Système immunitaire

Un lymphocyte, principale composante du système immunitaire humain.

Le système immunitaire [1] d'un organisme est un système biologique constitué d'un ensemble coordonné d'éléments de reconnaissance et de défense qui discrimine le soi du non-soi. Il est hérité à la naissance, mais autonome, adaptatif et doué d'une grande plasticité, il évolue ensuite au gré des contacts qu'il a avec des microbes ou substances environnementales étrangères au corps [2].

Ce qui est reconnu comme «  non-soi » est détruit, comme les pathogènes : virus, bactéries, parasites, certaines particules ou molécules « étrangères » (dont certains poisons). Le système immunitaire est responsable du phénomène de rejet de greffe [3].

On dénombre plusieurs types de systèmes immunitaires parmi les espèces animales, et généralement plusieurs mécanismes immunitaires collaborent au sein d'un même organisme. De nombreuses espèces, dont les mammifères, utilisent la variante décrite ci-après.

Les principaux effecteurs du système immunitaire sont les cellules immunitaires appelées leucocytes (ou globules blancs) produites par des cellules souches, au sein de la moelle osseuse rouge.

Il existe deux grands types de mécanismes de défense :

  1. les mécanismes de défense non-spécifique ou innée ou naturelle, comme la protection de la peau et les muqueuses, l' acidité gastrique, les cellules phagocytaires ou les larmes ;
  2. les mécanismes de défense spécifique, comme l'action dirigée des lymphocytes et la production d'anticorps spécifiques.

On appelle réponse immunitaire l'activation des mécanismes du système immunitaire face à la reconnaissance de «  non-soi », agressive ou pas, face à une agression ou à une dysfonction de l'organisme. L'ensemble de ces systèmes (y compris chez l'homme lors de la vaccination) permet la résilience immunitaire, notion qui recouvre la somme des mécanismes efficaces de défense d’un organisme vis-à-vis d’un agent pathogène (du grec pathos : souffrance).

Mécanismes de défense

L'organisme se défend contre les dysfonctions de ses cellules et les agressions, c'est-à-dire des processus qui ont pour conséquence de détruire des êtres vivants. Ces agressions peuvent revêtir différentes formes :

  • des agressions dites physico-chimiques :
    • mécaniques (frottements, chocs, chutes, etc.),
    • facteurs climatiques (altitude, changement brusque de température, rayonnements, sécheresse, poussières, etc.),
    • agression par des agents chimiques (acides, bases, etc.) ou autres éléments ( aluminiumetc.) ;
  • des agressions par d'autres êtres vivants : un organisme constitue pour un autre organisme un endroit idéal pour le développement de ses propres cellules et aussi pour un certain nombre de micro-organismes qui pourraient y proliférer, il s'agit alors d'une infection. Les agresseurs dans ce cas peuvent être :

Mécanismes de défense non spécifique (innée)

Article détaillé : système immunitaire inné.

Barrières physiques

  • La peau est le premier, le plus grand et le plus important élément du système de défense : il prévient l'entrée de la plupart des corps étrangers. Les personnes qui perdent trop de peau, par brûlure par exemple, risquent de succomber à des infections. Pour éviter cela, elles sont placées dans des chambres hospitalières maintenues aussi stériles que possible.
  • Les muqueuses (ou tissus continus) qui recouvrent les voies oro-pharyngiennes et digestives, les voies respiratoires et urogénitales constituent également une barrière physique. Les cellules très étroitement juxtaposées sont imperméables à la plupart des agents infectieux. En surface de certaines muqueuses, un film de mucus animé par les battements de cils vibratiles permet de fixer, enrober puis évacuer vers l'extérieur la plupart des particules ou êtres vivants intrus.
  • Les cellules possèdent divers systèmes « passifs » de défense chimiques et biochimiques (enzymes, acides gras, acide lactique, pH du corps, etc.).
  • La peau et les muqueuses sont recouvertes d'une flore bactérienne dite « normale » qui protège, souvent par concurrence, des micro-organismes pathogènes.

Cellules phagocytaires

Les leucocytes phagocytaires ou phagocytes sont des cellules immunitaires qui reconnaissent les microorganismes grâce à de nombreux récepteurs cellulaires présents à leur surface. Ces récepteurs permettent aux phagocytes de reconnaître certaines structures présentes à la surface des microorganismes infectieux et d'internaliser ceux-ci à l'aide d'une vacuole digestive. Par la suite, ceux-ci fusionnent la vacuole contenant les microbes avec un lysosome. Les lysosomes peuvent contenir des formes toxique d'oxygène comme du monoxyde d'azote (NO) ou du peroxyde d'hydrogène (H2O2) et ceux-ci peuvent aussi contenir du lysozyme et d'autres enzymes digestives qui dégradent des structures microbiennes [4]. Il existe 4 types de leucocytes phagocytaires :

  • Les granulocytes neutrophiles représentent 60-70% des leucocytes (source ?). Ceux-ci pénètrent dans les tissus infectés pour phagocyter les microbes présents et les détruire. Généralement, les granulocytes neutrophiles s'autodétruisent en même temps qu'ils détruisent les microbes. Ceux-ci ont normalement une espérance de vie de seulement quelques jours.
  • Les monocytes, représentent 5 % des leucocytes. Ceux-ci circulent dans le sang et migrent vers un tissu où ils se transformeront par la suite en macrophages. Les macrophages ont une plus grande capacité de phagocytose que les granulocytes neutrophiles et lorsque ceux-ci phagocytent un microorganisme, des voies cellulaires internes les stimulent, ce qui les rend plus efficaces dans leurs tâches.
  • Les granulocytes éosinophiles sont présents en très petite quantité dans l'organisme. Ceux-ci ont une faible capacité de phagocytose, mais ils sont essentiels dans le combat de parasites présents dans l'organisme. Ceux-ci se lient à la paroi du parasite et libèrent des enzymes qui vont causer des dommages importants à celui-ci.
  • Les cellules dendritiques sont des molécules présentatrices d'antigène. Leur rôle est de capturer un microbe au site d'infection, de migrer vers les tissus lymphoïdes et de présenter les antigènes du microbe aux lymphocytes T à l'aide d'une molécules de CMH de type II. Celles-ci jouent un rôle très important dans la réaction immunitaire primaire [4].

Système du complément

Le système du complément est un ensemble de protéines faisant partie de l'immunité non spécifique et agissant par une cascade protéolytique. Elles se situent dans le plasma sanguin, où elles vont combattre l'infection. Normalement inactives, elles seront activées par des substances présentes à la surface de beaucoup de pathogènes. La cascade de réactions qu'elles entraînent va mener à la destruction des cellules étrangères.

La pierre angulaire de ce système est la protéine C3b. Elle permet :

  • d'opsoniser les bactéries et permettre ainsi la fixation des macrophages à leurs surfaces ;
  • de recruter le CAM (« complexe d'attaque de la membrane des bactéries »).

On arrive à la protéine C3b du complément de 3 façons différentes :

  1. par la voie dite classique : la cascade est déclenchée par la liaison de l'anticorps (lié à l' antigène) à la première protéine du complément C1 ;
  2. par la liaison d'une protéine spécifique à un sucre se trouvant à la surface de la bactérie ;
  3. par la liaison du facteur B à une C3b déjà insérée dans la membrane bactérienne. C'est la voie alternative.

Réaction inflammatoire

Article détaillé : Inflammation.

La réaction inflammatoire donne des symptômes qui sont causés par la libération de médiateurs chimiques. C'est l'histamine qui est le plus actif dans l'inflammation. Libéré par des mastocytes situés dans le tissu conjonctif, il va provoquer la dilatation des vaisseaux. Les quatre signes de l'inflammation sont : rougeur, chaleur, douleur et œdème.

    • La chaleur et la rougeur sont dues à la vasodilatation (augmentation du diamètre) des capillaires et au ralentissement de la circulation du sang. C'est la libération de cytokines par les macrophages et neutrophiles qui va augmenter l'apport de sang aux tissus lésés, et donc créer cette rougeur et sensation de chaleur.
    • La douleur est due à la pression des fibres nerveuses
    • L'œdème dû à l'exsudation du plasma
  1. La réaction inflammatoire :
    • réaction vasculaire
    • réaction cellulaire
  2. Les phagocytes et lymphocytes T cytotoxiques :
    • les leucocytes phagocytaires
    • les lymphocytes T cytotoxiques
  3. Les protéines antimicrobiennes (défense humorale).

Système lymphatique

Les globules blancs passent la majeure partie de leur temps hors du système circulatoire, et patrouillent dans le liquide interstitiel des cellules où se déroulent la plupart des luttes contre les agents pathogènes. Certains macrophages résident en permanence dans les organes (poumons, foie) ou dans le système lymphatique.

Le système lymphatique comprend divers organes ( thymus, moelle osseuse, rate, amygdales, appendice et ganglions lymphatiques) qui jouent un rôle important dans le système immunitaire. Le Tissu lymphoïde du tube digestif est quantitativement le plus important ; réparti dans plusieurs organes du tractus digestif il joue un rôle essentiel pour la défense de l’organisme contre les organismes extérieurs.

Les capillaires lymphatiques drainent une partie du liquide interstitiel qui baigne les tissus. Le liquide, alors appelé lymphe, finit par retourner dans la circulation sanguine via le canal thoracique. Sur son parcours, la lymphe traverse de nombreux ganglions lymphatiques dans lesquels tout agent pathogène rencontre des globules blancs.

Mécanismes de défense spécifique (adaptative)

Article détaillé : système immunitaire adaptatif.
  • Spécificité
  • Reconnaissance du soi et du non-soi :
    • Le soi d'un individu est défini par des récepteurs du complexe majeur d'histocompatibilité (CMH, nommé HLA chez l'homme) présents sur la membrane de ses cellules, associés aux fragments peptidiques qu'ils présentent. Il existe deux types de molécule de CMH: le CMH de type I qui est présent chez presque toutes les cellules de l'organisme et le CMH de type II qui est retrouvé principalement chez les cellules dendritiques, les macrophages et les lymphocytes B.
    • Le non-soi d'un individu est défini par des récepteurs cellulaires ou toute autre molécule différente du soi qui sont ainsi reconnus comme étrangers par notre organisme. Le non-soi déclenche une réaction immunitaire. La reconnaissance du non-soi se calque sur celle du soi, y compris au sein des liquides circulant extracellulaires, lymphatiques, veineux, artériels mais aussi des différents mucus, cf.supra. Les immunoglobulines portées par les membranes des globules blancs et les immunoglobulines dissoutes se fixent sur les molécules présentes dans ces différents liquides. En l'absence de molécule HLA, et si cette molécule est inconnue, le système immunitaire la reconnaît comme du non-soi et déclenche une cascade de réaction destinée à la détruire... Une des limites d'efficacité et de sensibilité du système immunitaire repose donc sur la spécificité de la distinction entre le soi et le non-soi. Par exemple, les lymphocytes et les plasmocytes ne pénètrent pas dans certains tissus comme ceux du cerveau ou de la thyroïde, ils ne les reconnaissent donc pas comme du soi. Qu'une inflammation s'y installe, ou que ces cellules entrent à leur contact, et ils les identifieront comme du non-soi, puis ils sécrèteront des anticorps qui s'y fixeront pour les détruire et qui initieront ainsi une réaction dite auto-immune qui ira en s'amplifiant.

De même que, si les molécules présentes à la surface des agents pathogènes ou des cellules cancéreuses proviennent du soi ou en sont suffisamment proches, le système immunitaire les considèrera comme du soi et ne déclenchera pas de réaction immunitaire. Le problème est similaire pour les muqueuses où la frontière entre le soi et le non-soi est très ténue. Des molécules habituellement bien tolérées peuvent donc y devenir allergisantes quand elles pénètrent dans des espaces d'où elles devaient être absentes.

Immunité humorale

Article détaillé : immunité humorale.

Le système immunitaire humoral agit contre les bactéries et les virus dans les liquides du corps humain (tels que le sang en secrétant des substances susceptibles d'aider à la destruction des agents pathogènes- historiquement le sang et la lymphe étaient nommés les humeurs du corps). Ses principaux moyens d'action sont les immunoglobulines, aussi appelées anticorps. Les anticorps sont des molécules ayant une forme de «Y» formées de quatre chaines polypeptidiques: deux chaines légères (environ 200 acides aminés chacune) et deux chaines lourdes (environ 450 acides aminés chacune) [4]. Il existe 5 classes d'anticorps: les IgM, les IgG, les IgA, les IgE et les IgD. Les IgM sont les premiers anticorps à être produits lorsque le corps reconnait un nouvel antigène. Ceux-ci se retrouvent dans le corps sous forme de pentamère et ils sont très efficaces pour activer le complément. Les IgG sont la classe d'anticorps la plus retrouvée dans le sang, c'est aussi la seule classe d'anticorps qui peut traverser le placenta et donner au fœtus une immunité passive. Ces anticorps favorisent l'opsonisation (marquage de l'antigène pour qu'il soit phagocyté), la neutralisation (empêcher les microbes de se lier au cellules de l'hôte) et l'agglutination (formations d'agrégat de microbes qui sont facilement phagocytés) des antigènes. Les IgA se retrouvent dans les sécrétions (salive, larme, mucus, etc.) sous la forme de dimères. Cette classe d'anticorps permet la neutralisation et l'agglutination d'antigène. De plus, la présence de ce type d'anticorps dans le lait de la femme permet aux nouveau-nés de recevoir une immunité passive durant la période d'allaitement. Les IgE sont les anticorps impliqués dans les réactions allergiques puisqu'ils provoquent la libération d'histamine et d'autres substances impliquées dans ce genre de réaction par les granulocytes basophiles. Finalement, les IgD sont retrouvés à la surface des lymphocytes B dit «naïfs» (qui n'ont pas encore été exposés à un antigène) et servent de récepteurs cellulaires à ceux-ci. Contrairement aux quatre autres classes d'anticorps, les IgD ont une région transmembranaire qui leur permet de se fixer à la membrane cellulaire des lymphocytes B [4]. Les quatre première classes d'anticorps sont produites par les plasmocytes qui sont l'« évolution » des lymphocytes B (B car les lymphocytes B ont été découverts chez l'oiseau dans la bourse de Fabricius ; par la suite le « B » fut conservé car bone marrow, (la moelle osseuse en anglais) correspond au lieu de maturation de ces cellules à la suite de la reconnaissance par certains de leurs récepteurs membranaires d'interleukine (molécule chimique permettant le clonage des LB et leur différenciation) produite par les lymphocytes T4.

Notons l'existence d'une maladie impliquant le système immunitaire adaptatif. Il s'agit du Bare Lymphocytes Syndrome ( BLS). Les patients souffrant de cette maladie ne peuvent présenter d'antigène à la surface des cellules présentatrices d'antigène et il ne peut donc pas y avoir production d'anticorps. Cette maladie a notamment permis des avancées en biologie moléculaire en permettant l'identification par complémentation d'un facteur de transcription essentiel, le transactivateur de classe II (CIITA).

Immunité cellulaire

Article détaillé : immunité cellulaire.

Le système immunitaire cellulaire s'occupe des cellules infectées par des virus, bactéries, et les cellules cancéreuses. L'action s'effectue via les lymphocytes T (T parce que ces cellules mûrissent dans le thymus après leur naissance dans la moelle osseuse). Les lymphocytes T sont capables d'interagir avec les cellules de l'organisme grâce à leurs récepteurs cellulaires formés de deux chaînes polypeptidiques: la chaîne α (alpha) et la chaîne β (bêta). Ces récepteurs sont tout aussi spécifiques aux antigènes que les anticorps ou que les récepteurs de lymphocytes B, mais, contrairement aux anticorps et aux récepteurs de lymphocytes B, les récepteurs de lymphocytes T ne reconnaissent que de petits antigènes qui doivent être présentés par une molécule de CMH à la surface d'une cellule infectée [4]. On distingue deux grandes familles de Lymphocytes T :

  • les lymphocytes T cytotoxiques (Tc). Ces lymphocytes sont munis de la protéine de surface CD8 qui permet au récepteur de lymphocytes T de se lier aux molécules de CMH de type I. En effet, la liaison de CD8 sur le côté de la molécule de CMH permet de garder le lymphocyte T et la cellule infectée liés plus longtemps, ce qui favorise l'activation du lymphocyte. Une fois activé, le lymphocyte T cytotoxique libère des protéines, comme la perforine ou des granzymes qui provoquent la formation de pores dans la paroi cellulaire de la cellule infectée, entraînant sa mort. Cela a pour effet de priver le pathogène d'un lieu de reproduction et de l'exposer aux anticorps et aux leucocytes phagocytaires qui circulent dans la région infectée [4] ;
  • les lymphocytes T auxiliaires (Th). Ces lymphocytes sont munis de la protéine de surface CD4, ce qui permet à leur récepteur d'interagir avec des cellules exprimant une molécule de CMH de type II (cellules présentatrices d'antigènes). La protéine CD4 fonctionne de la même manière que la CD8, et permet comme elle de favoriser l'activation du lymphocyte. Lorsqu'un lymphocyte T auxiliaire est activé, il libère des cytokines qui stimulent les autres lymphocytes et facilitent leur activation (elles facilitent la réaction humorale et cellulaire) [4].

Aux lymphocytes T s'ajoutent aussi les lymphocytes NK (natural killer). Ces cellules sont impliquées dans une réponse à mi-chemin entre spécifique et non spécifique, selon les situations. Ils jouent notamment un rôle en début de grossesse, le fœtus devant se protéger contre elles pour pouvoir survivre dans le ventre de sa mère.

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