Fiche explicative de la leçon: Réponse immunitaire non spécifique Biologie

Dans cette fiche explicative, nous allons apprendre à décrire comment l’organisme empêche l’entrée de pathogènes et à expliquer comment le système immunitaire non spécifique réagit à une invasion de pathogènes.

On dit que la meilleure attaque est une bonne défense. Heureusement, l’organisme humain a plusieurs systèmes de défense qui évitent à notre corps de devoir lutter contre des infections, tout simplement en empêchant la plupart des agents pathogènes de rentrer ! La réponse immunitaire non spécifique est la méthode utilisée par l’organisme pour empêcher l’entrée de pathogènes et répondre rapidement aux premiers signes d’infection potentielle.

Un pathogène est un agent ou organisme capable d’infecter un hôte et provoquer une maladie. Les agents pathogènes les plus courants incluent les micro-organismes comme les bactéries ou les champignons, et les entités non vivantes telles que les virus, les prions et les viroïdes. Un antigène est une substance qui entraîne une réponse immunitaire. Les agents pathogènes et les antigènes sont liés. Les agents pathogènes peuvent avoir des antigènes à leur surface ou sécréter des antigènes tels que des toxines dangereuses pour les cellules. La relation entre les agents pathogènes et les antigènes est illustrée en figure 1.

Le système immunitaire peut servir de barrière contre les agents pathogènes, et ce de manière physique ou chimique. Les barrières physiques impliquent l’épithélium de la peau, car ces cellules forment des jonctions serrées entre elles pour empêcher physiquement les agents pathogènes de pénétrer dans l’organisme. Les barrières chimiques comprennent les actions des cellules immunitaires, les molécules qu’elles produisent et d’autres substances de l’organisme qui ralentissent, endommagent ou détruisent les agents pathogènes qui peuvent avoir pénétré dans l’organisme.

Il existe deux principaux types de réponses immunitaires : non spécifique et spécifique. L’immunité spécifique est appelée immunité adaptative, ou acquise. C’est la partie du système immunitaire qui s’adapte pour répondre à une menace spécifique d’une manière particulière. Ces réponses sont dites spécifiques à l’antigène. L’immunité adaptative, spécifique, se développe dans votre corps au fil du temps.

L’immunité non spécifique est également appelée immunité innée. C’est la partie du système immunitaire qui réagit de la même manière à toutes les menaces. L’immunité innée n’est pas spécifique à l’antigène. L’immunité innée, non spécifique, est celle avec laquelle vous êtes né. Un schéma illustre les différences entre l’immunité innée et l’immunité adaptative en figure 2.

Elle commence par les défenses barrières, qui protègent l’environnement interne contre les particules étrangères et les agents pathogènes potentiels. Ces défenses peuvent également être décrites comme la « première ligne de défense ».

Chaque point d’entrée de notre organisme (par exemple, notre peau, nos yeux, nos oreilles, notre nez et notre système digestif) possède sa propre défense spécialisée.

La peau définit les limites du corps humain. Elle recouvre et protège toutes les surfaces externes. Notre peau contient également des cellules immunitaires, comme les mastocytes, qui réagissent rapidement à l’infection si la barrière est rompue par une blessure, par exemple une coupure ou une égratignure.

La surface de la peau abrite une communauté de bactéries inoffensives et parfois bénéfiques. Cependant, ces mêmes bactéries peuvent constituer une menace pour notre environnement interne. C’est une des raisons pour lesquelles la peau doit constituer une défense solide contre l’invasion de ces potentiels agents pathogènes.

Alors que la peau protège les surfaces externes, les muqueuses ont la même fonction au niveau des orifices du corps et des surfaces internes. Les muqueuses sont composées d’une ou plusieurs couches de cellules épithéliales, et elles sécrètent généralement du mucus. Les types de cellules et les types de mucus sécrétés varient selon l’emplacement. Les muqueuses se trouvent dans les yeux, les oreilles, le nez, la bouche, le vagin, l’urètre et l’anus. Les muqueuses empêchent la saleté et les agents pathogènes de rentrer dans l’organisme. Un schéma d’épithélium de muqueuse est représenté en figure 3.

Les muqueuses de l’oreille se trouvent dans les oreilles moyenne et interne, les parties les plus profondes de notre tête. L’oreille externe produit une matière appelée cérumen, ou cire. Le cérumen est une barrière de protection supplémentaire qui empêche les corps étrangers de pénétrer dans l’oreille. Il a également été démontré qu’il avait des propriétés antimicrobiennes et antifongiques.

Les muqueuses des yeux se trouvent sur les surfaces internes des paupières. Les yeux sont également protégés et lubrifiés par les larmes. Les larmes sont des sécrétions des glandes appelées glandes lacrymales, qui se situent dans le tissu entourant l’œil. Les glandes lacrymales sécrètent constamment un fluide qui maintient la surface de l’œil humide. Ce fluide contient également des enzymes qui peuvent détruire certaines bactéries. L’une de ces enzymes s’appelle le lysozyme, et elle a la capacité d’ouvrir ou « lyser » certaines bactéries pour les tuer.

Les glandes lacrymales produisent davantage de liquide lorsque la surface de l’œil est stimulée par un contact avec un corps étranger, par exemple de la poussière, ce qui permet de chasser ces objets de l’œil. La poussière et la saleté peuvent transporter des agents pathogènes et causer des dommages physiques à la surface délicate de l’œil. Les glandes lacrymales font également pleurer les humains lorsque nous ressentons des émotions extrêmes comme la joie ou la tristesse.

La quasi-totalité de la surface des voies respiratoires est recouverte de muqueuses, du nez et des sinus jusqu’à l’intérieur des poumons. Le mucus humidifie les surfaces des poumons, ce qui laisse passer les gaz dissous tels que l’oxygène et le dioxyde de carbone. Les muqueuses dans les poumons servent également à piéger les particules étrangères et les agents pathogènes potentiels.

Exemple 1: Les organes qui ont des cellules caliciformes

Les cellules caliciformes, comme celle illustrée sur la figure, sont des cellules sécrétant du mucus. Elles sont présentes dans les muqueuses à travers le corps et libèrent du mucus qui piège les agents pathogènes et autres particules étrangères.

Quel organe ne contient pas de cellules caliciformes ? 

1. la peau
2. l’estomac
3. le vagin
4. le nez
5. la trachée

Réponse

Les cellules caliciformes sont des cellules spécialisées dans la sécrétion d’un fluide appelé mucus. Ces cellules sécrétant du mucus se trouvent dans les muqueuses. Les muqueuses possèdent un type d’épithélium spécialisé, ou revêtement, dont certaines cellules sont spécialisées dans la fabrication du mucus. Certaines muqueuses contiennent également des cellules ciliées spécialisées dans le déplacement du mucus d’un endroit à l’autre.

Dans le système immunitaire, le fonctionnement des muqueuses est une particularité de l’immunité innée ou non spécifique. L’immunité innée est une immunité qui répond à tous les agents pathogènes de la même manière. Autrement dit, l’immunité innée n’est pas spécifique à l’antigène.

L’immunité innée implique une immunité barrière, ou des facteurs physiques et physiologiques qui empêchent les agents pathogènes de pénétrer dans l’organisme. Si un pathogène passe les barrières, ou la première ligne de défense, la deuxième ligne de défense immunitaire innée est activée. Cela requiert l’action de certaines cellules et composants chimiques qui combattent le pathogène pour arrêter ou ralentir la propagation de l’infection.

Les muqueuses sont des barrières de la défense immunitaire. Elles tapissent la plupart des orifices et points d’entrée dans l’environnement interne du corps. Les muqueuses empêchent la saleté et les agents pathogènes de pénétrer dans l’organisme. Les muqueuses se trouvent dans les yeux, les oreilles, le nez, la bouche, le vagin, l’urètre et l’anus.

Cela signifie que l’organe qui ne contient pas de cellules caliciformes est la peau.

Le mucus de nos voies respiratoires est constamment déplacé par des cellules spéciales appelées cellules ciliées. Ces cellules ont des structures ressemblant à des poils qui balayent le mucus dans une direction, vers la gorge. Tout ce qui est piégé dans le mucus des voies respiratoires est finalement avalé et transmis à l’estomac. Un excès de mucus peut provoquer une toux, qui expulsera plus violemment le mucus et les particules étrangères piégées.

La toux est un exemple de réflexe expulsif. Un autre exemple est l’éternuement. Les réflexes expulsifs sont des réflexes qui expulsent de force les substances étrangères au corps. La toux expulse le produit depuis les voies respiratoires menant aux poumons. L’éternuements en fait de même pour les voies nasales. Certains agents pathogènes, dont les virus respiratoires comme le COVID-19, utilisent à leur avantage ces réflexes expulsifs pour les aider à se propager à de nouveaux hôtes.

Tout comme le système respiratoire, le système digestif est presque entièrement tapissé de muqueuses. Elles servent de barrières qui protègent l’environnement interne contre les particules étrangères et les agents pathogènes potentiels. En plus de la protection des muqueuses, différentes parties du système digestif ont leurs propres défenses supplémentaires.

Par exemple, la salive produite dans les glandes salivaires de la bouche contient des enzymes qui peuvent détruire certains types de bactéries.

Les sucs gastriques de l’estomac ( ) ont un pH extrêmement bas, ce qui signifie qu’ils sont très acides. Cette acidité sert à détruire la plupart des agents pathogènes qui pénètrent dans l’estomac soit via notre nourriture, soit via le mucus transféré depuis les voies respiratoires.

À chaque point d’entrée potentiel dans le corps, il existe des barrières qui protègent l’environnement interne contre les particules étrangères et les agents pathogènes potentiels. C’est ce qui est parfois appelé la première ligne de défense. Cependant, il y a des cas où des agents pathogènes parviennent tout de même à entrer dans l’organisme. Cela active la « deuxième ligne de défense ».

Imaginez que vous vous égratigniez accidentellement le bras sur quelque chose de pointu, et que ça coupe votre peau. Au début, vous saignerez et aurez mal. Le saignement élimine les agents pathogènes pour les empêcher de pénétrer dans les vaisseaux sanguins. Il s’arrête lorsqu’un caillot se forme, c’est-à-dire qu’un amas de cellules sanguines viennent boucher la plaie. Le caillot sanguin contient de nombreuses cellules immunitaires. Ce caillot forme finalement une croûte, qui protège davantage l’environnement interne des invasions.

En plus de cette réaction, vous aurez presque immédiatement un gonflement, une rougeur et une douleur à l’endroit de la plaie, qui durent plusieurs heures à plusieurs jours après la blessure initiale. La chaleur, la rougeur et la douleur sont toutes des symptômes de la réponse immunitaire innée, appelée réponse inflammatoire ou inflammation.

Nous avons mentionné précédemment que la peau abritait des cellules immunitaires, notamment des mastocytes. Lorsque ces cellules détectent des dommages ou des lésions aux cellules de la peau, elles libèrent de l’histamine et des cytokines. Les cytokines sont des molécules qui facilitent la communication entre les cellules lors d’une réponse immunitaire. Les cytokines et les histamines initient la réponse inflammatoire. La figure 4 est un schéma illustrant les étapes d’une réponse inflammatoire après une lésion de la peau.

L’histamine fait se dilater les capillaires et vaisseaux sanguins de la peau, cette augmentation de leur diamètre permet un plus fort débit sanguin en direction de la zone de la plaie. Cela s’appelle la vasodilatation. C’est la vasodilatation qui est à l’origine de la chaleur et de la rougeur. Le terme inflammation signifie littéralement « s’enflammer » ou « devenir chaud ».

L’histamine rend également les capillaires plus perméables, permettant à plus de liquide de quitter le sang et de pénétrer dans les tissus de la peau. C’est la cause du gonflement.

Les premiers stades de l’inflammation attirent les phagocytes : des cellules immunitaires capables d’engloutir les agents pathogènes grâce à un processus appelé phagocytose. La phagocytose est la formation d’une vésicule autour de l’agent pathogène, qui est déplacé vers l’intérieur de la cellule. Ensuite, le pathogène peut être détruit ou dégradé pour permettre à ses antigènes d’être affichés à la surface cellulaire.

La phagocytose se déroule selon les étapes suivantes : 

1. L’agent pathogène se fixe sur la membrane plasmique.
2. Le pathogène est englouti par la cellule.
3. Le phagosome est formé.
4. Le phagosome et le lysosome fusionnent pour former un phagolysosome.
5. Les enzymes lysosomales neutralisent et dégradent le pathogène.
6. Les produits du pathogène digéré sont soit excrétés hors de la cellule, soit présentés à la surface de la cellule comme des antigènes.

Les étapes de la phagocytose sont illustrées en figure 5.

Les cellules phagocytaires comprennent les macrophages, les neutrophiles et d’autres cellules similaires. Ces cellules sont capables de migrer facilement vers le site d’infection en raison de l’augmentation du flux sanguin et de la perméabilité accrue des capillaires.

Exemple 4: Identifier les composants de la réponse inflammatoire aux lésions cutanées

La figure ci-dessous montre la réponse cellulaire à une lésion tissulaire après la rupture de la peau par un clou.

Quel est le processus illustré par la cellule X ? 

1. la libération d’histamine
2. la phagocytose
3. la chimiotaxie
4. l’œdème (gonflement)
5. la formation de caillots

Réponse

Lorsque notre peau est endommagée par une coupure ou une égratignure, les cellules endommagées envoient des signaux qui déclenchent une série d’événements que nous appelons collectivement une réponse inflammatoire. Inflammation signifie littéralement « s’enflammer ». Il s’agit des signes d’inflammation, à savoir la rougeur, la chaleur, la douleur et le gonflement. L’histamine provoque une augmentation du diamètre des vaisseaux sanguins à proximité du site de la blessure, ce qui s’appelle la vasodilatation. Cela permet au sang de circuler davantage, ce qui provoque la chaleur et la rougeur.

La libération de messagers chimiques tels que l’histamine et les cytokines entraîne une réponse inflammatoire. Les cellules endommagées de la peau déclenchent la libération d’histamine par les mastocytes, ce qui provoque une vasodilatation.

L’histamine rend également les vaisseaux sanguins plus perméables. Cela signifie que les matériaux peuvent entrer et sortir plus facilement des vaisseaux sanguins. Le liquide du sang est transféré aux tissus entourant la blessure, ce qui entraîne un gonflement. De plus, les phagocytes migrent de la circulation sanguine vers la zone lésée, où elles engloutissent tous les agents pathogènes qui peuvent avoir pénétré dans l’organisme.

De nombreux types de cellules immunitaires sont phagocytaires, notamment les neutrophiles et les macrophages. Ces cellules phagocytaires engloutissent les agents pathogènes en se fixant sur eux à l’aide de molécules situées à leur surface et en les attirant à l’intérieur des phagocytes. Cela forme une vésicule appelée phagosome. Le phagosome fusionne avec un ou plusieurs lysosomes qui sont remplis d’enzymes qui dégradent l’agent pathogène, le détruisant et le neutralisant. Les particules restantes peuvent être expulsées de la cellule par exocytose. Certaines parties de l’agent pathogène, appelées antigènes, seront intégrées à la surface des cellules pour déclencher d’autres actions du système immunitaire.

Par conséquent, le processus illustré par la cellule X est la phagocytose.

Un autre composant cellulaire de la réponse immunitaire innée est un type de lymphocyte appelé cellule « natural killer », ou cellule NK. Les cellules NK sont capables de reconnaître les cellules stressées, infectées ou plus généralement anormales et de les éliminer. Contrairement aux lymphocytes B et T, qui sont spécifiques d’un antigène et font partie du système immunitaire adaptatif, les cellules NK n’ont pas besoin d’être activées par d’autres cellules immunitaires ou de passer par une sélection clonale où les cellules plus spécifiques d’un antigène sont sélectionnées pour produire davantage de cellules, un processus qui prend des jours, de sorte qu’elles sont capables de répondre rapidement à une infection ou à une tumeur en développement.

Un autre aspect de cette deuxième ligne de défense du système immunitaire inné est une série de protéines et leurs réactions, connues sous le nom de système du complément. Le complément renforce, ou complète, les différentes réponses du système immunitaire. Il joue un rôle dans les immunités innée et adaptative.

Les protéines du complément sont toujours présentes dans le sang. Lorsqu’elles détectent certains signes d’infection, elles collaborent avec des cytokines pour activer une série d’événements appelée la cascade du complément.

La cascade du complément comprend des étapes qui aident à la progression de la réponse inflammatoire, en attirant et en stimulant les phagocytes qui « mangent » et détruisent les agents pathogènes. Le système du complément peut également former un complexe de molécules qui attaquent et dégradent la paroi cellulaire des bactéries envahissantes.

La deuxième ligne de défense comprend également certains des messagers chimiques collectivement appelés cytokines. Les cytokines facilitent la communication entre les cellules lors d’une réponse immunitaire.

L’interféron est un exemple de cytokine participant au système immunitaire inné. L’interféron est une cytokine produite par les cellules hôtes infectées par un virus. Les interférons interfèrent avec la réplication du virus dans les cellules hôtes voisines, ce qui permet de ralentir la propagation de l’infection. Les interférons stimulent également l’action des cellules NK et des macrophages. La figure 6 illustre le rôle de l’interféron.

Les signaux chimiques et les cellules impliquées dans l’immunité innée sont ce que nous appelons la deuxième ligne de défense. Ces réponses physiologiques sont non spécifiques, ce qui signifie qu’elles traitent tous les agents pathogènes de la même manière. Une autre façon de le dire est qu’elles ne sont pas propres à un antigène.

Lorsque notre peau est endommagée par une coupure ou une éraflure, l’inflammation permet d’éliminer les agents pathogènes qui ont pu être introduits. Normalement, une fois l’infection éliminée, les taux de cytokines et d’histamine chutent et l’inflammation prend fin. Toutefois, ce n’est pas toujours le cas et une inflammation ou une fonction immunitaire non régulée, comme dans les maladies auto-immunes, peut entraîner une inflammation chronique.

L’inflammation est une réponse immédiate efficace et nécessaire à une infection potentielle. Cependant, l’inflammation peut également être dangereuse si elle n’est pas régulée. De nombreuses maladies auto-immunes, comme la polyarthrite rhumatoïde, le lupus et la sclérose en plaques, ont une composante inflammatoire où ce système, qui est conçu pour aider notre organisme, finit par attaquer l’organisme et causer des lésions.

L’inflammation chronique, c’est-à-dire un faible niveau d’inflammation sur une longue période, a été associée à des maladies graves comme les maladies cardiaques, le diabète de type 2 et le cancer. Il a été démontré que l’inflammation chronique est causée par des régimes alimentaires riches en aliments transformés et des pratiques destructrices comme le tabagisme et la consommation d’alcool. Garder son corps en bonne santé permet donc de maîtriser l’inflammation, ce qui prévient les maladies chroniques.

L’immunité adaptative humaine peut mettre plusieurs jours pour organiser une réponse complète à un agent pathogène envahissant. Pendant ce temps, le système immunitaire inné combat l’infection en déclenchant une inflammation comme celle que nous avons décrit. Cette inflammation, lorsqu’elle se produit en raison d’une infection ailleurs que sur la peau, peut entraîner le gonflement, la douleur et la fièvre que nous associons aux symptômes de nombreuses maladies.

Par exemple, l’infection commune de la gorge est due à l’une des nombreuses souches de bactéries streptocoques ; elle s’appelle d’ailleurs « angine streptococcique ». Quelques jours après avoir été exposé à ces bactéries, l’hôte ressentira une douleur et un gonflement de la gorge, ainsi qu’une fièvre. En se multipliant dans les tissus de la gorge, les bactéries provoquent des lésions des cellules, qui libèrent de l’histamine, laquelle déclenche la réaction inflammatoire.

Les symptômes que nous associons communément aux premiers signes de la maladie sont en fait notre système immunitaire inné qui fait son travail pour garder une infection sous contrôle jusqu’à ce que le système immunitaire adaptatif puisse monter une attaque spécifique contre l’agent pathogène.

Notre immunité innée dispose des outils nécessaires pour prévenir la plupart des infections en empêchant les agents pathogènes d’entrer dans l’organisme ou en les éliminant aux premiers stades de l’infection. L’immunité adaptative n’intervient que lorsque les défenses innées se révèlent insuffisantes. Les temps, les durées et les forces de protection relatifs des différentes lignes de défense immunitaire sont représentés sur le graphique de la figure 7.

Ce système à deux niveaux est très efficace, car il préserve les ressources de l’immunité adaptative uniquement pour les cas les plus graves. Par ailleurs, l’immunité innée garde les infections graves sous contrôle pendant que le système immunitaire adaptatif se prépare à intervenir et à éliminer la menace.