Vignette (Photo © Athanassia Sotiropoulos).

Le muscle squelettique est composé majoritairement de fibres musculaires, de longues cellules cylindriques responsables de la contraction musculaire qui génère le mouvement. Entre la fibre musculaire et la matrice extracellulaire (nommée membrane basale) se retrouvent les cellules satellites qui sont quiescentes dans un muscle sain, mais qui sont responsables de la régénération musculaire à la suite d’une blessure [1]. Différents types cellulaires se retrouvent dans l’espace interstitiel du muscle comme les mastocytes, généralement à proximité des vaisseaux sanguins, certains monocytes sanguins dits patrouilleurs, qui sont localisés au niveau de la paroi endothéliale, et les macrophages résidents, au sein de l’épimysium et du périmysium¹ (Figure 1) [2]. La fonction et la régulation des macrophages résidents dans le tissu musculaire sont mal caractérisées. Dans le muscle sain, le maintien de la population de macrophages résidents ne dépend pas du recrutement des monocytes circulants, mais plutôt de leur capacité d’auto-renouvellement [3]. Dans différents tissus, les macrophages résidents participent à la préservation de l’homéostasie ainsi qu’au débridement et au remodelage tissulaire [4]. Dans le tissu musculaire, ces cellules agissent comme des sentinelles. Elles perçoivent les perturbations de l’homéostasie tissulaire et favorisent le recrutement des leucocytes sanguins [5].

Figure 1. Leucocytes dans le muscle squelettique sain. Le schéma montre la localisation de différents types de leucocytes dans le tissu musculaire sain. Les mastocytes et les macrophages résidents se retrouvent dans les compartiments interstitiels du muscle. De nombreux leucocytes sont présents dans la circulation sanguine tels que les neutrophiles, les lymphocytes, les éosinophiles et les monocytes Ly6C– et Ly6C+.

Figure 1. Leucocytes dans le muscle squelettique sain. Le schéma montre la localisation de différents types de leucocytes dans le tissu musculaire sain. Les mastocytes et les macrophages résidents se retrouvent dans les compartiments interstitiels du muscle. De nombreux leucocytes sont présents dans la circulation sanguine tels que les neutrophiles, les lymphocytes, les éosinophiles et les monocytes Ly6C– et Ly6C+.

Plusieurs types de lésions peuvent affecter l’intégrité et la fonction musculaires tels que les claquages, les contusions, les coupures, l’atrophie et les pathologies génétiques (par exemple, les dystrophies musculaires). À la suite d’un dommage du tissu musculaire, s’enclenche un processus myogénique permettant la régénération du tissu lésé qui dépend majoritairement de l’activité des cellules satellites [1]. Ces cellules s’activent en réponse au traumatisme et prolifèrent rapidement générant un grand nombre de cellules myogéniques, les myoblastes, qui se différencient en myocytes qui fusionnent pour former les myotubes (fibres musculaires immatures) [1].

En parallèle de ce processus myogénique, le traumatisme musculaire est également à l’origine d’une réaction inflammatoire d’intensité variable qui participe au nettoyage du tissu endommagé et favorise le retour à l’homéostasie. L’initiation, le développement et la résolution de l’inflammation nécessitent l’interaction complexe et coordonnée de différentes cellules inflammatoires. Classiquement, la réaction inflammatoire stérile (en absence d’agents infectieux) se caractérise par l’activation rapide de cellules sentinelles, suivie d’une infiltration massive et de courte durée de neutrophiles et, finalement, du recrutement de monocytes qui se différencient en macrophages [6]. Ces différents leucocytes affectent non seulement le comportement des autres types de cellules leucocytaires, mais également le comportement des cellules myogéniques. Le présent article vise à synthétiser les connaissances scientifiques actuelles concernant les interactions existant entre les leucocytes et les cellules myogéniques au cours des différentes phases du processus de régénération musculaire.

À la suite d’une blessure, le tissu endommagé libère de nombreuses molécules : des débris de matrice extracellulaire et également certains éléments intracellulaires comme l’ADN, des heat shock proteins (HSP, protéines de choc thermique) et la protéine associée à la chromatine HMGB1 (high-mobility group box 1). Ces molécules, lorsqu’elles sont libérées et présentes dans le milieu extracellulaire, sont nommées damage-associated molecular patterns (DAMP, également appelées alarmines). Elles sont détectées par les cellules sentinelles qui réagissent en sécrétant rapidement des cytokines pro-inflammatoires telles que le tumor necrosis factor-alpha (TNF-α), le macrophage-inflammatory protein 2 (MIP-2) et le cytokine-induced neutrophil chemoattractant (CINC), ce qui permet le recrutement rapide des leucocytes circulants [2, 5, 6] (Figure 2). Les mastocytes sont particulièrement importants dans les premiers instants de la réaction inflammatoire. Ils sont capables de sécréter des facteurs préformés et accumulés dans leurs granules comme le TNF-α, l’histamine et la tryptase. Les mastocytes peuvent également synthétiser de novo une panoplie d’autres cytokines comme l’interleukine-6 (IL-6), l’IL-1β, etc. [7]. En plus de leur rôle important dans le recrutement des leucocytes sanguins, ces différentes cytokines peuvent favoriser l’activation et la prolifération des myoblastes [2, 8] (Figure 2). En effet, un milieu de culture conditionné par des mastocytes induit in vitro la prolifération des myoblastes [9] et, in vivo, l’inhibition des mastocytes perturbe le recrutement des leucocytes et la récupération musculaire à long terme [10]. L’initiation de l’inflammation est donc directement reliée à l’activation des cellules myogéniques.

Figure 2. Effets des différents leucocytes sur la régénération musculaire suite à une blessure aiguë et stérile. Lors de la phase d’initiation de l’inflammation (schéma de gauche) le tissu lésé libère des molécules (DAMP pour damage-associated molecular patterns) permettant l’activation des cellules sentinelles telles que les mastocytes et les macrophages résidents. Ces derniers libèrent une panoplie de facteurs pro-inflammatoires comme le TNF-α (tumor necrosis factor-alpha), le MIP-2 (macrophage-inflammatory protein 2) et le CINC (cytokine-induced neutrophil chemoattractant), qui vont favoriser l’infiltration des neutrophiles sanguins. La sécrétion de facteurs pro-inflammatoires par les mastocytes va également favoriser l’activation et la prolifération des cellules satellites. Lors de la phase de développement de l’inflammation (schéma du milieu) les neutrophiles promeuvent le recrutement des monocytes sanguins Ly6C+. Suite à leur infiltration, les monocytes Ly6C+ entament un processus de maturation en macrophages Ly6C+. Les monocytes/macrophages Ly6C+ génèrent des facteurs pro-inflammatoires favorisant la prolifération des myoblastes. Par la suite, les macrophages Ly6C+ évoluent en macrophages Ly6C– qui libèrent des facteurs anti-inflammatoires favorisant la différenciation des myoblastes en myocytes. Lors de la phase de résolution de l’inflammation (schéma de droite) les lymphocytes T régulateurs (Treg) stimulent la conversion des macrophages vers le phénotype anti-inflammatoire. Les macrophages anti-inflammatoires sécrètent des cytokines anti-inflammatoires qui répriment le recrutement leucocytaire en plus de favoriser la fusion des myotubes, ainsi que des facteurs de croissance favorisant la croissance des fibres musculaires. IL- : interleukine ; MCP : monocyte chemoattractant protein ; IGF : insulin growth factor.

Figure 2. Effets des différents leucocytes sur la régénération musculaire suite à une blessure aiguë et stérile. Lors de la phase d’initiation de l’inflammation (schéma de gauche) le tissu lésé libère des molécules (DAMP pour damage-associated molecular patterns) permettant l’activation des cellules sentinelles telles que les mastocytes et les macrophages résidents. Ces derniers libèrent une panoplie de facteurs pro-inflammatoires comme le TNF-α (tumor necrosis factor-alpha), le MIP-2 (macrophage-inflammatory protein 2) et le CINC (cytokine-induced neutrophil chemoattractant), qui vont favoriser l’infiltration des neutrophiles sanguins. La sécrétion de facteurs pro-inflammatoires par les mastocytes va également favoriser l’activation et la prolifération des cellules satellites. Lors de la phase de développement de l’inflammation (schéma du milieu) les neutrophiles promeuvent le recrutement des monocytes sanguins Ly6C+. Suite à leur infiltration, les monocytes Ly6C+ entament un processus de maturation en macrophages Ly6C+. Les monocytes/macrophages Ly6C+ génèrent des facteurs pro-inflammatoires favorisant la prolifération des myoblastes. Par la suite, les macrophages Ly6C+ évoluent en macrophages Ly6C– qui libèrent des facteurs anti-inflammatoires favorisant la différenciation des myoblastes en myocytes. Lors de la phase de résolution de l’inflammation (schéma de droite) les lymphocytes T régulateurs (Treg) stimulent la conversion des macrophages vers le phénotype anti-inflammatoire. Les macrophages anti-inflammatoires sécrètent des cytokines anti-inflammatoires qui répriment le recrutement leucocytaire en plus de favoriser la fusion des myotubes, ainsi que des facteurs de croissance favorisant la croissance des fibres musculaires. IL- : interleukine ; MCP : monocyte chemoattractant protein ; IGF : insulin growth factor.

Les granulocytes, particulièrement les neutrophiles, envahissent rapidement le tissu musculaire endommagé, où ils phagocytent les agents pathogènes et les débris cellulaires (Figure 2) [2]. Ils libèrent également des enzymes et des facteurs oxydants afin d’optimiser leur capacité de clairance du tissu lésé [11] (→).

(→) Voir la Synthèse de A. Dumas et M. Pouliot, m/s n° 8-9, août-septembre 2009, page 699

Ainsi, dans un modèle de blessure musculaire induite par une toxine ou une infection, la suppression des neutrophiles entraîne la persistance des fibres nécrotiques [12]. La forte capacité catabolique des neutrophiles a cependant été associée également à l’induction de dommages collatéraux observés à la suite du recrutement massif de ces cellules induit par ischémie-reperfusion du tissu musculaire [13]. Les effets positifs ou négatifs des neutrophiles sur la régénération tissulaire dépendraient de leur degré d’activation qui varie selon le type et la gravité de la lésion tissulaire. Ainsi, dans un modèle de dommage modéré, produit par la remise en charge de muscles atrophiés, les neutrophiles ne présentent pas d’effet néfaste sur le regain de la force musculaire. Cependant, dans ce même modèle, l’ajout d’un agent bactérien active les neutrophiles qui induisent alors des dommages secondaires au tissu musculaire [14]. Récemment, un effet favorable sur la régénération musculaire d’un autre type de granulocytes, les éosinophiles, a été montré via leur capacité à produire de l’IL-4 [15]. La sécrétion importante de cette cytokine anti-inflammatoire influence le destin cellulaire des progéniteurs fibro-adipogéniques (FAP), des cellules qui peuvent se différencier soit en fibroblastes, soit en adipocytes. L’IL-4 libérée par les éosinophiles favorise donc la prolifération des FAP, inhibe leur différenciation en adipocytes et augmente leur capacité de phagocytose des débris tissulaires permettant une meilleure régénération musculaire [15].

Les granulocytes sont également à l’origine de la libération de cytokines qui vont influencer le déroulement de l’inflammation. La sécrétion de cytokines comme MIP-1α et MCP-1 (monocyte chemoattractant protein-1) par les neutrophiles favorise ainsi le recrutement des monocytes sanguins (Figure 2) [16]. Chez l’homme, deux catégories de monocytes ont été identifiées en fonction de l’expression de différents marqueurs de surface : les monocytes classiques CD14⁺⁺CD16^- et les monocytes CD14^lowCD16⁺⁺. Chez la souris, les monocytes CX₃CR1(chemokine [C-X₃-C motif] receptor 1)^lowCCR2(chemokine [C-C motif] receptor 2)⁺Ly6C(lymphocyte antigen 6 complex)⁺ (ci-après nommés Ly6C⁺) et les monocytes CX₃CR1^highCCR2^–Ly6C^– (ci-après nommés Ly6C^–) sont respectivement les homologues des monocytes humains CD14⁺⁺CD16^– et CD14^lowCD16⁺⁺ [17]. Les monocytes classiques (CD14⁺⁺CD16^–) représentent environ 90 % de la population totale des monocytes chez l’homme alors que leur équivalent murin (Ly6C⁺) représente environ 50-60 % [17]. Les deux types de monocytes ont des fonctions et des propriétés différentes. Grâce à leur récepteur CX₃CR1, les monocytes Ly6C^– patrouillent les vaisseaux sanguins dans les tissus sains. Les monocytes Ly6C⁺, quant à eux, infiltrent les tissus endommagés aidés de leur récepteur CCR2 [17–19].

À la suite de leur infiltration dans le tissu, les monocytes Ly6C⁺ vont entreprendre un processus de maturation en macrophages Ly6C⁺. L’accumulation de ces macrophages dans le tissu lésé peut également avoir pour origine une prolifération locale [20]. Les macrophages Ly6C⁺ sont identifiés comme des macrophages pro-inflammatoires : ils sécrètent de fortes quantités de cytokines pro-inflammatoires comme le TNF-α et l’IL-1β [18]. En plus de favoriser le recrutement leucocytaire, ces macrophages, par l’environnement pro-inflammatoire qu’ils induisent, affectent les cellules myogéniques en favorisant la prolifération des myoblastes et en réprimant leur différenciation [18]. In vivo, la suppression des macrophages est associée à une persistance des débris tissulaires, à une accumulation de tissu adipeux et fibreux et à une déficience de la prolifération des cellules myogéniques [21]. L’accumulation transitoire et contrôlée de leucocytes pro-inflammatoires est donc nécessaire afin de bien coordonner l’activité des cellules myogéniques et permettre une régénération musculaire optimale.

Dans les premières 24 à 48 heures suivant une blessure musculaire, les macrophages Ly6C⁺ sont les cellules qui prédominent dans le tissu lésé. Cependant, par la suite, les macrophages Ly6C^– deviennent la population majoritaire. Pourtant, les monocytes Ly6C^– n’infiltrent pas significativement le tissu musculaire lésé. En effet, il a été montré que l’accumulation de ces macrophages provenait de la maturation de macrophages Ly6C⁺ induite, entre autres, après qu’ils aient phagocyté des neutrophiles apoptotiques ou des débris cellulaires (Figure 2) [18]. Le changement de phénotype des macrophages est très important puisque ces deux populations ont des effets différents. Contrairement aux Ly6C⁺, les macrophages Ly6C^– expriment des niveaux plus faibles de cytokines pro-inflammatoires. En revanche, ils produisent de hauts niveaux de molécules anti-inflammatoires et de facteurs de croissance comme l’IL-10 et le TGF-β (tumor growth factor-beta) [18]. Ainsi, les macrophages Ly6C^– sont identifiés comme des cellules anti-inflammatoires et ont pour rôle de diminuer l’infiltration leucocytaire. Les macrophages anti-inflammatoires ont également un effet différent sur les cellules myogéniques. Ils répriment la prolifération des myoblastes et stimulent leur différenciation et leur fusion en myotubes via la sécrétion de cytokines anti-inflammatoires telles que l’IL-4 (Figure 2). La sécrétion du facteur de croissance IGF-1 (insulin growth factor-1) par les macrophages anti-inflammatoires permet également de stimuler la croissance des fibres musculaires en activant la voie de signalisation Akt-1 (protéine kinase B ou PKB) qui promeut la synthèse protéique et diminue la dégradation des protéines [22]. In vivo, un modèle de souris transgéniques, déficientes pour l’activation du facteur de transcription C/EBPb (CCAAT-enhancer-binding protein) chez lesquelles la transition des macrophages vers le phénotype anti-inflammatoire est inhibée, a montré que le nettoyage des débris tissulaires n’est pas affecté en l’absence des macrophages anti-inflammatoires, mais que la différenciation des myoblastes et la croissance des fibres musculaires étaient déficientes [23].

Il est important de noter que les phases pro- et anti-inflammatoires peuvent se chevaucher, les différentes sous-populations de macrophages se retrouvant alors au même instant au niveau de la même zone régénérative [24, 25]. Chez l’homme, il a été observé que les zones régénératives d’un muscle contenant des myoblastes prolifératifs, présentent préférentiellement des macrophages pro-inflammatoires. À l’inverse, les zones régénératives du même muscle qui contiennent des myocytes différenciés, renferment quant à elles, majoritairement des macrophages anti-inflammatoires [25]. Cette proximité des deux types cellulaires renforce l’hypothèse selon laquelle les macrophages exercent un effet paracrine sur les cellules myogéniques. Il a de plus été montré que le contact physique direct entre macrophages et cellules myogéniques via certaines molécules d’adhésion favorisait la survie des myoblastes et des myotubes [26].

En parallèle à la réaction impliquant les cellules de l’immunité innée, les cellules de l’immunité adaptative pourraient également participer au processus de régénération musculaire. Bien qu’ils soient classiquement associés à l’immuno-surveillance, des lymphocytes et des cellules dendritiques ont été observés au niveau de muscles blessés en condition stérile [5]. Les lymphocytes pourraient influencer soit directement, soit indirectement, la régénération musculaire stérile. Ainsi, des souris déficientes en lymphocytes T régulateurs (Treg) présentent des concentrations élevées d’interféron-gamma (IFN-γ), ce qui concourt au maintien du phénotype pro-inflammatoire des macrophages [27]. De même, in vitro, les lymphocytes sécrètent des cytokines susceptibles de favoriser directement la myogenèse [28]. Différentes études ont montré que les lymphocytes Treg favorisent la conversion des macrophages vers le phénotype anti-inflammatoire, qu’ils stimulent la prolifération des cellules satellites à la suite d’une blessure stérile et promeuvent la régénération musculaire (Figure 2) [29, 30]. Cependant, d’autres études sont nécessaires afin de comprendre le rôle exact et les mécanismes d’action des différents types de lymphocytes dans la régénération musculaire stérile.

Les modalités anti-inflammatoires sont couramment utilisées pour le traitement des blessures musculo-squelettiques. Ces thérapies présentent un potentiel thérapeutique pour de nombreuses conditions pathologiques chroniques [43]. Les anti-inflammatoires corticostéroïdiens demeurent l’un des seuls traitements efficaces pour préserver, partiellement et temporairement, la fonction musculaire chez les patients atteints de DMD [43]. Cependant, ils agissent à différents niveaux et génèrent de nombreux effets secondaires. L’ensemble des résultats présentés dans cette revue montre que l’activation et l’accumulation coordonnée et contrôlée des différents types de leucocytes sont essentielles afin de guider de façon optimale le comportement des cellules myogéniques [44] (→).

(→) Voir la Nouvelle de B. Chazaud et al., m/s n° 10, octobre 2007, page 794

L’efficacité des thérapies anti-inflammatoires sur la régénération du tissu musculosquelettique lors d’une blessure aiguë et stérile est controversée [45] (→).

(→) Voir la Synthèse de D. Marsolais et J. Frenette, m/s n° 2, février 2005, page 181

L’amélioration de notre compréhension des mécanismes inflammatoires a permis d’envisager de nouvelles voies thérapeutiques comme le développement d’inhibiteurs spécifiques de cytokines inflammatoires, d’agents anaboliques, ou d’agents anti-fibrotiques [46]. L’avantage principal de ces nouvelles thérapies est leur spécificité qui permet de cibler directement les effets néfastes de l’inflammation chronique sans pour autant supprimer les effets positifs des différents acteurs inflammatoires. Ces nouvelles molécules spécifiques pourraient potentiellement diminuer les effets secondaires comparativement aux traitements conventionnels. Bien que ne s’attaquant pas directement à la cause primaire des pathologies, ces traitements présentent néanmoins un potentiel thérapeutique important et pourraient aider à préserver la fonction musculaire et la qualité de vie des patients atteints de dysfonctions musculaires.

Les auteurs déclarent n’avoir aucun lien d’intérêt concernant les données publiées dans cet article.