Free Access
Issue
Med Sci (Paris)
Volume 34, Number 4, Avril 2018
Page(s) 339 - 343
Section Revues
DOI https://doi.org/10.1051/medsci/20183404015
Published online 16 April 2018

© 2018 médecine/sciences – Inserm

Vignette (Photo © Inserm - Isabelle Maridonneau-Parini).

Les neutrophiles : cellules clé de l’immunité innée

Les neutrophiles, ou polynucléaires neutrophiles (en anglais polymorphonuclear cells ou PMN) sont des cellules du système immunitaire inné jouant un rôle très important dans les défenses contre les pathogènes [1]. Ce sont les leucocytes les plus abondants dans la circulation sanguine, et leur nombre augmente très fortement et très rapidement lors d’infections. Les neutrophiles peuvent tuer les microorganismes par une multitude de mécanismes tels que la phagocytose, la libération d’enzymes qu’ils présentent au niveau de leurs granules cytoplasmiques (myéloperoxidase [MPO], élastase, protéinase-3, cathépsine G, etc.), ou de dérivés réactifs de l’oxygène (produits par la NADPH [nicotinamide adénine dinucléotide phosphate réduit] oxydase et la MPO), ou la formation de NET (neutrophil extracellular traps)1 [1-3] .

Voir la Synthèse de V. Granger et al., m/s n° 5, mai 2014, page 544

Certains produits libérés lors de l’activation des neutrophiles, et qui sont impliqués dans les défenses antimi-crobiennes, ont également des effets pro-inflammatoires puissants. Les neutrophiles peuvent ainsi contribuer aux dommages tissulaires dans le contexte d’une réponse immunitaire et participer à l’inflammation pathologique dans certaines maladies auto-immunes ou allergiques [4]. IIs sont aussi impliqués dans la résolution de l’inflammation via différents mécanismes [1, 5-9] .

Voir la Synthèse de A. Chakravarti et al., m/s n° 10, octobre 2007, page 862; la Synthèse de A. Dumas et M. Pouliot, m/s 8-9, août-septembre 2009, page 699; la Nouvelle de F. Jönsson et al., m/s n° 10, octobre 2011, page 823

En effet, lors de la réponse inflammatoire, les neutrophiles apoptotiques sont éliminés par phagocytose par les macrophages qui subissent alors une modification de leur phénotype avec l’apparition de fonctions anti-inflammatoires [8]. Par ailleurs, l’utilisation de l’oxygène par la NADPH oxydase des neutrophiles induit, au niveau du site d’inflammation, une hypoxie à l’origine d’une réponse anti-inflammatoire par les cellules épithéliales [10]. Plusieurs de ces données récentes ont été obtenues grâce à la mise au point de nouveaux modèles rendant possible l’étude des différentes fonctions des neutrophiles. Même s’il est possible de les isoler et de les étudier in vitro, la grande plasticité phénotypique de ces cellules et leur capacité d’expansion et d’infiltration tissulaire rendent leur analyse in vivo nécessaire. De nombreux modèles murins ont donc été développés. Nous détaillerons dans une première partie les modèles les plus couramment utilisés avec leurs principaux avantages et limitations (Tableau I).

Tableau I.

Principaux modèles d’étude des neutrophiles in vivo.

Modèles « classiques » d’étude des neutrophiles in vivo

Les anticorps « déplétants »

Chez la souris, différents anticorps monoclonaux permettant la déplétion des neutrophiles ont été caractérisés. L’anticorps anti-Gr-1 (clone RB6-8C5) est le plus couramment utilisé [11, 12]. Il est spécifique des protéines de surface Ly6G et Ly6C. Ly6G est exprimé uniquement par les neutrophiles, mais Ly6C est également exprimé par d’autres cellules, notamment les monocytes [12], induisant également leur déplétion [13] mais aussi celle des éosinophiles [11, 14]. D’autres anticorps reconnaissant spécifiquement Ly6G (clones 1A8 [13] et NIMP-R14 [15]) sont utilisés pour éliminer les neutrophiles, mais ils présentent certains désavantages. Comme l’anticorps anti-Gr-1, NIMP-R14 induit également une diminution du nombre de monocytes [16, 17]. Le clone 1A8 est, quant à lui, moins efficace que les anticorps anti-Gr-1 ou NIMP-R14. Il doit donc être utilisé à de très fortes concentrations. Tous ces anticorps provoquent l’élimination des neutrophiles par des mécanismes de phagocytose impliquant des cellules exprimant des récepteurs FcγR (ou RFcγ) qui lient la région Fc des immunoglobulines (Ig) d’isotype G, principalement les macrophages [18]. Il est donc probable qu’ils soient à l’origine d’effets annexes importants sur ces cellules.

Les souris neutropéniques

La plupart des modèles de souris neutropéniques ont été créés en utilisant une approche génétique visant à bloquer l’expression ou l’activité de la protéine Gfi-1 (growth factor independent-1), un répresseur de transcription qui favorise la différenciation des cellules souches hématopoïétiques en précurseurs de neutrophiles [19]. Les souris déficientes pour Gfi-1 (souris Gfi-1-/-) présentent une forte neutropénie [20] mais aussi des anomalies de développement des cellules lymphoïdes. Ces animaux sont de taille réduite et ont une espérance de vie diminuée par rapport aux souris sauvages [21, 22]. Les souris Genista présentent une mutation ponctuelle dans le gène Gfi-1. Elles sont déficientes en neutrophiles mais, contrairement aux souris Gfi-1-/-, leur croissance est normale, et elles ne présentent pas de problèmes majeurs au niveau des cellules lymphoïdes [23]. Ces souris possèdent cependant une sous-population de neutrophiles dits « atypiques » ayant un phénotype intermédiaire entre neutrophiles matures et immatures, qui sont capables d’induire certaines réponses inflammatoires mais ne protègent pas des infections bactériennes [23]. Clausen et al. [24] ont généré une souris transgénique ayant une délétion ciblée du gène codant Mcl-1 (myeloid cell leukemia 1), un facteur anti-apoptotique de la famille de Bcl-2 (B-cell lymphoma 2), dans toutes les cellules myéloïdes (les souris LysMCre; Mcl-1flox, également appelées Mcl-1ΔMyelo) [24, 25]. De manière surprenante, même si ce facteur de survie est absent de toutes les cellules myéloïdes de ces souris, seule la population de neutrophiles semble être affectée, les niveaux de monocytes, macrophages et cellules dendritiques étant normaux [24, 25]. Une étude plus approfondie reste cependant nécessaire avant de pouvoir conclure sur la sélectivité de ce modèle de souris neutropéniques.

Un nouveau modèle murin permettant d’éliminer les neutrophiles par injection de toxine diphtérique

Les cellules de souris sont 10 000 fois plus résistantes aux effets de la toxine diphtérique (DT) que les cellules humaines, car elles n’expriment pas le récepteur de la toxine (DTR) permettant sa pénétration dans les cellules. Plusieurs laboratoires ont généré des modèles de souris transgéniques exprimant le récepteur DTR dans un type de cellules, dans lesquels une injection de DT permet d’éliminer sélectivement la population cellulaire présentant le récepteur [26]. Cependant, cette démarche n’avait jamais été appliquée aux neutrophiles.

Nous avons récemment généré une souris transgénique exprimant le DTR uniquement dans les neutrophiles. Nous avons utilisé les souris hMrp8Cre, qui expriment l’enzyme CRE recombinase sous la dépendance du promoteur du gène humain hMrp8 (human myeloid-related protein) [27], qui est exprimé de manière sélective dans les neutrophiles chez la souris. Ces souris ont été croisées avec une lignée de souris chez laquelle l’expression du DTR humain peut être induite par la CRE recombinase (les souris iDTRfl/fl), obtenant ainsi une lignée exprimant le DTR dans les neutrophiles (souris hMrp8Cre; iDTRflox), que nous avons nommées PMNDTR [28].

L’injection de DT aux souris PMNDTR provoque l’élimination de plus de 90 % des neutrophiles dans le sang, la rate et la moelle osseuse, sans aucun effet sur d’autres types de cellules immunitaires, à l’exception d’une diminution du nombre de monocytes circulants [28]. Chez ces souris, la population de neutrophiles peut être restaurée de manière sélective par transfert adoptif de neutrophiles purifiés, ce qui est impossible avec les anticorps déplétants (ces anticorps éliminant en effet les neutrophiles transférés).

Des expériences de transferts adoptifs de neutrophiles fluorescents (purifiés à partir de souris exprimant de manière constitutive la protéine fluorescente YFP [yellow fluorescent protein]) ont montré que, dans les souris PMNDTR, la déplétion des neutrophiles endogènes créait une niche favorable à l’implantation de neutrophiles exogènes. On retrouve ainsi, 4 h après le transfert adoptif, une quantité plus importante de neutrophiles fluorescents (YFP+) dans le sang des souris PMNDTR rendues neutropéniques par injection de DT que dans celui des souris contrôles (présentant encore des neutrophiles endogènes) [28]. Les souris PMNDTR représentent donc un nouveau modèle de neutropénie inductible et réversible.

Découverte d’un rôle protecteur des neutrophiles dans le choc endotoxinique

Bien que les neutrophiles représentent une importante barrière immunitaire pour combattre les bactéries, il est généralement accepté qu’ils contribuent également à l’inflammation et aux dommages tissulaires induits par certains produits bactériens comme le lipopolysaccharide (LPS, une endotoxine présente à la surface des bactéries Gram négatif). Les souris déficientes en myéloperoxydase (MPO), la principale enzyme produite par les neutrophiles, développent ainsi une inflammation pulmonaire, après injection intranasale de LPS, qui est diminuée par rapport celle observée chez des souris sauvages [29]. De même, les souris déficientes pour l’élastase des neutrophiles ont une inflammation et une mortalité réduites après injection intrapéritonéale de l’endotoxine [30]. Les neutrophiles et en particulier la MPO, sont ainsi souvent utilisés comme marqueur d’inflammation dans des modèles murins en réponse au LPS (modèles de choc endotoxinique). L’utilisation des souris PMNDTR a cependant permis de révèler qu’au contraire, les neutrophiles peuvent avoir un effet protecteur, la neutropénie induite chez ces souris se traduisant par une très importante augmentation de l’inflammation et de la mortalité des animaux en réponse au LPS [28] (Figure 1). La MPO a également un effet protecteur dans le choc endotoxinique. Une déficience en MPO se traduit en effet par une forte augmentation de l’inflammation et de la mortalité des animaux en réponse au LPS [28]. La repopulation des souris PMNDTR rendue neutropéniques par injection de DT, avec des neutrophiles isolés de souris sauvages, permet d’augmenter la survie dans ce modèle de choc endotoxinique, ce qui n’est pas le cas si le transfert est réalisé avec des neutrophiles provenant de souris déficientes pour la MPO. L’ensemble de ces résultats obtenus avec ce nouveau modèle a ainsi permis d’identifier un nouveau mécanisme de protection impliquant les neutrophiles et la MPO, leur principale enzyme.

thumbnail Figure 1

Figure 1. Exemple d’utilisation du modèle PMNDTR : démonstration du rôle protecteur des neutrophiles et de leur enzyme MPO contre le LPS. A. L’injection de toxine diphtérique (DT) induit une élimination sélective des neutrophiles chez les souris PMNDTR mais pas chez les souris contrôles PMNWT. B. La population de neutrophiles peut être restaurée de manière sélective chez les souris PMNDTR par transfert adoptif de neutrophiles purifiés à partir de moelle osseuse de souris sauvages ou génétiquement modifiées (dans notre étude, des souris déficientes en MPO [Mpo-/-] [28]). C. Le rôle des neutrophiles et de certains produits qu’ils libèrent (ici la MPO), dans des modèles de pathologie (ici le choc endotoxinique) est étudié en comparant les réponses de souris PMNWT et PMNDTR reconstituées ou non avec des neutrophiles. Dans notre étude, les groupes de souris déficientes en neutrophiles PMNDTR et de souris PMNDTR reconstituées avec des neutrophiles Mpo-/- sont beaucoup plus susceptibles aux effets toxiques du LPS que les souris contrôles PMNWT et les souris PMNDTR reconstituées avec des neutrophiles sauvages. Ces expériences ont conduit à la conclusion que les neutrophiles et leur enzyme MPO avaient un rôle protecteur contre les effets toxiques du LPS [28]. WT : sauvage; DTR : récepteur de la toxine diphtérique; LPS : lipopolysaccharide (une endotoxine présente à la surface des bactéries Gram négatif); MPO : myéloperoxidase; PMN : polynucléaire neutrophile.

Conclusion

Les souris PMNDTR représentent un nouveau modèle important pour l’étude des neutrophiles in vivo, avec des avantages significatifs par rapport aux modèles existants. La déplétion obtenue dans ce modèle est en effet spécifique et transitoire. Le repeuplement sélectif des neutrophiles peut être réalisé à partir de polynucléaires isolés de souris sauvages mais également de souris génétiquement modifiées afin d’étudier le rôle de certains gènes dans les fonctions de ces cellules. Cet outil nous a ainsi permis de révéler le rôle protecteur des neutrophiles et de leur enzyme MPO dans le choc endotoxinique [28]. Il devrait permettre l’identification de nombreuses autres fonctions de ces cellules dans l’immunité innée et adaptative.

Liens d’intérêt

Les auteurs déclarent n’avoir aucun lien d’intérêt concernant les données publiées dans cet article.


1Les NET (ou filets) sont des filaments d’ADN et de protéines émis par les neutrophiles qui se lient aux bactéries à Gram positif et à Gram négatif, les piègent et exercent une activité bactéricide extracellulaire à distance.

Références

  1. Mantovani A, Cassatella MA, Costantini C, Jaillon S. Neutrophils in the activation and regulation of innate and adaptive immunity. Nat Rev Immunol 2011; 11 : 519-31. [Google Scholar]
  2. Pham CT. Neutrophil serine proteases: specific regulators of inflammation. Nat Rev Immunol 2006; 6 : 541-50. [Google Scholar]
  3. Granger V, de Chaisemartin L, Chollet-Martin S. La pêche miraculeuse des filets du neutrophile. Med Sci (Paris) 2014; 30 : 544-9. [CrossRef] [Google Scholar]
  4. Jonsson F, Mancardi DA, Albanesi M, Bruhns P. Neutrophils in local and systemic antibodydependent inflammatory and anaphylactic reactions. J Leukoc Biol 2013; 94 : 643-56. [CrossRef] [PubMed] [Google Scholar]
  5. Chakravarti A, Allaeys I, Poubelle PE. Neutrophile et immunité : est-ce inné ou acquis ? Med Sci (Paris) 2007; 23 : 862-7. [Google Scholar]
  6. Dumas A, Pouliot M. Le neutrophile : ennemi ou ami ? Med Sci (Paris) 2009; 25 : 699-704. [Google Scholar]
  7. Jonsson F, Mancardi DA, Daeron M, Bruhns P. Le neutrophile : une cellule choc : un nouveau mécanisme du choc anaphylactique. Med Sci (Paris) 2011; 27 : 823-5. [Google Scholar]
  8. Greenlee-Wacker MC. Clearance of apoptotic neutrophils and resolution of inflammation. Immunol Rev 2016; 273 : 357-70. [Google Scholar]
  9. Jones HR, Robb CT, Perretti M, Rossi AG. The role of neutrophils in inflammation resolution. Semin Immunol 2016; 28 : 137-45. [Google Scholar]
  10. Campbell EL, Bruyninckx WJ, Kelly CJ, et al. Transmigrating neutrophils shape the mucosal microenvironment through localized oxygen depletion to influence resolution of inflammation. Immunity 2014; 40 : 66-77. [Google Scholar]
  11. Tepper RI, Coffman RL, Leder P. An eosinophil-dependent mechanism for the antitumor effect of interleukin-4. Science 1992; 257 : 548-51. [Google Scholar]
  12. Conlan JW, North RJ. Neutrophils are essential for early anti-Listeria defense in the liver, but not in the spleen or peritoneal cavity, as revealed by a granulocyte-depleting monoclonal antibody. J Exp Med 1994; 179 : 259-68. [Google Scholar]
  13. Daley JM, Thomay AA, Connolly MD, et al. Use of Ly6G-specific monoclonal antibody to deplete neutrophils in mice. J Leukoc Biol 2008; 83 : 64-70. [CrossRef] [PubMed] [Google Scholar]
  14. Tsujimura Y, Obata K, Mukai K, et al. Basophils play a pivotal role in immunoglobulin-G-mediated but not immunoglobulin-E-mediated systemic anaphylaxis. Immunity 2008; 28 : 581-9. [Google Scholar]
  15. Charmoy M, Milon G, Tacchini-Cottier F. Role of neutrophils in the early shaping of the Leishmania Major specific immune response in experimental murine cutaneous Leishmaniasis. In : Tacchini-Cottier F, van Zandbergen G, eds. Neutrophils in infectious diseases. Bentham Science Publishers, 2011 : 49-58. [Google Scholar]
  16. Beutier H, Gillis CM, Iannascoli B, et al. IgG subclasses determine pathways of anaphylaxis in mice. J Allergy Clin Immunol 2017; 139 : 269-80 e7. [CrossRef] [PubMed] [Google Scholar]
  17. Gillis CM, Jonsson F, Mancardi DA, et al. Mechanisms of anaphylaxis in human low-affinity IgG receptor locus knock-in mice. J Allergy Clin Immunol 2017; 139 : 1253-65 e14. [CrossRef] [PubMed] [Google Scholar]
  18. Bruhn KW, Dekitani K, Nielsen TB, et al. Ly6G-mediated depletion of neutrophils is dependent on macrophages. Results Immunol 2016; 6 : 5-7. [CrossRef] [PubMed] [Google Scholar]
  19. Vassen L, Duhrsen U, Kosan C, et al. Growth factor independence 1 (Gfi1) regulates cell-fate decision of a bipotential granulocytic-monocytic precursor defined by expression of Gfi1 and CD48. Am J Blood Res 2012; 2 : 228-42. [Google Scholar]
  20. Hock H, Hamblen MJ, Rooke HM, et al. Intrinsic requirement for zinc finger transcription factor Gfi-1 in neutrophil differentiation. Immunity 2003; 18 : 109-20. [Google Scholar]
  21. Li H, Ji M, Klarmann KD, Keller JR. Repression of Id2 expression by Gfi-1 is required for B-cell and myeloid development. Blood 2010; 116 : 1060-9. [Google Scholar]
  22. Yucel R, Karsunky H, Klein-Hitpass L, Moroy T. The transcriptional repressor Gfi1 affects development of early, uncommitted c-Kit+ T cell progenitors and CD4/CD8 lineage decision in the thymus. J Exp Med 2003; 197 : 831-44. [CrossRef] [PubMed] [Google Scholar]
  23. Ordonez-Rueda D, Jonsson F, Mancardi DA, et al. A hypomorphic mutation in the Gfi1 transcriptional repressor results in a novel form of neutropenia. Eur J Immunol 2012; 42 : 2395-408. [Google Scholar]
  24. Clausen BE, Burkhardt C, Reith W, et al. Conditional gene targeting in macrophages and granulocytes using LysMcre mice. Transgenic Res 1999; 8 : 265-77. [Google Scholar]
  25. Weber FC, Nemeth T, Csepregi JZ, et al. Neutrophils are required for both the sensitization and elicitation phase of contact hypersensitivity. J Exp Med 2015; 212 : 15-22. [Google Scholar]
  26. Buch T, Heppner FL, Tertilt C, et al. A Cre-inducible diphtheria toxin receptor mediates cell lineage ablation after toxin administration. Nat Methods 2005; 2 : 419-26. [Google Scholar]
  27. Passegue E, Wagner EF, Weissman IL. JunB deficiency leads to a myeloproliferative disorder arising from hematopoietic stem cells. Cell 2004; 119 : 431-43. [Google Scholar]
  28. Reber LL, Gillis CM, Starkl P, et al. Neutrophil myeloperoxidase diminishes the toxic effects and mortality induced by lipopolysaccharide. J Exp Med 2017; 214 : 1249-58. [Google Scholar]
  29. Haegens A, Heeringa P, van Suylen RJ, et al. Myeloperoxidase deficiency attenuates lipopolysaccharide-induced acute lung inflammation and subsequent cytokine and chemokine production. J Immunol 2009; 182 : 7990-6. [CrossRef] [Google Scholar]
  30. Tkalcevic J, Novelli M, Phylactides M, et al. Impaired immunity and enhanced resistance to endotoxin in the absence of neutrophil elastase and cathepsin G. Immunity 2000; 12 : 201-10. [Google Scholar]

Liste des tableaux

Tableau I.

Principaux modèles d’étude des neutrophiles in vivo.

Liste des figures

thumbnail Figure 1

Figure 1. Exemple d’utilisation du modèle PMNDTR : démonstration du rôle protecteur des neutrophiles et de leur enzyme MPO contre le LPS. A. L’injection de toxine diphtérique (DT) induit une élimination sélective des neutrophiles chez les souris PMNDTR mais pas chez les souris contrôles PMNWT. B. La population de neutrophiles peut être restaurée de manière sélective chez les souris PMNDTR par transfert adoptif de neutrophiles purifiés à partir de moelle osseuse de souris sauvages ou génétiquement modifiées (dans notre étude, des souris déficientes en MPO [Mpo-/-] [28]). C. Le rôle des neutrophiles et de certains produits qu’ils libèrent (ici la MPO), dans des modèles de pathologie (ici le choc endotoxinique) est étudié en comparant les réponses de souris PMNWT et PMNDTR reconstituées ou non avec des neutrophiles. Dans notre étude, les groupes de souris déficientes en neutrophiles PMNDTR et de souris PMNDTR reconstituées avec des neutrophiles Mpo-/- sont beaucoup plus susceptibles aux effets toxiques du LPS que les souris contrôles PMNWT et les souris PMNDTR reconstituées avec des neutrophiles sauvages. Ces expériences ont conduit à la conclusion que les neutrophiles et leur enzyme MPO avaient un rôle protecteur contre les effets toxiques du LPS [28]. WT : sauvage; DTR : récepteur de la toxine diphtérique; LPS : lipopolysaccharide (une endotoxine présente à la surface des bactéries Gram négatif); MPO : myéloperoxidase; PMN : polynucléaire neutrophile.

Dans le texte

Current usage metrics show cumulative count of Article Views (full-text article views including HTML views, PDF and ePub downloads, according to the available data) and Abstracts Views on Vision4Press platform.

Data correspond to usage on the plateform after 2015. The current usage metrics is available 48-96 hours after online publication and is updated daily on week days.

Initial download of the metrics may take a while.