Neurosciences/Les cellules du système nerveux

Vous avez peut-être déjà entendu parler des neurones, les cellules les plus emblématiques du cerveau. Et vous savez peut-être déjà qu'ils sont interconnectés entre eux et sont responsables de nos mouvements, de nos pensées, de nos sensations, etc. Mais ce ne sont pas les seules cellules présentes dans le cerveau. À côté des neurones, on trouve plusieurs cellules de soutien, qui aident les neurones dans leurs tâches quotidiennes. Selon leur forme ou leur fonction, elles sont appelées astrocytes, oligodendrocytes, ou autres. Dans les grandes lignes, on peut distinguer plusieurs types principaux de cellules nerveuses :

Les neurones sont des cellules qui échangent de l'information via des signaux électriques.
Les cellules gliales se chargent de maintenir les neurones en place, de les nourrir et de les protéger contre les infections.
Des cellules neuroendocrines qui produisent des hormones, localisées dans des glandes intracérébrales (l'hypophyse et la glande pinéale).

Dans ce chapitre, nous allons parler des cellules du cerveau. L'ensemble du chapitre expliquera ce qu'est un neurone, comment il fonctionne, quels sont les différents types de neurones, etc. Nous ferons la même chose pour les cellules de soutien, qui sont très importantes dans le fonctionnement du cerveau.

Mais avant de parler plus en détail des neurones et autres cellules, nous devons faire un rappel assez rapide d'anatomie, et devons parler rapidement du cerveau, de la moelle épinière, et du système nerveux. Nous allons notamment devoir parler de la distinction entre système nerveux central et périphérique. La raison à cela est que les cellules gliales et les neurones ne sont pas les mêmes dans le système nerveux central et dans la système nerveux périphérique.

Où se situent les neurones : le système nerveux

Les neurones ne se situent pas seulement dans le cerveau, mais sont répartis dans l'ensemble du corps. L'ensemble des neurones et des cellules de soutien associés forme ce qu'on appelle le système nerveux. Décrire le système nerveux est assez compliqué car il y a beaucoup de nerfs et d'organes, mais les principaux sont assez simples à décrire.

Le cerveau, la moelle épinière, les nerfs

Pour les vertébrés, humains inclus, le système nerveux regroupe plusieurs organes/tissus bien distincts, illustrés dans le schéma ci-contre. En voici la liste :

Le principal est le cerveau, localisé dans la boite crânienne.
La moelle épinière est un long câble neural situé dans le dos, près de la colonne vertébrale.
Les nerfs sont des câbles qui connectent le cerveau et la moelle épinière au reste du corps.

Attention à ne pas confondre la moelle épinière avec la moelle osseuse, qui est située au centre des os et sert à fabriquer les globules rouges et blancs du sang.

De plus, on trouve un peu partout dans le corps des amas de neurones appelés des ganglions, connectés à la moelle épinière et/ou au cerveau. Pour simplifier, ils servent de relai entre les neurones dispersés dans le corps et la moelle épinière. Ces ganglions sont plus précisément l'endroit où naissent les nerfs, dont ils sont indissociables.

Cette liste n'est cependant pas exhaustive car les neurones sont en réalité répartis sur l'ensemble du corps. De nombreuses cellules nerveuses sont dispersées dans le corps et servent pour le toucher, l’ouïe, la vision, et les autres sensations. La peau est remplie de neurones sensibles au toucher, , les oreilles contiennent des neurones sensibles aux sons, etc. Par exemple, le fond de l'œil contient une couche de neurones sensibles à la lumière, appelée la rétine, qui fait partie du système nerveux. Et outre les neurones dédiés aux sensations, on trouve des neurones spécialisés dans le mouvement des muscles. Tous les muscles sont innervés par des neurones spécialisés qui dirigent la contraction des muscles innervés.

La distinction entre système nerveux central et périphérique

Le cerveau et la moelle épinière sont regroupés dans ce qu'on appelle le système nerveux central. A contrario, le reste du système nerveux est appelé le système nerveux périphérique. Ce dernier regroupe les nerfs, ganglions et les neurones sensoriels dispersés dans tout le corps.

Une raison pour cette distinction est que les deux ne se forment pas de la même manière. Nous verrons dans le chapitre sur l'embryologie du système nerveux que les deux apparaissent à des endroits différents de l'embryon et qu'ils se forment séparément. A ce propos, il existe des maladies néonatales qui empêchent le système nerveux périphérique de se former correctement, mais qui laissent intacte le système nerveux central. Et inversement, certaines maladies néonatales font que le cerveau et la moelle épinière ne se forment pas correctement, mais laissent le système nerveux périphérique intact.

Une autre raison est que le système nerveux central est protégé par les méninges, une enveloppe protectrice qui entoure le cerveau et la moelle épinière. Leur rôle principal est d'amortir les chocs que peut recevoir le cerveau ou la moelle épinière. Mais les méninges ont aussi des rôles secondaires : participer à l'immunité du système nerveux, apporter des nutriments aux neurones, éliminer les déchets du métabolisme neuronal, etc. Les méninges contiennent un liquide, le liquide céphalorachidien, suffisamment visqueux pour amortir les chocs, mais suffisamment liquide pour transporter déchets et nutriments. En comparaison, le système nerveux périphérique n'a pas de tissus de protection très développés. Tout au plus, les nerfs et ganglions sont entourés d'une couche de lipides qui les séparent du reste du corps et assurent une légère protection.

Enfin, une dernière raison est que les cellules ne sont pas exactement identique dans les deux, notamment pour ce qui est des cellules de soutien. Nous verrons plus bas que les cellules de soutien du système nerveux périphérique sont très différentes des cellules de soutien du système nerveux central. Les neurones sont globalement les mêmes, même si il y a quelques différences (leur forme est différente, par exemple).

Les neurones

Les neurones sont les premières cellules nerveuses à avoir été découvertes et leur étude se poursuit encore de nos jours. La différence avec les autres cellules nerveuses tient dans leur excitabilité électrique, ainsi qu'à leur capacité à transmettre celle-ci à leurs voisins. Ces deux points font que les neurones peuvent communiquer entre eux.

Tout neurone est relié à ses congénères par diverses connexions, qui lui servent à échanger des signaux électriques avec les autres. Les neurones peuvent créer une impulsion électrique spécialisée, l'influx nerveux, et le transmettent de proche en proche. Ces influx nerveux ne sont pas des courants électriques, mais sont des variations de la tension électrique à la surface du neurone. Lorsque le neurone ne fait rien, une tension de repos d'environ -70 millivolts est présente sur sa membrane, mais cette tension augmente localement lors du passage d'un influx nerveux.

Le traitement effectué par un neurone est simple, si on ne rentre pas dans les détails. Pour simplifier, le neurone fait la somme de tous les influx nerveux qui lui parviennent à tout moment. Si cette somme dépasse un seuil fixé à l'avance, le neurone émet un nouvel influx nerveux. Dans le cas contraire, il n'émet rien.

On peut classer les neurones suivant tout un tas de paramètres, mais tous ne sont pas forcément utiles. Prenons l'exemple de la couleur des neurones, comme critère. D'ordinaire, les neurones ont une couleur grisâtre, qui leur vaut le nom de "matière grise". Mais d'autres neurones ont une couleur noire ou bleue assez marquée. Tel est le cas d'une zone du cerveau appelée la substance noire, où les neurones arborent une jolie couleur noire sombre. L'origine de cette couleur est la présence de petites quantités d'un pigment noir : la neuromélanine. Tel est aussi le cas du locus coerulus, une autre zone du cerveau de couleur bleutée, dont l'origine est là encore la présence de neuromélanine en faibles quantités.

Classer les neurones selon leur couleur est bel et bien possible. Mais ce serait de peu d'utilité, vu que la couleur des neurones n'a rien à voir avec leur fonction et est juste une curiosité sans grand intérêt. De plus, à part quelques neurones assez bien localisés, tous les neurones ont la même couleur grise, les autres faisant office d'exception. Mieux vaut se concentrer sur des critères plus utiles et plus intéressants. Dans ce qui va suivre, nous allons vous montrer les principales classifications. Nous allons voir qu'il existe plusieurs types de neurones, qui se différencient par leur taille, leur forme, ou quelques autres paramètres.

Les interneurones, récepteurs et effecteurs

Le système nerveux est un tissu, un organe, apparu chez les animaux afin qu'ils réagissent à leur environnement. Chez la plupart des animaux, le système nerveux commande le déplacement de l'animal, sa locomotion, en fonction des stimulus perçus dans l'environnement. Tout système nerveux a donc besoin de percevoir son environnement, sans quoi il ne peut pas y réagir. Tous les animaux peuvent capter des odeurs, de la lumière, ou toute autre information, et les transmettre au reste du système nerveux. Cela est rendu possible par certains neurones, appelés récepteurs sensoriels, qui transforment un stimulus (une sensation) en influx nerveux.

Mais ces sensations ne sont rien si l'animal ne peut pas y répondre. Et cette réponse est le plus souvent motrice : l'animal perçoit quelque chose et bouge en conséquence. Par exemple, il peut fuir une forme menaçante (l'ombre d'un prédateur), courir vers une proie, fuir une sensation douloureuse, etc. Mais la réaction peut aussi être hormonale ou chimique. Par exemple, un animal soumis à une température trop faible peut se mettre à brûler ses graisses ou produire des hormones spécialisées. La réponse est donc soit motrice, soit endocrine.

Dans les deux cas, cela demande que des cellules effectrices commandent les muscles ou glandes endocrines. La majorité des cellules effectrices sont des neurones qui commandent les muscles et contrôlent leur contraction/extension. D'où leur nom de motoneurones. D'autres cellules effectrices produisent des hormones, mais ce ne sont pas toujours des neurones. Nous en reparlerons donc plus tard.

Les systèmes nerveux les plus simples n'ont pas besoin de plus. Ils se contentent de connecter directement les récepteurs aux cellules effectrices. Ce faisant, un stimulus déclenche automatiquement une réaction motrice ou endocrine directe, sans traitement intermédiaire. Cette organisation dote l'animal d'un répertoire de réflexes innés, préprogrammés et disponibles dès sa naissance. Le répertoire de réflexe est cependant fixé une fois pour toute, l'animal devant s'en contenter. Il ne peut pas acquérir de nouveaux réflexes, ni corriger les réflexes inadaptés.

Les systèmes nerveux évolués ajoutent des neurones appelés interneurones, entre les récepteurs et les motoneurones. Les interneurones forment de véritables réseaux, aux fonctions bien plus intéressantes, capables de commander des réactions bien plus élaborées que celles permises par les réflexes. L'animal n'est alors plus limité par son répertoire de réflexes, mais peut modifier les réflexes existants, en acquérir, en oublier, etc.

Pour cela, les connections entre interneurones vont s'adapter : de nouvelles connexions vont naître, d'autres vont péricliter, d'autres vont s'affaiblir ou se renforcer. Ainsi, les relations entre stimulus et réponses vont s'adapter en fonction des circonstances et de l'environnement. Ce mécanisme, la plasticité synaptique, sera abordé dans les chapitres qui suivent. Il est évidemment à la base de la mémoire, mais il s'agit d'un processus bien plus général que la simple mémorisation.

Pour résumer, on peut classer les neurones selon leur fonction :

Les récepteurs sensoriels transforment un stimulus en influx nerveux.
Les motoneurones transforment des influx nerveux en mouvement musculaire ou en réaction hormonale.
Les interneurones transmettent l'influx nerveux de proche en proche et font des traitements sophistiqués dessus.

La forme générale des neurones

Les neurones ont tous des formes très différentes. Malgré cela, on peut quand même décrire un neurone typique, dont tous les autres sont des variations. Ce neurone typique est composé de quatre parties principales :

une ou plusieurs dendrites, sur lesquelles arrivent les influx nerveux provenant d'autres neurones ;
un corps cellulaire, qui se charge de traiter les influx nerveux et de maintenir le neurone en vie ;
un axone, sorte de câble sur lequel l'influx nerveux créé par le neurone est propagé ;
et un ensemble de boutons synaptiques, qui vont connecter l'axone sur une ou plusieurs dendrites d'autres neurones.

Le système nerveux est constitué d'un grand nombre de neurones, reliés entre eux par ce qu'on appelle des synapses. La plupart d'entre elles vont connecter l'axone d'un neurone aux dendrites d'un autre (via les boutons synaptiques).

Avec des axones, des dendrites, et un corps cellulaire, on peut créer plusieurs formes de neurones.

Les neurones multipolaires sont les plus intuitifs : ils possèdent un axone unique et plusieurs dendrites. Ces neurones servent d'intégrateurs : ils reçoivent des informations (sous la forme d'influx nerveux) en provenance d'un grand nombre de neurones via leurs dendrites, et intègrent ces informations en un seul signal.

Les neurones bipolaires sont des neurones avec une seule dendrite et un seul axone. Ceux-ci sont souvent connectés à un capteur sensoriel. Par exemple, on trouve de tels neurones dans la rétine : ils sont connectés à des cellules qui captent la lumière, les cônes et bâtonnets.

Les neurones unipolaires ont un unique axone qui se divise en deux portions, donnant un axone en forme de T. Généralement, ces neurones sont des neurones sensoriels : soit une partie de l'axone est connectée à un récepteur sensoriel, soit l'axone capte lui-même le stimulus sensoriel à une de ses extrémités. Dans les deux cas, l'information sensorielle captée est transmise à l'autre bout de l'axone. On peut voir ces neurones comme de simples câbles qui transmettent une information d'un bout de l'axone à l'autre. D'ailleurs, les axones de ces neurones se regroupent souvent en nerfs, des câbles de transmission d'influx nerveux qui regroupent plusieurs axones

Les neurones anaxoniques n'ont pas d'axones, mais uniquement des dendrites. Ils servent essentiellement à relier des neurones entre eux via leurs dendrites : ces neurones connectés à la même dendrite peuvent s'échanger des influx nerveux via la dendrite du neurone anaxonique. Cela permet aussi aux dendrites d'effectuer quelques traitements sur l'influx nerveux lors de la transmission. D'ordinaire, ces connexions ont tendance à stabiliser l'activité de neurones voisins.

L'axone et ses dimensions

Les neurones sont classés suivant la longueur de l'axone en neurones à axones courts et à axones longs. Les axones courts permettent une communication à faible distance, d'où leur nom de neurones de circuits locaux. Par contre, les axones longs permettent à des zones très éloignées du cerveau de communiquer. Les motoneurones ont généralement des axones longs, car ils doivent commander des muscles éloignés du cerveau. Pour l'anecdote, les neurones du cerveau qui commandent le pied sont longs d'environ un mètre.

Un autre critère est celui du diamètre des axones. Ce critère est important pour une raison simple : plus un axone est gros, plus il conduit vite l'influx nerveux. Or, la vitesse de l'influx nerveux est importante pour certains types d'informations. Par exemple, les informations douloureuses sont le signal d'un danger quelconque, et on comprend facilement qu'elles doivent arriver au cerveau assez vite, histoire de réagir le plus rapidement possible. Par contre, la perception d'une chaleur très peu intense sur le dos de la main n'est généralement pas signe de danger, ce qui fait que des axones de faible diamètre suffisent.

L'axone d'un neurone est parfois entouré d'une gaine qui l'aide à transmettre l'influx nerveux. Elle est composée d'une sorte de glu composée à 80% de graisse et 20% de protéines, qui s'appelle la myéline. Cette gaine de myéline va d'absente sur certains neurones, à très épaisse sur d'autres, avec beaucoup d'intermédiaires possibles. Ces différences permettent de classer les neurones selon l'épaisseur de la gaine de myéline.

Les dendrites et leur forme

Généralement, les dendrites se ramifient progressivement, ce qui fait que la dendrite a une forme d'arbre, auquel on donne parfois le nom d'arbre dendritique. L'arbre dendritique en question est relativement complexe, sur lequel un grand nombre d'axones peuvent se connecter. La dendrite forme ainsi de nombreux rameaux dendritiques, de taille variables.

Suivant la complexité de la dendrite et de ses ramifications, les neurones peuvent se classer en neurones étoilés, pyramidaux, de Purkinje, granulaire, etc. Dans cette section, je vais vous présenter succinctement quelques types de neurones assez fréquents, que nous reverrons plus loin dans ce cours.

Sur les couches les plus externes du cerveau (le néocortex), on trouve des neurones avec deux dendrites : ce sont des neurones pyramidaux. La première dendrite (la dendrite apicale) est allongée et a assez peu d'embranchements, alors que la seconde (la dendrite basale) est plus aplatie et plus proche du soma, mais a une arborescence bien plus développée. Ces neurones pyramidaux sont empilés en couches, ce que semble trahir leur forme. La dendrite apicale allongée se connecte aux couches supérieures, situées au-dessus, alors que l'axone se connecte aux couches plus basses, inférieures. La dendrite basale, quant à elle, se connecte aux neurones voisins de la même couche.

Toujours dans ces couches à la surface du cerveau, on trouve aussi des cellules étoilées, dont la dendrite ressemble un peu à une sorte d'étoile. Les ramifications des dendrites partent dans tous les sens en sortie du corps cellulaire.

Dans une zone du cerveau située sous la nuque (le cervelet), on trouve des cellules de Purkinje, qui ont les dendrites les plus complexes qui soit dans tout le système nerveux. Jugez plutôt !

À la surface des rameaux dendritiques, se trouvent de nombreuses excroissances appelées épines dendritiques. Elles sont destinées à servir de points de contact entre neurones (à donner naissance à des synapses). Les épines dendritiques matures sont toutes associées à un axone d'un autre neurone. Précisons cependant que la réciproque n'est pas vraie : il arrive que des axones fassent contact directement avec les rameaux dendritiques, sans aucun lieu avec une épine dendritique. Mais ce cas est assez rare, les connexions axones-dendrites se faisant majoritairement par une connexion d'un axone avec une épine dendritique.

Les épines dendritiques peuvent se former ou disparaître : de nouvelles épines peuvent apparaître, de d'anciennes peuvent disparaître. La création/disparition d'épines dendritiques permet à des axones de former de nouvelles connexions avec le neurone. Mais nous en reparlerons plus en détail dans le chapitre sur la synaptogenèse. Les épines dendritiques matures ont toutes la même forme : une tête ovale repose sur une tige connectée à la dendrite. Précisons cependant que la forme de l'épine dendritique évolue entre sa formation et sa maturation finale. Lors de leur formation, elles ressemblent à une boule, qui évolue ensuite en forme de champignon qui sort de terre, avant d'atteindre leur forme définitive.

Les cellules gliales

Contrairement à ce que l'intuition pourrait laisser penser, les neurones ne sont pas les seules cellules du cerveau : il ne faut pas oublier les cellules gliales, qui sont presque 8 à 19 fois plus nombreuses que les neurones. Contrairement aux neurones, la transmission d'informations électriques n'est pas la raison d'être des cellules gliales. Si certaines peuvent le faire, c'est d'une manière très limitée qui se limite à transmettre un petit peu d'influx nerveux à des neurones voisins. Ces cellules sont plus des cellules de soutien, dont le rôle est :

de former une sorte de squelette qui maintient les neurones en place ;
d'approvisionner les neurones en oxygène et nutriments ;
de détruire les virus et bactéries qui voudraient envahir le cerveau ;
d'enrober les axones avec une gaine qui augmente la vitesse de transmission de l'influx nerveux le long de l’axone.

Une particularité des cellules gliales est qu'elles peuvent se reproduire, en se divisant pour former plusieurs cellules gliales. En comparaison, les neurones ne peuvent pas se diviser, ce qui fait que le nombre de neurones reste plus ou moins constant. Une conséquence clinique importante est que les tumeurs au cerveau sont plus fréquemment composées de cellules gliales que de neurones.

Hors du cerveau (dans le système nerveux périphérique), on trouve deux types de cellules gliales : les cellules de Schwann et les cellules satellites. Les autres cellules gliales ne peuvent se trouver que dans le cerveau et la moelle épinière (le système nerveux central). Ces dernières comprennent les astrocytes, les oligodendrocytes, la microglie et les épendymocytes. Nous allons nous concentrer sur les trois premiers, les épendymocytes ne pouvant être évoqués à ce stade (vous ne savez pas encore ce qu'est un ventricule cérébral).

Les astrocytes et cellules satellites

Les astrocytes ont une forme en étoile assez impressionnante, qui leur a valu leur nom. Leur existence est surtout liée à la chimie du cerveau, notamment sa nutrition. Le fonctionnement du cerveau est en effet très dépendant de son alimentation en molécules. Non seulement, il doit être alimenté en nutriments, mais l'influx nerveux dépend énormément des ions dissous dans le milieu extra-cellulaire. La moindre variation ionique, induite par un changement du pH du sang ou l'alimentation, peut donc avoir des conséquences assez importantes. De plus, le cerveau n'a pas vraiment de système immunitaire, ce qui demande une protection pour empêcher les microbes présents dans le sang d'atteindre le cerveau.

Pour résoudre ces problèmes, le cerveau est isolé par une barrière hémato-encéphalique, qui entoure les vaisseaux sanguins cérébraux. Elle empêche les transferts directs entre système nerveux et vaisseaux sanguins. Seuls les nutriments peuvent traverser la barrière hémato-encéphalique, mais les ions, molécules inutiles et microbes ne doivent pas passer. Sans elle, les variations de la composition sanguine retentiraient sur la chimie du cerveau, ce qui aurait des conséquences fâcheuses. Les astrocytes ont un grand rôle dans le fonctionnement de la barrière hémato-encéphalique, sans compter qu'ils contrôlent la chimie cérébrale.

En premier lieu, les astrocytes servent d'intermédiaires entre barrière hémato-encéphalique et neurone. Ils apportent les nutriments aux neurones, une fois qu'ils ont traversé la barrière hémato-encéphalique. Les astrocytes piochent des nutriments dans le sang et les mettent en réserve pour les neurones. Ils servent essentiellement de réserve de glucose et de lactate. Mais les astrocytes peuvent avoir d'autres fonctions, selon leur forme. Selon leur fonction/forme, les astrocytes peuvent se classer en deux types : avec des ramifications courtes, et avec des ramifications longues.

Les astrocytes avec des ramifications longues entourent les vaisseaux sanguins, formant la barrière hémato-encéphalique.
Les astrocytes avec des ramifications courtes sont des tampons chimiques. Ils servent à maintenir un environnement chimique adéquat pour les neurones. Par exemple, la formation et la propagation d'un influx nerveux demande des échanges chimiques à travers la paroi du neurone, le processus étant très sensible aux variations de pH, de salinité, ou du taux de certains ions dans le milieu extérieur. Les astrocytes se chargent de conserver de telles valeurs dans des intervalles adéquats.

Les cellules satellites sont un équivalent des astrocytes pour le système nerveux central. Elles servent de réserve de nutriments et de tampon chimique.

Les oligodendrocytes et cellules de Schwann

Les oligodendrocytes servent à augmenter la vitesse de transmission de l'influx nerveux d'un axone. Pour cela, ces cellules entourent l'axone d'une gaine de myéline, la myéline étant une sorte de glu composée à 80% de graisse et 20% de protéines. Néanmoins, cette gaine de myéline est percée de trous, les nœuds de Ranvier, qui laissent l'axone communiquer avec l'extérieur. Grâce à eux, la vitesse de l'influx nerveux est multipliée par dix.

Chaque oligodendrocyte peut recouvrir un grand nombre de neurones : plus de 50 pour certains cas extrêmes. On ne les trouve que dans le système nerveux central. Le nombre d'axones recouverts de myélines augmente avec l'âge durant l'enfance et l'adolescence. Chez le bébé et l'enfant, peu d'axones sont recouverts par une gaine de myéline : c'est seulement à l'adolescence et au début de l'âge adulte que les oligodendrocytes commencent à recouvrir significativement les axones. Ce processus commence par modifier les aires cérébrales situées à l'arrière du crâne, qui se chargent essentiellement de la vision et des cinq sens. C'est seulement lors de l'adolescence que les zones du cerveau chargées de la pensée, situées sous le front, sont myélinisées. On suppose que c'est en partie pour cela que les performances des adolescents et enfants augmentent avec l'âge.

Les cellules de Schwann ont la même fonction que les oligodendrocytes : recouvrir les axones d'une gaine de myéline. Mais les points communs s’arrêtent là, les cellules de Schwann étant relativement différentes. Par exemple, une cellule de Schwann ne peut recouvrir qu'un seul axone, contrairement aux oligodendrocytes. Les maladies qui touchent ces cellules sont nombreuses, et se traduisent toutes par des paralysies et une perte du toucher plus ou moins progressive. Comme exemple peu connu aujourd'hui, on peut citer la lèpre ou le syndrome de Guillan-Barré.

Fibre nerveuse.
Gaine de myéline, formée par une cellule de Schwann. 1 - axone, 2 - Noyau de la cellule de Schwann, 3 - Cellule de Schwann proprement dite, 4 - Gaine de myéline, 5 - Cytoplasme de la cellule de Schwann.

La microglie

La microglie est le système immunitaire du cerveau. Les cellules de la microglie sont des globules blancs de la catégorie des macrophages/monocytes. Il n'y a pas d'anticorps dans le cerveau, vu que ceux-ci sont produits par les lymphocytes, non-présents dans le cerveau. Lorsque le cerveau est endommagé, les cellules de la microglie se divisent et accourent sur le lieu de la blessure.

Les macrophages de la microglie peuvent tuer les agents infectieux par plusieurs procédés, qui varient suivant la cellule.

Dans la plupart des cas, la microglie entoure l'agent infectieux, l'avale, et le digère en sécrétant des substances chimiques qui détruisent la cellule : on parle de phagocytose. Ce mécanisme permet non seulement de tuer les bactéries infectieuses, mais aussi de nettoyer les tissus cérébraux. Par exemple, c'est par phagocytose que la microglie débarrasse le cerveau des neurones morts ou des cellules gliales décédées.
La microglie peut aussi produire des substances toxiques pour tuer les bactéries. Par exemple, elles peuvent faire appel au système du complément (une série de réactions chimiques qui tue les bactéries), ou elles peuvent produire du monoxyde d'azote ou du peroxyde d'hydrogène, mais aussi du glutamate et de l'aspartame.

Suite à une infection ou une lésion, la microglie réagit et une inflammation se déclenche. Ce processus est tout à fait normal et vise à lutter contre l'agression de manière efficace. Mais l'inflammation cérébrale endommage les neurones, aggravant les lésions causées par l'infection ou la lésion. Pour de petites inflammations, les conséquences sont mineures, parfois inexistantes. Mais dans certains situations, il est préférable de limiter l'inflammation après un traumatisme crânien ou un choc violent à la tête. Pour ce faire, les médecins urgentistes refroidissent le cerveau : cela augmente les chances de survie, diminue les déficits consécutifs au traumatisme, et améliore les capacités de récupération intellectuelles. Les médicaments anti-inflammatoires peuvent aussi être utilisés, le cas le plus typique étant celui de l'inflammation liée à une tumeur cérébrale.

Les cellules neuroendocrines

Outre la commande motrice, le cerveau dispose d'autres moyens que la transmission nerveuse pour agir : il peut aussi sécréter des hormones. La sécrétion d'hormones par le système nerveux est réalisée par des cellules spécialisées appelées cellules neuroendocrines. Comme les cellules endocrines normales, elles peuvent sécréter des hormones dans le sang. Mais leur particularité est qu'elles peuvent être stimulées par l'influx nerveux, cette stimulation déclenchant la sécrétion d'hormones.

Grâce à cette spécificité, les cellules neuroendocrines servent d'interface entre le système nerveux et le système hormonal/endocrine. Elles forment le système nerveux endocrine, à savoir la portion du système nerveux qui a un rôle hormonal, celle qui commande le métabolisme et la chimie corporelle. Les cellules neuroendocrines sont dispersées dans de nombreux organes, notamment les glandes surrénales, le tube digestif, la thyroïde, les poumons, et partout ailleurs. Elles sont rassemblées dans des glandes endocrines, terme barbare qui désigne un organe qui secrète des hormones. Par exemple, on trouve des cellules neuroendocrines dans les glandes surrénales, des glandes situées au-dessus du rein, qui secrètent de l'adrénaline et des corticoïdes. Elles portent le nom de cellules chromaffines.

Sur l'ensemble des glandes endocrines, deux font directement partie du cerveau. Elles portent les doux noms d'hypophyse et de glande pinéale. L'hypophyse secrète de nombreuses hormones : vasopressine, hormone de croissance, ocytocine, prolactine, hormone corticotrope, et bien d'autres encore. La glande pinéale a, en comparaison, un rôle bien plus limitée. Elle ne secrète en effet qu'une seule hormone : la mélatonine. Nous verrons ces deux glandes plus en détail dans le chapitre sur le système nerveux endocrine. Nous verrons aussi quel est le rôle de la glande pinéale dans le sommeil et les autres rythmes biologiques dans les deux chapitres dédiés.

Vu que ces deux glandes doivent sécréter des hormones très différentes, rien d'étonnant à ce que les cellules de l'hypophyse et de la glande pinéale ne soient pas identiques. Dans ce qui va suivre, nous allons voir rapidement les différents types de cellules des glandes cérébrales. Dans les grandes lignes, on peut les classer en deux types :

Les pinéalocytes, les cellules de la glande pinéale (une glande qui secrète de la mélatonine, l'hormone du sommeil).
Les cellules hypophysaires, localisées dans l'hypophyse (une glande intracérébrale qui secrète un grand nombre d'hormones).

Les pinéalocytes

Les cellules endocrines de la glande pinéale sont appelées des pinéalocytes, leur nom trahissant leur appartenance à la glande pinéale. Ce sont des cellules rondes, de taille comprise entre 7 et 11 micromètres. On peut les classer en deux types, ceux-ci se distinguant par leur forme, leur nombre et leur contenu cellulaire. Les pinéalocytes de type 1 sont de couleur claire quand on les regarde au microscope, alors ceux de type 2 sont beaucoup plus sombres. Les type 1 sont plus nombreux que les type 2, que ce soit chez les adultes ou les enfants.

Les pinéalocytes secrètent uniquement de la mélatonine, une hormone souvent considérée comme l'hormone du sommeil. Ils fabriquent celle-ci à partir de la sérotonine, qu'ils stockent en grandes quantités. Les pinéalocytes sont sensibles à la noradrénaline, à laquelle ils réagissent en convertissant leur stock de sérotonine en mélatonine. La production de mélatonine a lieu pendant la nuit, l'obscurité stimulant sa production. En fait, les pinéalocytes sont commandés par une aire cérébrale qui émet de la noradréline durant la nuit.

Les cellules hypophysaires

Contrairement à la glande pinéale, l'hypophyse secrète plusieurs hormones, sécrétées par des cellules différentes. Il existe un type de cellules neuroendocrine pour chaque hormone. Autant dire que les catégories de cellules endocrines de l'hypophyse sont assez nombreuses. On peut globalement diviser les cellules hypophysaires en trois classes, selon la manière dont elles réagissent à divers colorants comme l'éosine et/ou de l'hématoxyline : les cellules dites acidophiles se colorent en rouge, les basophiles se colorent en bleu et les cellules chromophobes ne se colorent pas. Les trois types sont représentés dans l'hypophyse.

La classification des cellules hypophysaires est donc la suivante :

Les cellules acidophiles sont les trois suivantes :
- les cellules somatotrophes, qui secrètent de l'hormone de croissance ;
- les cellules lactotrophes, qui secrètent de la prolactine ;
- les cellules somatolactotrophes, qui secrètent les deux hormones précédentes à la fois.
Les cellules basophiles sont les suivantes :
- les cellules corticotrophes, qui secrètent l'hormone corticotrophine ;
- les cellules thyrotrophes, qui secrètent des hormones à destination de la thyroïde (la TSH et la TRH) ;
- les cellules gonadotrophes, qui secrètent des hormones destinées aux gonades (organes génitaux).
Les cellules chromophobes sont moins bien connues.

Les tumeurs neurales

Les cellules nerveuses peuvent dysfonctionner, comme toute autre cellule, quelqu’en soit la raison. Si je réserve les maladies métaboliques pour un futur chapitre, pour des raisons pédagogiques, je peux cependant aborder les cancers du cerveau. Pour rappel, un cancer est composé de cellules anormales, appelées cellules tumorales ou cellules cancéreuses, dont le patrimoine génétique a subi des mutations. Ces cellules se reproduisent de façon anarchique, à savoir qu'elles ne cessent de se diviser et prolifèrent. Les cellules normales ont des garde-fou qui les empêchent de se multiplier sans cesse (l'apoptose, les télomères, la limite de Hayfick et quelques autres), garde-fou absents chez les cellules cancéreuses.

On peut distinguer les tumeurs bénignes des tumeurs malignes, seuls ces derniers étant des cancers proprement dit. Dans le premier cas, la tumeur prolifère mais n'a pas le pouvoir de se métastaser, d'envahir d'autres régions du corps. Tel n'est pas le cas avec les tumeurs malignes, où les cellules tumorales peuvent envahir le reste du corps.

Les symptômes des tumeurs et cancers nerveux

Les tumeurs cérébrales ont des symptômes assez variés, qui ne sont pas vraiment spécifiques : épilepsie, maux de tête, déficits neurologiques, problèmes psychiatriques, etc. De manière générale, les symptômes peuvent facilement mimer d'autres pathologies neurologiques ou psychiatriques. Autant dire que faire un diagnostic en se basant sur les symptômes est donc difficile et le recours aux scanners et à l'imagerie est systématique. Les symptômes exprimés varient selon la localisation de la tumeur ainsi que sa taille, les grosses tumeurs entrainant généralement des déficits plus marqués.

La majorité des symptômes est lié au fait que les tumeurs grossissent sans se soucier des tissus alentours, au point de les comprimer ou de les déformer. Le cerveau est en quelque sorte comprimé sur le crâne par l'expansion de la tumeur, ce qui fait que la pression dans le crâne augmente. On verra dans quelques chapitres que cela se traduit par des symptômes assez stéréotypés, mais peu spécifiques : maux de tête, troubles de la vision, troubles de la posture et déficits neurologiques divers. Plus fréquemment, la tumeur peut entraîner des crises d'épilepsie.

La classification des tumeurs neurales

Tous les cancers et tumeurs du système nerveux ne sont pas identiques : certains sont plus invasifs et très graves, alors que d'autres sont nettement plus bénins. Classer les différentes tumeurs est important pour les médecins, cette classification donnant des informations sur les traitements à adopter ou les chances de survie. La classification des tumeurs est relativement complexe, mais assez facile à comprendre si on s'en donne la peine pour les premiers paliers de la classification.

En premier lieu, on distingue les tumeurs qui naissent dans le tissu neuronal d'un côté, et les métastases de l'autre. Les premières sont appelées des tumeurs primaires, alors que les métastases sont appelées des tumeurs secondaires. Les métastases secondaires ne provenant pas d'une mutation de neurones ou de cellules gliales, nous ne les aborderons pas ici. Concentrons-nous donc sur les tumeurs neurales primaires.

Les tumeurs primaires naissent de la mutation de neurones, de cellules gliales, de cellules endocrines, plus rarement de cellules-souches (qui peuvent se diviser en n'importe d'autres cellule nerveuses, généralement gliales). Les cellules gliales se cancérisent plus facilement que les neurones. La raison est que les neurones ne se divisent pas, contrairement aux cellules gliales. Pour les cellules gliales, quelques mutations limitées suffisent pour rendre la cellule tumorale. Il suffit qu'elles coupent les garde-fous anti-prolifération. Mais pour les neurones, les mutations doivent donc non seulement permettre aux neurones de proliférer, mais elles doivent aussi leur donner la possibilité de diviser. Les neurones ont donc une protection anti-cancérisation supplémentaire, par rapport aux cellules gliales.

Tumeurs du tissu nerveux les plus courantes.
Type de tumeur	Sous-type tumoral		Cellules originelles
Tumeur primaire	Neurocytome		Neurone
	Gliome		Cellule gliale
		Astrocytome		Astrocytes
		Oligodendrocytome/Oligodendrogliome		Oligodendrocyte
		Ependynome		Ependymocyte
		Neurinome		Cellules de Schawnn
	Lymphomes primitifs cérébraux		Microglie
	Adénome		Cellule (neuro)-endocrine
		Pinealocytome, Pinéaloblastomes		Pinealocytes (glande pinéale)
		Adénome hypophysaire, Craniopharyngiome		Cellules de l'hypophyse
Tumeur secondaire (métastase)			Dépend de la source des métastases

Les tumeurs endocrines

Les cellules endocrines du cerveau peuvent muter et devenir tumorales. Les tumeurs obtenues font partie de la catégorie des adénomes, à savoir des tumeurs qui touchent les glandes endocrines. Pour le système nerveux, ces adénomes touchent soit la glande pinéale, soit l'hypophyse, les tumeurs étant appelées respectivement tumeurs pinéales et hypophysaires. De telles tumeurs ont tendance à produire plus d'hormones que nécessaires. Les symptômes varient selon l'hormone surproduite : un excès d'hormone de croissance n'a pas le même effet qu'un excès de mélatonine.

Dans le cas de la glande pinéale, les tumeurs naissent surtout de la mutation de pinéalocytes. Elles portent les noms de pinéaloblastomes et de pinéalocytomes, selon leur gravité. Les pinéaloblastomes sont de véritables cancers, qui grandissent rapidement et sont d'un mauvais pronostic. À l'opposé, les pinéalocytomes sont des tumeurs bénignes qui grossissent plus lentement. Dans les deux cas, les pinéalocytes vont évoluer et peuvent acquérir des caractéristiques neuronales ou gliales !

Les tumeurs gliales

Les tumeurs cérébrales provenant de cellules gliales sont appelées des gliomes. Ce sont de loin les tumeurs les plus fréquentes. La classification de ces tumeurs est quelque peu complexe, avec de nombreux sous-types assez difficiles à appréhender. Pour simplifier, on distingue les gliomes selon que la cellule à l'origine de la tumeur est un astrocyte, un oligodendrocyte ou un épendymocyte. Les tumeurs de la micro-glie sont mises à part et ne sont pas considérées comme des tumeurs gliales, bien que cette décision soit assez arbitraire. Cela donne les trois sous-types suivants :

l'astrocytome est une tumeur formée d’astrocytes mutants ;
l'oligodendrocytome est formé d'oligodendrocytes ;
l'épendynome est formé d'épendymocytes.

Dans le système nerveux périphérique, les cellules de Schwann peuvent muter et donner naissance à des tumeurs appelées neurinomes ou neurofibromes. Ces deux types de tumeurs sont des tumeurs qui touchent les nerfs. Le cancer de ce type le plus connu est certainement le neurinome acoustique, un neurinome qui touche le nerf auditif et qui se manifeste par une perte de l'audition, des acouphènes et parfois des vertiges.

Le cas des tumeurs micro-gliales est quelque peu à part, et donne des lymphomes primitifs cérébraux. Ceux-ci sont souvent composés de lymphocytes B mutés qui prolifèrent dans l'ensemble du cerveau. Cette forme de tumeur est assez sensible aux traitements anti-inflammatoires et immunosuppresseurs. Des traitements corticoïdes sont souvent très utiles pour améliorer l'état des patients atteints. La radiothérapie est aussi un traitement relativement efficace, ces lymphomes étant très radiosensibles.

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