destruction de la plupart des agents pathogènes bactériens ou parasitaires que pour la résistance des souris envers des tumeurs solides à fort pouvoir métastatique. On conçoit l’intérêt du développement de molécules douées d’un tel effet chez l’homme, par l’espoir qu’elles pourraient faire naître dans la lutte anti-infectieuse et antitumorale.

Ainsi, cet ensemble de fonctions immunologiques qui caractérise les macrophages permet de les désigner comme les inducteurs indispensables de l’immunité spécifique et les effecteurs majeurs de l’immunité non spécifique.

En conclusion, il est devenu aujourd’hui clair que les cellules du système phagocytaire jouent un rôle de premier plan dans la résistance de l’hôte envers des agents pathogènes et dans le développement des réactions de l’immunité dite non spécifique sans laquelle l’immunité dite spécifique ne pourrait elle-même se développer.

Enfin, et par tout un ensemble de fonctions qui leur sont propres, les phagocytes du système mononucléé constituent des effecteurs essentiels de nombreuses voies métaboliques, de la détoxification de l’organisme et des réactions immunitaires engagées dans la reconnaissance du non-soi et la résistance antitumorale.

Encyclopédie Universelle. 2012.