La sclérose latérale amyotrophique : rôle des Entérovirus ? M

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La sclérose latérale amyotrophique : rôle des Entérovirus ?
Amyotrophic lateral sclerosis: implication of Enterovirus?
● N. Vandenberghe*, N. Lévêque**
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F O R T S
■ Les infections à Entérovirus (EV) sont dans plus de 90 %
des cas asymptomatiques. Cependant, elles peuvent être à
l’origine de maladies aiguës et chroniques, avec un tropisme
pour le système nerveux évoluant volontiers sur un mode
épidémique de juin à septembre.
■ Les EV font partie de la famille des Picornaviridæ, famille
des Poliovirus qui, au cours d’une virémie secondaire, entraînent
le tableau neurologique de poliomyélite antérieure aiguë.
■ Trois des sept études réalisées sur la moelle épinière de
patients décédés atteints de sclérose latérale amyotrophique
(SLA) ont montré la présence de séquences génomiques d’EV.
■ Un modèle in vitro d’infection persistante à EV a été créé
dans une lignée cellulaire humaine de précurseurs d’astrocytes.
Il reproduit des modifications du métabolisme cellulaire
observées in vivo, et notamment une réduction de la capture
du glutamate liée à une diminution d’expression des transporteurs astrocytaires.
■ L’EV représente un candidat sérieux pouvant contribuer
au déclenchement et à l’évolution de la SLA.
Mots-clés : SLA – Entérovirus – Glutamate.
SUMMARY
SUMMARY
Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) is the most frequent adult
motoneuron disease. The hypothesis of enteroviral implication
came from the pathophysiological similarity between poliomyelitis and ALS. In 1985, viral particles from family of
Picornaviridae were found in the spinal cord, by analogy of
poliomyelitis.
Since a decade reverse transcriptase PCR techniques have been
used in seven hithertoo realised studies on spinal cord. Three
were positive and found sequences of EV in ALS patients.
…/…
* Centre SLA, service ENMG et service de neurologie C,
hôpital neurologique et neuro-chirurgical Pierre-Wertheimer, Lyon.
** Laboratoire de virologie médicale, domaine Rockefeller,
faculté de médecine, Lyon.
106
…/…
Echovirus 6 chronically-infected human glial cells are used
as an in vitro model to study viral and cellular modifications
connected to the Enterovirus persistent infection. The modifications correspond to an important reduction of the viral
multiplication associated to mutations in the replication regulation region and viral protease gene. In the cell, a qualitative
and quantitative decrease of glutamate receptors and transporter expression might explain the ALS-associated glutamateinduced excitotoxicity. These data support a putative role for
an Enterovirus chronic infection in the development of ALS.
Keywords: ALS – Enterovirus – Glutamate.
a sclérose latérale amyotrophique (SLA) est la plus
fréquente des maladies du motoneurone de l’adulte. Il
existe plusieurs hypothèses physiopathologiques, avec
la mise en jeu de facteurs environnementaux, génétiques ou
biochimiques (1). Ces facteurs sont à l’origine d’un processus
pouvant aboutir à la mort des motoneurones. Dans ce processus,
les phénomènes excito-toxiques dépendants du système glutamatergique ont un rôle favorisant.
L’hypothèse virale de la SLA est née du fait du neurotropisme
avéré de certains virus communément rencontrés et de la détection d’anticorps spécifiques ou de séquences génomiques de ces
virus chez les patients atteints. Ainsi, les herpès virus, les Adénovirus, le virus de la rougeole, deux Rétrovirus (le Foamy virus
ou le Human T-cell leukemia virus) et les EV ont tour à tour été
suspectés. Parce que la poliomyélite et la SLA peuvent toucher
toutes les deux le motoneurone périphérique, les EV ont fait
l’objet des études les plus anciennes et les plus abouties.
L
LES ENTÉROVIRUS
Les EV font partie de la famille des Picornaviridæ, un ensemble
de petits virus à ARN (20 à 30 nm). Ils regroupent les virus
suivants : Poliovirus (types 1, 2, 3), Coxsackie A (23 types de A1
à A22 et A24), Coxsackie B (6 types de B1 à B6), Échovirus
(32 types : E1 à E9, E11 à E27, E29 à E32) et les Entérovirus
(types 68 à 72).
La Lettre du Neurologue - vol. IX - n° 4 - avril 2005
Le réservoir de ces virus est strictement humain : l’homme
infecté émet le virus dans ses selles, et la transmission sera soit
directe, interhumaine, soit indirecte, par l’intermédiaire de l’eau
souillée.
ENTÉROVIRUS ET SLA
En France, la circulation des EV est plus intense de juin à septembre. Dans les pays où la prévalence est élevée (Afrique, Asie
du Sud-Est), il existe un fond endémique permanent. À noter
cependant qu’aucune augmentation de l’incidence de la SLA
dans ces pays n’a été rapportée à l’heure actuelle.
Tableau. Études avec recherche EV dans la moelle épinière de patients
atteints de SLA.
Le cycle viral des Poliovirus est bien connu et sert de référence
pour décrire celui des autres EV. Le virus, ingéré par voie orale,
est adsorbé au niveau des voies aérodigestives supérieures (amygdales) puis pénètre dans les cellules cibles. Une partie atteint par
voie digestive les plaques de Peyer, second siège de prolifération
virale. Au cours d’une virémie secondaire, le virus peut gagner les
neurones des cornes antérieures de la moelle épinière. L’inflammation locale et la destruction de ces neurones va entraîner l’apparition d’une paralysie brutale. L’incubation de la maladie est de
10 à 14 jours (2).
ENTÉROVIRUS EN PATHOLOGIE HUMAINE
Les infections à EV sont le plus souvent asymptomatiques.
Cependant, elles peuvent être à l’origine de maladies aiguës
évoluant volontiers sur un mode épidémique, avec des atteintes
neurologiques, cardio-pulmonaires, cutanées, ophtalmologiques
et digestives. Les EV sont également associés à des infections
persistantes ou chroniques suspectées d’intervenir dans le développement du diabète juvénile, de pathologies myocardiques,
d’atteintes du muscle squelettique et de pathologies neurologiques (2).
La poliomyélite antérieure aiguë (PAA) est la manifestation
neurologique le plus anciennement décrite. Les signes cliniques
sont directement liés à la dégénérescence des motoneurones. Les
séquelles sont l’amyotrophie, la faiblesse musculaire stable au
niveau des muscles atteints, et éventuellement des déformations
ostéovertébrales liées aux déséquilibres musculaires. L’apparition d’une PAA après l’infection par un Poliovirus est rare (0,1 à
1 % des cas) et est influencée par la virulence de la souche virale,
le statut de l’immunité cellulaire B du patient et des facteurs
génétiques de susceptibilité. D’autres facteurs de risque sont :
l’exercice physique, le traumatisme musculaire et la localisation
anatomique de l’atteinte clinique. L’aggravation des séquelles de
PAA et/ou l’apparition de nouvelles amyotrophies à distance de
l’infection aiguë après un intervalle stable (au moins 15 ans) définit
le syndrome postpoliomyélitique (SPP), dont la pathogénie reste
discutée.
Les autres manifestations neurologiques sont représentées par les
méningites aseptiques, les encéphalites et les méningo-encéphalites
chroniques de l’immunodéprimé.
La Lettre du Neurologue - vol. IX - n° 4 - avril 2005
De nombreuses études ont été réalisées pour déterminer si les EV
avaient un rôle dans la SLA (tableau).
Année
Auteur
Nombre de patients
Tissu
Présence EV
1994
Woodall (4)
13
Moelle fixée (paraffine)
9/13
1995
Swanson (7)
28
Moelle fixée (paraffine)
0/28
1996
Muir (8)
6
Moelle fixée
2/6
2000
Berger (5)
17
Moelle fixée
13/17
2001
Giraud (6)
5
Moelle congelée
3/5
2001
Walker (9)
30
20 moelles congelées,
10 cortex moteurs congelés
0/30
2004
Nix (10)
24
Moelle congelée
0/24
Les Poliovirus sont les premiers virus à avoir été recherchés dans
des populations de patients atteints de SLA avec ou sans antécédent de PAA, sans que l’on ait pu conclure à une relation causale
entre l’agent infectieux et la maladie. L’absence de réduction
significative de l’incidence de la SLA avec la disparition de la
PAA ainsi que la présence de SLA dans les zones où la PAA a été
éradiquée sont des arguments contre le rôle des Poliovirus.
Par la suite, en 1985, Brahic et al. (3) ont relancé l’hypothèse du
rôle des Picornavirus au cours de la SLA en montrant la présence
de séquences nucléotidiques d’un Picornavirus partageant des
séquences communes entre les Poliovirus et le virus de Theiler.
Ces séquences ont été mises en évidence dans la moelle épinière
et le cortex moteur de deux patients. Cependant, aucun virus n’a
pu être isolé à partir des prélèvements.
Depuis 30 ans, de nombreuses études utilisant des techniques de
dosage d’anticorps ou d’isolement des virus ainsi que des études
ultrastructurales à la recherche de particules virales ont été réalisées,
mais toutes sont restées négatives. Il y a 20 ans, des techniques de
biologie moléculaire ont permis de détecter de l’ARN viral dans
les tissus. Depuis une dizaine d’années, des techniques de PCR
avec transcriptase inverse sont utilisées.
Woodall et al. (4) ont détecté des séquences nucléotidiques
apparentées à celles des virus Coxsackie B dans 75 % des
moelles épinières de patients SLA. Une persistance d’EV dans la
moelle épinière est suspectée, bien qu’aucune corrélation n’ait pu
être établie entre la présence de ces séquences, la topographie des
signes cliniques et les anomalies neuropathologiques observées.
Ce travail a été confirmé par Berger et al. (5), qui ont détecté le
génome viral d’un EV apparenté aux Échovirus 6/7 dans 88 %
des moelles de patients atteints de SLA (figure, p. 108). Récemment, Giraud et al. (6) ont rapporté la présence de séquences
d’EV (Échovirus 6/7) dans 60 % des moelles de patients atteints
de SLA d’une série japonaise. Cela renforce donc l’hypothèse
107
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(11). Ce modèle utilise des précurseurs d’astrocytes humains
infectés par l’Échovirus 6. Si, durant l’infection aiguë du système
nerveux central, le virus perturbe le métabolisme cellulaire et
provoque la mort de la cellule, il peut initier in vitro une infection
chronique sans modification de la morphologie cellulaire, mais
avec une nette réduction de la multiplication virale et de la production des antigènes viraux de l’ordre d’un facteur 100.
Modifications moléculaires virales
Figure. Localisation du génome d’Entérovirus par RT-PCR in situ chez
les patients SLA (5).
d’une persistance des EV dans la moelle épinière de patients
atteints de SLA, sans que l’on puisse démontrer leur mécanisme
d’action. D’autres études n’ont pas détecté de séquences entérovirales au cours de la SLA (7-10).
La dernière étude en date (10) infirme l’hypothèse entérovirale dans
la SLA. Le facteur limitant de la détection d’EV dans les tissus de
patients atteints de SLA serait probablement la sensibilité de l’essai.
Il n’existe pas pour l’instant de preuves définitives de l’implication
des EV dans la SLA, et la question, à ce jour, reste ouverte.
Au-delà des différences méthodologiques et des résultats, ces
travaux soulèvent la question de la persistance de virus à ARN et
des mécanismes utilisés par les EV pour induire la dégénérescence des motoneurones.
La persistance d’EV dans le motoneurone pourrait faciliter sa
dégénérescence par l’intermédiaire de trois mécanismes non
mutuellement exclusifs : la modification du métabolisme cellulaire, la production accrue de radicaux libres et la diminution de
l’expression de facteurs neurotrophiques intervenant dans les
mécanismes de protection cellulaire (5).
LES INFECTIONS PERSISTANTES À EV
Le syndrome de fatigue chronique serait associé à une infection
persistante à Coxsackievirus B, tandis que le syndrome postpoliomyélitique serait lié à la persistance du Poliovirus. In vivo,
les infections persistantes correspondent à la détection par PCR
de parties de séquences génomiques virales dans la moelle épinière à distance du début du tableau de SLA, sans que l’on puisse
toutefois démontrer la présence de particules virales entières et
infectieuses dans les tissus. Cependant, un modèle cellulaire in
vitro a été développé pour étudier les modifications moléculaires
virales et cellulaires induites par l’infection virale persistante
108
Un des mécanismes pouvant modifier la virulence des EV est la
présence de mutations à l’intérieur du génome viral, et plus particulièrement au niveau de l’extrémité 5’ et du gène codant pour la
protéase 2A.
L’extrémité 5’ du génome d’Échovirus 6 est dite non codante, car
elle n’est pas traduite. Pourtant, l’étude de cette région a montré son
rôle majeur dans le contrôle de la virulence. Elle est reconnue pour
porter les déterminants génétiques de la neurovirulence des Poliovirus et de la cardiovirulence du Coxsackievirus B3. Cette région
conservée au sein des EV est constituée d’environ 750 nucléotides. Elle dispose d’une conformation secondaire complexe, avec
une structure en feuille de trèfle et un site interne d’entrée du
ribosome (IRES) qui régulent respectivement la réplication et la
traduction de l’ARN viral. La protéase virale 2A intervient dans
la multiplication du virus par clivage de la polyprotéine virale, et
participe à l’arrêt des synthèses protéiques cellulaires par protéolyse de facteurs de transcription tels que eIF4G. Cinq mutations
cumulatives ont été identifiées. Trois mutations sont situées dans
la région 5’ non codante (deux dans la feuille de trèfle et une troisième en amont de l’IRES) et deux dans le gène codant pour la
protéase 2A au voisinage du site enzymatique. Les mutations
observées dans la feuille de trèfle sont susceptibles d’interférer
avec la réplication et la traduction de l’ARN viral, réduisant ainsi
sa virulence, tandis que les mutations présentes dans le gène de la
protéase 2A se traduisent par une diminution de l’activité protéolytique et, de ce fait, par la capacité du virus à se répliquer mais
sans entraîner d’inhibition de la synthèse protéique cellulaire. Ces
modifications confèrent au virus un phénotype persistant (11).
Modifications cellulaires
Le modèle de l’infection chronique à EV de cellules gliales humaines
a permis de reproduire les altérations du transport du glutamate
observées chez les patients atteints de SLA. Le glutamate est le
neurotransmetteur le plus abondant du système nerveux central
humain. Il est rapidement retiré de la fente synaptique par les
transporteurs astrocytaires, dont EAAT1 et EAAT2 (excitatory
amino acid transporters de type 1 et de type 2). Cette activité
permet de mettre fin au signal excitateur, mais elle constitue également un moyen de défense contre la neurotoxicité induite par le
glutamate. En effet, le motoneurone malade, soumis à une excitation
permanente du glutamate à forte concentration, est constamment
sollicité, affaibli et finalement détruit. La diminution du transport
tissulaire et du catabolisme du glutamate, associée à sa toxicité
pour les motoneurones, est un mécanisme relié à la SLA. Dans
La Lettre du Neurologue - vol. IX - n° 4 - avril 2005
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60 à 70 % des cas de SLA, le défaut de transport du glutamate a
été attribué à une diminution de l’expression de la protéine
EAAT2 de 70 à 90 % liée à un mécanisme d’épissage aberrant de
l’ARN pré-messager (11). Ce phénomène correspond à des sauts
d’exons ou à des rétentions d’introns lors de l’épissage de l’ARN
pré-messager d’EAAT2. Les isoformes de l’ARN d’EAAT2 ainsi
produites sont traduites, mais les protéines obtenues ne sont pas
fonctionnelles. Cependant, ce phénomène ne semble pas spécifique de la SLA, puisqu’il a également été décrit chez certains
patients atteints de la maladie d’Alzheimer.
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B I B L I O G R A P H I Q U E S
1. Bruneteau G, Demeret S, Meininger V. Physiopathology of ALS: therapeutic
approach. Rev Neurol 2004;160:235-41.
2. Giraud P, Kopp N, Lina B, Chazot G. La sclérose latérale amyotrophique :
implication des Entérovirus ? Rev Neurol 2000;156:352-6.
3. Brahic M, Smith RA, Gibbs JR et al. Detection of Picornavirus sequences in
nervous tissue of amyotrophic lateral sclerosis and control patients. Ann Neurol
1985;18:337-43.
4.
Woodall CJ, Riding MH, Graham DI, Clements GB. Sequences specific for
enteroviruses detected in spinal cord from patients with motor neurone disease.
Br Med J 1994;308:1541-3.
Enfin, la relation entre le stress oxydatif et la mort de cellules
neuronales est connue depuis plusieurs années. L’accumulation
de radicaux libres dans le motoneurone est l’une des hypothèses
avancées pour expliquer leur dégénérescence. Or, si l’activité de
la superoxyde dismutase mitochondriale dépendante du Cu/Zn,
qui participe à la protection de la cellule contre le stress oxydatif,
est significativement augmentée en cas d’infection virale aiguë par
un EV de cellules gliales humaines, elle est fortement diminuée
dans le cas d’une infection persistante. Les cellules chroniquement
infectées se révèlent ainsi plus vulnérables au stress oxydatif, ce
qui peut à terme déclencher la mort cellulaire (12).
5. Berger M, Kopp N, Julien J et al. Detection and cellular localization of enterovirus RNA sequences in spinal cord of patients with ALS. Neurology 2000;54:20-5.
6.
Giraud P, Beaulieux F, Ono S et al. Detection of enteroviral sequences from
frozen spinal cord samples of Japanese ALS patients. Neurology 2001;56:1777.
7. Swanson NR, Fox SA, Mastaglia FM. Search for persistent infection with
poliovirus or other enteroviruses in amyotrophic lateral sclerosis-motor neurone
disease. Neuromusc Disord 1995;5:457-65.
8. Muir P, Nicholson F, Spencer GT et al. Enterovirus infection of the central
nervous system of humans: lack of association with chronic neurological disease.
J Gen Virol 1996;77:1469-76.
9. Walker M, Schlaberg R, Hays AP et al. Absence of echovirus sequences in brain
and spinal cord of amyotrophic lateral sclerosis patients. Ann Neurol 2001;49:
249-53.
CONCLUSION
10.
Nix WA, Berger MM, Oberste MS et al. Failure to detect enterovirus in the
spinal cord of ALS patients using a sensitive RT-PCR method. Neurology 2004;62:
1372-7.
Même s’il n’existe pas pour l’instant de preuves définitives de
l’implication des EV dans la SLA, ni d’explication des mécanismes liant l’infection persistante à la SLA, la détection d’EV
dans la moelle épinière de sujets atteints de SLA, couplée à la
reproduction par les EV in vitro de mécanismes moléculaires
constatés in vivo, fait de ces virus un candidat pouvant contribuer
■
au déclenchement ou à l’évolutivité de la maladie.
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I. Manifestations cliniques :
a. une infection aiguë à EV chez l’adulte donne des signes neurologiques dans 60 % des cas
b. une infection chronique à EV est impliquée chez 50 % des
patients avec un tableau de SLA
c. dans la moelle épinière de patients atteints de SLA, la présence d’EV est retrouvée dans 60 à 76 % des cas en ce qui
concerne les études positives
11. Legay V, Deleage C, Beaulieux F et al. Impaired glutamate uptake and EAAT2
downregulation in an enterovirus chronically infected human glial cell line. Eur J
Neurosc 2003;17:1-9.
12. Berger MM, Jia XY, Legay V et al. Nutrition- and virus-induced stress represses
the expression of manganese superoxide dismutase in vitro. Exp Biol Med 2004;
229:843-9.
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II. L’infection chronique à EV :
a. dans les différentes études réalisées post mortem sur la
moelle épinière de patients atteints de SLA, il n’a jamais pu
être retrouvé de particules virales infectieuses
b. une infection chronique à EV dans une lignée de cellules gliales
humaines provoque une mutation au niveau de la superoxyde
dismutase mitochondriale
c. une infection chronique à EV provoque in vitro une diminution
de la recapture du glutamate contribuant au stress oxydatif
de la cellule
Résultats : 1 : c ; II : a, c.
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