physiopath hemophilie

Hémophilie : physiopathologie et bases
moléculaires
J.-F. Schved
L’hémophilie est une maladie hémorragique liée à un déficit le plus souvent constitutionnel en facteur VIII
(hémophilie A) ou en facteur IX (hémophilie B). Le rôle de ces deux facteurs dans le processus général de
coagulation permet de mieux comprendre les aspects cliniques de cette maladie : les facteurs
antihémophiliques sont indispensables à la phase d’amplification de la coagulation qui permet de
générer de façon explosive des quantités suffisantes de thrombine pour créer le caillot. L’absence ou la
diminution congénitale de l’un de ces deux facteurs dont le gène est situé sur le chromosome X entraîne
une maladie hémorragique dont la principale expression est ostéoarticulaire. La répétition des
hémarthroses provoque une arthropathie chronique dans laquelle interviennent le rôle pathogène des
dépôts de fer, la destruction du cartilage, très sensible au saignement chez le jeune enfant, l’hypertrophie
synoviale et les lésions osseuses. Les hématomes sont les autres grandes complications de l’hémophilie. Ils
peuvent être dangereux par leur taille ou leur localisation et sont parfois à l’origine de séquelles graves.
Enfin, parmi les complications iatrogènes, l’apparition d’inhibiteurs constitue le risque le plus redouté.
Leur prévalence, beaucoup plus importante dans l’hémophilie A que dans l’hémophilie B, est liée en partie
à des facteurs génétiques tels que le type de mutation, mais pourrait aussi être influencée par les
modalités thérapeutiques : type de produit et mode de traitement. Une meilleure connaissance de la
physiopathologie de l’hémophilie pourra permettre de faire les choix thérapeutiques les plus adaptés aux
différents moments de la vie de l’hémophile.
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Mots clés : Hémophilie ; Facteur VIII ; Facteur IX ; Hémarthroses ; Inhibiteurs ; Hémostase
Plan
¶Introduction 1
¶Facteurs antihémophiliques 1
Structure et métabolisme 1
Rôle des facteurs antihémophiliques A et B dans la coagulation 3
Génétique 4
Pathologie moléculaire 5
Conséquences du déficit en facteur antihémophilique
sur l’hémostase 5
¶Hémophilie 6
Complications hémorragiques de l’hémophilie 6
Physiopathologie de l’atteinte articulaire 6
¶Physiopathologie des complications iatrogènes 9
Anaphylaxie 9
Anticorps inhibiteurs 10
Anticorps inhibiteurs du FIX 12
■Introduction
L’hémophilie est une maladie hémorragique due à un déficit
le plus souvent constitutionnel en l’un des deux facteurs
antihémophiliques : le facteur VIII (FVIII), facteur antihémophi-
lique A, ou le facteur IX (FIX), facteur antihémophilique B. Elle
est de transmission récessive liée au sexe, touchant un
nouveau-né sur 5 000 enfants de sexe masculin, mais il existe
aussi des hémophilies acquises par auto-immunisation, contre le
FVIII principalement.
Nous envisageons successivement la structure biochimique
des facteurs antihémophiliques A et B, leur rôle dans le proces-
sus de coagulation, les bases génétiques du déficit et les
conséquences du déficit sur le processus normal de coagulation.
Nous abordons ensuite la physiopathologie de la maladie et de
ses complications.
■Facteurs antihémophiliques
Structure et métabolisme
Facteur VIII
Structure
[1-3]
Le FVIII est une protéine de 2 332 acides aminés comportant
trois domaines homologues A, un domaine B et deux domaines
C organisés suivant la séquence A1-A2-B-A3-C1-C2 (Fig.1à3).
Entre ces domaines ont été identifiées des régions acides :
a1 entre A1 et A2, a2 entre A2 et B, et a3 entre B et A3. Il existe
une grande homologie parmi les espèces pour les acides aminés
des trois domaines A et des deux domaines C. Les trois domai-
nes A, essentiels pour l’activité cofacteur, présentent une
homologie avec ceux du facteur V de la coagulation et de la
céruloplasmine. Une grande partie du domaine B peut être
délétée sans perte de l’activité. Avant sa sécrétion, le FVIII est
clivé à la jonction B-A3 puis à l’intérieur du domaine B. Ceci
¶13-021-B-10
1Hématologie

génère une chaîne lourde comportant A1, A2, et B et une
chaîne légère composée des domaines A3, C1 et C2. L’associa-
tion entre les chaînes lourdes et légères est médiée par un
cation divalent. Immédiatement après sa libération dans la
circulation, il forme un complexe non covalent avec le facteur
von Willebrand (vWF) pour lequel il a une très forte affinité (k
d
< 0,5 nM). Deux régions de la chaîne légère du FVIII sont
impliquées dans la liaison avec le vWF : la région a3, qui
précède le domaine A3, et une ou plusieurs régions des domai-
nes C1 et C2. Dans le complexe [vWF-FVIII], le facteur VIII est
protégé de l’action catalytique de la protéine C activée, du FIXa
et du facteur X activé (FXa), permettant de maintenir un taux
de FVIII normal dans le plasma avant son activation. Le taux
plasmatique est faible : 0,10 à 0,20 mg/l.
Activation et inactivation du FVIII
La forme active du FVIII, ou FVIIIa, est formée sur le site où
se déroule le processus de coagulation par l’action sur le FVIII
de deux enzymes : la thrombine (facteur II activé : FIIa) et le
FXa. Ces deux sérine protéases clivent la molécule FVIII au
niveau des résidus Arg372 et Arg740 dans la chaîne lourde et
Arg1689 dans la chaîne légère. Ceci forme le FVIIIa, hétérotri-
mère A1, A2, A3-C1-C2 dans lequel l’association entre A1 et
A3-C1-C2 reste médiée par un ion divalent.
L’inactivation du facteur VIII peut se faire par dégradation
protéolytique : clivage du FVIIIa par la protéine C activée (PCa)
ou par le FXa. En fait, cette voie n’est pas majoritaire : il se
produit aussi une inactivation par dissociation spontanée du
domaine A2-a2 du dimère. Le catabolisme du FVIIIa fait
intervenir une protéine apparentée aux récepteurs des lipopro-
téines de faible densité (low density receptor-related protein : LRP),
facilité par des protéoglycanes d’héparine sulfatée. Le FVIII
délété du domaine B subirait une inactivation par la PCa deux
à trois fois plus rapide que celle du FVIII plasmatique ou
recombinant
[4]
.
1. 2.3.4.5.6. 7.8. 9.10.11.12.13. 14. 15.16.17.18.19.20.21.22. 23.24.25 26.
5' 3'
NH2COOHA1 A2 B A3 C1 C2
a1 a2 a3
Figure 2. Gène du facteur VIII (FVIII). Le gène du FVIII, situé en Xq28, est un long gène de 186 kb comportant 26 exons transcrit en un acide ribonucléique
(ARN) de 9 kb. L’exon 14 est la plus grande séquence exonique. Il code le domaine B.
NH
2
COOHA1 A2 B A3 C1 C2
a1 a2 a3
FX LRP et FIXa PGHS et FIXa FIXa vWF FIXa vWF, PL FXa LRP, vWF, PL
12332
COOHA2 A3 C1 C2
a2
1 2332
A1
a1
372 373 740 1690
LRP PGHS LRP
A3 et domaine B
IIa
lon métal
Figure 3. Facteur VIII. Structure et régions impliquées dans les principales interactions moléculaires. vWF : facteur von Willebrand. LRP : low density receptor
related protein ; PGHS : protéoglycanes d’héparine sulfatée ; PL : phospholipides.
A
A1 B
A3 C1 C2
A2
Ion++
a1
a3
a2
A1
Ion++
a1
a2
A2
A3 C1 C2
B
Figure 1. Facteur VIII (FVIII) et FVIII activé. Représentation schématique
de la structure.
A. La molécule FVIII comporte une chaîne lourde de 93 kDa, constituée de
trois sous-unités : A1, A2 et B, et une chaîne légère de 80 kDa constituée
de trois sous-unités : A3, C1 et C2. Entre ces domaines ont été isolées des
régions acides. Ces chaînes sont liées par un ion divalent.
B. Le FVIII activé est un hétérotrimère, comportant la sous-unité A1 asso-
ciée à la région acide a1, la sous-unité A2 avec la région acide a2 et les
sous-unités A3-C1-C2.
13-021-B-10
¶
Hémophilie : physiopathologie et bases moléculaires
2Hématologie

Facteur IX
Structure
Le FIX est une sérine protéase plasmatique circulante compo-
sée de 415 acides aminés
[5]
. Son poids moléculaire est de
57 kDa. Il comporte certains domaines ou structures caractéris-
tiques : vers la partie N-terminale se trouvent 12 résidus
gammacarboxylés (domaine GLA) qui permettent la liaison du
FIX aux phospholipides par l’intermédiaire d’ions calcium
(Fig. 4). Cette propriété est commune à tous les facteurs
vitamine K-dépendants : FII, facteur VII (FVII), FIX, FX, protéine
C et protéine S. Les deux domaines suivants sont de type
epidermal growth factor (EGF). Le premier domaine, de type B,
contient des résidus impliqués dans la liaison de haute affinité
avec le calcium ; le second domaine, de type A, pourrait jouer
un rôle dans la liaison du FIX avec les plaquettes et dans
l’interaction du FIXa avec son cofacteur, le FVIII. Après les
domaines EGF-like se situe un peptide d’activation de 35 acides
aminés qui précède le domaine sérine protéase, avec la triade
catalytique histidine-aspartate-sérine.
Activation et inactivation du FIX
Le FIX circule sous forme monocaténaire à un taux plasma-
tique de3à5mg/l. L’excision du peptide d’activation génère
le FIXa, qui comporte une chaîne légère de 145 acides aminés,
liée par un pont disulfure (C132-C289) à une chaîne lourde de
234 acides aminés.
L’inactivation plasmatique du FIXa est due à l’antithrombine,
qui forme un complexe stœchiométrique 1 : 1 avec le FIXa. Le
mécanisme, bien que plus lent, est identique pour les FXa et
FIIa. Il peut être accéléré par la présence d’héparines ou
d’héparanes sulfates.
Rôle des facteurs antihémophiliques A et B
dans la coagulation
Schéma général du processus de coagulation
La coagulation, qui vise à consolider le caillot formé lors de
l’hémostase primaire, a pour élément clé une enzyme, la
thrombine (FIIa). La thrombine est l’enzyme qui clive le
fibrinogène en fibrine. La fibrine se polymérise en créant un
réseau qui constitue la trame du caillot fibrinocruorique. Le
processus de coagulation peut se décomposer en trois phases :
une phase d’initiation, qui conduit à la génération de faibles
traces de thrombine à la surface de cellules exprimant du
facteur tissulaire (FT) ; une phase d’amplification, qui aboutit à
l’accumulation de facteurs activés à la surface des plaquettes ;
puis une phase de propagation comportant l’assemblage de
larges complexes enzymatiques à la surface des plaquettes, la
génération « explosive » de fortes concentrations de thrombine
induisant la formation d’un caillot stable
[6, 7]
.
Les facteurs antihémophiliques sont indispensables à la phase
de propagation
[8]
.
Phase d’initiation de la coagulation
La coagulation est initiée par le complexe FT-FVII. Le FVII est
une proenzyme de type sérine estérase, vitamine K-dépendante.
Le FT est une glycoprotéine cellulaire de 263 acides aminés, en
position transmembranaire, comportant une extrémité intracel-
lulaire, un portion transmembranaire et une partie externe qui
lui donne une fonction récepteur
[9]
. Il appartient à la famille
des récepteurs de cytokines de classe 2, comme les récepteurs
aux interférons. Certaines cellules (fibroblastes, myocytes,
cellules adventitielles) l’expriment de façon constitutive,
d’autres (monocytes, cellules endothéliales) ne l’expriment à
leur surface qu’après activation. Le FVII se lie au FT et forme un
complexe [FT-FVII]. La liaison du FVII au FT entraîne une
modification conformationnelle du FVII, sans libération de
peptide d’activation, générant le facteur VII activé (FVIIa). Le
complexe [FT-FVIIa] peut activer le FIX et le FX. L’activation
directe du FX est faible car elle est limitée par un inhibiteur
appelé tissue factor pathway inhibitor (TFPI). L’activation du FX
par le FIXa est faible aussi car elle nécessite la présence d’un
cofacteur non présent à cette phase : le FVIIIa. Cette phase
d’initiation ne génère donc que des traces de thrombine. La
quantité de thrombine générée ne suffit pas pour produire la
fibrine nécessaire à la constitution du caillot, mais permet le
déclenchement de la phase de propagation de la coagulation
(Fig. 5).
Phase d’amplification
La thrombine générée sur le site de coagulation clive le FVIII
et forme l’hétérotrimère FVIIIa. Après que la thrombine, et à un
moindre degré le FXa, ont activé le FVIII, celui-ci se sépare du
vWF pour se lier aux phospholipides plaquettaires sur lesquels
il est concentré. C’est donc à la surface des plaquettes que se
produit la phase d’amplification : le FIXa généré pendant la
phase d’initiation est fixé de façon diffuse sur les plaquettes, où
il se lie au FVIIIa en présence de calcium. La liaison IX-VIII
implique les domaines A2 et A3 du FVIIIa. Le complexe ainsi
créé [IXa-VIIIa] s’appelle aussi ténase ou ténase intrinsèque.
Dans ce complexe, la présence du FVIIIa augmente la catalyse
du FX par le FIXa d’un facteur supérieur à 10
5
, induisant la
présence de FXa en forte concentration
[7]
. De plus, la throm-
bine a un autre impact : elle active le facteur V (FV) en facteur
V activé (FVa) qui se fixe lui aussi à la surface des plaquettes.
Le complexe [FXa-FVa] s’appelle aussi complexe prothrombi-
nase. À la fin de la phase d’amplification se trouvent donc à la
surface des plaquettes activées des facteurs de coagulation
activés en concentration importante (Fig. 6).
12345678
Gla AH Domaine d'activation Domaine catalytique COOH
5' 3'
EGF-1 EGF-2Prepropeptide
Chaîne légère Chaîne lourde
S-S
NH
2
Figure 4. Gène du facteur IX (FIX), FIX et FIX activé. La molécule FIX est monocaténaire, composée de 415 acides aminés. Le peptide signal de 19 acides
aminés est excisé lors de la sécrétion. Le second exon code la région riche en résidus gammacarboxylés (Gla), le 3
e
pour un petit domaine hydrophone (AH),
les 4
e
et 5
e
pour les domaines epidermal growth factor (EGF)-like,le6
e
pour le domaine d’activation, les 7
e
et 8
e
pour le domaine catalytique.
Hémophilie : physiopathologie et bases moléculaires
¶
13-021-B-10
3Hématologie

Phase de propagation
À la surface des plaquettes, le complexe ténase génère des
quantités importantes de FXa. L’activation du FX en FXa par le
complexe ténase est 50 fois supérieure à celle du FX par le
complexe [FT-FVIIa]. Le complexe prothrombinase clive la
prothrombine en thrombine, mais après la phase d’amplifica-
tion, la présence à la surface des plaquettes de concentrations
élevées de facteurs activés permet la génération « explosive » de
quantités importantes de thrombine (thrombin burst) qui aura de
multiples effets : activation en boucle du facteur XI (FXI), du
FVIII et du FV, activation des plaquettes et surtout protéolyse du
fibrinogène en monomères de fibrine (Fig. 7). La polymérisation
spontanée de ces monomères crée la trame du réseau de fibrine
qui structure le caillot. Ce caillot est consolidé par l’action du
FXIII, lui-même activé par la thrombine.
Génétique
Facteur VIII
Le gène du FVIII est situé sur le bras long du chromosome X
(Xq28). Il s’agit d’un long gène de 186 kb comportant 26 exons
et codant un acide ribonucléique messager (ARNm) de 9 kb
[10,
EGF2
EGF1
Gla
A
Domaine
catalytique
du FVII
FT1
FT2
EGF2
EGF1
Gla
FT1
FT2
B
VIIa
Figure 5. Phase d’initiation de la coagulation.
A. Le facteur tissulaire (FT) est une protéine transmembranaire. La partie extracellulaire comporte deux sous-unités FT1 et FT2 qui interagissent avec le facteur
VII (FVII) de la coagulation. Le FVII est une proenzyme, comprenant un domaine Gla, deux sous-unités epidermal growth factor (EGF)-like (EGF1 et EGF2) puis
un domaine catalytique.
B. L’interaction avec le FT induit une modification conformationnelle du FVII qui démasque son site catalytique. Il en résulte un complexe [FT-FVIIa] qui activera
le FX.
IIa
Facteur tissulaire (FT)
VII
FT-VIIa
IX
X
IXa
Xa
II
Fibrinogène
Fibrine
A
IX
II
VII
X
IIa
Fibrine XIIIa
VIIIa IXaVIII
V
XI XIa
Fibrinogène
Va Xa
FT-VIIa
B
Figure 6. Phase d’amplification de la coagulation.
A. Le complexe [FT-FVIIa] peut activer le FX et le FIX. Le FIXa active lui aussi le FX. Le FXa active la prothrombine (FII) en thrombine (FIIa). La thrombine génère
les premières traces de fibrine, trame du caillot. Cette réaction se déroule à la surface des plaquettes.
B. La thrombine transforme le dimère FVIII en hétérotrimère FVIIIa. Le complexe [FVIIIa-FIXa] ou ténase intrinsèque induit une activation importante du FX. En
outre la thrombine active le FV en FVa et le FXI en FXIa. À la fin de cette phase se concentrent à la surface des plaquettes plusieurs facteurs activés dont le FXa,
le FIIa, le FIXa, le FVIIIa et le FVa.
13-021-B-10
¶
Hémophilie : physiopathologie et bases moléculaires
4Hématologie

11]
. Parmi ceux-ci, 24 exons font entre 69 et 262 paires de base,
alors que l’exon 14 est composé de 3 106 paires de bases et que
l’exon 26 en comporte 1 958. Cependant, une grande partie de
l’exon 26 est dans l’extrémité 3', non transcrite, ce qui fait de
l’exon 14 la plus grande séquence exonique. Ceci est important
pour la physiologie et surtout les applications thérapeutiques,
en particulier la production de FVIII recombinant : l’exon
14 code le domaine B du FVIII, qui n’intervient pas dans sa
fonction. Un gène délété de cette longue chaîne qu’est l’exon
14 pourra donc coder un FVIII fonctionnel. La Figure 3 montre
le positionnement des 26 exons et les domaines correspondants
de la protéine FVIII
[12]
.
Facteur IX
Le gène codant le FIX est lui aussi situé sur le bras long du
chromosome X (Xq29). Il est plus petit que le gène du FVIII
puisqu’il comporte 34 kb, avec neuf exons
[13, 14]
. Il code un
ARNm de 2,8 kb. Le second exon code le domaine Gla, le 4
e
et
le 5
e
les domaines EGF, le 6
e
le peptide d’activation et les 7
e
et
8
e
le domaine catalytique. Il existe une homologie de séquence
avec le FVII, le FX et la protéine C qui fait évoquer un ancêtre
commun
[15]
.
Pathologie moléculaire
Facteur VIII
De nombreuses anomalies dans la séquence nucléotidique ont
été décrites à l’origine de déficits congénitaux en FVIII. Les
mutations causales sont recensées dans une base de données
internationale nommée « Hemophilia A Mutation, Search, Test
and Resource site » (HAMSTeRS) accessible par internet (http://
europium.csc.mrc.ac.uk). Ces anomalies génétiques entraînent
un déficit plus ou moins sévère en FVIII, qui va de la simple
diminution du taux de FVIII par diminution de sécrétion ou
présence de FVIII instable jusqu’à l’absence totale de FVIII
fonctionnel (absence de FVIII ou FVIII tronqué). La présence ou
non d’une molécule de FVIII circulant décelable par son
antigénicité permet de différencier les déficits dits cross-reacting
material positive (CRM
+
) et les déficits cross reacting material
negative (CRM
–
).
Inversions
La plus fréquente, puisqu’elle représente près de 50 % des cas
de déficit sévère, est une inversion sur l’intron 22 du gène du
FVIII
[16, 17]
. Elle résulte d’une recombinaison de séquences
homologues, dont l’une est située sur l’intron 22 et l’autre à
proximité du télomère, soit en position distale (88 % des cas),
soit en position plus proximale (12 % des cas). Ceci aboutit à
une impossibilité de transcription du gène et à un déficit très
sévère en FVIII. Une autre forme d’inversion a été décrite,
portant sur l’intron 1, liée à une recombinaison avec une zone
télomérique. Elle est à l’origine de 3 % à 5 % des déficits sévères
en FVIII
[18]
.
Délétions
Les délétions sont arbitrairement séparées en larges ou
partielles. Les délétions larges sont responsables de déficits
sévères en FVIII. Les conséquences des délétions de fragments
plus petits sont variables. Une délétion, même minime, d’un
nombre de nucléotides non multiple de 3 engendre un décalage
du cadre de lecture (mutation frameshift) à l’origine d’une
protéine aberrante, voire de l’apparition d’un codon stop
prématuré, responsable d’un déficit très sévère. À l’inverse, la
délétion en phase d’un ou de plusieurs codons triplets pourra
n’entraîner qu’un déficit partiel. À côté de ces délétions, on
relève aussi, parmi les réarrangements importants du gène, de
rares insertions ou des duplications.
Mutations ponctuelles
De nombreuses mutations ponctuelles ont été décrites. Un
tiers de ces mutations ponctuelles surviennent dans des zones
à haut risque de mutations (hot spot), au niveau d’un doublet
CpG, du fait de l’instabilité des cytosines méthylées. L’erreur est
moins efficacement corrigée par les processus normaux de
réparation de l’ADN. Les conséquences des mutations ponctuel-
les sont variables selon leur localisation. Les mutations non-
sens sont habituellement sévères, alors que les mutations faux-
sens peuvent avoir différents degrés de sévérité mais sont le plus
souvent modérées. Les mutations impliquant les sites d’épissage
de l’ARN revêtent des aspects de sévérité variable selon la
position de la mutation par rapport à la jonction exon-intron.
Facteur IX
Les déficits congénitaux en FIX relèvent dans plus de 95 %
des cas de mutations ponctuelles. Les lésions moléculaires du
gène FIX sont très nombreuses et hétérogènes. Dans de nom-
breux cas, chaque famille possède sa propre mutation.
Les mutations sont colligées dans une base de données accessi-
ble par internet (http://www.kcl.ac.uk/ip/petergreen/haemBdata
base.html) qui, dans sa dernière édition (version 13), comportait
2 891 entrées patients, 211 délétions courtes (moins de
30 nucléotides) et/ou insertions, 91 larges délétions et
962 mutations ponctuelles. Ici encore, on trouve des anomalies
récurrentes sur les doublets CpG. Les mutations non-sens ou
décalantes induisent en général des déficits sévères, CRM
–
. Les
mutations faux-sens représentent deux tiers des mutations
décrites. La responsabilité de ces mutations faux-sens est parfois
difficile à établir.
Certaines mutations dans la zone du promoteur induisent un
déficit particulier par son profil évolutif : sévère dans l’enfance, ce
déficit se corrige partiellement ou totalement à la puberté. La
forme typique est la mutation Leyden, responsable de l’hémo-
philie B du même nom. Elle induit une modification des sites de
liaison des facteurs de transcription et une réduction de celle-ci.
Après la puberté, le déficit de transcription est corrigé par les
androgènes, qui seraient capables de réactiver le promoteur
muté
[19, 20]
.
Conséquences du déficit en facteur
antihémophilique sur l’hémostase
Les deux facteurs antihémophiliques, FVIII et FIX, sont très
différents. Le FIX a une activité enzymatique, forte lorsqu’il est
dans sa forme active FIXa ; il est vitamine K-dépendant et n’a
aucune homologie avec le FVIII. Le FVIII n’a pas d’activité
enzymatique, c’est un cofacteur, non vitamine K-dépendant,
labile. Néanmoins, le déficit congénital en l’un de ces deux
facteurs crée la même pathologie, l’hémophilie. Les manifesta-
tions cliniques de ces deux déficits sont similaires. Ceci conduit
à étudier les conséquences d’une anomalie du complexe antihé-
mophilique sur la coagulation.
IIa
Xa VIIIa
IXa
Va
X
II
IX
Figure 7. Phase de propagation de la coagulation. Le complexe ténase
intrinsèque a généré à la surface des plaquettes des quantités importantes
de facteurs activés dont surtout le FXa. Ceci déclenche une génération
« explosive » de thrombine qui permet la création d’un caillot fibrinocruo-
rique.
Hémophilie : physiopathologie et bases moléculaires
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