L'effet de la disponibilité de l'oxygène et du glucose sur la viabilité, le métabolisme et l'activation des neutrophiles humains

Abstract

Les neutrophiles sont les leucocytes les plus abondants dans la circulation sanguine et jouent un rôle clé dans l’immunité innée contre les agents pathogènes, en particulier les bactéries.Dans des conditions homéostatiques, les neutrophiles résident dans la moelle osseuse, où ils sont produits, et dans la fraction plasmatique du sang. Ces deux compartiments sont connus pour contenir de faibles quantités d'oxygène disponible (4 % et 1,2 % O2).En outre, les neutrophiles sont considérés comme des cellules hautement glycolytiques, ayant un faible nombre de mitochondries et produisant la majeure partie de leur énergie à partir du glucose présent dans le milieu extracellulaire. Lors d'une inflammation/infection, les neutrophiles migrent dans des tissus plus oxygénés (<10% O2), avant leur arrivée sur les sites d'inflammation, souvent décrits comme hypoxiques (<2% O2). Par conséquent, les neutrophiles présents sur les sites d'inflammation ont rencontré une disponibilité différentielle de l'oxygène.De plus, outre les variations de l'oxygène, la disponibilité d'autres métabolites fluctue également tout au long de leur migration vers les sites d'inflammation, l'un de ces métabolites étant le glucose. Bien que les neutrophiles soient considérés comme des cellules différenciées, des rapports récents ont mis en évidence la plasticité des neutrophiles pour ajuster leur métabolisme en fonction de l’environnement, de la même manière que les macrophages, qui peuvent avoir un phénotype glycolytique (M1) ou oxydatif (M2).Ces découvertes ont conduit à reconsidérer le rôle des mitochondries dans les neutrophiles, autrefois considérées comme importantes uniquement dans l'induction de la mort cellulaire (apoptose).Cependant, l'impact de la disponibilité différentielle de l'oxygène et du glucose sur l'activation des neutrophiles et le métabolisme énergétique reste encore à déterminer. Par ailleurs, le rôle des mitochondries dans l'activation des neutrophiles et les fonctions antimicrobiennes n'est pas entièrement compris.En utilisant des échantillons de côlon de cobaye infecté à la bactérie Shigella, nous avons pu établir qu'en plus de l'oxygène, le glucose est également absent dans les tissus infectés contenant un nombre élevé de neutrophiles. Grâce à des essais in vitro supplémentaires sur les neutrophiles humains périphériques, nous avons pu étudier l'impact de la disponibilité différentielle de l'oxygène et du glucose sur l'activation et les fonctions des neutrophiles.Nos résultats ont révélé qu'une exposition prolongée à l'oxygène accélère la mort et l'activation des neutrophiles.D'une part, nos découvertes ont démontré que le glucose a un impact inhibiteur direct sur la capacité de travail maximale de la fonctionnalité de la chaîne respiratoire mitochondriale des neutrophiles humains. D’autre part, la privation de glucose à court terme en cas d'anoxie a réduit le potentiel de membrane mitochondriale, restauré grâce à l'ajout de glucose, indiquant que le glucose joue un rôle important dans le maintien de la fonctionnalité des mitochondries des neutrophiles dans des environnements à faible teneur en oxygène.Avec l'analyse de l'expression génétique, les tests fonctionnels mitochondriales et les tests des capacités antimicrobiens, nous avons pu établir que la disponibilité de l'oxygène et du glucose a un impact important sur le phénotype et la fonctionnalité des neutrophiles.