Les neutrophiles ont d’abord été caractérisés comme les cellules immunitaires innées qui servent de défense de première ligne contre les micro-organismes envahisseurs. Aujourd’hui, on sait que les neutrophiles ont des fonctions plus étendues, étant impliqués dans la montée de réponses immunitaires adaptatives contre les antigènes étrangers1,2, la régulation de l’hématopoïèse3, l’angiogenèse4 et la cicatrisation des plaies5. De plus, les neutrophiles peuvent affecter la croissance tumorale et la progression métastatique en raison de leurs activités pro- et anti-tumorales6,7. Les neutrophiles sont caractérisés par un noyau segmenté polymorphe (d’où l’appellation de leucocytes polymorphonucléaires [PMN]) et contiennent au moins trois sous-classes distinctes de granules ainsi que des vésicules sécrétoires8 (Figure 1A-C).
Les neutrophiles possèdent une capacité phagocytaire élevée et une activité élevée de la NADPH oxydase essentielles à l’élimination microbienne, et sécrètent une large gamme de chimiokines importantes pour l’attraction de neutrophiles supplémentaires et d’autres cellules immunitaires sur le site de l’inflammation8,9. Les neutrophiles sont caractérisés par l’expression d’un grand nombre de récepteurs de surface, y compris les récepteurs de type Toll (TLR), les récepteurs de lectine de type C (CLR), le récepteur du complément 3 (CD11b/CD18) et d’autres molécules d’adhésion (par exemple, L-selectin, LFA-1, VLA-4 et la molécule d’adhésion cellulaire 3 liée à l’antigène carcinoembryonnaire (CEACAM3/CD66b)), les récepteurs des chimiokines (par exemple, CXCR1, CXCR2, CCR1, CCR2), les récepteurs chimioattractants (par exemple, PAFR, LTB4R et C5aR), les récepteurs des cytokines (p. ex., G-CSFR, IL-1R, IL-4R, IL-12R, IL-18R, TNFR), les récepteurs du peptide formyle (p. ex., FPR1-3) et les récepteurs Fc (p. ex., CD16 (FcγRIII), CD32 (FcγRII) et CD64 (FcγRI)10. Chez la souris, les neutrophiles sont généralement identifiés comme CD11b+Ly6G+, tandis que les neutrophiles humains sont identifiés à l’aide des marqueurs leucocytaires CD11b, CD15, CD16 et CD66b. Il est également généralement accepté de colorer les protéines granulaires myéloperoxydase (MPO) et l’élastase des neutrophiles (NE) pour la détection des neutrophiles dans les tissus.
Il n’est toujours pas clair si les diverses fonctions des neutrophiles sont médiées par la même cellule ou par des sous-populations cellulaires distinctes. L’accumulation des données suggère la présence d’une population de neutrophiles hétérogènes qui présente un haut degré de plasticité affecté par les stimuli pro-inflammatoires et le microenvironnement11,12. Fridlender et al.13 ont grossièrement divisé les neutrophiles dans le cancer en deux sous-populations principales appelées N1 avec des propriétés anti-tumorales et N2 avec des propriétés pro-tumorales. Dans le cancer, ainsi que dans l’inflammation chronique, il existe une sous-population supplémentaire composée de cellules suppressives dérivées de myéloïdes granulocytaires (G-MDSC) qui suppriment les réponses des lymphocytes T14. Les G-MDSC sont considérées comme des cellules myéloïdes immatures caractérisées par unphénotypeCD11b+Ly6C faibleLy6G hi chez la souris15, tandis qu’elles ont un phénotypefaible CD15+/CD16 chez l’homme16. Les G-MDSC expriment des niveaux plus élevés d’arginase et de myéloperoxydase, tandis que des niveaux plus faibles de cytokines et de chimiokines que les neutrophiles circulants normaux. Ils sont moins phagocytaires et migrateurs, mais produisent des niveaux plus élevés de ROS15,17,18. Dans le présent article, nous décrirons quelques méthodologies de base pour l’isolement et la caractérisation des neutrophiles ayant des propriétés antitumorales.
Alors que les neutrophiles constituent la plus grande population de globules blancs dans la circulation humaine (45 - 70 %; 1 800 - 6 000/μl), chez la souris, dans des conditions normales, ils sont plutôt clairsemés (10 - 15 %; 300 - 500/μl). Le nombre de neutrophiles augmente régulièrement lors de l’inflammation et parfois dans le cancer, ce qui représente un état d’inflammation chronique7. Les neutrophiles se développent à partir de cellules multipotentes précurseurs myéloïdes communs (CMP) dans la moelle osseuse, par un processus de différenciation passant par les stades des myéloblastes (MB), des promyélocytes (PM), des myélocytes (MC), des métamyélocytes (MM) et des cellules bandelées (BC)8. Les neutrophiles post-mitotiques matures peuvent rester dans la moelle osseuse pendant 4 à 7 jours avant d’être libérés dans la circulation8. Le renouvellement des neutrophiles dans le sang est généralement rapide avec une demi-vie moyenne de 6 à 12 heures, qui peut être prolongée dans des conditions inflammatoires. Les neutrophiles non stimulés ont une activité anti-tumorigène limitée, une caractéristique qui peut être acquise en exposant les neutrophiles naïfs aux chimiokines IL-8 (CXCL2), CCL2, CCL5 et CXCL56,19 ou artificiellement, en les exposant à l’ester phorbol phorbol 12-myristate 13-acétate (PMA)6.
La courte demi-vie des neutrophiles sanguins ainsi que le faible nombre de neutrophiles (~ 3 - 5 x 105) obtenus à partir de 1 ml de sang d’une souris naïve âgée de 6 à 8 semaines, ont rendu difficile l’exploration de la fonction des neutrophiles de souris circulants in vitro. Pour pallier cette difficulté, d’autres sources ont été utilisées. Par exemple, un grand nombre de neutrophiles peuvent être obtenus à partir de la moelle osseuse20 ou du péritoine après l’induction d’une inflammation stérile (par exemple, après une injection intrapéritonéale de bouillon de thioglycolate ou de Zymosan A). Il est à noter que les neutrophiles obtenus à partir de la cavité péritonéale n’exercent aucune activité anti-tumorigène (observation non publiée).
Granot et al. 6 a observé que les souris BALB/c inoculées orthotopiquement avec la lignée cellulaire du carcinome du sein 4T1 de souris développent une neutrophilie qui s’aggrave avec la progression tumorale6 (Figure 2A), de sorte que 20 à 40 millions de neutrophiles sanguins peuvent être facilement isolés à partir de 1 ml de sang 3 à 4 semaines après l’inoculation de la tumeur. Ces neutrophiles ont acquis des activités anti-tumorales, et ont donc été appelés neutrophiles entraînés par la tumeur (TEN), afin de les distinguer des neutrophiles naïfs6 (Figure 2B). Alors que les neutrophiles de haute densité (HDN, Figure 1A) sont fortement anti-tumorigènes, les neutrophiles de basse densité (LDN, Figure 1B) générés dans le cadre du cancer ne sont pas21. De plus, les neutrophiles à haute densité de la moelle osseuse et de la rate de souris porteuses de tumeurs ont une activité antitumorale (données non publiées). Il convient de noter qu’avec la progression tumorale, la rate s’élargit progressivement (splénomégalie), avec des quantités croissantes de neutrophiles.
Il convient de noter que les TEN sont également générés dans d’autres modèles de cancer, y compris spontanés (tumeurs mammaires MMTV-PyMT et MMTV-Wnt1 et tumeurs pulmonaires induites par k-Ras) et injectés (cellules de carcinome du sein AT-3 (MMTV-PyMT) et E0771, cellules de carcinome pulmonaire LLC Lewis et cellules de mélanome B16-F10). Cependant, l’étendue de la mobilisation des neutrophiles dans ces modèles tumoraux est bien inférieure à celle des souris inoculées au 4T1, atteignant 5 - 10 x 106 neutrophiles dans 1 ml de sang après 3 semaines.