Sites de l'hémopoïèse

Avant la naissance, l'hémopoïèse se produit dans un certain nombre de tissus, commençant par le sac vitellin de l'embryon en développement, et se poursuivant dans le foie fœtal, la rate, le tissu lymphatique et finalement la moelle osseuse rouge. Après la naissance, la majeure partie de l'hémopoïèse se produit dans la moelle rouge, un tissu conjonctif situé dans les espaces du tissu osseux spongieux (trabéculaire). Chez les enfants, l'hémopoïèse peut se produire dans la cavité médullaire des os longs ; chez les adultes, le processus est largement limité aux os crâniens et pelviens, aux vertèbres, au sternum et aux épiphyses proximales du fémur et de l'humérus.

Tout au long de l'âge adulte, le foie et la rate conservent leur capacité à générer les éléments figurés. Ce processus est appelé hémopoïèse extramédullaire (signifiant hémopoïèse en dehors de la cavité médullaire des os adultes). Lorsqu'une maladie telle qu'un cancer des os détruit la moelle osseuse, entraînant l'échec de l'hémopoïèse, une hémopoïèse extramédullaire peut être initiée.

Différenciation des éléments figurés à partir des cellules souches

Tous les éléments figurés proviennent des cellules souches de la moelle osseuse rouge. Rappelons que les cellules souches subissent la mitose et la cytokinèse pour donner naissance à de nouvelles cellules filles : l'une d'elles reste une cellule souche et l'autre se différencie en l'un des nombreux types de cellules diverses. Les cellules souches peuvent être considérées comme occupant un système hiérarchique, avec une certaine perte de la capacité à se diversifier à chaque étape. La cellule souche totipotente est le zygote, ou œuf fécondé. La cellule souche totipotente (toti- = « tout ») donne naissance à toutes les cellules du corps humain. Le niveau suivant est la cellule souche pluripotente, qui donne naissance à plusieurs types de cellules du corps et à certaines des membranes fœtales de soutien. Sous ce niveau, la cellule mésenchymateuse est une cellule souche qui ne se développe qu'en types de tissu conjonctif, y compris le tissu conjonctif fibreux, l'os, le cartilage et le sang, mais pas l'épithélium, le muscle et le tissu nerveux. Un échelon plus bas dans la hiérarchie des cellules souches se trouve la cellule souche hématopoïétique, ou hémocytoblaste. Tous les éléments figurés du sang proviennent de ce type spécifique de cellule.

L'hémopoïèse commence lorsque la cellule souche hématopoïétique est exposée à des stimuli chimiques appropriés collectivement appelés facteurs de croissance hématopoïétiques, qui l'incitent à se diviser et à se différencier. Une cellule fille reste une cellule souche hématopoïétique, permettant à l'hémopoïèse de se poursuivre. L'autre cellule fille devient l'un des deux types de cellules souches plus spécialisées (Figure 18.4) :

• Les cellules souches lymphoïdes donnent naissance à une classe de leucocytes appelés lymphocytes, qui comprennent les divers lymphocytes T, lymphocytes B et cellules natural killer (NK), tous fonctionnant dans l'immunité. Cependant, l'hémopoïèse des lymphocytes progresse de manière quelque peu différente du processus pour les autres éléments figurés. En bref, les cellules souches lymphoïdes migrent rapidement de la moelle osseuse vers les tissus lymphatiques, y compris les ganglions lymphatiques, la rate et le thymus, où leur production et leur différenciation se poursuivent. Les lymphocytes B sont ainsi nommés car ils mûrissent dans la moelle osseuse, tandis que les lymphocytes T mûrissent dans le thymus.
• Les cellules souches myéloïdes donnent naissance à tous les autres éléments figurés, y compris les érythrocytes ; les mégacaryocytes qui produisent les plaquettes ; et une lignée myéloblastique qui donne naissance aux monocytes et à trois formes de leucocytes granuleux : les neutrophiles, les éosinophiles et les basophiles.

Figure 18.4 Système hématopoïétique de la moelle osseuse L'hémopoïèse est la prolifération et la différenciation des éléments figurés du sang.

Les cellules souches lymphoïdes et myéloïdes ne se divisent pas et ne se différencient pas immédiatement en éléments figurés matures. Comme vous pouvez le voir dans la Figure 18.4, il existe plusieurs stades intermédiaires de cellules précurseurs (littéralement, cellules progénitrices), dont beaucoup peuvent être reconnues par leurs noms, qui portent le suffixe -blaste. Par exemple, les mégacaryoblastes sont les précurseurs des mégacaryocytes, et les proérythroblastes deviennent des réticulocytes, qui éjectent leur noyau et la plupart des autres organites avant de mûrir en érythrocytes.

Facteurs de croissance hématopoïétiques

Le développement des cellules souches aux cellules précurseurs jusqu'aux cellules matures est à nouveau initié par les facteurs de croissance hématopoïétiques. Ceux-ci comprennent les éléments suivants :

• L'érythropoïétine est une hormone glycoprotéique sécrétée par les cellules fibroblastiques interstitielles des reins en réponse à de faibles niveaux d'oxygène. Elle stimule la production d'érythrocytes. Certains athlètes utilisent l'EPO synthétique comme drogue améliorant la performance (appelée dopage sanguin) pour augmenter le nombre de globules rouges et, par conséquent, augmenter l'apport d'oxygène aux tissus dans tout le corps. L'EPO est une substance interdite dans la plupart des sports organisés, mais elle est également utilisée médicalement dans le traitement de certaines anémies, en particulier celles déclenchées par certains types de cancer, et d'autres troubles où des nombres accrus d'érythrocytes et des niveaux d'oxygène sont souhaitables.
• La thrombopoïétine, une autre hormone glycoprotéique, est produite par le foie et les reins. Elle déclenche le développement des mégacaryocytes en plaquettes.
• Les cytokines sont des glycoprotéines sécrétées par une grande variété de cellules, y compris la moelle osseuse rouge, les leucocytes, les macrophages, les fibroblastes et les cellules endothéliales. Elles agissent localement comme facteurs autocrines ou paracrines, stimulant la prolifération des cellules progénitrices et aidant à stimuler la résistance non spécifique et spécifique aux maladies. Il existe deux sous-types majeurs de cytokines connus sous le nom de facteurs de stimulation des colonies et d'interleukines.
  • Les facteurs de stimulation des colonies sont des glycoprotéines qui agissent localement, comme facteurs autocrines ou paracrines. Certains déclenchent la différenciation des myéloblastes en leucocytes granuleux, à savoir les neutrophiles, les éosinophiles et les basophiles. Ceux-ci sont appelés FSC granulocytaires. Un FSC différent induit la production de monocytes, appelés FSC monocytaires. Les granulocytes et les monocytes sont tous deux stimulés par le GM-CSF ; les granulocytes, les monocytes, les plaquettes et les érythrocytes sont stimulés par le multi-CSF. Des formes synthétiques de ces hormones sont souvent administrées aux patients atteints de diverses formes de cancer qui reçoivent une chimiothérapie pour rétablir leur nombre de globules blancs.
  • Les interleukines sont une autre classe de molécules de signalisation cytokiniques importantes dans l'hémopoïèse. On pensait initialement qu'elles étaient sécrétées uniquement par les leucocytes et qu'elles ne communiquaient qu'avec d'autres leucocytes, et elles ont été nommées en conséquence, mais on sait maintenant qu'elles sont produites par une variété de cellules, y compris la moelle osseuse et l'endothélium. Les chercheurs soupçonnent maintenant que les interleukines pourraient jouer d'autres rôles dans le fonctionnement du corps, y compris la différenciation et la maturation des cellules, produisant l'immunité et l'inflammation. À ce jour, plus d'une douzaine d'interleukines ont été identifiées, et d'autres sont susceptibles de suivre. Elles sont généralement numérotées IL-1, IL-2, IL-3, etc.

Prélèvement et greffes de moelle osseuse

Parfois, un professionnel de la santé prescrira une biopsie de moelle osseuse, un test diagnostique d'un échantillon de moelle osseuse rouge, ou une greffe de moelle osseuse, un traitement dans lequel la moelle osseuse saine d'un donneur — et ses cellules souches — remplace la moelle osseuse défectueuse d'un patient. Ces tests et procédures sont souvent utilisés pour aider au diagnostic et au traitement de diverses formes graves d'anémie, telles que la thalassémie majeure et l'anémie falciforme, ainsi que certains types de cancer, notamment la leucémie.

Dans le passé, lorsqu'un échantillon ou une greffe de moelle osseuse était nécessaire, la procédure aurait exigé l'insertion d'une aiguille de gros calibre dans la région proche de la crête iliaque des os pelviens. Cet emplacement était préféré, car sa proximité avec la surface du corps le rend plus accessible, et il est relativement isolé de la plupart des organes vitaux. Malheureusement, la procédure est assez douloureuse.

Maintenant, le prélèvement direct de moelle osseuse peut souvent être évité. Dans de nombreux cas, les cellules souches peuvent être isolées en quelques heures à partir d'un échantillon de sang d'un patient. Les cellules souches isolées sont ensuite cultivées en utilisant les facteurs de croissance hématopoïétiques appropriés, et analysées ou parfois congelées pour une utilisation ultérieure.

Pour un individu nécessitant une greffe, un donneur compatible est essentiel pour empêcher le système immunitaire de détruire les cellules du donneur — un phénomène connu sous le nom de rejet tissulaire. Pour traiter les patients atteints de greffes de moelle osseuse, il est d'abord nécessaire de détruire la propre moelle malade du patient par radiothérapie et/ou chimiothérapie. Les cellules souches de moelle osseuse du donneur sont ensuite perfusées par voie intraveineuse. À partir de la circulation sanguine, elles s'établissent dans la moelle osseuse du receveur.