Pourquoi nos systèmes immunitaires varient-ils autant ?

Produit par : Science Popularization China

Auteur : Li Juan

Producteur : China Science Expo

Nous savons tous que face à la même infection virale, différentes personnes sont affectées différemment. Certaines personnes produiront des anticorps pour éliminer facilement le virus, tandis que d’autres seront gravement affectées par la réponse immunitaire sévère et deviendront même des patients nécessitant des soins intensifs. Cette différence est étroitement liée à l’état du système immunitaire de l’individu , comme les différences dans l’activité et la capacité de prolifération de diverses cellules immunitaires.

En effet, les systèmes immunitaires des individus présentent de grandes différences dans la lutte contre les agents pathogènes ou la détection des cellules cancéreuses, ce que nous appelons souvent la différence de « résistance ». Alors, quels facteurs provoquent des différences dans les systèmes immunitaires des individus ou des groupes ?

L'environnement et la génétique influencent conjointement les différences immunitaires

En termes simples, les facteurs environnementaux et génétiques façonnent conjointement la diversité du système immunitaire humain.

Figure 1 Diversité du statut immunitaire humain

(Source de l'image : traduction chinoise de la référence [1])

Le premier est l’impact des facteurs environnementaux sur la diversité de notre système immunitaire.

Nos habitudes de vie quotidiennes ou l’environnement dans lequel nous vivons, comme l’alimentation, le tabagisme, le climat local, la qualité de l’air, les antécédents d’infections bactériennes et virales, l’historique de vaccination et l’état de la flore symbiotique dans le corps, constituent tous une exposition environnementale.

Un autre facteur déterminant important est celui des facteurs génétiques .

Les facteurs génétiques font référence au fait que les gènes liés à l’immunité vont muter au cours du long processus d’évolution humaine. Après accumulation de génération en génération , divers systèmes immunitaires se sont formés chez différentes races ou individus.

Exposition environnementale et diversité immunitaire

Il existe de nombreuses façons d’être exposé à l’environnement. Ensuite, nous discuterons de leur impact sur la diversité immunitaire sous l’angle de l’alimentation, de la pollution, de la flore et de l’historique des infections virales.

Régime alimentaire : une nutrition adéquate est essentielle pour une fonction immunitaire saine. Surtout chez les enfants, de graves carences nutritionnelles peuvent entraîner une déficience immunitaire. Certaines études suggèrent que le régime alimentaire peut affecter indirectement la réponse immunitaire par le biais de modifications du microbiote, du poids corporel et d’autres facteurs . Par exemple, un régime riche en sel ou en graisses affectera dans une certaine mesure la fonction immunitaire normale.

Pollution : La contamination des aliments et la pollution chimique industrielle dans la vie quotidienne peuvent également affecter le système immunitaire. Les données cliniques confirment que la pollution de l’air et les accidents chimiques industriels sont associés aux maladies inflammatoires. Un autre élément de preuve solide est le tabagisme. Fumer provoque une inflammation et induit des changements dans l’état auto-immun. Les fumeurs présentent des taux d’immunoglobulines sériques globalement plus faibles et une activité fonctionnelle réduite des cellules tueuses naturelles (l’une des cellules immunitaires).

Microbiote : Qu'il s'agisse de la flore microbienne de l'environnement ou de la flore intestinale du corps, nous ne pouvons pas les voir à l'œil nu, mais ils jouent un rôle important dans la formation du système immunitaire humain. Par exemple, vivre dans un environnement agricole au début de la vie a un effet protecteur sur l’apparition de l’asthme ; Le lien entre la flore intestinale et les maladies a également suscité beaucoup d’attention. La régulation du système immunitaire par la flore intestinale est l’un des sujets de recherche les plus en vogue ces derniers temps. Cependant, certains chercheurs pensent que la diversité microbienne pourrait être en grande partie une « corrélation indirecte », qui se produit simultanément avec la réponse du système immunitaire aux facteurs pathogènes. En d’autres termes, les changements dans la flore intestinale peuvent être le résultat de l’intégration de multiples facteurs d’influence et constituent le lien entre les facteurs pathogènes directs et les changements dans le système immunitaire.

Histoire des infections virales : Les humains ont co-évolué avec les virus pendant des milliers d’années, période au cours de laquelle certains virus se sont intégrés dans nos génomes et d’autres ont établi des infections chroniques à vie. Peux-tu le croire ? Des analyses sérologiques approfondies ont montré qu’à tout moment, une personne porte des anticorps contre environ 10 virus différents. Les humains sont constamment réinfectés par des virus de faible virulence, qui peuvent induire des réponses immunitaires et également provoquer des changements adaptatifs dans les proportions et les fonctions des cellules immunitaires. Par conséquent, les virus participent à façonner la diversité de l’immunité collective, tant au niveau génétique qu’au niveau adaptatif acquis.

Diversité génétique et immunitaire

La variation génétique est un moteur important dans la formation de la diversité immunitaire. Aujourd’hui, une combinaison de technologies modernes nous permet de mieux comprendre la base génétique de la diversité immunitaire humaine.

Au cours du long processus d’évolution et de migration, le mélange d’ascendance entre les premiers Eurasiens et les humains archaïques aujourd’hui disparus (tels que les Néandertaliens ou les Dénisoviens), ou entre les groupes humains modernes, a produit des traits génétiques favorables qui peuvent faire face à la pression des agents pathogènes.

L’étude ci-dessous (Figure 2) a sélectionné 175 personnes en bonne santé d’origine africaine ou européenne. L’étude a révélé qu’environ 9,3 % des gènes exprimés par les macrophages présentaient des différences liées à la lignée ancestrale dans la réponse régulatrice des gènes pour résister à l’infection bactérienne. Parmi eux, ceux d’origine africaine ont montré des réponses inflammatoires plus fortes et une prolifération bactérienne intracellulaire moindre. Les chercheurs pensent qu’une grande partie des différences dans l’immunité des populations causées par la sélection naturelle sont contrôlées par des gènes génétiques.

Figure 2 Rôle de l'ascendance génétique africaine et européenne dans les réponses primaires des macrophages à une infection bactérienne vivante

(Source de l'image : traduction chinoise de la référence [4])

Les études génétiques sur les transitions dans les principaux modes de vie humains (par exemple, de la chasse et de la cueillette à l’agriculture) et sur l’histoire des épidémies passées peuvent également fournir des informations importantes sur les changements dans la fonction immunitaire humaine ou la diversité immunitaire.

Les exemples classiques sont les variantes génétiques qui réduisent le risque de paludisme et qui sont apparues dans les zones d’endémie palustre, ainsi que les allèles qui confèrent une protection contre la trypanosomiase africaine et qui sont apparus dans les populations africaines.

D’autres études récentes ont montré que les gènes liés aux maladies auto-immunes (polyarthrite rhumatoïde, lupus érythémateux disséminé et rectocolite hémorragique) présentent des différences d’expression très significatives entre différentes populations. Il existe des différences majeures dans l’incidence ou la gravité des maladies auto-immunes entre les Afro-Américains et les Américains d’origine européenne. Cela montre également clairement l’association entre les caractéristiques génétiques des ancêtres et les différences de réponse immunitaire.

Outre les facteurs environnementaux et génétiques mentionnés ci-dessus, l’âge et le sexe sont également des facteurs internes importants qui déterminent la diversité immunitaire.

Âge et diversité immunitaire

L’âge est l’un des facteurs les plus importants de la diversité immunitaire. Un exemple courant est que les jeunes enfants et les personnes âgées sont plus susceptibles de tomber malades que les adolescents et les personnes dans la force de l’âge.

Au début de la vie, la première ligne de défense contre les agents pathogènes envahissants est le système immunitaire inné , impliquant des cellules telles que les neutrophiles, les monocytes, les macrophages et les cellules dendritiques. À la naissance, notre système immunitaire inné est immature, probablement parce que le fœtus doit s'adapter à l'environnement dans l'utérus de la mère et éviter de nombreuses réactions de stress pendant le développement. C’est également la raison pour laquelle les nouveau-nés, en particulier les prématurés, sont plus sensibles aux infections bactériennes et virales.

À mesure que nous vieillissons, le système immunitaire humain va progressivement changer, notamment avec une diminution de l’activité des cellules souches hématopoïétiques, une dégénérescence thymique, une réponse antivirale affaiblie, des changements dans la différenciation des lignées de cellules immunitaires, une diminution des globules blancs et un risque croissant de mutations génétiques.

Par conséquent, à mesure que le système immunitaire vieillit , la capacité des personnes âgées à résister aux maladies infectieuses diminue également. Certaines réponses immunitaires anormales peuvent aggraver l’inflammation et peuvent également conduire à d’autres maladies. De plus, le vieillissement immunitaire peut provoquer l’activation de virus latents , comme le célèbre virus varicelle-zona, dont l’activation peut provoquer un zona et des névralgies chroniques.

Figure 3 Cette figure, basée sur les données de la grippe saisonnière ou pandémique, montre comment la force de la réponse du système immunitaire d’une femme à l’infection diffère au cours de sept étapes de la vie. (a) Les sept étapes de la vie d’une femme. (b) Courbes de décès pour 1 000 personnes pendant la grippe saisonnière ou pandémique. (c) Modifications de l’intensité des réponses immunitaires contre la grippe.

(Source de l'image : traduction chinoise de la référence [5])

À l’avenir, les scientifiques devront encore accomplir beaucoup de travail pour comprendre comment la composition et la fonction du système immunitaire évoluent tout au long de la vie d’une personne. Mais il est clair que l’âge est un facteur important lorsque nous parlons de diversité immunitaire humaine.

Genre et diversité immunitaire

Le sexe est également un facteur de différences dans le fonctionnement du système immunitaire.

De nombreuses études ont montré que les réponses immunitaires des hommes et des femmes diffèrent considérablement, ce qui les rend plus sensibles aux maladies auto-immunes, aux tumeurs malignes et aux maladies infectieuses, et affecte les résultats de la vaccination.

Par exemple, 80 % des maladies auto-immunes touchent les femmes ; le risque de décès par tumeurs malignes chez les hommes est presque deux fois plus élevé que chez les femmes ; la réponse anticorps des femmes aux vaccins contre la grippe saisonnière est au moins deux fois supérieure à celle des hommes...

Les différences immunitaires entre les sexes se reflètent dans de nombreux aspects, tels que le nombre et l’activité des cellules immunitaires, des cytokines et des niveaux d’immunoglobulines basiques (Figure 4).

Figure 4 Différences et changements dans le système immunitaire des hommes et des femmes au cours de la vie.

(Source de l'image : traduction chinoise de la référence [6])

Ces différences sont le résultat d’une combinaison de facteurs génétiques, hormonaux et environnementaux , et évoluent avec l’âge. Les recherches actuelles se concentrent sur deux domaines : les gènes des chromosomes sexuels et les hormones sexuelles.

En ce qui concerne les gènes des chromosomes sexuels, nous savons déjà qu’il existe un grand nombre de gènes liés au système immunitaire sur le chromosome X, ce qui peut expliquer de nombreuses différences immunitaires liées au sexe.

En termes d’hormones sexuelles, les hormones sexuelles (œstrogène, progestérone et androgène) fonctionnent comme des modulateurs des réponses immunitaires. De plus, les récepteurs d’hormones stéroïdes (un type de protéine qui existe sur les cellules cibles de l’hormone et peut se lier spécifiquement à l’hormone) sont présents sur de nombreux types différents de cellules immunitaires (y compris les cellules NK, les macrophages, les cellules dendritiques et les cellules T). Les différences dans la densité, la distribution et le type de ces récepteurs peuvent également expliquer les différences de fonction immunitaire entre les hommes et les femmes.

Quel facteur a le plus d’impact, l’environnement ou la génétique ?

Après avoir compris l’impact de l’environnement et de la génétique sur la diversité du système immunitaire, vous pouvez vous demander quel type de facteurs contribue le plus à la diversité immunitaire ?

En comparant divers indicateurs d’immunité chez des jumeaux identiques (qui partagent presque tous leurs gènes) et des jumeaux fraternels (qui partagent environ la moitié de leurs gènes), les chercheurs ont découvert que de nombreuses différences importantes dans le système immunitaire humain sont dues à des facteurs environnementaux non héréditaires, et que ces différences augmentent avec l’âge. Les chercheurs pensent qu’un système immunitaire humain sain s’adaptera constamment aux changements des facteurs environnementaux tels que les agents pathogènes, la flore intestinale et les nutriments, masquant ainsi l’influence des facteurs génétiques.

Si l’immunité innée est considérée séparément de l’immunité adaptative, l’étude a révélé que les paramètres individuels des cellules immunitaires adaptatives sont principalement déterminés par l’exposition environnementale, tandis que les paramètres des cellules immunitaires innées sont davantage affectés par la variation génétique (Figure 5).

Fig. 5 Sources de diversité dans les systèmes immunitaires individuels. Différents facteurs ont des effets différents sur l’immunité adaptative et l’immunité innée.

Source de l'image : version chinoise adaptée de la référence [9]

Conclusion

En résumé, les composants et les fonctions du système immunitaire humain évoluent de manière dynamique. Certains chercheurs les ont comparés à des systèmes sensoriels car ils doivent tous deux répondre à des stimuli internes et externes. Clarifier la manière dont les facteurs moteurs ci-dessus interagissent les uns avec les autres et façonnent le système immunitaire d’un individu est un sujet majeur de la recherche en immunologie.

Comprendre les différences individuelles dans le système immunitaire et leurs impacts sur la santé peut aider à déterminer si une personne est sensible aux maladies liées au système immunitaire ou à son facteur de risque de maladies infectieuses.

De nos jours, grâce à la technologie d’analyse immunologique et à la technologie du génome entier, il est facile d’obtenir des informations sur les composants immunitaires à partir du sang humain ou des ganglions lymphatiques. Cependant, il reste encore de nombreuses inconnues dans la dissection des mécanismes causaux de la diversité du système immunitaire, et nous attendons de nouvelles découvertes.

Rédacteur en chef : Guo Yaxin

Références

[1] Pulendran B, Davis MM. La science et la médecine de l'immunologie humaine. Science. 2020;369(6511):eaay4014. doi:10.1126/science.aay4014

[2] Brodin P, Davis MM. Variation du système immunitaire humain. Rév. Nat Immunol. 2017;17(1):21-29. doi:10.1038/nri.2016.125

[3] Liston A, Humblet-Baron S, Duffy D, Goris A. Diversité immunitaire humaine : de l'évolution à la modernité. Nat Immunol. 2021;22(12):1479-1489. est ce que je:10.1038/s41590-021-01058-1

[4] Nédélec Y, Sanz J, Baharian G, et al. L’ascendance génétique et la sélection naturelle influencent les différences de réponses immunitaires aux agents pathogènes au sein des populations. Cellule. 2016;167(3):657-669.e21. doi:10.1016/j.cell.2016.09.025

[5] Simon AK, Hollander GA, McMichael A. Évolution du système immunitaire chez l'homme de la petite enfance à la vieillesse. Proc Biol Sci. 2015;282(1821):20143085. doi:10.1098/rspb.2014.3085

[6] Klein SL, Flanagan KL. Différences entre les sexes dans les réponses immunitaires. Rév. Nat Immunol. 2016;16(10):626-638. doi:10.1038/nri.2016.90

[7] Barreiro LB, Quintana-Murci L. Évolution et population (épi)génétique de l'immunité à l'infection. Hum Genet. 2020;139(6-7):723-732. doi:10.1007/s00439-020-02167-x

[8] Brodin P, Jojic V, Gao T et al. La variation du système immunitaire humain est en grande partie due à des influences non héréditaires. Cellule. 2015;160(1-2):37-47. doi:10.1016/j.cell.2014.12.020

[9] Liston A, Goris A. Les origines de la diversité dans l’immunité humaine. Nat Immunol. 2018;19(3):209-210. doi:10.1038/s41590-018-0047-9