Communication scientifique
Session of 28 octobre 2008

Les progrès thérapeutiques dans la drépanocytose

MOTS-CLÉS : adhérences. drépanocytose. endothelium vasculaire. inflammation
Advances in sickle cell disease
KEY-WORDS : adhesions. endothelium, vascular.. inflammation

Mariane de Montalembert *

Résumé

La mise au point de souris transgéniques a permis d’identifier de nouveaux processus concourrant à la physiopathologie de la drépanocytose, parmi lesquels un état proinflammatoire permanent et une dysrégulation du tonus vasculaire. La thérapeutique n’est plus aujourd’hui simplement symptomatique : les nouveaux agents ciblent la modification de l’hydratation érythrocytaire et la cinétique de la polymérisation de la désoxyhémoglobine S. L’hydroxyurée, réactivateur de la synthèse de l’hémoglobine fœtale, est maintenant très largement utilisée. Des molécules anti-adhésion et des agents modifiant le tonus vasculaire sont essayés chez la souris. Enfin, la greffe de moelle allogénique est maintenant couramment réalisée chez les patients ayant un donneur intra-familial HLA-identique. Pour les autres, la thérapie génique apparaît une voie prometteuse.

Summary

Generation of transgenic mice have identified new pathophysiological mechanisms in sickle disease, including a permanent proinflammatory state and dysregulation of vascular tone. Treatment is no longer solely symptomatic. New agents target red cell hydration and the kinetics of deoxyhemoglobin S polymerization. Hydroxyurea, which reactivates fetal hemoglobin synthesis, is now widely used. Anti-adhesion molecules and agents modulating vascular tone are being tried in sickle mice. Bone marrow transplantation is widely used to cure patients with HLA-identical siblings, and gene therapy looks promising for those without a donor.

La sévérité de la drépanocytose chez les enfants a grosso modo une distribution gaussienne : une petite minorité de patients est presque asymptomatique, une grande majorité est hospitalisée en moyenne une semaine par an, un peu plus de 10 % a une forme sévère marquée par des douleurs fréquentes, ou une atteinte respiratoire, ou une atteinte cérébrale. On n’a identifié qu’assez récemment certains des facteurs pouvant contribuer à expliquer cette extrême variabilité phénotypique.

Pour qu’un capillaire soit obstrué par un globule rouge falciformé, il faut que la polymérisation de la désoxyhémoglobine S ait lieu dans le capillaire, ce qui suppose que le temps de latence habituellement nécessaire à la falciformation soit raccourci, ou que le temps de transit dans le capillaire soit allongé. Nous passerons en revue les facteurs susceptibles de moduler les temps de latence et de transit, et présenterons certains facteurs de variation de ces paramètres pouvant avoir un effet clinique.

La polymérisation de la désoxyhémoglobine S a une cinétique variable

La drépanocytose est la conséquence d’une mutation du gène β-globine. L’hémoglobine mutée S (HbS) a la propriété de polymériser en situation désoxygénée, ce phénomène se produisant au bout d’un temps appelé « temps de latence ». Cet évènement peut être accéléré (par l’acidose, la fièvre, la baisse de la tension en oxygène, la déshydratation cellulaire, l’augmentation de la concentration en hémoglobine et en HbS), ou ralenti (par l’interposition d’une molécule d’hémoglobine normale A ou d’hémoglobine fœtale (HbF) par exemple). Les facteurs contrôlant le niveau de production résiduelle d’HbF et la possible co-existence d’une thalassémie alpha modifient le temps de latence et ont un rôle pronostic [1, 2]. Puisque la déshydratation intra-érythocytaire favorise la polymérisation, un élément régulateur de la falciformation est la perte d’eau au niveau des canaux ioniques transmembranaires. Deux canaux ont été identifiés à l’origine de cette déshydratation. Le co-transport K-Cl, dont le niveau d’activité est régulé par le taux de magnésium, et le canal Gardos, activé par le Ca++, dont l’activité est inhibée notamment par le clotrimazole. Un nouvel inhibiteur du canal Gardos, l’ICA-17043, a été étudié récemment [3] ; on objective chez les patients traités une réhydratation des globules rouges et une diminution de l’hémolyse, mais pas de réduction des évènements douloureux.

Une approche très actuelle est l’étude des polymophismes nucléotidiques (SNP pour single nucleotide polymorphism ) dans certaines complications, comme l’accident ischémique cérébral. Des associations significatives sont retrouvées de façon attendue (SNP dans des gènes contrôlant le taux d’HbF) ou moins attendue (SNP des gènes Transforming Growth Factor, HLA-DPB1…) qui interrogent alors sur la responsabilité de processus physiopathologiques qui n’étaient jusque là pas considérés comme de possibles causes [1].

Des interactions cellule-cellule et cellule-endothélium vasculaire

Le globule rouge adhère excessivement à l’endothélium vasculaire par l’intermé- diaire du couplage de molécules d’adhésion présentes les unes sur sa paroi, les autres sur les cellules de l’endothélium vasculaire ou sur la matrice protéique sousendothéliale. Les plus importants de ces couples semblent être VLA-4 (very late antigen-4 ) et VCAM-1 ( vascular cell adhesion molecule-1 ), le pontage de 2 molécules de CD36 l’une présente sur le globule rouge, l’autre sur l’endothélium par une molécule de TSP (thrombospondine), et enfin le couple B-CAM/Lu ( basal cell adhesion molecule/lutheran blood group ) sur le globule rouge et laminine dans le sous-endothélium [4].

La mise au point d’une souris transgénique a mis en lumière le rôle péjoratif de la phase de ré-oxygénation suivant l’occlusion vasculaire, générant des médiateurs inflammatoires responsables d’une activation de l’endothélium et des leucocytes.

Ces leucocytes activés pourraient soit ralentir le flux sanguin en adhérant à l’endothélium vasculaire, soit entrer dans la « mêlée » des globules rouges obstruant les petits vaisseaux [5, 6].

En fait, les implications cliniques de ces phénomènes d’adhésion ne sont pas parfaitement élucidés, et on aurait envie de prouver leur importance par un raisonnement « à l’envers », l’efficacité de l’hydroxyurée sur les crises douloureuses, alors que cette molécule au début du traitement diminue le portage de molécules d’adhé- sion sur les drépanocytes sans encore augmenter la synthèse d’HbF. Ex vivo , des peptides de synthèse inhibiteurs des molécules d’adhésion ICAM-4 rétablissent la circulation dans les vaisseaux du mésocaecum de rat [6].

Une autre voie thérapeutique envisagée pour moduler l’adhésion des globules rouges à l’endothélium vasculaire est le recours à l’héparine non fractionnée, qui pourrait avoir un effet anti-P sélectine à des doses sans effet sur la coagulation [7].

Enfin, la mise en évidence d’un état inflammatoire chronique a conduit une équipe à injecter des immunoglobulines intraveineuses (IGIV) à des souris transgéniques préalablement stimulées par injection de TNF-α. Effectivement, l’administration d’IGIV améliore le flux circulatoire des souris en diminuant l’adhésion des leucocytes à l’endothélium. Des essais contrôlés sont prévus [8].

La diminution de la bio-disponibilité du monoxyde d’azote (NO) et les anomalies du tonus vasculaire

L’intensité de l’hémolyse est variable selon les génotypes drépanocytaires. Les génotypes les plus hémolytiques sont par ordre décroissant les SS et les S/β – 0 thalassémiques, les SC et les S β thalassémiques. L’hémolyse libère de l’hémoglo+ bine libre et de l’arginase. L’hémoglobine plasmatique libre inactive le NO, et l’arginase inhibe la synthèse de NO à partir de la L-arginine [9]. Au total, la biodisponibilité du NO est diminuée, ce qui a donc un effet vaso-constricteur. Un phénotype très hémolytique s’associe à un risque élevé d’hypertension artérielle pulmonaire, d’ulcères de jambe, de priapisme, d’ischémie cérébrale. À l’inverse, les crises vaso-occlusives, les syndromes thoraciques aigus et les ostéonécroses aseptiques de tête fémorales sont rapportés chez les patients ayant les taux d’hémoglobine les plus élevés, peut-être par le biais d’une hyperviscosité sanguine. La dysfonction endothéliale est encore majorée par une production augmentée d’endothéline-1, puissant vaso-constricteur, chez les patients drépanocytaires. Cette anomalie de la vasodilatation s’installe tôt chez l’enfant drépanocytaire [10]. Il serait important de savoir si elle ne se pérennise pas précocement, aboutissant à une maladie vasculaire évoluant pour son propre compte et faiblement réactive aux thérapeutiques. Plusieurs types de traitements sont aujourd’hui à l’étude. Certains apportent du NO, soit sous forme inhalée [11], soit par voie orale sous forme de son précurseur, l’arginine [12]. Ces essais ne permettent pas aujourd’hui de conclure. Un antagoniste de l’endothéline-1 a été testé chez la souris transgénique SAD, le Bosentan. La molécule prévient ou réduit chez la souris la diminution du flux sanguin rénal induite par l’hypoxie, la congestion de la microcirculation rénale et pulmonaire, la formation des globules rouges denses (probablement via une réduction de l’activité du canal Gardos), l’infiltration des tissus par des polynucléaires neutrophiles activés, et enfin prévient le décès de souris exposées à une hypoxie aigue [13]. L’applicabilité à l’homme de ces résultas prometteurs reste bien sûr à démontrer. L’efficacité de l’inhibition de la phosphodiesterase-5 par le sildenafil est aussi testée.

Une molécule pléiotrope, l’hydroxyurée

L’observation que l’hydroxyurée (ou hydroxycarbamide) réactivait la synthèse de l’HbF et de ce fait inhibait la croissance du polymère de désoxyHbS a conduit à mener les premiers essais thérapeutiques chez les patients drépanocytaires. Dans l’étude randomisée publiée en 1995 menée chez des adultes drépanocytaires souffrant de formes sévères, l’hydroxyurée diminuait la fréquence des crises douloureuses, des syndromes thoraciques aigus, et les besoins transfusionnels [14]. La pérennité des effets cliniques et biologiques a été montrée jusqu’à dix ans de traitement chez certains patients, enfants comme adultes [15, 16]. La tolérance de la molécule à court et à moyen terme est bonne, le principal risque identifié à long terme étant celui d’une diminution de la fertilité chez les hommes [17]. Le fait de faire plus de trois crises douloureuses par an, et/ou plus de deux syndromes thoraciques aigus, sont maintenant des indications bien établies de l’hydroxyurée, qui bénéficie d’une autorisation d’utilisation chez l’adulte drépanocytaire aux États-Unis, et, tout récemment chez l’enfant et l’adulte drépanocytaire en Europe. En fait, il s’est avéré que cette molécule agissait sur plusieurs mécanismes. En particulier, l’effet le plus précoce est la diminution nette de l’adhésion des globules rouges drépanocytaires à l’endothélium vasculaire après deux semaines de traitement. L’hydroxyurée réduit l’expression de VLA-4 et du CD 36 sur les réticulocytes [18], et l’adhésion in vitro des drépanocytes à la thrombospondine et à la laminine [19]. L’hydroxyurée agit aussi très probablement via la diminution du nombre, de l’activation et de l’adhésion à l’endothélium des polynucléaires neutrophiles [20]. En outre, l’hydroxyurée induit la synthèse de NO par les cellules endothéliales [21].

 

Greffe de moelle et thérapie génique

La greffe de moelle est aujourd’hui le seul traitement curateur de la drépanocytose.

Une revue française a colligé 87 cas d’enfants et adolescents drépanocytaires greffés entre 1988 et 2004, principalement en raison d’une atteinte vasculaire cérébrale.

Tous les patients ont été greffés à partir d’un frère ou d’une sœur HLA-identique après conditionnement myélo-ablatif. Les survies globales et sans évènement ont été respectivement de 93,1 et 86,1 % [22]. Peu de patients ont un donneur de moelle, ce qui amène à souhaiter développer la thérapie génique. Plusieurs approches sont développées [23]. La première est l’addition d’un gène thérapeutique, β ou γ, dans des cellules souches hématopoiétiques aboutissant à un taux d’expression suffisant, tissu-spécifique et stable. Les lentivirus, rendus non replicatifs, ont l’avantage d’inté- grer des cellules quiescentes. Ils peuvent être enrichis de séquences insulatrices afin de tenter d’inhiber l’activation en cis de gènes avoisinants le site d’intégration. Des cellules CD34+ de cordon humain ont été transduites avec un lentivirus porteur d’un gène inhibant la polymérisation, βA-T87Q. Les cellules transduites ont ensuite été transplantées chez des souris NOD/SCID irradiées. Près de la moitié des souris exprimaient le transgène ll-24 semaines après leur transplantation [24]. Des essais ultérieurs ont inséré d’autres gènes de globine β et γ, et un essais clinique est en cours à Paris, incluant pour l’instant des patients thalassémiques. Plutôt que de tenter d’insérer un gène de globine correcteur, on peut aussi essayer de corriger l’expression du gène muté ( RNA interference ), ou utiliser des cellules souches pluripotentes induites ( iPS cells ). Toutefois, le risque de leucémie induite reste encore préoccupant.

Une meilleure compréhension de la physiopathologie de la drépanocytaire, essentiellement permise par la création de souris transgéniques, apporte des perspectives thérapeutiques nouvelles. Pour l’instant, les seules thérapeutiques ayant effectivement bouleversé le pronostic de la maladie sont la greffe de moelle allogénique, dont les indications sont restreintes en raison de ses risques et du manque de donneurs HLA-identiques, et l’hydroxyurée, dont les effets à long terme sont encore à investiguer.

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DISCUSSION

M. Jacques-Louis BINET

Les greffés pour drépanocytose homozygote avec un donneur familial deviennent-ils toujours hétérozygotes ?

Si la donneur est AA, ils deviennent AA. Si le donneur est AS, ils deviennent, en effet, hétérozygotes AS.

M. Charles LAVERDANT

En dépit du fait que l’anesthésie générale favorise la falciformation veino-occlusive, certains auteurs africains préconisent une splénectomie préventive pour éviter les redoutables crises de séquestration splénique. Que faut-il penser de ce point de vue ?

Les crises de séquestration spléniques ne concernent que 10 % environ des patients. Il est en règle générale, préférable de garder la rate, sauf chez les patients qui ont déjà fait plusieurs séquestrations spléniques et/ou qui ont développé un hypersplénisme.

M. Jean DUBOUSSET

Y a-t-il eu des essais de traitement par échanges transfusionnels dans les atteintes de la tête fémorale au début de celle-ci chez l’enfant ?

Oui, effectivement, mais ils n’ont pas fait l’objet d’études comparatives, si bien qu’on ne peut pas conclure à leur efficacité.

M. Jean-Louis CHAUSSAIN

Qu’en est-il du problème des voyages chez les hétérozygotes, en particulier du point de vue professionnel ?

Les voyages ne sont pas déconseillés chez les porteurs du trait drépanocytaire. On a déjà toutefois observé des complications (douleurs, hématurie) chez des patients hétérozygotes soumis à des « situations extrêmes » (altitude supérieure à 3 000 m, entraînement sportif de compétition), mais pas lors de voyage en avion.

 

<p>* Pédiatrie générale, Hôpital Necker-Enfants Malades, Paris, e-mail : mariane.demontal@nck. aphp.fr Tirés à part : Docteur Mariane de Montalembert, même adresse. Article reçu et accepté le 13 octobre 2008</p>

Bull. Acad. Natle Méd., 2008, 192, no 7, 1375-1381, séance du 28 octobre 2008