M I S E A U P O I N T La sclérose latérale amyotrophique : rôle des Entérovirus ? Amyotrophic lateral sclerosis: implication of Enterovirus? ● N. Vandenberghe*, N. Lévêque** P O I N T S P O I N T S F O R T S 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 M I S E A U P O I N T (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 R 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. É F É R E N C E S 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. A A U U T T O O - É É V V 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. A A L L U U A A T T I I O O N N 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. La Lettre du Neurologue - vol. IX - n° 4 - avril 2005 109