Phagocytose

La phagocytose, en biologie, est le procédé par lequel les microbes sont détruits par certains globules blancs ou leucocytes: ce sont les phagocytes. Elle a été découverte par Elie Metchnikoff, zoologiste et biologiste russe (1845-1916) qui reçut le prix Nobel de physiologie et de médecine pour cette découverte.

Elle consiste en la capture et l'ingestion des particules solides inertes ou vivantes du milieu ambiant. Elle concerne en général des éléments solides, contrairement à la pinocytose (autre type d'endocytose), et ne sert uniquement qu'à des leucocytes et Polymorphonucléaires neutrophiles (éléments du système immunitaire).

La phagocytose est caractérisée par l'adhésion, l'ingestion et éventuellement la digestion de particules de diamètre microscopique, puis par le rejet des déchets. Cette activité constitue un élément essentiel de l'immunité naturelle. Hormis quelques différences, le processus de la phagocytose est fondamentalement le même chez les granulocytes et les macrophages.

Il est habituellement découpé en trois phases : adhésion, ingestion, et digestion - cette dernière étape n'étant pas systématique.

La première fonction décrite des macrophages est leur capacité de phagocytose, c'est-à-dire que les cellules phagocytaires sont capables de lier, par l’intermédiaire de molécules ayant une surface particulière, certains composants reconnus à la surface de micro-organismes, de parasites ou de cellules.

On sait maintenant que la particule phagocytée est entourée par les pseudopodes de la cellule, formant une nouvelle vacuole intracellulaire, le « phagosome ». Dépendant du type cellulaire et des conditions de phagocytose, des sources autres que la membrane plasmique peuvent fournir la membrane du phagosome. Il s'agit des endosomes de recyclage et du réticulum endoplasmique.

Les principaux récepteurs macrophagiques impliqués dans les processus de phagocytose sont les récepteurs aux opsonines (récepteurs au complément, à la portion Fc des immunoglobulines), le CD14 et le récepteur mannose-fucose.

La liaison d’un micro-organisme ou de toute autre particule à une molécule de surface macrophagique entraîne une cascade signalétique, régulée principalement par des processus de phosphorylation. Cette signalisation résulte en de profonds remaniements du cytosquelette cellulaire, avec accumulation de F-actine sous la membrane plasmique.

Longtemps on a cru que la phagocytose était la seule fonction des phagocytes et que ces cellules avaient une seule mission, celle de servir d'éboueurs des éléments étrangers à notre organisme. Aujourd'hui il est devenu clair que les polynucléaires comme les phagocytes sont capables d'exercer bien d'autres fonctions que celle de la phagocytose qui les définit.

Ainsi, ces cellules sont capables de synthétiser, de sécréter des métabolites agissant sur d'autres types de cellules, de détruire sans les englober des cellules tumorales, certains parasites, et des cellules normales ou tumorales sensibilisées par des anticorps.

La fonction de phagocytose est partagée par deux variétés de cellules appartenant à la famille des leucocytes (ou globules blancs):

• les polynucléaires neutrophiles
• les monocytes macrophages

Les neutrophiles sont les premiers à se rendre sur le lieu de l'inflammation. Dans les heures qui suivent, ce sont les monocytes qui parviennent au sein du foyer inflammatoire.

Ils y subissent une différenciation en macrophages, et vont persister pendant un laps de temps variable selon le site de l'inflammation, mais dans l'ensemble, beaucoup plus longtemps que les neutrophiles. Contrairement à ces derniers, les monocytes peuvent survivre après l'acte de phagocytose.

L'adhésion

C'est l'étape au cours de laquelle la membrane de la cellule phagocytaire adhère à la particule qu'elle va ingérer. Cette étape se fait grâce aux lectines (glucoses complexes) qui se trouvent à la surface du corps étranger. Des liaisons se forment entre les glycoprotéines membranaires des cellules immunitaires et les oses du corps étranger. L'adhésion est aussi facilitée par l'opsonisation des corps étrangers.

L'ingestion

On a cru longtemps que la phagocytose se produit par invagination (repli) de la membrane autour de la particule et une formation secondaire d'une vacuole de phagocytose ou phagosome. On sait maintenant que la particule phagocytée est entourée par les pseudopodes de la cellule entre ces pseudopodes forme une nouvelle vacuole intracellulaire, le phagosome. Dépendant du type cellulaire et des conditions de phagocytose, des sources autres que la membrane plasmique peuvent fournir la membrane du phagosome. Il s'agit des endosomes de recyclage et du réticulum endoplasmique.

La digestion

À l'intérieur de ce phagosome, le devenir de la particule peut être de trois types:

• la digestion consécutive à l'accolement et à la fusion des lysosomes avec la membrane du phagosome constituant ainsi un phagolysosome duquel les divers enzymes vont se déverser et, selon leur spécificité, s'attaquer aux divers constituants de la particule ou du micro-organisme.
• la persistance est observée avec les particules difficilement biodégradables, mais également avec certains germes.
• la multiplication intracytoplasmique (relatif à l'intérieur du cytoplasme), qui est le propre de certaines variétés de parasites ou de virus, de bactéries responsables d'infections particulièrement virulentes comme la brucellose et la tuberculose.

La phagocytose s’accompagne le plus souvent d’une brutale élévation de la consommation cellulaire en oxygène. En effet, la liaison d’une particule exogène à son récepteur membranaire entraîne une activation de la NADPH oxydase, qui transfère des électrons du NADPH à l'oxygène moléculaire. Les activités oxygénés formés (H₂O₂, radicaux OH et O₂) se retrouvent en forte concentration dans le phagosome, où ils exercent des effets toxiques sur les micro-organismes phagocytés. De plus, certains macrophages sont capables après induction d’une NO synthase de produire des dérivés nitrés, notamment le monoxyde d'azote, par oxydation des noyaux azotés de la L-arginine. Le monoxyde d’azote, qui est libéré lors de l'infection de macrophages par des bactéries, des levures, des parasites ou des champignons, contribue à l'élimination de ces organismes.

Pendant l’étape de digestion, il y a l’activation de lysosomes, constituant ainsi un phagolysosome. Les divers enzymes vont se déverser et, selon leur spécificité, s'attaquer aux divers constituants de la particule ou du micro-organisme pour la digestion totale.

Dans les cas de persistances par des micro-organismes (bactéries ou virus), il y a la digestion partielle avec présentation des peptides antigéniques par les molécules de classe II du CMH.

La multiplication du micro-organisme :

• qui empêche la fusion des lysosomes (Listeria, Legionella, Chlamydia, Mycobacterium tuberculosis, Toxoplasma) ;
• qui survit dans le phagolysosome (Salmonella) ;
• qui sort du phagosome vers le cytoplasme où il se multiplie (Listeria, Shigella).

Dans tous les cas, le macrophage doit être activé : c'est le rôle de la cellule Th1 qui, par la sécrétion d'interférons, activera le macrophage « embarrassé ».