Sur le plan morphologique, le neutrophile mature mesure entre 10 et 15 micromètres de diamètre et se caractérise par un noyau polylobé, typiquement composé de deux à cinq lobes reliés par de fins filaments de chromatine. Cette segmentation nucléaire est un indicateur de la maturité cellulaire : un noyau non segmenté en bâtonnet traduit une forme plus jeune, le neutrophile à bandes, dont la présence accrue dans le sang périphérique signe un virage à gauche de la formule d'Arneth, évocateur d'une stimulation intense de la myélopoïèse lors d'une infection aiguë. Le cytoplasme est occupé par une multitude de granules classées en plusieurs catégories selon leur contenu et leur ordre d'apparition au cours de la différenciation. 

• Les granules azurophiles, ou primaires, se forment au stade promyélocyte et renferment des hydrolases acides, la myéloperoxydase, l'élastase, la protéinase 3, les défensines et la cathélicidine. 

• Les granules spécifiques, ou secondaires, apparaissent au stade myélocyte et contiennent notamment la lactoferrine, le lysozyme, la collagénase de type IV, la lipocaline associée à la gélatinase neutrophilique (NGAL) et divers composants de la NADPH oxydase comme le cytochrome b558. 

• Les granules à gélatinase, ou tertiaires, sont plus petits et contiennent de la gélatinase B, de la fibronectine et des récepteurs membranaires stockés prêts à être mobilisés. 

• Les vésicules sécrétoires, très petites, sont particulièrement riches en récepteurs d'adhésion et en protéines plasmatiques, et fusionnent rapidement avec la membrane plasmique lors de l'activation initiale du neutrophile, facilitant son adhérence à l'endothélium vasculaire.

La migration du neutrophile du sang vers le site infectieux constitue un processus en plusieurs étapes finement orchestré par les molécules d'adhésion et les chimiokines. L'inflammation locale induit l'expression de sélectines E et P sur l'endothélium activé, reconnues par les ligands glucidiques du neutrophile comme le PSGL-1, ce qui provoque un roulement des cellules le long de la paroi vasculaire. Simultanément, des chimiokines telles que l'interleukine-8 (CXCL8) immobilisées sur les glycosaminoglycanes endothéliaux activent les récepteurs couplés aux protéines G du neutrophile, déclenchant un changement conformationnel des intégrines leucocytaires, en particulier LFA-1 et Mac-1. Ces intégrines se lient alors fermement aux molécules ICAM-1 et ICAM-2 endothéliales, réalisant l'adhérence stable. Le neutrophile s'aplatit, étend un pseudopode et franchit la barrière endothéliale par diapédèse, selon un mode paracellulaire au niveau des jonctions intercellulaires ou, plus rarement, transcellulaire. Une fois dans le tissu interstitiel, il se déplace le long du gradient de concentration de médiateurs chimiotactiques extrêmement variés : peptides formylés bactériens, fragments du complément comme le C5a, leucotriènes B4, chimiokines de la sous-famille CXC, défensines libérées par d'autres neutrophiles, ou encore la chémérine. Cette navigation précise permet au neutrophile de converger rapidement vers les foyers infectieux où il va déployer son arsenal microbicide.

Une fois arrivé au contact du pathogène, le neutrophile procède en premier lieu à sa reconnaissance grâce à une vaste panoplie de récepteurs membranaires. Les récepteurs de reconnaissance de motifs moléculaires, ou PRR, comme les récepteur de type Toll (Toll-like receptors), décèlent les signatures moléculaires associées aux pathogènes : lipopolysaccharide bactérien, peptidoglycane, flagelline, ARN double brin. Les récepteurs à fragment Fc, principalement le FcγRIIA et le FcγRIIIB, reconnaissent les micro-organismes opsonisés par les immunoglobulines G, tandis que les récepteurs du complément CR1 et surtout CR3 (Mac-1 ou CD11b/CD18) fixent les fragments C3b et iC3b déposés sur la surface cible. La reconnaissance induit une activation rapide du neutrophile, qui se traduit par une augmentation du calcium intracellulaire, une réorganisation du cytosquelette d'actine et l'émission de pseudopodes qui englobent progressivement le pathogène pour former un phagosome. La membrane du phagosome s'invagine et se referme, isolant le microbe dans un compartiment intracellulaire où la destruction va s'opérer. Parallèlement, le neutrophile peut projeter sa membrane pour réaliser une phagocytose dite frustrée lorsque la cible est trop volumineuse, ce qui entraîne la libération directe des composés toxiques dans un espace extracellulaire clos entre la cellule et le pathogène.

La destruction du micro-organisme repose sur une combinaison de mécanismes oxydatifs et non oxydatifs. Immédiatement après la formation du phagosome, les granules cytoplasmiques fusionnent avec celui-ci, y déversant leurs protéines antimicrobiennes et leurs enzymes hydrolytiques : défensines, qui forment des pores dans les membranes bactériennes, lysozyme qui hydrolyse le peptidoglycane, lactoferrine qui séquestre le fer indispensable à la croissance microbienne, élastase et protéinase 3 qui dégradent les facteurs de virulence. Simultanément, un phénomène métabolique explosif connu sous le nom de flambée respiratoire est déclenché par l'assemblage du complexe multiprotéique de la NADPH oxydase sur la membrane du phagosome. Ce complexe, constitué des sous-unités membranaires gp91phox et p22phox (formant le cytochrome b558) et de facteurs cytosoliques (p47phox, p67phox, p40phox, Rac), catalyse le transfert d'un électron du NADPH cytosolique vers l'oxygène moléculaire intraphagosomal, générant l'anion superoxyde. Le superoxyde est ensuite dismuté en peroxyde d'hydrogène, qui constitue le substrat principal de la myéloperoxydase libérée par les granules azurophiles. La myéloperoxydase utilise le peroxyde d'hydrogène et les ions halogénures, chlorure en particulier, pour produire l'acide hypochloreux, l'équivalent de l'eau de Javel, un oxydant extrêmement puissant capable de halogéner les protéines, d'oxyder les lipides et d'endommager les acides nucléiques microbiens. D'autres dérivés réactifs de l'oxygène sont également générés, comme le radical hydroxyle et l'oxygène singulet, contribuant à la destruction rapide et irréversible des pathogènes encapsulés dans le phagosome.

Cependant, l'action antimicrobienne du neutrophile ne se limite pas à la digestion intracellulaire. Dans certaines circonstances, lorsque la stimulation est intense, le neutrophile peut libérer son contenu granulaire dans le milieu extracellulaire par un processus de dégranulation contrôlée ou, de façon plus spectaculaire, entrer en nécrose programmée et expulser un filet constitué d'ADN nucléaire décondensé et de protéines granulaires. Ce mécanisme, appelé NETose (NET = neutrophil extracellular traps), donne naissance à des pièges extracellulaires filamenteux qui emprisonnent physiquement les bactéries, les champignons et même certains virus, les empêchant de disséminer, tout en les exposant à de fortes concentrations locales de peptides antimicrobiens, d'élastase et d'histones. La NETose peut être déclenchée par divers stimuli, comme le contact avec des bactéries, les composants du complément, les anticorps, les cytokines pro-inflammatoires ou encore les cristaux d'urate et de cholestérol. Elle implique une activation de la NADPH oxydase et une translocation de l'élastase et de la myéloperoxydase dans le noyau, où elles participent à la décondensation de la chromatine avant la rupture de la membrane nucléaire et plasmique. Ce sacrifice cellulaire offre une ultime contribution à la défense de l'organisme mais peut également, lorsqu'il est dérégulé, causer des lésions tissulaires sévères et favoriser l'auto-immunité en exposant des auto-antigènes modifiés.

Une fois sa mission accomplie, le neutrophile entre en apoptose, une mort programmée qui lui permet d'être éliminé silencieusement par les macrophages ou les cellules dendritiques sans déversement de son contenu toxique. Cette clairance efférocytaire est cruciale pour la résolution de l'inflammation : elle induit un changement phénotypique des macrophages, qui passent d'un profil pro-inflammatoire à un profil pro-résolutif, sécrétant des médiateurs lipidiques spécialisés comme les résolvines, les protectines et les lipoxines. Ce retour à l'homéostasie, activement régulé, s'oppose à la chronicisation de l'inflammation. En parallèle, le neutrophile participe lui-même à cette régulation en produisant certains médiateurs anti-inflammatoires et en exprimant des récepteurs qui freinent sa propre activation.

Si l'action des neutrophiles est indispensable à la survie, leur activation inappropriée ou excessive est à l'origine de nombreuses pathologies. Dans l'inflammation aiguë non infectieuse, comme le syndrome d'ischémie-reperfusion, les neutrophiles attirés par les signaux de danger libèrent leurs enzymes et radicaux libres dans les tissus, aggravant les lésions endothéliales et parenchymateuses. Dans les maladies auto-immunes telles que les vascularites à ANCA, les auto-anticorps dirigés contre la protéinase 3 ou la myéloperoxydase activent de façon aberrante les neutrophile s, provoquant une dégranulation intravasculaire et une nécrose fibrinoïde de la paroi des vaisseaux. Les neutrophiles jouent également un rôle clé dans la physiopathologie de la goutte, où les cristaux d'urate monosodique sont phagocytés et induisent une NETose massive, contribuant à l'inflammation articulaire aiguë, et dans la mucoviscidose, où l'accumulation de neutrophiles dans les voies respiratoires et leur mort par NETose libèrent de grandes quantités d'ADN qui augmente la viscosité du mucus bronchique. Sur le plan clinique, les déficits quantitatifs ou qualitatifs en neutrophiles ont des conséquences sévères.

Les neutropénies sévères, congénitales ou acquises, exposent à des infections bactériennes et fongiques invasives potentiellement mortelles, souvent à germes digestifs et à champignons filamenteux, qui imposent une antibiothérapie prophylactique et l'utilisation du G-CSF. Les pathologies héréditaires de la fonction neutrophile, bien que rares, démontrent par la négative l'importance de chaque mécanisme effecteur : la granulomatose septique chronique, due à un déficit de la NADPH oxydase, supprime la flambée respiratoire et rend les patients vulnérables aux infections par les germes catalase-positifs comme le staphylocoque doré et les entérobactéries, en plus de provoquer une inflammation granulomateuse chronique par défaut d'élimination des pathogènes. Le déficit d'adhérence leucocytaire de type I, par mutation des intégrines β2, empêche la migration tissulaire et se manifeste par une hyperleucocytose sanguine contrastant avec une absence de pus dans les foyers infectieux. 

Le déficit en myéloperoxydase, souvent asymptomatique, peut compliquer la défense contre certains champignons, notamment Candida. Enfin, la mobilisation des neutrophiles est exploitée en clinique quotidienne dans l'interprétation de la formule sanguine : une augmentation du nombre absolu de neutrophiles ou neutrophilie survient au cours des infections bactériennes aiguës, des syndromes inflammatoires, des nécroses tissulaires, des traitements par corticoïdes ou par G-CSF, et constitue un indicateur diagnostique et pronostique majeur. Les neutrophiles apparaissent donc comme des cellules à l'activité ambivalente, indispensables à la défense de l'hôte, mais dont le pouvoir destructeur exige un contrôle spatial et temporel rigoureux pour éviter les dommages collatéraux aux tissus sains. Leur biologie intégrée, qui va de la granulopoïèse médullaire au piège extracellulaire en passant par la migration et l'explosion oxydative, illustre de manière remarquable la complexité des effecteurs terminaux de l'immunité innée et leur interface avec l'inflammation et la réparation tissulaire.