LL-37

Description du LL-37

Le LL-37 est le peptide antimicrobien humain le plus étudié. Il s'agit d'un peptide cationique de 37 acides aminés produit naturellement dans le corps humain, principalement par les leucocytes polymorphonucléaires, la peau, la moelle osseuse, les neutrophiles et les macrophages. Découvert à la fin des années 1990 lors d'enquêtes sur les mécanismes de l'immunité innée, le LL-37 est généré par le clivage protéolytique d'une molécule précurseur plus grosse connue sous le nom de cathélicidine, qui fonctionne comme une défense de première ligne contre les agents pathogènes microbiens.

Ce peptide est capable d’éliminer les bactéries, virus, champignons et moisissures, tout en exerçant des effets anti-inflammatoires. De plus, il favorise la réparation des tissus et l’angiogenèse, ce qui en fait un outil thérapeutique prometteur dans le traitement de l’inflammation chronique, des maladies auto-immunes et du cancer. En raison de sa capacité à agir contre les bactéries multirésistantes, le LL-37 est également étudié comme alternative potentielle aux antibiotiques conventionnels.

Le LL-37 possède un double mécanisme d’action : il perturbe directement les membranes bactériennes et stimule simultanément la réponse immunitaire. Dans le cadre de l'étude de ces effets, une forme recombinante du peptide, le GLL-37, a été produite dans E. coli à l'aide d'un système d'expression exclusif, produisant de grandes quantités. Cependant, cette forme recombinante ne présentait pas d’activité antibactérienne comparable à celle du LL-37 synthétique. Le manque d'efficacité a été attribué à des différences dans la structure secondaire ; plus précisément, GLL-37 a adopté une conformation en hélice α qui empêchait une interaction efficace avec les membranes bactériennes. L'étude a confirmé que la présence d'une structure de bobine aléatoire, comme celle trouvée dans le LL-37 natif, est essentielle pour une rupture efficace de la membrane.

Effets confirmés par la recherche

1. LL-37 et maladies inflammatoires

Bien que le LL-37 soit principalement reconnu comme un peptide antimicrobien, de plus en plus de preuves soulignent son rôle essentiel dans la physiopathologie des maladies inflammatoires et auto-immunes telles que le psoriasis, le lupus érythémateux disséminé, la polyarthrite rhumatoïde et l'athérosclérose. LL-37 présente divers effets immunomodulateurs en fonction du microenvironnement inflammatoire. Ceux-ci incluent une production accrue d'interféron alpha (IFN-α) et d'interleukine-18 (IL-18), une apoptose réduite des kératinocytes, une chimiotaxie altérée des neutrophiles et des éosinophiles et une régulation négative de la signalisation du récepteur Toll-like 4 (TLR4). La réduction observée du volume des plaques d'athérosclérose associée à son activité est particulièrement intéressante.

Des études expérimentales ont montré que le LL-37 module les réponses immunitaires d'une manière dépendante du contexte, variant en fonction de l'état d'activation des cellules immunitaires. Par exemple, le LL-37 favorise une réponse pro-inflammatoire dans les lymphocytes T non activés, tout en réduisant paradoxalement l'activité inflammatoire après leur activation. Ce double effet suggère un rôle homéostatique du LL-37 dans le réglage fin des réponses immunitaires, empêchant potentiellement une activation immunitaire excessive dans les inflammations chroniques et les maladies auto-immunes, contrairement aux hypothèses antérieures selon lesquelles il ne ferait qu'exacerber ces conditions.

Au niveau moléculaire, LL-37 influence la différenciation des monocytes en macrophages et favorise le phénotype pro-inflammatoire M1. Il régule négativement la cytokine anti-inflammatoire IL-10 tout en améliorant la production d'IL-12p40 et en potentialisant la signalisation médiée par l'IL-1β. Néanmoins, le LL-37 démontre également des effets anti-inflammatoires significatifs, tels que l'inhibition des réponses des cytokines à l'IFN-γ, au TNF-α, à l'IL-4 et à l'IL-12. De plus, le LL-37 agit comme un chimioattractif via le récepteur FPR2, induisant la migration des neutrophiles, des éosinophiles et des kératinocytes et favorisant la régénération des tissus. Il active la transcription de la chimiokine CXCL8 et stimule la sécrétion de MCP-1/CCL2 et de TGF-β, jouant un rôle clé dans la régulation de l'inflammation et la cicatrisation des plaies.

2. LL-37 et activité antimicrobienne

Le LL-37 est un élément clé du système immunitaire inné de la peau, activé comme l'une des premières lignes de défense en réponse à une infection. Bien que les niveaux de LL-37 et d’autres peptides antimicrobiens tels que la bêta-défensine 2 humaine (HBD-2) soient minimes dans une peau saine, ils s’accumulent nettement dans les affections cutanées inflammatoires telles que le psoriasis. L'analyse immunohistochimique des biopsies cutanées a démontré une expression élevée de LL-37 et de HBD-2 dans l'épiderme des patients atteints de psoriasis, contrairement aux niveaux significativement plus faibles observés dans les lésions des individus atteints de dermatite atopique. Ces différences ont été corroborées par le transfert immunodot, le transfert Western et la RT-PCR quantitative, les lésions psoriasiques montrant une expression d'ARNm considérablement élevée pour les deux peptides. Les tests d'activité antimicrobienne ont révélé que la combinaison de LL-37 et de HBD-2 exerce un effet synergique dans l'éradication de Staphylococcus aureus. Ces résultats suggèrent qu'une production insuffisante de peptides antimicrobiens, y compris le LL-37, pourrait être un facteur critique contribuant à la susceptibilité accrue des patients atteints de dermatite atopique aux infections cutanées bactériennes.

Le peptide exerce principalement ses effets en se liant au lipopolysaccharide (LPS), un composant clé de la membrane externe des bactéries Gram-négatives, perturbant ainsi l'intégrité de la membrane et démontrant une puissante activité antimicrobienne. Ce mécanisme fait du LL-37 un candidat prometteur pour le traitement des infections bactériennes graves et du sepsis. Des études ont montré que même des fragments tronqués de LL-37 dépourvus des acides aminés hydrophobes N-terminaux (fragments 106 et 110) conservent à la fois des propriétés antimicrobiennes et neutralisantes du LPS tout en présentant une cytotoxicité réduite envers les cellules humaines et en maintenant leur efficacité en présence de sérum. Ces résultats mettent en évidence le potentiel des dérivés modifiés du LL-37 en tant qu’agents thérapeutiques présentant des profils cytotoxiques inférieurs.

LL-37 démontre une activité antimicrobienne non seulement contre les bactéries Gram-négatives mais également Gram-positives, renforçant l'effet du lysozyme contre Staphylococcus aureus. En plus de sa capacité à lier et à neutraliser le LPS, le LL-37 est prometteur sur le plan thérapeutique dans la gestion du sepsis. Cependant, son application clinique est actuellement limitée par la toxicité et une activité réduite dans des environnements riches en sérum. La recherche indique que les fragments LL-37 modifiés (106 et 110) préservent l'efficacité antimicrobienne et la neutralisation du LPS, tout en étant moins toxiques et moins sensibles à l'inhibition du sérum, ce qui en fait des candidats attractifs pour le développement thérapeutique.

3. LL-37 et maladies pulmonaires

Le lipopolysaccharide (LPS), présent non seulement dans les bactéries mais également dans divers organismes environnementaux, notamment les champignons, représente un stimulus pro-inflammatoire important qui joue un rôle clé dans la pathogenèse de maladies respiratoires telles que l'asthme, la maladie pulmonaire obstructive chronique (MPOC) et la pneumopathie d'hypersensibilité après inhalation. En réponse au LPS, les cellules épithéliales des voies respiratoires produisent des peptides antimicrobiens, dont le LL-37, qui, en plus de son activité bactéricide, présente plusieurs propriétés immunomodulatrices telles que la stimulation de l'angiogenèse, la prolifération des cellules épithéliales, la fermeture des plaies et la libération de cytokines. Le LL-37 neutralise également le LPS, réduisant ainsi son potentiel pathogène. Compte tenu de ces propriétés, l’administration par inhalation de LL-37 est à l’étude comme approche thérapeutique potentielle pour le syndrome toxique des poussières organiques et d’autres maladies pulmonaires inflammatoires.

Seule cathélicidine exprimée chez l'homme, la LL-37 joue un rôle crucial non seulement dans la défense antimicrobienne mais également dans la réparation et la régénération de l'épithélium respiratoire. Des études ont démontré que ce peptide favorise la prolifération et la migration des cellules épithéliales, contribuant ainsi de manière significative à la fermeture des plaies et à la restauration de l'intégrité des tissus. LL-37 facilite la guérison des lésions induites mécaniquement dans les cellules épithéliales des voies respiratoires, son effet étant dépendant du sérum et médié par des voies de signalisation impliquant le récepteur du facteur de croissance épidermique (EGFR), les récepteurs couplés à la protéine G et la cascade de kinase MAP/ERK. De plus, le LL-37 améliore l’angiogenèse, améliorant ainsi l’apport de nutriments aux tissus nouvellement formés. Ces propriétés suggèrent que le LL-37 fonctionne comme un régulateur homéostatique dans les voies respiratoires, où il module non seulement les réponses immunitaires, mais soutient également l'intégrité structurelle et fonctionnelle de l'épithélium pulmonaire.

4. LL-37 dans l'arthrite

Les recherches portant sur le rôle de la cathélicidine LL-37 dans la pathogenèse de la polyarthrite rhumatoïde (PR) indiquent sa régulation positive marquée dans les membranes synoviales des articulations touchées. Une expression élevée a été particulièrement observée dans les granulocytes neutrophiles, les macrophages et les ostéoclastes, suggérant une forte association entre la présence du peptide et les processus inflammatoires en cours. Des résultats similaires ont été confirmés dans des expériences utilisant l'arthrite induite par le pristane chez le rat, où des niveaux accrus de rCRAMP (l'équivalent du LL-37 chez les rongeurs) étaient corrélés à une accumulation de granulocytes, une apoptose accrue, des niveaux élevés d'IFN-α et une production d'autoanticorps. Malgré ces observations, il n’existe aucune preuve définitive que les cathélicidines soient une cause directe de la maladie. Leur présence accrue pourrait plutôt refléter une conséquence de la réponse inflammatoire, représentant potentiellement une tentative de l’organisme de moduler l’inflammation.

D'autres études suggèrent que l'absence de LL-37 ou de son analogue murin CRAMP n'influence pas la progression de la polyarthrite rhumatoïde (PR) ou du lupus érythémateux disséminé (LED) dans les modèles animaux. Chez les souris déficientes en CRAMP, aucune différence significative n'a été observée dans les taux sériques de cytokines, les auto-anticorps ou l'expression de gènes stimulés par l'interféron par rapport aux animaux témoins. De même, aucune différence n’a été constatée dans la gravité de l’inflammation, des lésions cartilagineuses ou de l’érosion osseuse. Ces résultats confortent l’hypothèse selon laquelle la réactivité au LL-37 dans les maladies auto-immunes est un épiphénomène, résultant de la surproduction massive du peptide dans les tissus affectés, le peptide lui-même ne jouant aucun rôle causal dans le développement de la maladie. De plus, il est probable que d’autres peptides antimicrobiens cationiques puissent compenser fonctionnellement son absence.

Des études expérimentales sur des modèles murins de polyarthrite rhumatoïde (PR) ont démontré que les peptides dérivés de la cathélicidine humaine LL-37, en particulier le peptide IG-19, présentent un potentiel thérapeutique important. L'administration d'IG-19 aux articulations affectées a entraîné une atténuation des symptômes cliniques de l'arthrite, une réduction des anticorps spécifiques du collagène de type II, ainsi qu'une diminution de l'infiltration des cellules inflammatoires et une protection du tissu cartilagineux. Ces effets suggèrent que le LL-37 et ses dérivés pourraient jouer un rôle protecteur lors de maladies inflammatoires, probablement en raison de leurs propriétés anti-inflammatoires et immunorégulatrices. Contrairement à d'autres dérivés de la cathélicidine, tels que l'IDR-1018, l'effet de l'IG-19 était spécifique et biologiquement actif, soulignant l'importance des peptides séquencés et fonctionnellement adaptés dans le développement de thérapies alternatives pour les maladies inflammatoires.

D'autres résultats suggèrent que LL-37 et IG-19 atténuent l'inflammation médiée par l'interleukine-32 (IL-32), une cytokine étroitement associée à la gravité de la polyarthrite rhumatoïde (PR). Des études in vitro sur des cellules mononucléées du sang périphérique humain (PBMC) ont démontré que ces peptides suppriment de manière significative la production de cytokines pro-inflammatoires, telles que le TNF-α et l'IL-1β, tout en améliorant simultanément la sécrétion de la cytokine anti-inflammatoire IL-1RA. Mécaniquement, il a été démontré que LL-37 et IG-19 modulent les voies de signalisation médiées par la kinase Src et activent la double phosphatase MKP-1, connue comme régulateur négatif de l'inflammation. Ces résultats constituent une base solide pour le développement de thérapies ciblées à base de peptides qui pourraient réguler efficacement l’inflammation sans compromettre la défense immunitaire naturelle, essentielle dans le traitement des maladies auto-immunes telles que la PR.

La recherche indique également que le récepteur Toll-like 3 (TLR3) joue un rôle important dans le développement et l'exacerbation de la polyarthrite rhumatoïde (PR) grâce à l'activation des fibroblastes synoviaux (FLS), en particulier lorsqu'ils sont stimulés par les cellules T. L'expression accrue de TLR3 conduit à une production élevée de cytokines pro-inflammatoires, telles que l'IL-6 et l'IFN-β, ainsi que de métalloprotéinases matricielles, favorisant ainsi l'inflammation et les lésions des tissus articulaires. L'activation de TLR3 par le poly(I:C) a aggravé de manière synergique l'arthrite chez le rat, tandis que son blocage a entraîné une réduction des manifestations inflammatoires. LL-37, un peptide de défense de l'hôte qui peut avoir des effets à la fois pro-inflammatoires et anti-inflammatoires, se lie à d'autres récepteurs de type Toll, tels que TLR4, et a démontré sa capacité à supprimer sélectivement les réponses inflammatoires dans les macrophages. Dans des études expérimentales, il a réduit la production de TNF-α et de NO dans les macrophages polarisés sans altérer leur activité phagocytaire ou antimicrobienne. Ceci suggère que le LL-37 pourrait avoir un potentiel thérapeutique dans l’arthrite, notamment en ce qui concerne sa capacité à cibler les réponses inflammatoires sans compromettre les fonctions clés des cellules immunitaires, bien que son effet spécifique dans le contexte du TLR3 reste insuffisamment exploré.

5. Recherche LL-37 dans le contexte du cancer colotéral

Les études sur les effets du LL-37 dans le contexte du cancer ont donné des résultats mitigés – alors que dans certains types de tumeurs, comme le cancer du poumon, du sein ou de la prostate, le LL-37 favorise la croissance tumorale, dans d’autres, comme le cancer colorectal, le cancer gastrique, les hémopathies malignes ou le carcinome épidermoïde buccal, il présente des effets anticancéreux. Ces réponses divergentes sont probablement dues à l’activation de différents récepteurs membranaires à la surface des cellules cancéreuses, qui médient des réponses spécifiques aux tissus. La relation entre le LL-37 et la vitamine D est particulièrement intéressante, car elle induit son expression et améliore ainsi l'activité antitumorale des macrophages associés aux tumeurs (TAM), y compris une cytotoxicité accrue dépendante des anticorps (ADCC). Ce mécanisme pourrait expliquer l’impact positif de la vitamine D sur la réduction du risque de cancer gastro-intestinal et suggère que le LL-37 pourrait jouer un rôle protecteur important dans les cancers colorectaux et gastriques.

6. LL-37 dans l'angiogenèse

Le peptide LL-37 joue un rôle important dans la promotion de la croissance des vaisseaux sanguins (angiogenèse). La recherche a montré que LL-37 stimule la synthèse de la prostaglandine E2 (PGE2) dans les cellules endothéliales via la voie cPLA2→COX-1→PGE2, conduisant à l'activation du récepteur EP3 et à l'angiogenèse ultérieure. Cette synthèse dépend de la dose et culmine environ 4 heures après l'administration du LL-37. Contrairement à d’autres mécanismes inflammatoires, ce processus implique principalement la cyclooxygénase COX-1, plutôt que la COX-2, ce que confirme sa sensibilité à l’inhibition de l’aspirine. Cette voie représente une arme à double tranchant : elle favorise la cicatrisation des plaies et la régénération des tissus, mais peut également faciliter la croissance pathologique des vaisseaux sanguins, comme dans les tumeurs. Par conséquent, l’axe LL-37/COX-1/PGE2/EP3 semble être une cible potentielle pour des interventions thérapeutiques dans les maladies associées à une angiogenèse excessive ou insuffisante.

Références

Résultats de tests tiers