Sclérose latérale amyothrophique : les promesses des biomarqueurs

W. CAMU,

Clinique du motoneurone ; Service d’Explorations Neurologiques, Hôpital Gui de Chauliac, Montpellier

 

La mise en évidence de biomarqueurs dans la sclérose latérale amyotrophique (SLA) est une voie de recherche prometteuse largement explorée par de nombreuses équipes dans le monde. La littérature médicale étant particulièrement abondante dans ce domaine, nous avons demandé à William Camu de Montpellier de nous guider sur les principales pistes ouvertes par les travaux les plus récents. 

La sclérose latérale amyotrophique (SLA) est une des plus graves des maladies neurologiques, avec un pronostic fatal médian de 3 ans après les premiers signes. Sa cause n’est connue que dans le cas des mutations du gène de la superoxyde dismutase (SOD1) décrites en 1993. Le rôle des mutations du gène TARDBP mises en évidence depuis peu reste à confirmer formellement. Le diagnostic de la maladie est souvent assez simple, mais les cas particuliers posant problème fourmillent et leur existence, ainsi que des présentations trompeuses (entorses, essoufflement…) demeurent un frein à un diagnostic très précoce. L’évolution de la maladie demeure largement imprévisible et si l’âge de début semble, dans les modèles statistiques utilisés, le meilleur marqueur de l’évolution ultérieure, les cas sortant de ce modèle sont assez nombreux. Étiologie, diagnostic précis et précoce, prédiction de l’évolution, définition d’une thérapeutique adaptée sont tout autant des domaines de connaissance de la maladie qui ont justifié le développement des biomarqueurs dans la SLA.

La tâche est ardue et il semble que la difficulté vienne de ce que l’on demande parfois tout et un peu trop à un biomarqueur, ou qu’on l’étudie sans bien avoir précisé au préalable le champ dans lequel on souhaite en valider l’utilité. Or, l’hypothèse de départ reste un prérequis fondamental. Le biomarqueur, nous dit-on, est un indicateur important d’un processus biologique anormal ou normal. Il doit être précis et fiable, il doit permettre de faire la distinction entre un état normal et un état pathologique, mais aussi de faire la distinction entre différentes maladies. Il faudra prêter attention à toutes ces exigences, car elles ne sont pas toutes requises pour chacun des domaines précités. Ainsi, si ApoE4 s’avère être un marqueur associé à Alzheimer, il a également été retrouvé, bien que dans une moindre mesure, dans d’autres pathologies telles que la SLA. Dans cette affection, il ne fait certes pas consensus, mais cela ne lui enlève pas son intérêt, même s’il n’est pas totalement spécifique, car son apport ne relève pas du domaine du diagnostic. 

Toutefois, un grand nombre de ceux qui ont identifié un marqueur lié à la pathogénie d’une maladie ont eu envie d’en faire un élément de diagnostic puis de passer ensuite à la thérapeutique. Ce processus enrichit rarement le raisonnement. Les biomarqueurs, multiples, sont ainsi étudiés dans des domaines multiples avec des interprétations variées, qui font que la littérature en ce domaine est foisonnante et qu’il n’est pas aisé d’en trier le bon grain. Une des raisons de ces difficultés, en dehors de la méthodologie, vient du fait qu’il est réellement difficile de savoir si une anomalie retrouvée est une cause ou une conséquence du processus que l’on cherche à mieux cerner. Aussi le texte qui suit a pris le parti de traiter des biomarqueurs qui soit ont un sens, soit semblent avoir de l’avenir, avec tout le caractère relatif que cela présuppose.

VEGF ou le temps qui passe amène son lot de surprises

En 2001, l’équipe de P. Carmeliet, cherchant un modèle d’HTA, crée une souris transgénique dans laquelle le promoteur du gène VEGF (vascular endothelial growth factor) a été délété1. Découverte par hasard, la maladie du motoneurone qui s’ensuit a nombre de caractéristiques anatomopathologiques et cliniques communes avec la SLA humaine. Le VEGF stimule naturellement l’angiogenèse et la publication de 2001 va lancer de multiples études, dont celle de l’équipe de F. Gage qui montrera l’importance de VEGF dans les niches neuronales pour maintenir l’homéostasie des cellules souches. L’équipe de P. Carmeliet va montrer que le VEGF a un rôle trophique sur le motoneurone en culture et que le traitement des animaux par le VEGF recombinant ralentit l’évolution de la souris SOD1. Peu après, le même groupe va présenter un travail dans lequel un haplotype du gène VEGF est associé à la maladie mais avec un odds ratio modeste. Cette étude ne sera pas confirmée par les autres travaux sur des populations différentes. La génétique ne vient donc pas au secours du VEGF. Néanmoins, la protéine est d’importance et Devos avec les autres scientifiques lillois va persévérer pour montrer, d’une part, que les taux intrathécaux de VEGF sont bas dans la SLA et, surtout, qu’ils baissent au lieu de s’élever en cas d’hypoxie2. Le mécanisme cellulaire va être étudié sur les monocytes et la cascade métabolique passe par HIF1 alpha, la protéine qui se fixe sur le promoteur que P. Carmeliet avait délété plus tôt.

Le traitement des animaux par le VEGF recombinant ralentit l’évolution de la souris SOD1.

 Le VEGF est-il un biomarqueur de la SLA ?

Oui, mais son dosage reste difficile dans le LCR. Si son rôle permettait simplement de trouver une thérapeutique ce serait une autre issue, que nos collègues lillois s’empressent d’emprunter en décrivant à l’American Academy of Neurology (AAN) que la déféroxamine permet de réguler positivement les anomalies constatées dans la SLA. Attendons l’essai thérapeutique avec cette molécule, dont toutefois la neurotoxicité n’est pas inconnue de ceux qui se souviennent de l’usage en implant de la déféroxamine dans les années 80.

 Le VEGF est-il un marqueur de la SLA ?

Voire, car il n’y a pas qu’un seul VEGF, ce que les auteurs ont souvent passé sous silence. Il existe au moins 5 VEGF circulants, qui se fixent pour certains sur le récepteur. Les VEGF ne se fixant pas sur le récepteur ont à ce jour un rôle imprécis. D’où l’idée de cribler mieux cette famille. Un travail récent, à partir de données de protéomique, s’est intéressé à Vgf(398-411), dérivé du précurseur de VEGF. Ce peptide permet de distinguer SLA et témoins. En ELISA, il est montré que le taux de Vgf(398-411) décroît avec la faiblesse musculaire chez l’homme et il en va de même chez la souris SOD13. Restaurer des taux normaux permet d’atténuer la mort des motoneurones en culture. Déféroxamine, VEGF, une hypothèse qui permet d’avoir deux candidats thérapeutiques. Le VEGF ne semble pas pouvoir aider au diagnostic, mais il est un marqueur éventuel d’évolution, un peu comme Nogo.

Nogo-A, une occasion manquée ?

Nogo-A est une isoforme de Nogo, famille d’inhibiteurs de croissance neuritique. Le premier, le groupe de J.-P. Loeffler (Strasbourg) a souligné l’intérêt de l’étude de l’expression de Nogo-A dans les processus de dénervation et, tout particulièrement, dans la SLA4. L’augmentation de l’expression de Nogo-A est remarquée dans le muscle des patients SLA, mais aussi dans les modèles animaux5. Dans un travail élégant, la même équipe va montrer que l’absence d’expression de Nogo-A améliore le devenir de la souris en différant la mort de l’animal… qui meurt quand même. La situation de Nogo-A devient moins claire quand le même groupe montre que l’augmentation d’expression de Nogo-A est parallèle à l’évolution de la SLA. D’un biomarqueur causal, il passe à conséquence et perd peut-être une grande partie de son intérêt jusqu’à ce qu’un travail, de la même équipe, en collaboration depuis le début avec le centre de Paris, suggère que la surexpression de Nogo-A permet de faire la distinction entre les différentes maladies du motoneurone dans la prise en charge initiale. Bien que ne présentant pas tous les signes de SLA au début, les sujets biopsiés qui ont une surexpression de Nogo-A évoluent vers une SLA et ceux qui n’ont pas cette surexpression demeurent dans un groupe d’affections bénignes6.

Les sujets biopsiés, qui ont une surexpression de Nogo-A, évoluent vers une SLA.

L’outil pour le clinicien semble alléchant. Las, Américains et Scandinaves y trouvent à redire. V. Askanas met en évidence une expression de Nogo-A dans les pathologies du muscle et les Scandinaves soulignent le rôle semble-t-il pas si spécifique de l’expression de Nogo-A dans la dénervation7. La question reste soulevée et tout n’a pas encore été dit. S’il semble clair, malgré quelques sirènes, que la SLA n’est pas une maladie du muscle, Nogo-A mérite probablement une attention qui ne doit pas être réduite à des querelles transatlantiques. Dans un travail récent, il est montré en effet que l’antagonisme du récepteur de Nogo permet de bloquer une voie de mort motoneuronale, voie dépendante du p75NTR et voie ancienne et exploitée pour purifier les motoneurones8. Il semble largement s’agir d’une voie secondaire de la mort des motoneurones, mais toutes les pistes méritent d’être exploitées.

Paraoxonase, détoxifiez-moi…

Les paraoxonases sont des enzymes détoxifiantes agissant pour l’élimination des organotoxines exogènes. Dans la SLA, l’hypothèse environnementale, déjà assez ancienne, a été remise au goût du jour par deux travaux parallèles américains et polonais qui ont montré une association entre des polymorphismes de ce cluster de gènes et la SLA9,10. Dans les populations canadiennes et françaises, nous avons pu faire des constatations similaires (sous presse) et d’autres ont confirmé cette association dans d’autres groupes. Toutefois, les types de polymorphismes semblent différents en fonction des populations concernées. De façon intéressante, le taux enzymatique est influencé par les polymorphismes suggérant une réduction de capacité détoxifiante dans la SLA. Là encore, autre son de cloche par le groupe de Boston, qui ne retrouve pas de modification des taux, mais seulement dans une population assez réduite11. Le lien génétique n’est à ce jour pas remis en question et il y a fort à parier que nous reparlerons des paraoxonases.

TDP-43, le petit nouveau

Attention à la céphalée, car TDP-43 est maintenant TARDBP : transactive response (TAR)-DNAbinding protein 43. En 2006, M. Neumann et coll. identifient TARDBP comme étant un des composants des inclusions ubiquitine +/tau - dans les démences fronto-temporales et la SLA. La protéine sera retrouvée ensuite dans le cerveau des malades de l’île de Guam (Pacifique) puis dans le cerveau de SLA sporadiques, mais pas dans celui des sujets ayant une mutation SOD112. Cette protéine qui se lie aux neurofilaments a tout le profil d’une protéine responsable de la SLA, tant et si bien que des études sur les familles sont effectuées qui vont confirmer son rôle dans les SLA autosomiques dominantes13. Ainsi, son rôle va-til être de moins en moins lié aux formes avec démence et de plus en plus à la SLA dite classique. Les travaux se multiplient montrant des mutations responsables de formes familiales de SLA. C’est ainsi, de plus en plus indiscutablement, une nouvelle cause de forme familiale de SLA. Sa fréquence, clairement inférieure à celle des mutations SOD1, fait que les mutations TARDBP vont représenter environ 10 % des cas héréditaires contre 25 % actuellement pour SOD1. Par quel mécanisme les mutations sont-elles pathogènes ? Ceci n’est pas encore clair. Toutefois, un travail présenté à l’AAN suggère une interaction importante en TARDBP, SOD1 et 14-3-3 au niveau cellulaire. De façon intéressante, une expression accrue de TDP-43 est également retrouvée dans les myocytes des patients porteurs de myosite à inclusion.

Cette protéine qui se lie aux neurofilaments a tout le profil d’une protéine responsable de la SLA.

Le rôle de cette protéine dans la dégénérescence neuromusculaire apparaît donc de plus en plus clairement, mais sans pour le moment être de ressource thérapeutique. C’est en tout cas un outil diagnostique supplémentaire face à une forme familiale de SLA. Les cas publiés sont de plus en plus nombreux, mais pas encore suffisamment pour qu’un profil clinique particulier se détache qui permette de suspecter sur la présentation clinique l’existence d’une mutation, contrairement à certaines mutations SOD1. Certains auteurs insistent sur des cas surtout localisés aux membres supérieurs, avec une atteinte bulbaire absente ou très tardive. Des familles avec et sans démence sont décrites indifféremment.

Protéomique and Co

La protéomique est un outil à la mode pour étudier les modifications du contenu du sang ou du LCR. Il en est de même pour des études génétiques d’association de type « whole genome », mais elles passeront sous silence tant leur caractère « biomarqueur » apparaît discutable. L’idée de la protéomique donc est de mettre en évidence des anomalies spécifiques de la maladie avec au moins deux écueils majeurs : distinguer une anomalie d’un bruit de fond souvent important, et déterminer ce qui reflète la pathogénie de la SLA et non pas la conséquence de la maladie. De très nombreux travaux s’accumulent sur ce thème, mais les protéines ne sont pas toujours identifiées ou, pour des raisons de brevets, des noms de codes empêchent d’en prendre précisément connaissance. On retiendra surtout que deux types de travaux sont présentés : sur le sérum ou sur le LCR. • Sur le sérum, le bruit de fond, majeur, est particulièrement gênant et les travaux parfois discordants. Pour l’heure, les études sur le sérum n’ont pas donné de résultat très probant. • Sur le LCR, en revanche, l’identification d’un groupe de 3 protéines, dont le taux est abaissé dans la SLA, permet d’obtenir une acuité de 95 %, une sensibilité de 91 % et une spécificité de 97 % en faveur du diagnostic de SLA14. Ces protéines sont identifiées pour deux d’entre elles : la cystatine C et le VEGF. Dans un autre travail, toujours sur le LCR, deux protéines sont retrouvées significativement diminuées : la cystatine C et la transthyrétine15. La cystatine C est un nouveau marqueur de l’insuffisance rénale. Son élévation dans le sang a été récemment associée à un risque accru de développement de troubles cognitifs et à des troubles cognitifs plus évolutifs chez ceux qui ont des taux élevés. Dans la SLA, sa diminution serait en théorie plutôt protectrice. Toutefois, cette protéine apparaît comme étant le composant essentiel des corps de Bunina, inclusions intracytoplasmiques considérées comme pathognomoniques de la SLA16. On peut donc penser logiquement que la protéine, accumulée dans ces inclusions, ne peut donc pas avoir des taux élevés dans le LCR. Cela fait irrésistiblement penser à TDP-43 finalement identifiée d’abord dans les inclusions avant que son rôle ne soit prouvé dans les formes familiales. Ainsi, la cystatine C apparaît-elle comme un biomarqueur d’avenir pour la SLA. Seule ombre au tableau, son possible manque de spécificité, puisque s’accumulent actuellement des travaux retrouvant des modifications de cette protéine dans le syndrome Guillain-Barré, la sclérose en plaques, l’ischémie, etc. La principale limite est la nécessité d’une ponction lombaire, mais le dosage par ELISA va certainement se développer pour permettre une validation sur de grands groupes des modifications des taux de cystatine C.

La cystatine C apparaît être un biomarqueur d’avenir pour la SLA.

IRM, l’inaccessible étoile

L’imagerie ne doit pas être en reste dans le domaine des biomarqueurs, puisque la spectroscopie permet des études sophistiquées et non invasives des contenus cérébraux. Ses principaux écueils sont l’accessibilité de la méthode, son temps de réalisation et l’expertise de l’interprétation. Passés ces légers détails, les travaux dans le domaine de la spectro- IRM sont globalement concordants, ce qui n’est pas toujours l’apanage des travaux sur le sang ou le LCR. Le cortex moteur est la cible quasi obligée des études et un consensus existe sur une réduction des taux de Nacétyl- aspartate (NAA) dans le cortex moteur, mais aussi dans d’autres régions. Le NAA est un reflet de la neurodégénérescence et ses taux décroissent avec le nombre de neurones. Très tôt, il a été démontré que le ratio NAA/créatine était partiellement restauré dans le cortex moteur une fois les patients traités par riluzole. Dans un travail de référence, les patients ont été suivis longitudinalement. La réduction du NAA dans et hors du cortex moteur est confirmée, mais, en revanche, le déclin avec le temps n’a pas pu être validé17.

Le ratio NAA/créatine est partiellement restauré dans le cortex moteur une fois les patients traités par riluzole.

 C’est une déception car certains espéraient s’en servir comme d’un marqueur plus fiable ou plus objectif dans le cadre d’essais thérapeutiques. D’autres imaginent maintenant un score composite composé du ratio NAA/créatine et des données EMG, en particulier de la numération d’unités motrices et des potentiels évoqués moteurs18. Ces marqueurs sont typiquement perturbés dans la SLA, mais le caractère « arche de Noé » de ce travail ne lui permettra probablement pas de ressortir aisément.

L’homocystéine et la peroxydation lipidique

Nous citerons enfin deux travaux, très récents, qui méritent que l’on s’y arrête un instant. Le premier concerne l’homocystéine (HC) dans la SLA. Des données déjà relativement anciennes montrent que l’HC accroît la toxicité des mécanismes oxydatifs sur les motoneurones. Plus récemment, il a été montré que l’acide folique protégeait les neurones moteurs contre ce phénomène. D’où l’idée maintenant de regarder du côté du sang entre SLA et témoins19. Chez 62 patients atteints de SLA et 88 témoins, les taux d’HC sont significativement différents : 11,2 contre 9,7 micromol/ l. En parallèle, les taux de folates sont réduits dans la SLA : 4,4 contre 5,8 nmol/l. De façon intéressante et logique, il existe dans la SLA une corrélation entre rapidité de la maladie et taux d’HC : plus le taux est élevé, plus la SLA serait sévère. Ce travail mérite confirmation et ne doutons pas qu’une autre équipe soit déjà en train de la finaliser. Si cela était vérifié, peut être une indication de thérapie par vitamine B9 prendrait-elle un sens, au moins faudrait-il la valider car aucune piste thérapeutique ne doit être négligée. En revanche, cause ou conséquence ? Il faudra aussi répondre à cette question. Le second travail que nous voulions citer est un peu un « phénix », car tel cet animal, il renaît de ses cendres. Il peut toutefois se rattacher au précédent, d’une certaine manière. G.N. Babu et coll.20 se sont intéressés aux marqueurs de l’oxydation dans les érythrocytes des malades. Dans une cohorte de 20 patients atteints de SLA et le même nombre de témoins, ces auteurs montrent une augmentation significative de la peroxydation lipidique dans les érythrocytes des SLA et, dans le même temps, une réduction des enzymes chargées d’en limiter les conséquences : catalase et autre G6PD. Ces altérations progressent en même temps que la maladie pour s’aggraver progressivement entre 6 et 24 mois. Pourquoi avoir fait référence au phénix ? Et bien tout simplement parce que les travaux sur les érythrocytes dans la SLA, et les anciens ou les plus studieux s’en souviendront, remontent au début des années 80. Il était observé, à l’époque, sans réellement en expliquer la raison, que le sang des SLA s’hémolysait plus facilement. Puis il a été constaté que les érythrocytes des sujets atteints de SLA étaient plus fragiles et que leur activité acétylcholinestérase était altérée, puis que des IgG étaient dirigées contre les érythrocytes dans la SLA. C’est le tandem Conradi et Ronnevi qui publiera le plus dans le domaine, mais rien n’en est hélas sorti. Il est tentant cependant d’essayer de faire un lien avec les taux d’HC dans le sang des malades. De tels taux pourraient tout à fait induire des altérations de peroxydation et expliquer ce vieux phénomène découvert il y a bientôt trente ans.

La thérapeutique en ligne de mire

Les biomarqueurs impliqués par un auteur ou un autre dans la SLA sont des centaines dans la littérature. Il n’était pas possible d’en faire une liste exhaustive et c’est plutôt une mise en lumière des points d’actualité que nous vous proposons. Nous sommes encore loin de biomarqueurs satisfaisants pour un diagnostic, et l’EMG a encore de beaux jours devant lui.

 Sur le plan de la pathogénie, de grands espoirs sont mis dans la protéomique et tous les omiques qui arrivent et ils sont nombreux. Nous verrons ce qu’il adviendra de la cystatine C, par exemple.

 Sur le plan thérapeutique, nous ne connaissons même pas ce qui permet de distinguer, s’ils existent, les bons des mauvais répondeurs au riluzole. L’élément qui semble en revanche important est que, de façon plus concrète ces dernières années qu’auparavant, les recherches sur les biomarqueurs mettent dans leur ligne de mire la thérapeutique de la maladie. Ce point semble le plus encourageant pour la décennie à venir.

Références

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Copyright © Len medical, Neurologie pratique, novembre 2008

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