L'immunité adaptative et la vaccination
Cours complet · SVT (première), chapitre 10 · première, spécialité sciences de la vie et de la Terre
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L'immunité innée, étudiée au chapitre précédent, constitue la première ligne de défense de l'organisme : immédiate, non spécifique et commune à l'ensemble des animaux, elle déclenche la réaction inflammatoire et la phagocytose. Mais lorsque l'infection persiste, une seconde ligne de défense se met en place chez les vertébrés : l'immunité adaptative. Contrairement à l'immunité innée, elle est spécifique de l'agent infectieux rencontré, lente à s'installer lors d'un premier contact (quelques jours) et surtout dotée d'une mémoire qui rend les contacts ultérieurs beaucoup plus efficaces. Comment l'organisme parvient-il à reconnaître un agent étranger parmi des millions de possibilités, à produire des molécules et des cellules exactement adaptées à cet agent, puis à garder la trace de cette rencontre ? Et comment la médecine exploite-t-elle cette mémoire pour nous protéger sans que nous ayons à subir la maladie ?
Ce chapitre présente d'abord les caractères généraux de l'immunité adaptative et les acteurs qui la mettent en œuvre. Il détaille ensuite les deux volets complémentaires de la réponse : la réponse humorale, assurée par les lymphocytes B et leurs anticorps, et la réponse cellulaire, assurée par les lymphocytes T. Il étudie enfin la mémoire immunitaire, base biologique de la vaccination et de l'évolution du phénotype immunitaire au cours de la vie.
10.1 Les caractères de l'immunité adaptative
10.1.1 Une réponse spécifique, lente et douée de mémoire
L'immunité adaptative se distingue de l'immunité innée par quatre propriétés fondamentales. Elle est d'abord spécifique : chaque réponse est dirigée contre un agent infectieux précis, identifié par ses molécules de surface, et non contre les agents étrangers en général. Elle est ensuite lente : lors d'un premier contact, il faut plusieurs jours (souvent une à deux semaines) pour qu'elle atteigne sa pleine efficacité, car elle repose sur la sélection et la multiplication de cellules rares. Elle est propre aux vertébrés : seuls ces animaux la possèdent, en complément de l'immunité innée. Elle est enfin dotée d'une mémoire : après une première rencontre, l'organisme conserve la capacité de réagir plus vite et plus fort lors d'un contact ultérieur avec le même agent.
Un antigène est une molécule (le plus souvent une protéine ou un fragment de protéine) reconnue comme étrangère par le système immunitaire et capable de déclencher une réponse adaptative dirigée contre elle. Les antigènes sont portés par la surface des micro-organismes (virus, bactéries), par des cellules infectées ou par des cellules anormales. Un même agent infectieux porte généralement plusieurs antigènes différents.
10.1.2 Le déclenchement par présentation de l'antigène
L'immunité adaptative n'est pas indépendante de l'immunité innée : elle en est le prolongement. Lors de la réaction inflammatoire, certaines cellules de l'immunité innée, les cellules dendritiques, capturent l'agent infectieux, le digèrent partiellement et exposent ses fragments antigéniques à leur surface. Devenues cellules présentatrices de l'antigène (CPA), elles migrent vers un ganglion lymphatique où elles présentent l'antigène aux lymphocytes. Cette présentation constitue le signal de départ de la réponse adaptative : elle fait le lien entre l'immunité innée, immédiate, et l'immunité adaptative, spécifique.
Les lymphocytes sont les cellules effectrices de l'immunité adaptative. Ce sont des leucocytes (globules blancs) produits dans la moelle osseuse. On distingue les lymphocytes B (LB), qui mûrissent dans la moelle osseuse et sont responsables de la réponse humorale, et les lymphocytes T (LT), qui mûrissent dans le thymus et sont responsables de la réponse cellulaire. Chaque lymphocyte porte à sa surface un récepteur unique, capable de reconnaître un seul type d'antigène.
10.1.3 La sélection clonale
L'organisme possède, avant toute infection, un répertoire immense de lymphocytes différents : des milliards de cellules portant chacune un récepteur d'une forme particulière. Cette diversité, produite au hasard lors de la maturation des lymphocytes, précède la rencontre avec l'antigène. Lorsqu'un antigène pénètre dans l'organisme, il ne « fabrique » donc pas un lymphocyte adapté : il sélectionne parmi les lymphocytes préexistants les rares cellules dont le récepteur reconnaît précisément cet antigène. C'est le principe de la sélection clonale.
Un antigène ne crée pas la cellule qui le reconnaît ; il la sélectionne dans un répertoire préexistant. Les rares lymphocytes dont le récepteur est complémentaire de l'antigène sont activés, puis se multiplient (expansion clonale) et se différencient en cellules effectrices. Un clone est l'ensemble des cellules identiques issues d'un même lymphocyte sélectionné. La spécificité et la lenteur de la réponse adaptative découlent directement de ce mécanisme : la cellule adaptée existe déjà, mais elle est rare et doit être amplifiée.
10.2 La réponse humorale : les lymphocytes B et les anticorps
10.2.1 De la reconnaissance à la sécrétion d'anticorps
La réponse humorale met en jeu les lymphocytes B et se déroule en trois étapes. La reconnaissance : un lymphocyte B dont le récepteur membranaire reconnaît l'antigène est sélectionné. La sélection et la multiplication (expansion clonale) : stimulé par les cytokines libérées par les lymphocytes T auxiliaires (voir plus loin), ce lymphocyte se multiplie activement et forme un clone de cellules identiques. La différenciation : ces cellules se transforment en plasmocytes, véritables usines à anticorps, ainsi qu'en lymphocytes B mémoire. Un plasmocyte peut sécréter plusieurs milliers de molécules d'anticorps par seconde.
Un anticorps (ou immunoglobuline) est une protéine sécrétée par les plasmocytes et libérée dans le sang et la lymphe. Chaque anticorps possède deux sites de reconnaissance spécifiques d'un antigène donné. En forme de Y, il est constitué de quatre chaînes protéiques : deux chaînes lourdes et deux chaînes légères. Les extrémités des bras, très variables d'un anticorps à l'autre, forment les sites de fixation à l'antigène et assurent la spécificité de la reconnaissance.
10.2.2 La neutralisation de l'antigène
Les anticorps ne détruisent pas eux-mêmes l'agent infectieux : ils le neutralisent. En se fixant par leurs sites variables sur les antigènes, ils forment des complexes immuns (assemblages antigènes--anticorps) qui agglutinent les micro-organismes et les empêchent de se fixer sur nos cellules ou de s'y multiplier. Ces complexes immuns constituent surtout un signal reconnu par les phagocytes : ils facilitent et accélèrent la phagocytose. La réponse humorale se termine ainsi par l'élimination de l'agent, réalisée par les cellules de l'immunité innée. Réponses adaptative et innée coopèrent donc étroitement.
10.3 La réponse cellulaire : les lymphocytes T
La réponse cellulaire met en jeu les lymphocytes T. Elle est indispensable contre les cellules infectées (par des virus notamment) et les cellules anormales, que les anticorps, circulant dans les liquides, ne peuvent atteindre. On distingue deux grandes catégories de lymphocytes T, définies par une molécule de surface (CD4 ou CD8) et par leur fonction.
10.3.1 Les lymphocytes T auxiliaires (LT4) : le chef d'orchestre
Les lymphocytes T auxiliaires, ou LT4 (porteurs du marqueur CD4), jouent un rôle central de commande. Activés par la présentation de l'antigène, ils se multiplient puis sécrètent des cytokines (ou interleukines), messagers chimiques qui stimulent et amplifient l'ensemble des réponses : ils favorisent la multiplication et la différenciation des lymphocytes B (réponse humorale) comme des lymphocytes T cytotoxiques (réponse cellulaire). Sans les LT4, ni la réponse humorale ni la réponse cellulaire ne peuvent se développer pleinement : c'est pourquoi on les qualifie de chefs d'orchestre de l'immunité adaptative.
Les lymphocytes T auxiliaires (LT4) sont au centre de l'immunité adaptative : par les cytokines qu'ils sécrètent, ils déclenchent et amplifient à la fois la réponse humorale (lymphocytes B) et la réponse cellulaire (lymphocytes T8). Leur destruction paralyse donc l'ensemble de la réponse adaptative, ce qu'illustre tragiquement l'infection par le VIH.
10.3.2 Les lymphocytes T cytotoxiques (LT8)
Les lymphocytes T cytotoxiques, ou LT8 (porteurs du marqueur CD8), reconnaissent spécifiquement les cellules de l'organisme infectées par un virus ou devenues anormales, qui présentent l'antigène à leur surface. Une fois sélectionnés et multipliés (sous l'action des cytokines des LT4), ils se différencient en LT8 effecteurs qui détruisent les cellules cibles en provoquant leur mort. Cette destruction élimine les « usines » à virus avant que l'infection ne se propage. En supprimant la source de production des agents infectieux intracellulaires, la réponse cellulaire complète la réponse humorale, qui n'agit que sur les agents circulants.
Le tableau suivant récapitule les principaux acteurs de l'immunité adaptative et leurs rôles respectifs.
| Cellule | Rôle | Type de réponse |
|---|---|---|
| Lymphocyte B plasmocyte | sécrète les anticorps | humorale |
| Lymphocyte T4 (auxiliaire) | sécrète les cytokines, amplifie | humorale et cellulaire |
| Lymphocyte T8 (cytotoxique) | détruit les cellules infectées | cellulaire |
| Lymphocyte mémoire (B ou T) | réponse secondaire rapide | mémoire |
Le virus de l'immunodéficience humaine (VIH), responsable du sida, infecte préférentiellement les lymphocytes T4, qu'il utilise pour se multiplier avant de les détruire. On suit chez un patient non traité l'évolution de la concentration sanguine de LT4 (cellules par de sang) sur plusieurs années.
Question — Expliquer pourquoi la destruction des LT4 rend le patient vulnérable à de nombreuses infections.
Réponse — Le nombre de LT4 s'effondre au fil des années et passe sous le seuil critique de 200 cellules par . Or les LT4 sont les chefs d'orchestre de l'immunité adaptative : sans eux, ni les lymphocytes B ni les LT8 ne peuvent être correctement activés. Les réponses humorale et cellulaire sont donc paralysées, et l'organisme ne peut plus se défendre contre des agents que le système immunitaire maîtriserait normalement (maladies dites opportunistes). Cet exemple confirme le rôle pivot des LT4.
10.4 La mémoire immunitaire et la vaccination
10.4.1 La réponse secondaire
Au cours de la réponse primaire, une partie des lymphocytes sélectionnés ne se différencie pas en cellules effectrices mais en lymphocytes mémoire, qui persistent des années dans l'organisme. Ces cellules, plus nombreuses et déjà sélectionnées, permettent lors d'un second contact avec le même antigène une réponse secondaire beaucoup plus rapide (quelques jours au lieu d'une à deux semaines) et plus intense (production d'anticorps bien supérieure). C'est cette mémoire qui explique qu'on ne contracte en général qu'une seule fois certaines maladies infectieuses.
Après un premier contact, l'organisme conserve des lymphocytes mémoire (B et T) spécifiques de l'antigène. Lors d'un second contact avec le même antigène, la réponse secondaire est plus précoce, plus rapide et plus intense que la réponse primaire. Elle élimine souvent l'agent avant l'apparition des symptômes : c'est le fondement de la protection durable et de la vaccination.
10.4.2 Le principe de la vaccination
La vaccination consiste à provoquer volontairement une réponse primaire sans provoquer la maladie, afin de constituer une mémoire immunitaire protectrice. On introduit pour cela un antigène de l'agent infectieux sous une forme qui ne rend pas malade : agent atténué (affaibli), inactivé (tué), ou simplement quelques-uns de ses antigènes (fragments de protéines, toxines modifiées). Le système immunitaire réagit comme lors d'une véritable infection, mais sans danger : il produit des lymphocytes mémoire. Lors d'un contact réel ultérieur avec l'agent, la réponse secondaire, rapide et intense, empêche la maladie de se déclarer.
La vaccination est l'introduction dans l'organisme d'un antigène rendu inoffensif (agent atténué, inactivé, ou fragments antigéniques) afin de déclencher une réponse primaire et de constituer une mémoire immunitaire sans subir la maladie. Des injections de rappel entretiennent cette mémoire en relançant périodiquement la réponse secondaire.
Au-delà de la protection individuelle, une couverture vaccinale élevée d'une population confère une immunité de groupe (ou immunité collective) : lorsqu'une proportion suffisante d'individus est immunisée, l'agent infectieux ne trouve plus assez d'hôtes réceptifs pour se propager, ce qui protège aussi indirectement les personnes non vaccinées (nourrissons, personnes immunodéprimées).
On compare, dans une population, le nombre de cas déclarés d'une maladie infectieuse avant et après l'introduction du vaccin correspondant.
| Situation | Couverture vaccinale | Cas annuels (indice 100 avant) |
|---|---|---|
| Avant vaccination | 100 | |
| Début de campagne | 58 | |
| Campagne établie | 12 | |
| Couverture élevée | 1 |
Question — Que révèlent ces données sur le rôle de la couverture vaccinale ?
Réponse — Le nombre de cas diminue fortement à mesure que la couverture vaccinale augmente : il chute de l'indice 100 à seulement 1 lorsque de la population est vaccinée. La baisse est plus rapide que la seule protection individuelle ne le laisserait attendre : au-delà d'un certain seuil, l'agent ne circule presque plus, y compris chez les non-vaccinés. C'est l'immunité de groupe, qui protège l'ensemble de la population et peut conduire à l'élimination de la maladie.
10.4.3 L'évolution du phénotype immunitaire
Le répertoire immunitaire n'est pas fixé : il évolue tout au long de la vie. À la naissance, l'organisme est protégé transitoirement par les anticorps transmis par la mère, mais son propre système adaptatif est encore « naïf ». À chaque infection et à chaque vaccination, de nouveaux lymphocytes mémoire s'accumulent : le phénotype immunitaire de chaque individu se construit ainsi au fil de ses rencontres antigéniques, ce qui rend l'histoire immunitaire propre à chacun. Les rappels vaccinaux permettent d'entretenir cette mémoire lorsqu'elle s'estompe avec le temps.
Méthode : Comparer réponse primaire et secondaire (rôle de la mémoire)
Face à une courbe montrant la quantité d'anticorps après un premier puis un second contact avec le même antigène, procéder ainsi :
- Repérer les deux contacts sur l'axe du temps (les deux injections ou expositions à l'antigène).
- Mesurer le délai d'apparition des anticorps après chaque contact : la réponse secondaire démarre plus tôt (latence plus courte).
- Comparer les intensités (hauteur des pics) : la réponse secondaire produit beaucoup plus d'anticorps que la primaire.
- Comparer la durée : la réponse secondaire se maintient plus longtemps à un niveau élevé.
- Conclure en reliant ces différences à l'existence de lymphocytes mémoire : plus nombreux et déjà sélectionnés, ils rendent la seconde réponse plus rapide et plus intense. C'est ce qui protège durablement l'organisme et fonde la vaccination.
10.5 Bilan
L'immunité adaptative est la seconde ligne de défense des vertébrés : spécifique d'un antigène, lente lors du premier contact mais dotée d'une mémoire, elle prolonge et amplifie l'immunité innée à partir de la présentation de l'antigène. Elle repose sur la sélection clonale de lymphocytes préexistants, qui se multiplient puis se différencient. Elle comporte deux volets complémentaires : la réponse humorale (lymphocytes B plasmocytes anticorps neutralisant l'antigène) et la réponse cellulaire (LT4 auxiliaires amplificateurs, LT8 cytotoxiques destructeurs des cellules infectées). La mémoire immunitaire, à l'origine d'une réponse secondaire rapide et intense, est le fondement de la vaccination, qui protège l'individu et, par l'immunité de groupe, la population tout entière.
Propriété : Synthèse du chapitre
- L'immunité adaptative est spécifique, lente au premier contact, propre aux vertébrés et dotée d'une mémoire ; elle est déclenchée par la présentation de l'antigène (cellules dendritiques), qui la relie à l'immunité innée.
- La sélection clonale : l'antigène sélectionne, dans un répertoire préexistant, les rares lymphocytes qui le reconnaissent ; ceux-ci se multiplient (expansion clonale) puis se différencient.
- Réponse humorale (LB) : les lymphocytes B deviennent des plasmocytes sécréteurs d'anticorps, qui forment des complexes immuns neutralisant l'antigène et favorisant la phagocytose.
- Réponse cellulaire (LT) : les LT4 auxiliaires sécrètent les cytokines qui amplifient les réponses B et T (rôle central, illustré par le VIH) ; les LT8 cytotoxiques détruisent les cellules infectées.
- La mémoire immunitaire rend la réponse secondaire plus rapide et plus intense : c'est le principe de la vaccination (antigène atténué ou inactivé mémoire sans maladie), des rappels et de l'immunité de groupe.
- Le phénotype immunitaire se construit au fil de la vie, au rythme des infections et des vaccinations.