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Pourquoi le système immunitaire est la meilleure protection contre toutes les infections

Si vous voulez comprendre comment la vaccination fonctionne, vous devez commencer par le système immunitaire.

Vous vous rendrez compte que le système immunitaire est une arme très puissante contre toutes les infections.

En fait, le rôle de la vaccination est seulement d'aider le système immunitaire à réagir plus vite.

Dans ce chapitre, nous allons nous plonger dans les différents niveaux du système immunitaire et voir comment ils se complètent.

Vous apprendrez dans ce chapitre:

  • Comment les 3 lignes de défense du système immunitaire se complètent entre elles
  • Pourquoi la réponse immunitaire secondaire est beaucoup plus efficace que la primaire
  • Pourquoi l'immunité dure (en général) longtemps
  • Le lien entre la vaccination et l'immunité (conclusion)
 

Les 3 lignes de défense du système immunitaire

Tout comme nous, les humains, les chiens et les chats sont des mammifères.

Dans des circonstances normales, l'organisme des mammifères abrite de nombreux microorganismes qui y vivent, se nourrissent et se répliquent dans provoquer aucun dommage chez leur hôte. Ces bactéries, levures, champignons se trouvent sur la peau ou au niveau des muqueuses (principalement au niveau du tube digestif et des poumons).

Tout ceci est sain et naturel.

En outre, nombre de ces microbes eux sont essentiels à la survie de leur hôte car ils contribuent à réguler des fonctions vitales comme par exemple la digestion. On parle aujourd'hui de microbiote. Il est synergique avec l'organisme chez qui il se développe. On estime qu'il y a plus de bactéries dans (sur) l'organisme humain que de cellules humaines!

Dans notre environnement immédiat, il y a aussi beaucoup de microorganismes qui nous entourent et qui "rêvent" de pouvoir se développer dans notre corps. Le problème se pose lorsque ceux-ci sont des microbes pouvant provoquer des maladies et qu'ils réussissent à franchir nos défenses naturelles. Ils peuvent être des bactéries, des virus, des vers ou des protozoaires. On les appelle pathogènes.

Notre organisme à 3 façons de se défendre contre l'agression par des pathogènes :

  • L'épithélium et la peau sont des barrières que peu de microorganismes peuvent traverser. C'est vrai en particulier pour la peau qui est pratiquement infranchissable à moins d'une blessure ouverte, de la piqûre d'un insecte, ou de la pénétration par un vers.
  • Le système immunitaire inné est composé de globules blancs spécialisés: les cellules dendritiques, les macrophages, les cellules tueuses... qui sont naturellement capables de faire la différence entre les cellules de l'organisme est les microbes pathogènes, et de les neutraliser.
  • Le système immunitaire adaptatif est d'une redoutable efficacité. Sa seule faiblesse est qu'il a besoin de quelques semaines pour "apprendre" qui est le pathogène. Une fois qu'il "sait", il devient terriblement efficace. C'est lui qui responsable de l'immunisation.

Le rôle de la vaccination est d'aider l'organisme à "apprendre" plus vite.

Nous allons maintenant voir ce que "apprendre" veut dire.

Les 3 lignes de défense du système immunitaire  
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La première ligne de défense : les épithéliums et la peau


Il n'y a pas d'autre façon pour un germe pathogène de pénétrer dans l'organisme que de passer à travers les épithéliums, c'est-à-dire la peau ou les différents types de muqueuses.

La peau est une structure épaisse. Habituellement aucun micro-organisme ne peut la traverser.

C'est une barrière très efficace. Mais les plaies ou les piqûres d'insectes, ou de tiques, peuvent y créer une brèche à travers laquelle les microorganismes peuvent trouver leur chemin vers la circulation sanguine.

Les autres types d'épithélium sont les muqueuses. On les trouve à différents niveaux de l'organisme : les intestins, le vagin, l'estomac, la cavité buccale, le nez, les yeux, les poumons...

Parce qu'elles sont plus fines que la peau, les muqueuses sont plus vulnérables aux invasions par des pathogènes même si leurs défenses restent très efficaces.

Comme pour la peau, la jonction entre les cellules des muqueuses est très étroite. Les pathogènes ne peuvent ouvrir une brèche à moins qu'ils adhérent à la surface et commencent à détruire les cellules épithéliales.

Mais les cellules épithéliales peuvent se défendre.

Tout d'abord, elles sont couvertes par une épaisse couche de mucus. Celle-ci empêche l'attachement des microorganismes à l'épithélium. Dans certains organes, tels que les poumons ou les intestins, les muqueuses sont équipées de cils qui font circuler le mucus, créant ainsi un flux de liquide qui rend l'attachement des microbes encore plus difficile (voir image animée ci-dessous).

Les muqueuses et les cils aident l'organisme à se protéger contre les infections  

En outre, le mucus comporte de nombreuses molécules antibiotiques (enzymes, acides gras) ou peptides (défensines, cryptidines) qui peuvent détruire de nombreux pathogènes.

Dans les intestins, la population bactérienne naturelle (le microbiote) a aussi un effet protecteur. Elle est en concurrence avec les pathogènes pour les substances nutritives dont elles ont toutes besoin. Certaines bactéries commensales ont aussi des propriétés antibiotiques.

Mais quelquefois, parce que le pathogène est particulièrement virulent, certains germes finissent par passer et l'infection ne peut être évitée.

C'est maintenant que les 2 étapes suivantes du système immunitaire rentrent en jeu.

 
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La seconde ligne de défense : le système immunitaire inné


Les pathogènes qui sont finalement entrés dans l'organisme doivent faire face aux mécanismes internes de défense.

Le système immunitaire inné a la capacité de reconnaitre naturellement les cellules ou les substances étrangères et de les détruire.

Il est constitué des globules blancs que l'on appelle aussi les leucocytes. Ils sont produits dans la moelle des os.

Les cellules blanches du système immunitaire inné

Parmi eux, les macrophages sont à la pointe de la défense contre les germes.

Les macrophages reconnaissent les cellules qui ne font pas, de façon évidente, partie de l'organisme de l'hôte. Elles doivent distinguer le Soi (= cellules de l'organisme) et le Non-Soi (= intrus étrangers).

Si les macrophages n'était pas capables de trier le bon grain de l'ivraie, les natifs vs les envahisseurs, ils détruiraient les cellules de l'organisme hôte (ce type de dysfonctionnement existe vraiment dans la réalité et cause des maladies auto-immunes qui sont le point de départ de maladies chroniques comme le diabète, les insuffisances rénales et cardiaques, les cancers et bien d'autres).

Les macrophages reconnaissent les caractéristiques générales des cellules ou des molécules qu'elles rencontrent. Cela leur permet de décider s'il s'agit d'ami ou d'ennemi. Certaines caractéristiques rendent des cellules étrangères suspectes :

  • Si la cellule est procaryote. Les cellules procaryotes n'ont pas de membrane autour de leur noyau. Les cellules de mammifères sont eucaryotes : elles ont toutes une membrane autour du noyau.
  • Si la cellule a un flagelle. Les flagelles aident la cellule à se mouvoir dans un milieu liquide. Aucune cellule de l'hôte ne devrait en avoir.
  • S'il y a certaines molécules à la surface des parois des bactéries qui ne se retrouvent jamais, ou très exceptionnellement, dans les organismes multicellulaires.

Les macrophages sont des cellules géantes qui peuvent ingérer et neutraliser jusqu'à 100 germes durant leur existence. Lorsqu'ils reconnaissent un intrus, ils sécrètent aussi un certain nombre de substances chimiques: des cytokines et des chimiokines

Les chimiokines mobilisent des globules blancs de taille plus petite, les neutrophiles qui constituent plus de 50% de la population totale de globules blancs. Les neutrophiles se rassemblent en grandes quantités au site d'infection où, elles aussi, phagocytent les microbes.

En outre, les neutrophiles et les macrophages reçoivent l'aide du système du complément.

Le système du complément fait partie du système immunitaire inné. Il est composé de 35 protéines. Elles sont naturellement inactives. Mais, lorsque ces protéines rencontrent une substance étrangère, elles se divisent, en cascade, en molécules de plus en plus petites et actives contre les pathogènes.

Ces petites molécules s'accrochent aux membranes des bactéries et les marquent (le terme scientifique pour marquer est «osponiser»). Les bactéries ou virus ainsi signalés deviennent des cibles privilégiées des macrophages. Le nombre de macrophages présent sur le site de l'infection augmente. Ces petites molécules peuvent aussi creuser des pores dans les membranes des microbes sur lesquels elles se trouvent.

Malheureusement, cette ligne de défense n'est pas toujours suffisante pour les pathogènes les plus virulents. Des mécanismes de défense supplémentaires sont donc nécessaires.

 
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La troisième ligne de défense : le système immunitaire adaptatif


Le système immunitaire adaptatif est la dernière ligne de défense contre les microbes pathogènes. Il est très spécifique, très efficace, mais il prend du temps à réagir lorsqu'il est confronté à un germe qu'il n'avait jamais rencontré auparavant.

Enfin, et ce n'est pas la moindre des choses, le système immunitaire adaptatif a une mémoire!! Il est capable de reconnaitre un germe contre lequel il avait dû lutter auparavant. Et dans ce cas, la réponse est à la fois rapide et efficace.

C'est cette réponse, secondaire, que nous cherchons à activer lorsque nous vaccinons.

Mais avant de commencer l'explication, il nous faut vous expliquer ce que sont les antigènes.

Les antigènes

Les antigènes sont des substances ou des corps que le système immunitaire considère comme étrangers. Ils signalent la présence d'un pathogène et déclenchent la réponse du système immunitaire adaptatif.

Les antigènes peuvent être le pathogène dans sa totalité, des fragments de ce pathogène ou des molécules spécifiques de grande taille qui signent sa présence.

Les lymphocytes

Le système immunitaire adaptatif est fait d'un autre type de globules blancs : les lymphocytes.

Les lymphocytes sont très nombreux. Ensemble, chez les humains, ils pèsent environ le même poids que le cerveau.

Il y a 2 types de lymphocytes. Ils doivent leur nom à l'organe dans lequel ils terminent leur maturation :

  • Les lymphocytes B aussi appelés cellules B sont produits dans la moelle osseuse (B pour "bone marrow" en anglais)
  • Les lymphocytes T aussi appelés cellules T sont produits dans le thymus

Les lymphocytes se distinguent les uns des autres par le type de récepteur qu'ils portent à leur surface. Ils portent des milliers d'exemplaires identiques de ce même récepteur.

Ce récepteur est spécifique (il reconnait) un seul type d'antigène.

Le thymus et la moelle osseuse produisent aléatoirement des millions de lymphocytes différents qui peuvent répondre à une grande diversité d'antigènes. Beaucoup meurent sur place. Les autres migrent vers les organes lymphoïdes périphériques: les ganglions lymphatiques et la rate. Ils y demeurent en tant que lymphocytes naïfs.

Les cellules dendritiques

L'activation d'un lymphocyte nécessite qu'on lui présente l'antigène pour lequel il est spécifique.

Il peut se retrouver directement en contact avec l'antigène si celui-ci passe dans les ganglions lymphatiques ou la rate.

Mais le plus souvent, les antigènes sont présentés aux lymphocytes par des cellules phagocytaires, les macrophages ou les cellules dendritiques. On les appelle cellules présentatrices d'antigène (APC).

Dans ce rôle, ce sont les cellules dendritiques les plus importantes. Elles patrouillent dans les régions périphériques de l'organisme et absorbent occasionnellement des microbes pathogènes. Une fois qu'elles ont absorbé un pathogène elles développent des dendrites et se déplacent vers les ganglions lymphatiques où elles présentent le pathogène ou des fragments du pathogène aux lymphocytes.

Activation des lymphocytes

Une fois qu'un lymphocyte a rencontré l'antigène qui correspond à ses milliers de récepteurs, il peut commencer sa maturation soit :

  • En une cellule effectrice dédiée à la destruction des pathogènes
  • Ou bien en une cellule mémoire qui peut survivre dans l'organisme pendant des dizaines d'années
  • Ou bien, dans le cas des cellules T, en une cellule T auxiliaire

Les cellules T auxiliaires sont essentielles pour la maturation des lymphocytes naïfs en cellules effectrices ou en cellules mémoire.

Parce qu'elles jouent un rôle symétrique essentiel à la fois dans l'immunité humorale et l'immunité cellulaire, on peut considérer que les cellules T auxiliaires sont le pivot du système immunitaire adaptatif.

Les lymphocytes B (cellules B) et l'immunité humorale

L'immunité humorale est la partie du système immunitaire adaptatif qui combat les pathogènes circulant dans le sang ou dans la lymphe et qui se développent en dehors des cellules de l'organisme de l'hôte.

C'est le travail des cellules B.

Les cellules B sont activées soit directement par un antigène, soit, plus fréquemment et plus efficacement par une cellule T auxiliaire ayant été en contact avec cet antigène (directement ou via une cellule présentatrice d'antigène - cellule dendritique ou macrophage).

Activation des lymphocytes B dans la réponse immunitaire humorale

Les cellules B effectrices se transforment rapidement en plasmocytes qui sécrètent un grand nombre d'anticorps (2 000 par seconde). Les anticorps se répandent à partir des ganglions lymphatiques et de la rate dans la circulation générale, sanguine ou lymphatique et rejoignent le site d'infection.

Les plasmocytes meurent après quelques jours, mais les cellules B mémoire continuent à vivre et à relarguer des anticorps dans le sang pendant des années.

Les anticorps sont aussi appelés immunoglobulines.

Le rôle des anticorps

Les anticorps se répandent dans le sang pour rejoindre le site d'infection où ils s'attachent aux pathogènes. Ils peuvent y exercer des actions de natures différentes. La liste en est impressionnante et montre à quel point le système adaptatif peut se révéler puissant:

  • Décomposition du pathogène
  • Neutralisation par agrégation ou agglutination : ils lient les pathogènes entre eux et les rendent inactifs
  • Immobilisation ou ralentissement des pathogènes : moins d'entre eux peuvent rejoindre leurs cellules cibles et s'y attacher
  • Inhibition du potentiel pathogène des microbes en bloquant leurs récepteurs
  • Creusement de pores dans les membranes des germes, puis destruction
  • Entrave à l'attachement des pathogènes sur les membranes des cellules de l'organisme ou aux interactions entre les membranes des pathogènes avec les membranes des cellules
  • Marquage (opsonisation) des pathogènes pour destruction par le système de complément, les macrophages ou les neutrophiles, augmentant ainsi l'efficacité du système immunitaire inné
  • Déclenchement du « suicide » (apoptose) du pathogène. L'apoptose est une propriété de toute cellule qui dans certaines circonstances peut déclencher sa propre destruction

L'immunité à médiation cellulaire

L'immunité à médiation cellulaire est la partie de l'immunité qui combat les organismes pathogènes qui ont déjà infectés des cellules de l'organisme.

Tous les virus et certaines bactéries sont des pathogènes intracellulaires obligés: ils doivent accomplir une partie de leur cycle de vie à l'intérieur des cellules de leur hôte.

D'autres bactéries peuvent choisir de pénétrer dans les cellules hôtes dans certaines circonstances. Ce sont des bactéries intracellulaires facultatives.

Dans ces cas, d'invasion intracellulaire, le système immunitaire a besoin d'adapter sa réaction : il identifie et détruit les cellules de l'organisme infectés, en empêchant ainsi le développement des pathogènes.

C'est le rôle des cellules T effectrices.

C'est efficace contre tous les types de microorganismes étrangers, mais spécialement contre les virus. Les virus ont absolument besoin d'utiliser les ressources des cellules hôte pour se répliquer.

Les virus sont des séquences d'ADN ou d'ARN encapsulées qui viennent se positionner sur la cellule cible. Elles y injectent leur ADN ou ARN et reprogramment la cellule pour qu'elle produise de nombreux nouveaux virus. Ils seront libérés dans l'organisme par l'éclatement de la cellule hôte.

Une fois activée par un antigène, une cellule T cherche les cellules de l'organisme infectées par le pathogène qui porte cet antigène.

Activation des lymphocytes T dans la réponse immunitaire cellulaire

A l'inverse des cellules B qui relarguent continument des anticorps dans la circulation générale, les cellules T doivent être présentes à proximité des cellules infectées. Elles s'y attachent et les détruisent soit en les désintégrant soit en déclenchant leur apoptose (= auto destruction d'une cellule).

 
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Les réponses immunitaires primaire et secondaire


C'est la partie importante.

C'est ici que vous allez comprendre le mécanisme de la vaccination.

Mais, vous devez d'abord connaitre les deux types de la réponse immunitaire adaptative: la primaire et la secondaire

La réponse immunitaire primaire

La réponse immunitaire primaire est mobilisée lorsque le système immunitaire se trouve en présence d'un antigène pour la première fois.

La réponse immunitaire primaire est plutôt lente et faible. Il faut en général autour d'une semaine pour que les premiers anticorps soient libérés dans la circulation générale et une semaine supplémentaire pour que la réponse primaire atteigne sont efficacité maximale.

Dans les cas où le pathogène est très virulent et/ou est inoculé en grandes quantités, cette réponse immunitaire n'est pas suffisante et l'hôte tombe malade (voire pire).

 

La réponse immunitaire secondaire

La réponse immunitaire secondaire est mise à contribution à partir de la seconde exposition du système immunitaire à un antigène et toutes les fois suivantes.

La réponse secondaire est très différente de la primaire. Elle est à la fois très rapide et très puissante.

Le microbe n'a aucune chance de se développer !

L'organisme est maintenant immunisé !

Titres d'anticorps dans les réponses immunitaires primaires et secondaires
Source: Claire-Anne Siegrist - Vaccine immunology - 2013

Mais pourquoi donc la réponse secondaire est-elle tellement meilleure ?

Cette question n'est toujours pas complètement élucidée par les scientifiques.

Mais il y a quand même quelques explications.

A la seconde (et suivantes) exposition à un antigène, les cellules mémoire sont déjà présentes et beaucoup plus nombreuses que les lymphocytes naïfs initiaux. Environ 40% des cellules B humaines sont des cellules B mémoire. Elles n'attendent que le signal des cellules T auxiliaires.

Lorsqu'elles sont activées, les cellules mémoire réagissent très rapidement. Elles se répliquent, et se différentient en cellules T effectrices ou en cellules plasmatiques (lymphocyte B) libérant de très nombreux anticorps. Les cellules mémoire ont aussi une plus grande affinité avec l'antigène.

Comme les cellules T mémoire circulent déjà dans le sang, elles peuvent rapidement se rapprocher du site de l'infection et combattre les pathogènes juste après leur arrivée.

De plus, les anticorps de la réponse immunitaire secondaire sont différents. Alors que les cellules plasmatiques de la réponse immunitaire primaire libèrent principalement des immunoglobulines M (IgM), les IgG sont dominants dans la réponse secondaire. Les IgG et les IgM activent toutes deux le système complément. Mais les IgG peuvent aussi accrocher les pathogènes aux macrophages.

Réponse immunitaire secondaire

Durée d'immunité et immunogénicité

La durée de l’immunité dépend principalement de la puissance de la réponse immunitaire lors de la première exposition et du nombre d’expositions suivantes au même antigène.

Cette vigueur de réaction est couramment appelée immunogénicité. Elle dépend de la nature de l’antigène (son potentiel immunogène), du nombre d’antigènes qui se sont introduits dans l’organisme et d’autres facteurs amplifiant la réponse inflammatoire au moment de l’infection (exemple: les adjuvants des vaccins).

Une réponse immunitaire puissante produira un grand nombre de cellules mémoire et de cellules plasmatiques. Certaines cellules plasmatiques peuvent continuer à libérer des anticorps pendant des années ou des décades.

L'immunité chez les individus très jeunes et les plus âgés

La description du système immunitaire que nous avons faite jusqu'à présent concerne les individus adultes et en bonne santé. Mais il n'en est pas ainsi soit pour les plus jeunes, soit pour les individus vieillissant où le système immunitaire n'est pas aussi efficace. Ils sont bien plus sensibles aux infections.

Cela a des conséquences sur les stratégies de vaccination comme nous le verrons dans les prochains chapitres.

Le système immunitaire au début de la vie

Dans l'utérus le foetus est protégé par les anticorps de la mère.

A la naissance, l'organisme est exposé aux infections alors que le système immunitaire n'est pas encore à maturité. Heureusement certains anticorps, les immunoglobulines A (IgA), sont toujours fournis au nouveau-né par le lait de la mère.

La défense immunitaire du nouveau-né s'appuie essentiellement sur le système immunitaire inné, même si la réponse immunitaire apportée par les neutrophiles reste faible. En revanche, le système immunitaire adaptatif est très tolérant aux antigènes étrangers qu'il sait mal reconnaitre. Il ne produit pas les puissants anticorps IgG.

Avec le temps, le système immunitaire gagne en maturité et se renforce.

Mais comme il y a des variations individuelles très importantes dans la vitesse de la maturation du système immunitaire, il est très difficile d'anticiper le meilleur moment pour vacciner. C'est pourquoi les jeunes animaux sont vaccinés plusieurs fois dans une période de temps très courte, de l'ordre de 2 à 3 mois.

Le système immunitaire chez les individus âgés.

De façon presque symétrique, le système immunitaire est affaibli chez les individus âgés.

Avec le temps, le système adaptatif s'est construit une solide base de données d'antigènes, et est capable de reconnaitre facilement de nombreux pathogènes.

Mais le système immunitaire est moins efficace. Les neutrophiles et les cellules dendritiques sont moins actifs. Les nouveaux pathogènes que le l'organisme n'avait jamais rencontrés auparavant sont moins facilement identifiés et la réponse des lymphocytes est plus faible.

 
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Conclusion : les systèmes immunitaires innés et adaptatifs travaillent en équipe


Les mammifères peuvent être infestés par de nombreux microorganismes : bactéries, virus, champignons, et parasites.

Chez les mammifères adultes, les défenses contre les infections sont très efficaces.

Très peu de pathogènes ont l'opportunité de pénétrer dans l'organisme grâce aux barrières que constituent la peau et les épithéliums constitués de cellules étroitement jointives. Sur beaucoup d'épithéliums, le mucus contenant des enzymes de destruction prévient l'attachement aux cellules. Les cils dispersent mécaniquement les microbes.

Si les germes réussissent à pénétrer dans l'organisme, ils sont confrontés aux systèmes immunitaires innés et adaptatifs qui travaillent en étroit partenariat.

Le système immunitaire inné a la capacité de comprendre naturellement si les cellules que l'organisme abrite sont étrangères ou non, font partie du Soi ou du Non-Soi. Les macrophages, les neutrophiles et les cellules tueuses naturelles (NK) vont détruire ou ingérer ces pathogènes.

Des macrophages et des cellules dendritiques vont présenter ces microbes, ou une partie de leur structure (antigènes) à des lymphocytes naïfs qui résident dans les ganglions lymphatiques ou dans la rate, activant ainsi le système immunitaire adaptatif.

La première réaction des lymphocytes est plutôt lente et conduit à la maturation de lymphocytes mémoire ou effecteurs.

Les cellules T effectrices détruisent les cellules de l'organisme qui sont infectées par le pathogène dont elles ont recueilli l'antigène.

Les cellules B effectrices (cellules plasmatiques) libèrent de grande quantité d'anticorps qui soit détruisent le pathogène soit aident le système immunitaire inné en rendant le pathogène plus facilement digestible par les macrophages ou les neutrophiles ou en les marquant pour destruction.

Les cellules mémoire peuvent survivre pendant des années et peuvent se répliquer ou se différentier en cellules effectrices quand l'antigène pour lequel elles sont spécifiques se représente à nouveau.

Quand un pathogène entre dans l'organisme pour la seconde fois et les fois suivantes (réponses immunitaires secondaires), la réponse immunitaire adaptative est à la fois plus rapide et de plus grande envergure. Plus d'anticorps sont produits, et ils sont plus efficaces.

C'est le principe de base de la vaccination. La vaccination expose l'organisme au pathogène une première fois pour induire une réponse immunitaire primaire. L'exposition suivante au même pathogène déclenchera une réponse secondaire, plus rapide et plus forte.