Mécanismes de dérégulation de la polarisation des macrophages et de la résolution de l’inflammation

Mécanismes de dérégulation de la polarisation des
macrophages et de la résolution de l’inflammation

Les macrophages de type 2 activés alternativement (M2) 

A l’opposé des macrophages M1, les macrophages activés alternativement (macrophages de type 2) se différencient dans un environnement de cytokines de type II et sont inhibés par les cytokines de type I (Gordon, 2003; Kodelja et al., 1998; Stein et al., 1992; Stumpo et al., 1999). Récemment, le sous-type M2 a été subdivisé en 3 sous- classes : les macrophages M2a, M2b, M2c sur la base de leurs marqueurs membranaires et en fonction de leurs caractéristiques fonctionnelles (profil de production de cytokines et de chimiokines) (Mantovani et al., 2004). D’autres classifications ont aussi été proposées (Mosser and Edwards, 2008) tenant compte plus spécifiquement des fonctionnalités cellulaires qu’exercent ces macrophages. Ces différentes approches ne sont pas opposées et permettent de nos jours d’identifier un grand nombre de nouveau sous-types : M2a, M2b, M2c et plus récemment les macrophages M2d, M4, Mox, Mhem (Colin et al., 2014; Gleissner, 2012; Naito et al., 2014). De manière générale, les macrophages M2 expriment un nombre important de récepteurs PRR (Pattern Recognition Receptor) reconnaissant directement les PAMPS. Ils sont également caractérisés par leur capacité à produire des médiateurs anti-inflammatoires comme l’IL-10). Cependant, contrairement aux macrophages M1 exclusivement capable de produire des cytokines pro-inflammatoires, certains sous-types de macrophages M2 peuvent aussi sécréter des cytokines/chimiokines pro-inflammatoires, selon le microenvironnement dans lequel ils se trouvent. 

 Les macrophages M2a 

La polarisation M2a est induite spécifiquement par l’IL-4 et l’IL-13. Ces cytokines Th2 induisent via STAT6 et PPARγ (peroxisome proliferator-activated receptor γ) un panel de récepteurs, tels que DCSIGN (Dendritic Cell-Specific Intercellular adhesion molecule-3-Grabbing Non-integrin), le récepteur Mannose (CD206) et le récepteur Dectine-1. Ces derniers récepteurs sont fortement impliqués dans la reconnaissance sans opsonisation et l’élimination de pathogènes qui expriment sur leur paroi des mannanes et des glucanes. Ces macrophages se distinguent des macrophages M1 par leur capacité à reconnaître directement les pathogènes non opsonisés via les PRRs et par leurs fonctions microbicides spécifiques associées. C’est le cas, comme nous l’avons montré au laboratoire, pour Candida albicans (Coste et al., 2003; Coste et al., 2008; Gales et al., 2010), Leishmania infantum (Lefevre et al., 2013) et pour les helminthes (Barner et al., 1998; Noel et al., 2004). En plus de ces actions microbicides, les macrophages M2a participent au développement de l’inflammation de type allergique et de l’asthme. En effet, les macrophages activés alternativement sécrètent les chimiokines CCL17, CCL22 et CCL24 agonistes des récepteurs CCR3 et CCR4. L’activation de ces récepteurs participe au recrutement des éosinophiles et des basophiles, cellules impliquées dans ces processus allergiques. Les macrophages M2a surexpriment également les gènes codant pour l’arginase-1, le CD163 (récepteur reconnaissant l’hémoglobine) et la fibronectine-1.

 Les macrophages M2b 

Les macrophages M2b ou « immunorégulateurs » ont la particularité, à la différence des autres macrophages M2, de produire en plus des cytokines à caractère anti-inflammatoires (par exemple l’IL10), un grand nombre de cytokines pro-inflammatoires comme l’IL-1β, le TNF-α et l’IL-6 (Mantovani et al., 2004). Le terme d’immunorégulateur prend tout son sens de par la forte sécrétion d’IL-10 et de certaines chimiokines (CCL1) qui aboutissent au recrutement de LT CD4+ et de LT régulateurs (TREG). Les complexes immuns, les agonistes du récepteur à l’IL-1 et les ligands des TLRs (Toll-Like receptor) sont les principaux agents du microenvironnement cellulaire responsables de l’activation de ces macrophages. Un environnement riche en sucre et en lipide, comme rencontré au cours d’un régime hyperlipidique (HFD) ou durant des pathologies métaboliques comme l’obésité et le diabète de type 2, conduit aussi à la genèse de ces macrophages M2b (Lefevre et al., 2010b). 

 Les macrophages M2c 

Les macrophages M2c ou macrophages dit « réparateurs » proviennent d’une polarisation initiée par l’IL-10 et les glucocorticoïdes. Ainsi, ces cellules sont retrouvées principalement dans les phases de résolution de l’inflammation ou de réparation tissulaire, lorsque l’IL-10 et les glucocorticoïdes sont fortement produites. Aucune cytokine pro-inflammatoire n’est produite par ce sous-type de macrophages. En revanche, de grandes quantités d’IL-10 et de TGF-β sont synthétisées et libérées dans l’environnement cellulaire. Ces macrophages produisent des chimiokines particulières  et surexpriment l’arginase-1, enzyme responsable de la formation d’urée et de L-Ornithine, précurseur de polyamines et de L-proline (Morris, 2004). La production de TGF-β et de L-Ornothine, participe de ce fait activement à la synthèse de collagène et à la prolifération cellulaire notamment des fibroblastes. L’ensemble de ces caractéristiques fait que le macrophage M2c est un élément clef du processus de réparation et du remodelage tissulaire. Le macrophage M2c à la particularité de présenter à sa surface le récepteur scavenger CD36. Ce récepteur reconnaît les cellules apoptotiques et permet ainsi leur phagocytose. Ce processus, dit « d’efférocytose », est une étape clef de la résolution de l’inflammation. En empêchant les PNNs de rentrer en nécrose, ces macrophages préservent les tissus d’une inflammation intense et incontrôlée. La phagocytose par les macrophages M2c des cellules apoptotiques induit l’activation des voies de signalisation à l’origine de la synthèse de nombreux médiateurs anti-inflammatoires cytokiniques (TGF-β) et lipidiques (prostaglandine D2 (PGD2), lipoxines (LXA4)). Ainsi, son rôle dans l’arrêt de l’inflammation et sa participation dans les phases plus tardive de réparation et de remodelage tissulaire, font de ce macrophage M2c un acteur majeur du processus cicatriciel. 

Les macrophages M2d 

Les macrophages M2d ont été récemment définis comme étant les macrophages associés aux tumeurs ou TAMs (Tumor Associated Macrophages) avec des propriétés immunosuppressives et protumorales. De nombreux facteurs sont à l’origine de cette polarisation particulière : le LIF (Leukemia Inhibitory factor), l’IL-6 et le M-CSF (Macrophages Colony-Stimulating Factor) (Duluc et al., 2007). De plus, il a été montré que la PGE2 était aussi impliquée dans la polarisation M2d, puisqu’elle joue un rôle essentiel dans l’expression de l’IL-6 et d’une enzyme immunosuppressive, IDO-2 (Basu et al., 2006; Wang et al., 2010). Les macrophages M2d présentent des propriétés pro-tumorales en produisant du VEGF et de la métalloprotéase MMP-9 qui favorisent l’angiogenèse, la croissance cellulaire et donc l’installation d’une tumeur. Ces macrophages sont aussi capables de sécréter de l’IL-10 et du TGF-β. Ils pourraient ainsi contribuer au processus de réparation tissulaire (Ferrante and Leibovich, 2012). 

 Les autres phénotypes de macrophages 

Une multitude de macrophages avec différents phénotypes coexistent dans différents tissus normaux ou lésionnels. Ces macrophages adaptent leur phénotype à leur microenvironnement. C’est le cas des macrophages présents au niveau de la plaque d’athérome qui sont dans un environnement riche en lipides et lipoprotéines modifiés par oxydation et de cristaux de cholestérol. Ainsi, il a été reporté récemment qu’au contact des phospholipides oxydés les macrophages se différencient en un phénotype particulier appelé Mox. Cette polarisation particulière est médiée par le facteur de transcription Nrf2 (nuclear erythroid-2 related factor) (Kadl et al., 2010). Les macrophages Mox présentent une morphologie et des fonctions différentes des macrophages M1 et M2. En effet, ils présentent de faibles capacités chimiotactiques et phagocytaires. Les marqueurs spécifiques de ces macrophages sont des gènes impliqués dans l’équilibre redox dépendant de Nrf2, tels que l’hème oxygénase-1 (HMOX-1), la sulforedoxine-1 (SRX1), la thioredoxine réductase 1 (Txnrd1 et la glutathione réductase-1 (GSR1). Cependant, certains gènes pro-inflammatoires tels que l’IL-1β et COX – 2, sont induits par l’intermédiaire du TLR-2 dans les macrophages Mox. Différentes sous-populations de macrophages ont été identifiés dans des zones hémorragiques, notamment au niveau des plaques d’athérome chez l’homme. Ces macrophages stimulés par l’hémoglobine sont dénommés M(Hb) ou Mhem (Finn et al., 2012; Naito et al., 2014). Ces macrophages sont caractérisés par des niveaux élevés de CD206 et CD163, un récepteur piégeur du complexe hémoglobine/haptoglobine (Hb/Hp) impliqué dans la clairance de l’hémoglobine. La stimulation de monocytes humains par le complexe Hb/Hp augmente l’expression du CD206 et du CD163, et induit via le CD163 la sécrétion de cytokines anti-inflammatoires comme l’IL-10. De plus, les macrophages M(Hb) présentent une amélioration de leur capacité d’efflux du cholestérol par l’intermédiaire d’une activité accrue du récepteur nucléaire LXR (liver X receptor) réduisant ainsi la formation de cellules spumeuses. Contrairement à la polarisation M1 induite par les cytokines Th1 et le GM-CSF et la polarisation M2 induite par les cytokines Th2 et le M-CSF qui sont des processus réversibles, une nouveau phénotype de macrophages humains induit par la chimiokine CXCL4 dérivée des plaquettes a été rapporté comme étant irréversible (Gleissner, 2012; Gleissner et al., 2010). Ce macrophage différencié par CXCL4 appelé M4, présente des caractéristiques phénotypiques spécifiques, avec comme marqueur la métalloprotéinase  (MMP-7) et la protéine de fixation du calcium S100A8. En outre, ces macrophages n’expriment pas le CD163 et HMOX1, même après exposition au complexe Hb/Hp (Gleissner et al., 2010). Ainsi il semble aujourd’hui que les macrophages Mhem et M4 pourraient exercer des effets opposés au niveau de la plaque d’athérome. Les macrophages M4 seraient proathérogènes, alors que les macrophages Mhem CD163+ seraient athéroprotecteurs. En conclusion, il est clair aujourd’hui que la remarquable plasticité des macrophages est un facteur essentiel au retour à l’homéostasie dans la plupart des pathologies notamment inflammatoires, infectieuses et tumorales. Une polarisation appropriée des macrophages en fonction de leur environnement est un élément clé des processus physiologiques au cours de l’inflammation, de la cicatrisation des plaies et de la régénération tissulaire. Ainsi, les macrophages ont la propriété d’engager un processus séquentiel de polarisation en fonction du contexte physiopathologique dans lequel ils se trouvent. Selon leur profil approprié ou non, ce processus de polarisation sera susceptible d’affecter de manière favorable ou défavorable la pathogénèse de maladies et la cicatrisation des tissus après une blessure. 

 Les macrophages dans les différentes étapes de la cicatrisation

 De par leur plasticité fonctionnelle et leur capacité de différenciation, les macrophages sont considérés comme les cellules qui orchestrent le processus de cicatrisation (Lucas et al., 2010). Les macrophages sont les acteurs principaux du déclenchement à la fois de l’inflammation au cours d’une lésion, de sa résolution et de la restauration de l’homéostasie tissulaire. A chacune de ces phases, les macrophages présentent des caractéristiques phénotypiques et fonctionnelles bien précises, qui leur permettent successivement, d’initier le processus inflammatoire (macrophages M1), de déclencher la résolution de l’inflammation et de participer à la réparation tissulaire (macrophages M2). Ainsi, la polarisation des macrophages et plus particulièrement la commutation phénotypique des macrophages M1 vers un phénotype M2 est essentielle dans la cicatrisation (Mahdavian Delavary et al., 2011).  Les macrophages des plaies proviennent principalement des monocytes circulants du sang périphérique et des macrophages résidents situés à proximité de la lésion. Chez la souris, les monocytes circulants présentent deux phénotypes distincts, (i) les monocytes Ly6Chigh / CCR2 high (GR1+ , CD62L+ ), rapidement mobilisés au cours de la phase initiale inflammatoire, via CCL2 ; (ii) et les monocytes Ly6Clow / CCR2low (CCR5+ , CD11c+ ) qui présentent une forte expression du récepteur à CX3CR1 (Yang et al., 2014). Ces monocytes sont recrutés via cette chimiokine dans les phases plus tardives de l’inflammation et de la cicatrisation. En effet, l’absence de CCL2 ne perturbe pas la fermeture totale de la plaie contrairement à la suppression de CX3CL1 qui diminue le recrutement des macrophages et des myofibroblastes (Ishida et al., 2008). Chez l’homme, le sous type de monocytes CD16- (dits inflammatoires) présente une expression forte de CCR2 et une faible expression de CXCR1 (CD14+ , CCR2+ , CD62+ , FCγRI+ ) comparable à la population de monocytes murins LY6Chigh/CCR2high. Ils sont rapidement recrutés au niveau d’une lésion par CCL2 (Aguilar-Ruiz et al., 2011; Geissmann et al., 2003). A l’inverse, les monocytes CD16+ présentent une forte expression de CX3CR1 (CD14+ , CD16+ , CCR2+ , Tie2+ , CMH II CD15+ ) et ils sont similaires aux monocytes murins Ly6Clow CX3CR1high. Leur cinétique d’infiltration au niveau d’une lésion tissulaire ainsi que leur différenciation en macrophages sont des phénomènes encore mal compris. 

 La phase inflammatoire 

En plus de leur rôle dans l’hémostase et la formation d’une matrice provisoire, les plaquettes libèrent des facteurs de croissance (PDGF, TGF-β), des cytokines (IL-1β) et des chimiokines (CCL2, CCL3, CCL5, CXCL4) qui contribuent au recrutement des monocytes, PNNs et fibroblastes, ainsi qu’à la polarisation et à l’activation des macrophages résidents (Barrientos et al., 2008; Behm et al., 2012). La chimiokine CCL5 est l’agent chimioattractant le plus important pour les monocytes et les cellules Th1 (Mahdavian Delavary et al., 2011). Les chimiokines CCL2/MCP-1 (Monocyte chimoattractant protein1) et CCL3/MIP-1a sont aussi impliquées dans le recrutement de monocytes au niveau de la plaie. L’utilisation de modèles expérimentaux de lésions cutanées chez la souris a permis d’établir que la phase inflammatoire consécutive à une lésion est caractérisée par l’afflux, dès les premières minutes, de PNNs. Leur nombre atteint un maximum 1 jour après la lésion et diminue progressivement jusqu’au 5ème jour (Figure 16). L’afflux des PNNs dès les premières minutes de la lésion a pour rôle d’éliminer d’une part les microbes et particules susceptibles d’envahir le lit de la plaie et d’autre part les débris cellulaires et de la MEC.