20 façons dont le système immunitaire humain fonctionne que la plupart des gens ne découvrent jamais

Le système immunitaire ne fonctionne pas à partir d'un centre de commandement unique. Il fonctionne comme un réseau distribué d'organes, de cellules et de signaux chimiques répartis de la peau à la moelle osseuse, et la plupart de ce qu'il fait se produit sans produire aucun symptôme. Une personne peut être exposée à des milliers de microbes en une seule journée sans s'en rendre compte, car le système a déjà identifié, contenu et éliminé la menace avant qu'elle ne puisse causer de dommage. Ce que les gens apprennent habituellement sur l'immunité se limite à quelques termes familiers - globules blancs, anticorps, peut-être les cellules T d'un cours de biologie. Le système réel est constitué de dizaines de parties spécialisées, chacune avec un travail distinct, et beaucoup d'entre elles fonctionnent de manière qui n'ont rien à voir avec l'image populaire du corps qui "combat simplement les germes".

Certains des faits les plus utiles sur l'immunité concernent des choses qui semblent ne pas être liées à la maladie du tout : la qualité du sommeil, les bactéries intestinales, le vieillissement et les hormones de stress modifient directement la performance du système immunitaire. D'autres faits expliquent des symptômes souvent mal interprétés comme des problèmes, comme la fièvre, qui n'est pas un dysfonctionnement du corps mais le corps augmentant délibérément sa propre température comme une arme. Comprendre ces mécanismes change la façon dont une personne interprète la maladie, la vaccination, et même les habitudes quotidiennes comme le sommeil et l'alimentation.

Cette liste décompose 20 éléments spécifiques et bien documentés sur le fonctionnement réel du système immunitaire, des barrières physiques qui arrêtent les agents pathogènes avant qu'ils n'entrent dans le corps aux cellules spécialisées qui arrêtent toute la réponse une fois la menace disparue. Chacun est une pièce autonome du tableau d'ensemble, tirée de l'immunologie établie plutôt que d'explications populaires. Aucun d'entre eux ne nécessite un bagage médical pour comprendre, et chacun explique quelque chose sur le corps que la plupart des gens passent toute leur vie sans avoir appris.

Credit:   CDC / Unsplash

Le système immunitaire inné répond à une menace en quelques minutes à quelques heures, utilisant des cellules et des protéines qui reconnaissent des motifs généraux communs aux agents pathogènes plutôt qu'à un germe spécifique. Cette branche ne nécessite pas d'exposition préalable pour fonctionner, c'est pourquoi elle est considérée comme non spécifique.

Ses principaux acteurs sont les phagocytes, des cellules qui engloutissent physiquement et digèrent les envahisseurs. Les macrophages patrouillent dans les tissus et consomment les bactéries, les cellules mortes et les débris, tandis que les neutrophiles arrivent généralement les premiers sur le site d'une infection, attirés par les signaux chimiques libérés par le tissu endommagé. Les deux types de cellules portent des récepteurs de reconnaissance de motifs à leur surface, des capteurs moléculaires conçus pour détecter des structures que l'on trouve sur de nombreux agents pathogènes à la fois, comme les composants de la paroi cellulaire bactérienne ou le matériel génétique viral.

L'inflammation est le signe visible de ce système en action. Rougeur, chaleur, gonflement et douleur autour d'une plaie ou d'une infection proviennent de l'élargissement et de la perméabilité accrue des vaisseaux sanguins, permettant aux cellules immunitaires et aux fluides d'inonder la zone. C'est un processus contrôlé et délibéré, pas simplement un dommage.

Parce que l'immunité innée ne construit pas de mémoire des agents pathogènes spécifiques, elle répond de la même manière à chaque fois qu'elle rencontre une menace, que cette menace soit nouvelle ou rencontrée cent fois auparavant par le corps. Ce travail — se souvenir — appartient au système immunitaire adaptatif, qui travaille aux côtés de l'immunité innée mais prend des jours plutôt que des heures pour s'activer pleinement. Les deux systèmes communiquent constamment : les cellules immunitaires innées déclenchent souvent et façonnent la réponse adaptative qui suit, transmettant des informations sur ce qu'elles ont rencontré afin qu'une réponse plus ciblée puisse suivre.

Credit: cottonbro studio / Pexels

La fièvre est le corps qui élève intentionnellement sa propre température interne, comme une défense calculée plutôt qu'un signe que quelque chose ne va pas. L'hypothalamus, une petite région à la base du cerveau, contrôle la température centrale du corps et la réinitialise à la hausse en réponse à des signaux chimiques appelés pyrogènes.

Ces pyrogènes incluent des cytokines telles que l'interleukine-1, l'interleukine-6 et le facteur de nécrose tumorale-alpha, libérées par les cellules immunitaires après avoir détecté une infection. Lorsque ces signaux atteignent l'hypothalamus, il modifie le thermostat interne du corps à un point de consigne plus élevé, et le corps répond en générant de la chaleur par des frissons et en réduisant les pertes de chaleur en rétrécissant les vaisseaux sanguins près de la peau. Cette combinaison explique pourquoi une personne avec une fièvre montante se sent souvent froide et frissonne même si sa température interne augmente.

La température plus élevée fonctionne de deux manières. De nombreuses bactéries et virus se répliquent moins efficacement à des températures supérieures à la norme humaine d'environ 98,6 degrés Fahrenheit, donc élever la température corporelle même de quelques degrés peut ralentir directement un pathogène. Dans le même temps, plusieurs fonctions immunitaires s'accélèrent dans des conditions plus chaudes, y compris la migration des globules blancs vers les sites d'infection et l'efficacité de certaines réponses anticorps.

La fièvre est limitée par les systèmes de régulation du corps, c'est pourquoi les adultes en bonne santé développent rarement des températures suffisamment élevées pour causer des dommages par elles-mêmes, bien que des fièvres très élevées ou prolongées nécessitent une attention médicale, en particulier chez les nourrissons et les jeunes enfants. Supprimer une légère fièvre avec des médicaments n'arrête pas la réponse immunitaire sous-jacente, car les systèmes inné et adaptatif fonctionnent déjà par d'autres voies ; la fièvre est un outil parmi plusieurs, pas la réponse entière, et l'abaisser concerne généralement le confort plutôt que de modifier le résultat de la maladie elle-même.

Credit: Monstera Production / Pexels

Les trillions de bactéries vivant dans l'intestin humain font plus qu'aider à la digestion ; elles forment directement le système immunitaire, en particulier pendant l'enfance et la petite enfance. Environ 70 à 80 pour cent des cellules immunitaires du corps se trouvent dans les tissus entourant l'intestin, appelés tissu lymphoïde associé à l'intestin, plaçant le système immunitaire en contact constant avec cette population bactérienne.

Une exposition précoce à une gamme diversifiée de bactéries intestinales semble enseigner au système immunitaire en développement quels signaux représentent des résidents inoffensifs et lesquels représentent de véritables menaces. Les enfants élevés dans des environnements avec une exposition microbienne limitée montrent, dans certaines études, des taux plus élevés de conditions liées à l'immunité plus tard dans la vie, un schéma qui a façonné les recherches en cours sur la relation entre l'exposition microbienne précoce et la régulation immunitaire.

Les bactéries intestinales produisent également des sous-produits qui influencent directement le comportement des cellules immunitaires. Lorsque les bactéries fermentent les fibres alimentaires, elles génèrent des acides gras à chaîne courte, dont un appelé butyrate, qui soutient le développement des cellules T régulatrices, un type de cellule spécialisé qui aide à empêcher le système immunitaire de réagir de manière excessive à des substances inoffensives. Une communauté intestinale pauvre en bactéries fermentant les fibres produit moins de ce signal, ce que certaines recherches lient à une réponse immunitaire moins bien régulée.

La relation fonctionne dans les deux sens. Le système immunitaire, à son tour, aide à maintenir l'équilibre de la population bactérienne intestinale, en utilisant des anticorps et des protéines antimicrobiennes sécrétées dans la paroi intestinale pour empêcher toute espèce bactérienne unique de se surdévelopper. Cet échange constant entre bactéries intestinales et tissu immunitaire est l'une des raisons pour lesquelles les antibiotiques, qui perturbent largement le microbiome, peuvent avoir des effets sur la fonction immunitaire qui durent bien au-delà du traitement, et c'est en partie pourquoi l'alimentation et la santé intestinale sont désormais étudiées comme des leviers directs de performance immunitaire plutôt que comme des systèmes totalement séparés.

Credit: Arizona Science Center / Wikimedia Commons (CC BY-SA 3.0)

Les cellules B mémoires sont la raison pour laquelle une personne qui se remet d'une infection, ou reçoit un vaccin, a souvent une protection durable contre ce pathogène spécifique. Après une exposition initiale, un sous-ensemble de cellules B activées ne meurt pas une fois l'infection résolue; au lieu de cela, elles se transforment en cellules mémoires de longue durée qui peuvent persister dans la moelle osseuse et les ganglions lymphatiques pendant des années, parfois à vie.

Ces cellules mémoires portent un enregistrement moléculaire du pathogène exact qu'elles ont rencontré, sous la forme d'un récepteur de cellule B conçu pour reconnaître un antigène spécifique. Si ce même pathogène réapparaît, les cellules B mémoires s'activent beaucoup plus rapidement que la réponse initiale, produisant souvent de grandes quantités d'anticorps ciblés en quelques jours plutôt qu'en une à deux semaines qu'une infection de première fois prend généralement à contrôler.

Ce mécanisme est la base biologique à la fois de l'immunité naturelle après infection et de l'immunité induite par le vaccin. Un vaccin fonctionne en présentant au système immunitaire une version inoffensive de l'antigène d'un pathogène, incitant à la même formation de cellules B mémoires sans nécessiter que la personne traverse la maladie elle-même. Certains vaccins produisent une mémoire qui dure des décennies, comme le vaccin contre la rougeole, tandis que d'autres s'estompent plus rapidement, c'est en partie pourquoi certains vaccins nécessitent des doses de rappel.

Tous les pathogènes ne produisent pas une mémoire aussi durable. Les virus qui mutent rapidement, tels que la grippe et les virus qui causent le rhume, présentent une cible mouvante, car les cellules B mémoires construites autour de l'antigène d'une souche peuvent ne pas bien reconnaître une version mutée. C'est une raison centrale pour laquelle les vaccins contre la grippe sont reformulés presque chaque année, et pourquoi une personne peut attraper un rhume plusieurs fois en une saison malgré un système de cellules B mémoires intact et pleinement fonctionnel.

Credit: CDC / Pexels

Les cellules tueuses naturelles, ou cellules NK, sont un type de globules blancs capables de détruire les cellules infectées par des virus et cancéreuses sans avoir besoin de reconnaître au préalable un antigène spécifique, ce qui les distingue de la plupart des éléments du système immunitaire adaptatif. Elles font techniquement partie de la branche innée, bien qu'elles soient un type de lymphocyte, la même grande famille de cellules qui inclut les cellules T et B.

La plupart des cellules du corps affichent un marqueur à leur surface appelé CMH de classe I, une sorte de balise d'identification qui signale au système immunitaire que la cellule est saine et appartient au corps. Les cellules NK sont conçues pour détecter l'absence de ce marqueur. De nombreux virus et cellules cancéreuses suppriment l'affichage du CMH de classe I pour se cacher des cellules T, mais cette même suppression les expose aux cellules NK, qui sont réglées pour attaquer précisément les cellules qui semblent cacher quelque chose. C'est souvent appelé le mécanisme de « soi manquant ».

Une fois qu'une cellule NK identifie une cible, elle libère des protéines appelées perforine et granzymes directement à la surface de la cellule cible. La perforine crée de petites pores dans la membrane cellulaire, et les granzymes passent à travers ces pores pour déclencher un processus de mort cellulaire contrôlée à l'intérieur de la cible, la détruisant de l'intérieur sans endommager les tissus sains environnants.

Les cellules NK libèrent également des cytokines, dont l'interféron-gamma, qui alertent et recrutent d'autres cellules immunitaires dans la zone, agissant comme un système d'alerte précoce ainsi qu'un attaquant direct. Parce qu'elles agissent sans avoir besoin d'une exposition préalable ou d'un processus d'activation lent, les cellules NK fournissent une réponse rapide contre les cellules infectées ou anormales dans les premières heures d'une réaction immunitaire, bien avant que les cellules T ne soient activées et multipliées en nombre suffisant pour rejoindre le combat.

Credit: OpenStax College - Anatomy & Physiology, Connexions Website / Wikimedia Commons (CC BY 3.0)

Le système du complément est un groupe d'environ 30 protéines qui circulent dans le sang sous une forme inactive et s'activent dans une réaction en chaîne une fois déclenchée, plutôt que par un type de cellule dédié unique. C'est l'une des armes les plus anciennes et les plus directes que possède le système immunitaire contre les bactéries.

Les protéines du complément peuvent être déclenchées par trois voies distinctes : une activée par des anticorps déjà liés à un pathogène, une déclenchée directement par des molécules à la surface d'un pathogène, et une qui s'active spontanément à un faible taux de fond et se renforce une fois qu'elle détecte une surface étrangère. Les trois voies convergent vers le même résultat, formant ce qu'on appelle un complexe d'attaque membranaire, une structure en forme d'anneau qui s'insère dans la membrane externe d'une cellule bactérienne et y perce un véritable trou. Le liquide s'engouffre dans la cellule par ce trou et la bactérie éclate.

Les protéines du complément ont d'autres fonctions au-delà de la destruction directe. Certaines recouvrent, ou opsonisent, la surface des pathogènes, les marquant efficacement pour que les phagocytes comme les macrophages les reconnaissent et les consomment plus efficacement. D'autres, appelées anaphylatoxines, sont libérées au cours de la cascade et agissent comme des signaux chimiques qui recrutent davantage de cellules immunitaires sur le site et augmentent la perméabilité des vaisseaux sanguins locaux, contribuant directement à l'inflammation.

Parce que la cascade du complément peut s'intensifier rapidement et causer des dommages aux tissus si elle n'est pas contrôlée, le corps dispose de plusieurs protéines régulatrices dont le travail entier est d'empêcher le complément de s'activer contre les propres cellules saines du corps. Les déficiences génétiques dans ces protéines régulatrices sont liées à certaines conditions auto-immunes et inflammatoires, illustrant comment un mécanisme de défense conçu pour la rapidité et la force nécessite également des contrôles internes précis pour éviter de devenir un handicap pour le même corps qu'il protège.

Credit: National Institute of Allergy and Infectious Diseases / Unsplash

Les neutrophiles, le type de globules blancs le plus abondant, ont un mécanisme de défense au-delà du simple fait d'engloutir les agents pathogènes : ils peuvent libérer leur propre ADN dans une structure en forme de filet qui piège et tue les microbes à l'extérieur de la cellule. Ces structures sont appelées pièges extracellulaires de neutrophiles, ou NETs, et leur rôle dans l'immunité a été décrit en détail pour la première fois en 2004.

Pour former un NET, un neutrophile décompose sa propre membrane nucléaire interne, libérant la chromatine, la combinaison d'ADN et de protéines normalement compactée à l'intérieur du noyau de la cellule. Cette chromatine, parsemée de protéines antimicrobiennes et d'enzymes telles que l'élastase et la myéloperoxydase, est expulsée vers l'extérieur dans un maillage collant et fibreux. Les bactéries et les champignons se retrouvent physiquement piégés dans ce maillage, où les protéines antimicrobiennes attachées peuvent les tuer ou au moins les empêcher de se propager davantage à travers les tissus.

Ce processus, parfois décrit comme une forme de mort cellulaire distincte de la mort cellulaire programmée ordinaire, sacrifie efficacement le neutrophile lui-même en échange de contenir une infection qui pourrait autrement se propager plus rapidement que les cellules individuelles ne pourraient la consommer. Les NETs sont particulièrement utiles contre les agents pathogènes trop grands pour qu'un seul neutrophile puisse les engloutir, ou contre les bactéries à multiplication rapide dans des situations où la vitesse de confinement est plus importante qu'une élimination propre.

Les NETs ne sont pas sans coût pour le corps. Le même ADN et les protéines qui piègent les agents pathogènes peuvent contribuer à des dommages tissulaires et à la coagulation du sang lorsqu'ils sont libérés en grandes quantités, et une formation excessive de NET a été liée à des conditions incluant certaines maladies auto-immunes et des complications observées dans des infections sévères. Les chercheurs continuent d'étudier comment exploiter le bénéfice de piégeage des agents pathogènes des NETs tout en limitant les dommages collatéraux qu'ils peuvent causer dans les tissus environnants lorsque la réponse est prolongée ou excessive.

Credit: OpenStax College - Anatomy & Physiology, Connexions Website / Wikimedia Commons (CC BY 3.0)

Le thymus, une petite glande située derrière le sternum, est l'endroit où les cellules T mûrissent et apprennent à distinguer les cellules du corps du matériel étranger. Contrairement à la plupart des organes, il atteint sa plus grande taille dans l'enfance, puis rétrécit régulièrement, dans un processus bien documenté appelé involution thymique.

Les cellules T immatures proviennent de la moelle osseuse mais se déplacent vers le thymus pour compléter leur développement. À l'intérieur du thymus, chaque cellule T en développement est testée contre un large éventail de protéines du corps dans un processus de sélection positive et négative : les cellules qui ne parviennent pas à reconnaître les marqueurs de compatibilité tissulaire du corps sont éliminées, et les cellules qui réagissent trop fortement contre les protéines du corps sont également éliminées, laissant une population de cellules T capables de reconnaître les menaces étrangères sans attaquer les tissus sains.

Le tissu thymique est le plus actif avant la puberté. Après ce point, le tissu thymique fonctionnel est progressivement remplacé par du tissu adipeux, et à l'âge moyen, seule une petite fraction de la capacité maximale de la glande reste. Cela signifie que le taux auquel le corps peut générer de nouvelles cellules T, dites "naïves" — celles qui n'ont jamais rencontré un pathogène spécifique auparavant — diminue régulièrement au cours de la vie d'une personne.

Ce déclin est l'une des raisons pour lesquelles les adultes plus âgés montent souvent des réponses plus faibles aux nouveaux pathogènes et aux nouveaux vaccins, puisque le corps s'appuie de plus en plus sur les cellules T mémoire existantes plutôt que de générer de nouvelles adaptées à une menace inédite. Cela ne signifie pas que les systèmes immunitaires des personnes âgées cessent de fonctionner ; les cellules T mémoire construites plus tôt dans la vie, avec les cellules B et l'immunité innée, continuent de fonctionner normalement. La vulnérabilité spécifique concerne les nouvelles menaces que le corps n'a pas encore rencontrées, ce qui explique en partie pourquoi la vaccination dans l'enfance, alors que la production thymique est encore élevée, a un effet durable considérable sur l'immunité à vie.

Credit: National Institute of Allergy and Infectious Diseases / Unsplash

Les anticorps, également appelés immunoglobulines, ne sont pas un outil uniforme unique mais se déclinent en cinq classes structurellement distinctes, chacune adaptée à un emplacement différent dans le corps ou à une étape de la réponse immunitaire. Ces classes sont étiquetées IgG, IgM, IgA, IgD et IgE.

L'IgG est l'anticorps le plus abondant dans la circulation sanguine et le principal anticorps à long terme produit après une infection ou une vaccination. Il est suffisamment petit pour traverser le placenta, offrant une immunité passive au fœtus en développement à partir de la mère, qui dure les premiers mois de la vie. L'IgM est le premier type d'anticorps produit lors d'une nouvelle infection, apparaissant en quelques jours ; il forme une structure en cinq unités qui le rend particulièrement efficace pour déclencher le système du complément, bien qu'il disparaisse à mesure que la production d'IgG augmente.

L'IgA est l'anticorps dominant sur les surfaces muqueuses, présent dans la salive, les larmes, le lait maternel et les muqueuses des voies respiratoires et digestives, où il intercepte les pathogènes avant qu'ils ne puissent pénétrer plus profondément dans les tissus. L'IgE, bien que présent dans la circulation sanguine en très petites quantités dans des conditions normales, est surtout connu pour son rôle dans les réactions allergiques, se liant aux mastocytes et aux basophiles et déclenchant la libération d'histamine lorsqu'il rencontre un allergène tel que le pollen ou une protéine alimentaire. L'IgE joue également un rôle défensif contre les infections par des vers parasites, une fonction qui précède son rôle plus couramment discuté dans les allergies.

L'IgD est la moins comprise des cinq classes. Elle se trouve principalement à la surface des cellules B immatures, où elle semble fonctionner comme un récepteur qui aide à réguler comment ces cellules B réagissent aux antigènes avant de mûrir complètement, bien que son rôle précis reste un domaine actif de recherche en immunologie par rapport aux quatre autres classes mieux caractérisées.

Credit: Henry Gray, Anatomy of the Human Body (1918) / GetArchive

Le système lymphatique est un réseau distinct de vaisseaux fonctionnant en parallèle avec le système circulatoire, et il fonctionne comme le principal réseau de transport et de surveillance du système immunitaire. Plutôt que de transporter du sang, il transporte un liquide clair appelé lymphe, qui récupère l'excès de liquide, les protéines et les cellules immunitaires des tissus dans tout le corps.

Les ganglions lymphatiques, petites structures en forme de haricot dispersées le long de ce réseau, agissent comme des points de contrôle où les cellules immunitaires se rassemblent et filtrent le liquide qui passe. Les ganglions lymphatiques sont densément peuplés de lymphocytes, y compris les cellules B et T, ainsi que de cellules dendritiques qui affichent des fragments de pathogènes qu'elles ont rencontrés ailleurs dans le corps. Lorsqu'une cellule dendritique portant un fragment de pathogène arrive à un ganglion lymphatique, elle peut activer des cellules T et B spécifiques qui reconnaissent cet antigène exact, déclenchant une réponse immunitaire adaptative ciblée.

Cela explique pourquoi les ganglions lymphatiques près d'une infection gonflent souvent et deviennent sensibles, signe que les ganglions se remplissent de cellules immunitaires activées travaillant activement sur une réponse. Un ganglion lymphatique enflé sous la mâchoire lors d'une infection de la gorge, par exemple, reflète le rôle du ganglion comme base locale plutôt que comme un site d'infection lui-même.

Au-delà du transport des cellules immunitaires, le système lymphatique retourne également l'excès de liquide des tissus dans le sang, évitant l'accumulation de liquide, et il absorbe les graisses du tractus digestif par des vaisseaux spécialisés dans l'intestin grêle. La rate, les amygdales et les végétations adénoïdes sont également considérées comme faisant partie du système lymphatique élargi, chacune contribuant à des sites supplémentaires où les cellules immunitaires se rassemblent, surveillent les menaces et montent des réponses, faisant du réseau lymphatique moins un seul organe qu'un système de surveillance distribué fonctionnant dans presque toutes les régions du corps.

Credit: A. Rad / Wikimedia Commons (CC BY-SA 3.0)

Avant que toute cellule immunitaire ne doive répondre à un pathogène, les barrières physiques du corps effectuent la majeure partie du travail, et la peau est la plus grande d'entre elles. La couche la plus externe de la peau, appelée stratum corneum, est composée de cellules aplaties, mortes, remplies de kératine, serrées les unes contre les autres, formant une barrière que la plupart des microbes ne peuvent pas pénétrer par eux-mêmes.

La peau maintient également une surface légèrement acide, souvent appelée le manteau acide, créée par la sueur, l'huile et les bactéries naturelles qui vivent sur la peau, et cette acidité décourage la croissance de nombreux micro-organismes nuisibles. Les cellules de la peau sécrètent également des peptides antimicrobiens, de petites protéines capables de détruire directement les membranes cellulaires bactériennes au contact, ajoutant une couche de défense chimique à la barrière physique.

Les muqueuses, qui tapissent les voies respiratoires, le tube digestif et d'autres surfaces internes exposées au monde extérieur, utilisent une stratégie différente basée sur une substance épaisse et collante appelée mucus. Le mucus piège physiquement les particules inhalées, les bactéries et les virus avant qu'ils ne puissent atteindre les tissus plus profonds. Dans les voies respiratoires, de minuscules structures ressemblant à des cheveux appelées cils battent en une vague coordonnée, balayant le mucus et tout ce qui y est piégé vers le haut et hors des poumons, un processus connu sous le nom d'escalator mucociliaire.

Des défenses chimiques supplémentaires renforcent ces barrières à des endroits spécifiques. Les larmes et la salive contiennent une enzyme appelée lysozyme, qui décompose les parois cellulaires de nombreuses bactéries au contact, et l'acide gastrique est assez puissant pour détruire la plupart des microbes avalés avec de la nourriture ou de l'eau. Ensemble, ces barrières représentent le premier stade de défense que les systèmes immunitaires inné et adaptatif n'ont jamais à intervenir, puisque la plupart des expositions microbiennes sont neutralisées ici avant qu'elles ne pénètrent suffisamment pour déclencher une réponse immunitaire complète.

Credit: Sonu Bhaskar, Akansha Sinha, Maciej Banach, Shikha Mittoo, Robert Weissert, Joseph S. Kass, Santhosh / Wikimedia Commons (CC BY 4.0)

Une tempête de cytokines se produit lorsque le système immunitaire libère des protéines de signalisation inflammatoire, appelées cytokines, en quantités si grandes et soutenues que la réponse elle-même commence à endommager les propres tissus du corps, plutôt que seulement le pathogène qu'elle était censée combattre. Cela représente une défaillance des contrôles normaux qui maintiennent une réponse immunitaire proportionnelle à la menace.

Les cytokines telles que l'interleukine-6 et le facteur de nécrose tumorale alpha sont normalement libérées en quantités contrôlées pour recruter des cellules immunitaires, déclencher la fièvre et coordonner une réponse. Dans une tempête de cytokines, les boucles de rétroaction qui atténueraient normalement cette signalisation l'amplifient à la place, les cellules immunitaires activées produisant plus de cytokines qui recrutent et activent encore plus de cellules immunitaires, dans un cycle qui peut s'intensifier rapidement en quelques heures.

Les effets s'étendent bien au-delà du site initial de l'infection. En circulant dans le sang, les cytokines en excès peuvent rendre les vaisseaux sanguins anormalement perméables, faire chuter la pression artérielle et causer des dommages directs aux organes, y compris les poumons, les reins et le foie, à cause de la réponse inflammatoire elle-même plutôt que du pathogène. Cela fait partie de la raison pour laquelle certaines infections graves, y compris certains cas de septicémie et de cas graves de COVID-19, causent des dommages aux organes qui semblent disproportionnés par rapport à la gravité initiale de l'infection.

Les tempêtes de cytokines ne se limitent pas aux infections. Elles ont également été documentées comme un effet secondaire de certaines immunothérapies contre le cancer, en particulier la thérapie par cellules CAR T, où des cellules immunitaires conçues pour attaquer les cellules cancéreuses déclenchent une libération de cytokines à grande échelle similaire. Reconnaissant ce risque, les médecins administrant ces thérapies surveillent maintenant de près les patients pour déceler les premiers signes de tempête de cytokines et ont des traitements spécifiques, y compris des médicaments qui bloquent la signalisation de l'IL-6, prêts à interrompre le cycle s'il commence.

Credit: Ali Rowshani / Unsplash

La maladie auto-immune survient lorsque le système immunitaire ne parvient pas à distinguer les tissus du corps des matériaux étrangers et attaque les cellules saines, utilisant les mêmes outils qu'il dirigerait normalement contre les agents pathogènes. Plus de 80 maladies auto-immunes distinctes ont été identifiées, chacune ciblant différents tissus.

Normalement, le système immunitaire développe une tolérance aux protéines du corps grâce à deux processus qui se chevauchent. La tolérance centrale se produit dans le thymus et la moelle osseuse, où les cellules T et B en développement qui réagissent trop fortement aux protéines du corps sont éliminées avant d'entrer en circulation. La tolérance périphérique agit comme une sauvegarde, utilisant les cellules T régulatrices et d'autres mécanismes à travers le corps pour supprimer toutes les cellules immunitaires auto-réactives qui ont échappé au premier filtre. La maladie auto-immune se développe lorsque les deux couches de tolérance échouent pour un tissu cible spécifique.

Le tissu ciblé détermine la maladie et ses symptômes. Dans le diabète de type 1, le système immunitaire attaque les cellules productrices d'insuline dans le pancréas. Dans la polyarthrite rhumatoïde, il cible la paroi des articulations, causant une inflammation chronique et des lésions articulaires. Dans la sclérose en plaques, il attaque le revêtement protecteur autour des fibres nerveuses dans le cerveau et la moelle épinière. Dans la thyroïdite de Hashimoto, il cible la glande thyroïde, réduisant progressivement sa capacité à produire des hormones.

Les déclencheurs exacts qui provoquent la rupture de la tolérance restent un domaine actif de recherche, mais la génétique, certaines infections et les facteurs environnementaux jouent tous un rôle dans différentes combinaisons selon la maladie spécifique. Les maladies auto-immunes sont également plus fréquentes chez les femmes que chez les hommes pour des raisons qui sont encore en cours d'étude, les facteurs hormonaux et génétiques étant tous deux considérés comme des contributeurs probables à ce schéma.

Credit: https://www.scientificanimations.com / Wikimedia Commons (CC BY-SA 4.0)

La rate est le plus grand organe lymphoïde du corps, située dans le haut de l'abdomen gauche, et elle remplit deux fonctions distinctes: filtrer le sang et soutenir les réponses immunitaires. Elle est divisée en deux régions fonctionnelles connues sous le nom de pulpe rouge et de pulpe blanche, chacune accomplissant une tâche différente.

La pulpe rouge est l'endroit où la rate filtre directement le sang, identifiant et éliminant les globules rouges vieux, endommagés ou déformés de la circulation. Les globules rouges vivent généralement environ 120 jours, et au fur et à mesure qu'ils vieillissent et deviennent moins flexibles, la pulpe rouge de la rate les attrape et les décompose, recyclant le fer de leur hémoglobine pour être réutilisé ailleurs dans le corps, principalement dans la production de nouveaux globules rouges.

La pulpe blanche est l'endroit où la rate contribue directement à la défense immunitaire. Elle contient des amas denses de lymphocytes, similaires au tissu trouvé dans les ganglions lymphatiques, et elle monte des réponses immunitaires spécifiquement contre les agents pathogènes présents dans le flux sanguin, un rôle que les ganglions lymphatiques ne sont pas positionnés pour gérer car ils filtrent la lymphe plutôt que le sang directement. La rate stocke également une réserve de monocytes, un type de globule blanc qui peut être rapidement déployé sur un site de blessure ou d'infection lorsque cela est nécessaire.

Comme la rate joue ce double rôle, son ablation, qu'elle soit due à une blessure ou à une maladie, rend une personne plus vulnérable à certaines infections, en particulier par des bactéries encapsulées telles que Streptococcus pneumoniae, que la rate est normalement bien équipée pour filtrer du sang et cibler avec des anticorps. Les personnes sans rate reçoivent généralement des vaccinations supplémentaires et, dans certains cas, des antibiotiques préventifs pour compenser ce manque spécifique dans leurs défenses immunitaires, car aucun autre organe ne remplace pleinement les fonctions combinées de filtration et d'immunité de la rate.

Credit: FRANK MERIÑO / Pexels

Un vaccin fonctionne en introduisant le système immunitaire à une version inoffensive de l'antigène d'un pathogène, l'incitant à construire les mêmes cellules mémoire B et T qu'il développerait lors d'une infection naturelle, sans nécessiter que la personne subisse la maladie réelle ou ses complications.

Différents types de vaccins réalisent cela de différentes manières. Les vaccins vivants atténués, tels que le vaccin contre la rougeole, les oreillons et la rubéole, utilisent une forme affaiblie du virus réel qui peut encore se répliquer brièvement mais ne provoque pas de maladie grave chez une personne en bonne santé, générant une réponse immunitaire particulièrement forte et durable. Les vaccins inactivés, comme la plupart des vaccins contre la grippe, utilisent une version tuée du pathogène qui ne peut pas se répliquer du tout. Les vaccins à sous-unités, y compris le vaccin contre l'hépatite B, utilisent seulement une partie spécifique du pathogène, comme une seule protéine, plutôt que l'organisme entier. Les vaccins à ARN messager, une catégorie plus récente qui inclut certains vaccins contre la COVID-19, délivrent à la place des instructions génétiques qui incitent les cellules d'une personne à produire temporairement une partie inoffensive de la protéine du pathogène, que le système immunitaire reconnaît et à laquelle il réagit.

Quel que soit le procédé, l'objectif est le même : exposer le système immunitaire à une partie reconnaissable du pathogène afin qu'il construise des cellules mémoires capables de répondre rapidement si le vrai pathogène est jamais rencontré. C'est pourquoi une personne vaccinée qui est ensuite exposée à la maladie réelle éprouve généralement une réponse beaucoup plus rapide et plus forte que quelqu'un sans exposition préalable, arrêtant souvent l'infection avant que les symptômes ne se développent.

Tous les vaccins ne produisent pas une protection également durable, c'est en partie pourquoi certains, y compris les vaccins contre le tétanos et certains vaccins contre la coqueluche, nécessitent des doses de rappel périodiques pour maintenir de fortes populations de cellules mémoires au fil du temps, tandis que d'autres génèrent une mémoire qui dure des décennies avec une seule série de doses.

Credit: Polina / Pexels

Le sommeil n'est pas simplement un repos pour le cerveau ; il affecte directement le fonctionnement du système immunitaire, avec des effets mesurables sur le risque d'infection et la réponse au vaccin. Plusieurs mécanismes distincts lient les deux systèmes.

Pendant le sommeil profond, les cellules T montrent une activité accrue d'un type de protéine de surface appelée intégrine, ce qui les aide à adhérer et à interagir plus efficacement avec les cellules infectées. La recherche sur ce mécanisme a révélé que cette capacité d'adhésion diminue lorsqu'une personne est privée de sommeil, parallèlement à des niveaux élevés d'hormones de stress qui semblent interférer avec le même processus d'activation des intégrines. En termes pratiques, un système immunitaire bien reposé est mieux équipé pour engager physiquement et neutraliser les cellules infectées qu'un système fonctionnant avec un sommeil insuffisant.

La privation de sommeil a également été liée, dans des études contrôlées, à une réponse en anticorps plus faible après une vaccination. Dans une étude souvent citée, les personnes ayant dormi moins d'heures dans les jours entourant une vaccination contre l'hépatite B ont développé des niveaux d'anticorps significativement plus bas que celles ayant dormi une nuit complète, ce qui suggère que le corps a besoin d'un sommeil adéquat pour consolider correctement la mémoire immunitaire qu'un vaccin est censé construire.

Au-delà de ces mécanismes spécifiques, le manque de sommeil chronique est associé à des taux plus élevés de rhume après exposition au virus, selon des recherches qui ont suivi les habitudes de sommeil des participants avant de les exposer intentionnellement à un virus causant le rhume dans des conditions contrôlées. Les personnes ayant dormi moins de six heures par nuit étaient considérablement plus susceptibles de développer un rhume que celles ayant dormi sept heures ou plus.

Ces découvertes pointent collectivement vers le sommeil comme une période active de calibration immunitaire plutôt que comme un simple temps d'arrêt, avec des conséquences qui s'étendent au-delà de la sensation de fatigue le lendemain pour inclure une capacité réduite à combattre l'infection et à construire une immunité durable grâce à la vaccination.

Credit: https://kaboompics.com/ / Pexels

Le cortisol, hormone principale du stress dans le corps, a un effet suppressif bien documenté sur la fonction immunitaire lorsqu'il est élevé sur de longues périodes, distinguant le stress chronique des courtes poussées de stress aigu que le corps est bien équipé pour gérer.

Dans les situations de stress à court terme, le cortisol et les hormones associées peuvent en fait mobiliser les cellules immunitaires et renforcer certaines défenses immédiates, partie d'une réponse évolutive adaptée aux menaces physiques brèves. Le stress chronique produit un schéma différent. Un cortisol élevé et soutenu supprime la production et l'activité des lymphocytes, y compris les cellules T, et déplace l'équilibre du signalement immunitaire loin du type le plus efficace contre les infections virales.

Cette suppression a des effets mesurables dans le monde réel. Des études sur le stress chronique, y compris des recherches sur les aidants familiaux de membres souffrant de maladies de longue durée, ont trouvé une cicatrisation plus lente et une réponse en anticorps réduite à la vaccination par rapport à des groupes témoins moins stressés chroniquement. Le stress psychologique chronique a également été associé à une susceptibilité accrue au rhume après exposition virale dans des études contrôlées, avec un stress auto-rapporté plus élevé corrélant avec une plus grande probabilité de développer des symptômes de rhume après l'exposition au virus.

Les effets suppressifs du cortisol agissent en partie en réduisant la production de certaines cytokines nécessaires à l'activation complète des cellules immunitaires et en partie en favorisant la mort de certaines populations de lymphocytes par un processus appelé apoptose. Sur des mois ou des années, cela peut laisser le système immunitaire avec une population plus petite et moins réactive des cellules nécessaires pour monter une défense efficace contre de nouvelles infections.

Parce que la libération de cortisol est directement liée au système de réponse au stress du corps, gérer le stress chronique par des approches comportementales ou médicales est considéré comme un élément légitime de soutien de la fonction immunitaire, et non une considération distincte de bien-être déconnectée de la façon dont le système immunitaire fonctionne réellement au quotidien.

Credit: Ibdipcan2015 / Wikimedia Commons (CC BY-SA 4.0)

La moelle osseuse, le tissu mou situé à l'intérieur des os, est le point d'origine de chaque cellule du système immunitaire, ainsi que des globules rouges et des plaquettes. Tout cela remonte à un seul type de cellule appelé cellule souche hématopoïétique.

Les cellules souches hématopoïétiques sont capables à la fois de s'auto-renouveler, en maintenant leur propre population, et de se différencier en n'importe quel type de cellule sanguine et immunitaire spécialisée dont le corps a besoin. À partir de ce point de départ, les cellules se divisent en deux grandes lignées. La lignée myéloïde produit des globules rouges, des plaquettes et plusieurs types de cellules immunitaires dont les neutrophiles, les macrophages et les cellules dendritiques. La lignée lymphoïde produit des cellules B, des cellules T et des cellules tueuses naturelles.

Les cellules B terminent leur maturation directement dans la moelle osseuse, qui est en fait l'endroit d'où vient le "B" de cellule B, abréviation de moelle osseuse. Les cellules T suivent un chemin différent : elles quittent la moelle osseuse en tant que cellules précurseurs immatures et se dirigent vers le thymus pour terminer leur développement, où elles subissent le processus de sélection qui leur apprend à reconnaître les antigènes étrangers sans attaquer les propres tissus du corps.

Parce que la moelle osseuse est la seule source de ces cellules, un dommage à celle-ci, que ce soit à cause de certains cancers, de la chimiothérapie ou de la radiation, peut gravement compromettre l'ensemble du système immunitaire à la fois, c'est pourquoi les greffes de moelle osseuse sont utilisées pour traiter des conditions, y compris la leucémie et certaines déficiences immunitaires, remplaçant efficacement le système de production de cellules sanguines et immunitaires d'une personne par des cellules souches de donneur saines. La dépendance de l'ensemble du système immunitaire à cette seule source de tissu fait partie des raisons pour lesquelles la santé de la moelle osseuse est considérée comme fondamentale pour la fonction immunitaire globale, plutôt qu'un composant parmi tant d'autres fonctionnant indépendamment.

Credit: Andrea Piacquadio / Pexels

Une allergie est le système immunitaire montant une réponse défensive contre une substance qui ne constitue pas une véritable menace pour le corps, traitant un matériau inoffensif tel que le pollen, les squames d'animaux ou une protéine alimentaire spécifique de la même manière qu'il traiterait un véritable pathogène.

Le mécanisme se concentre sur l'IgE, la classe d'anticorps la plus associée aux réactions allergiques. Chez une personne allergique, la première exposition à un allergène amène le système immunitaire à produire des anticorps IgE spécifiquement façonnés pour reconnaître cette substance. Ces anticorps IgE s'attachent ensuite à la surface des mastocytes et des basophiles, deux types de cellules remplies de granules contenant de l'histamine et d'autres produits chimiques inflammatoires, les armant essentiellement et préparant le corps à réagir lors de la prochaine exposition.

Lorsque la personne rencontre de nouveau le même allergène, les anticorps IgE attachés le lient, déclenchant la libération rapide par les mastocytes et les basophiles de leur histamine stockée et des produits chimiques connexes dans le tissu environnant. L'histamine provoque la dilatation et l'augmentation de la perméabilité des vaisseaux sanguins, entraînant le gonflement, la rougeur et les démangeaisons typiques d'une réaction allergique, tout en déclenchant également la production de mucus et, dans les voies respiratoires, la constriction des muscles lisses qui peut causer la respiration sifflante et la difficulté respiratoire associées à l'asthme allergique.

Dans les cas graves, ce même mécanisme peut se produire dans tout le corps à la fois, une réaction appelée anaphylaxie, dans laquelle la libération généralisée d'histamine provoque une chute soudaine et dangereuse de la pression artérielle ainsi qu'un gonflement des voies respiratoires, nécessitant un traitement immédiat à l'épinéphrine. Les chercheurs pensent que ce système à base d'IgE a évolué principalement comme une défense contre les vers parasites, car l'IgE joue un rôle protecteur véritable contre ces infections ; la maladie allergique est maintenant comprise en grande partie comme ce mécanisme antiparasitaire ancien dysfonctionnant contre des substances qui ne représentent aucune menace réelle.

Credit: OpenStax College - Anatomy & Physiology, Connexions Website / Wikimedia Commons (CC BY 3.0)

Les cellules T régulatrices, souvent abrégées en Tregs, sont un sous-ensemble spécialisé de cellules T dont le travail est de supprimer l'activité immunitaire plutôt que de l'initier, agissant comme un frein intégré à un système qui serait autrement enclin à attaquer les propres tissus du corps.

Les Tregs sont identifiées par une protéine interne spécifique appelée FOXP3, qui agit comme un interrupteur maître contrôlant les gènes qui donnent à ces cellules leur fonction suppressive. La plupart des Tregs se développent dans le thymus aux côtés d'autres cellules T, sélectionnées spécifiquement pour leur capacité à reconnaître les propres protéines du corps, la pression de sélection opposée appliquée aux cellules T conventionnelles, qui sont éliminées si elles réagissent trop fortement à elles-mêmes.

Une fois actives, les Tregs utilisent plusieurs méthodes pour réduire les réponses immunitaires. Elles peuvent supprimer directement l'activité d'autres cellules immunitaires par contact cellulaire, libérer des cytokines anti-inflammatoires telles que l'interleukine-10 qui contrecarre les signaux pro-inflammatoires, et rivaliser avec d'autres cellules T pour l'accès aux signaux de croissance nécessaires à la multiplication de ces cellules, privant ainsi effectivement les réponses immunitaires hyperactives des ressources dont elles ont besoin pour s'étendre.

L'importance des Tregs devient claire en leur absence. Une maladie génétique rare dans laquelle le gène FOXP3 est non fonctionnel, appelée syndrome IPEX, provoque une maladie auto-immune sévère et multi-organes dès la petite enfance, car le corps n'a aucun mécanisme pour retenir les cellules immunitaires qui réagissent contre ses propres tissus. Cette condition illustre que les Tregs ne sont pas un détail réglementaire mineur mais un besoin structurel essentiel pour un système immunitaire fonctionnel. La recherche en cours sur les Tregs s'étend également au traitement du cancer et à la transplantation d'organes, car augmenter ou supprimer leur activité de manière ciblée pourrait aider le système immunitaire à attaquer les tumeurs plus agressivement ou à tolérer un organe transplanté sans le rejeter.