Les cytopathies mitochondriales liées aux traitements antirétroviraux

ARTICLE

Dès le début de l'utilisation d'analogues nucléosidiques pour inhiber la réplication du VIH-1, leur possible toxicité a été crainte. La mise en évidence d'atteintes musculaires chez des patients traités par de l'AZT pendant plusieurs mois en a été une première confirmation. Cette découverte n'a pas eu un très grand retentissement car l'obtention de médicaments antiviraux efficaces paraissait alors plus importante que leur éventuelle toxicité. Le mécanisme de cette toxicité a rapidement été suggéré par l'aspect histologique des fibres musculaires des patients, car il était très proche de celui observé lors d'anomalies génétiques de la chaîne respiratoire mitochondriale. Ce n'était d'ailleurs pas le premier exemple d'anomalie de fonctionnement de la mitochondrie liée à une molécule toxique. Dès le début des années 80, le syndrome parkinsonien survenu chez des jeunes gens ayant utilisé comme drogue du MPTP (méthyl-4-phényl-1,2,3,6-tétrahydropyridine) s'est révélé secondaire à l'action de cette molécule sur le complexe I de la chaîne respiratoire mitochondriale. Plus récemment, la fluoro-iodoarauracil, un inhibiteur de la transcriptase inverse utilisé dans le traitement de l'hépatite B, a provoqué chez certains patients une acidose lactique sévère, des atteintes cérébrales et musculaires, associées à une insuffisance hépatique mortelle [1]. La preuve de l'anomalie mitochondriale a, là aussi, été apportée et son mécanisme sera discuté plus loin.

Plusieurs observations récentes tant chez des patients adultes sous traitement par analogues nucléosidiques que chez des nourrissons dont la mère avait reçu ces molécules pour empêcher la transmission du virus à leur nouveau-né suggèrent que les effets toxiques des analogues nucléosidiques sont relativement fréquents et d'aspect clinique varié selon l'âge et la combinaison de molécules reçue. Cependant, apporter la preuve de la toxicité et expliquer ses différents mécanismes est difficile tant à l'échelon individuel qu'en étude de pharmacovigilance. Pour mettre cette difficulté en perspective, il est bon de revoir la diversité d'expression des atteintes du fonctionnement de la mitochondrie d'origine génétique, ainsi que les modalités techniques de leur dépistage puis de leur diagnostic.

Cytopathies mitochondriales et leur diagnostic clinique

Le terme de cytopathie mitochondriale est un peu ambigu. Il désigne habituellement un ensemble d'affections cliniques d'origine génétique secondaires à une anomalie de fonctionnement de la chaîne respiratoire mitochondriale. Cette chaîne respiratoire est une série de réactions biochimiques (rassemblées en 5 ensembles dits complexes I à V) agissant en cascade et se déroulant de part et d'autre de la membrane interne de la mitochondrie. L'effet final est un transfert d'électrons à travers la membrane grâce auquel de l'ADP peut être transformé en ATP. La chaîne respiratoire mitochondriale est alimentée par des substrats dérivés du pyruvate, après pénétration de ce dernier dans la mitochondrie, et sa transformation dans le cycle de Krebs qui se déroule à l'intérieur même de la mitochondrie (figure 1). La mitochondrie est ainsi un composant essentiel de l'utilisation de l'énergie par la cellule, ce d'autant que d'autres cycles biochimiques comme la beta oxydation des acides gras s'y déroulent aussi. Elle a cependant bien d'autres rôles, en particulier, la régulation d'une des voies d'apoptose cellulaire et la production des radicaux libres potentiellement cytotoxiques fortement dépendante du bon fonctionnement de la chaîne respiratoire. Les nombreuses protéines qui constituent les complexes de la chaîne respiratoire sont codées par l'ADN nucléaire pour la très grande majorité d'entre elles, ou par de l'ADN présent dans la mitochondrie pour certaines. L'ADN mitochondrial, qui est d'origine maternelle exclusive, se réplique grâce à une polymérase placée sous le contrôle de gènes nucléaires. Cette polymérase est la cible de la toxicité de la fluoro-iodoarauracil, qui induit ainsi une déplétion de l'ADN mitochondrial. Les mutations causes de cytopathies mitochondriales peuvent être présentes dans l'ADN mitochondrial (les mieux connues) ou dans l'ADN nucléaire (de loin les plus nombreuses mais encore mal connues). Ces mutations ont une expression clinique très variée. Une première raison en est la variation dans la demande énergétique des différents organes. Une autre raison est propre aux mutations d'origine mitochondriale. Lors de la division cellulaire (en particulier lors des divisions initiales de l'œuf), la répartition des mitochondries normales et pathologiques se fait le plus souvent de façon inégale : toutes les cellules de l'organisme ne reçoivent pas le même contingent de mitochondries pathologiques et n'expriment donc pas de façon identique l'anomalie biochimique. Une même cellule peut contenir des mitochondries saines et pathologiques ce qui, selon leur fréquence respective, peut modifier le métabolisme ou le rythme de division de la cellule. Il est probable que d'autres raisons encore inconnues existent, en particulier lorsque les mutations sont nucléaires.

Ce rôle central de la mitochondrie dans l'utilisation cellulaire des substrats énergétiques et la régulation de la mort cellulaire, indique que l'expression clinique est souvent paroxystique et associée à une nécrose cellulaire lors de « crises énergétiques », c'est-à-dire d'une décompensation métabolique secondaire à une demande énergétique supplémentaire liée, par exemple, à une infection intercurrente. L'expression est plus fréquente dans les muscles ou dans le système nerveux central qui ont une demande énergétique intense, mais tous les organes peuvent être touchés, associant de façon très variable des insuffisances hépatiques, des atteintes pancréatiques, digestives, rénales, hématopoïétiques, etc. Ces affections peuvent être dépistées à tous les âges, bien que celles de début dans l'enfance soient probablement plus fréquentes. L'expression de l'atteinte neurologique dépend du type de cellules intra-cérébrales lésées et de leur localisation, ce qui varie selon la mutation. L'imagerie cérébrale par résonance magnétique visualise souvent des nécroses des noyaux gris centraux ou du tronc cérébral et des atteintes de la substance blanche.

Lorsqu'un ensemble de symptômes évoque la possibilité d'un défaut de fonctionnement de la chaîne respiratoire, des examens biochimiques sont nécessaires pour affirmer l'anomalie. Certains ont pour but de démontrer l'extension de l'atteinte biochimique (dosages des transaminases, des CK, de l'amylase, de la lipase, etc.). D'autres mettent en évidence l'utilisation anormale du pyruvate par la cellule, en particulier son impossibilité à être transformé par le cycle de Krebs puis par la chaîne respiratoire. Le pyruvate, dont le métabolisme habituel est bloqué, est alors transformé en lactate et suit une autre voie métabolique. Ainsi, les principaux moyens de dépistage sont l'existence d'une augmentation anormale du lactate par rapport au pyruvate dans le sang et le LCR, d'un profil anormal de la répartition des acides aminés et des acides organiques sur les chromatographies dans les urines (et dans le sang pour les acides aminés). La mauvaise utilisation du pyruvate peut être rendue plus patente en l'étudiant en fonction de l'apport nutritionnel. En pratique clinique, le meilleur examen de dépistage est l'étude du taux de lactate (normale ¾ 2 mmol/l) et surtout du rapport lactate/pyruvate (normale ¾ 20) dans le sang avant et après les principaux repas de la journée. En cas de maladie à expression neurologique, l'étude du rapport lactate/pyruvate dans le LCR est un test très sensible. Le niveau suivant de preuve diagnostique nécessite l'étude d'un tissu (ou dans certains cas des fibroblastes ou des lymphocytes). La morphologie tissulaire peut donner une première indication. Dans le muscle en particulier, l'accumulation de mitochondries anormales induit un aspect caractéristique de fibres musculaires rouges déchiquetées, qui est cependant loin d'être présent dans tous les cas (figure 2). D'autres anomalies musculaires comme l'accumulation de lipides sont fréquentes, mais ne sont pas pathognomoniques. L'étude biochimique directe de la chaîne respiratoire en polarographie et spectrophotométrie sur tissu frais de préférence, permet une investigation plus poussée. Il est fréquent que le déficit biochimique s'exprime sur plusieurs complexes de la chaîne respiratoire et ne soit que partiel. L'interprétation des résultats nécessite ainsi une grande expérience. Il est en général préférable d'établir des ratios entre les différentes activités des complexes de la chaîne respiratoire ou entre l'activité d'un complexe donné et celle de la citrate-synthase, puis de comparer ces ratios à des normes du laboratoire. La difficulté technique de ces examens associée à celle d'interprétation des résultats d'un déficit parfois partiel explique à la fois la relative rareté des laboratoires capables de faire ces tests et la divergence possible dans l'interprétation des résultats.

Le dernier niveau de preuve est génétique, avec la mise en évidence d'une mutation soit dans l'ADN mitochondrial (plusieurs localisations dont l'atteinte est fréquente sont systématiquement testées mais un séquençage complet est aussi possible), soit dans l'ADN nucléaire (mais le nombre des gènes connus est encore très faible). Seule une minorité des pathologies génétiques de la chaîne respiratoire arrive à ce niveau de preuve actuellement. Il est ainsi difficile d'établir leur fréquence, vraisemblablement de l'ordre de 1/10 000 à 15 000 naissances.

Une première indication de la toxicité mitochondriale des analogues nucléosidiques : les myopathies secondaires à la prise d'AZT

Une atteinte musculaire au cours de traitement au long cours par l'AZT a été décrite à partir de 1988 mais n'est plus que rarement observée actuellement, du fait des changements de combinaisons thérapeutiques [2-6]. Dans les descriptions de cette époque, la myopathie se développe en moyenne 10 mois (écart 6 à 24 mois) après le début du traitement par AZT à haute dose. Les signes initiaux sont souvent précédés d'une importante perte de poids. Ils consistent en un déficit de la force musculaire proximale avec atrophie musculaire, associés parfois à des douleurs succédant à un gonflement musculaire initial. Le taux de créatine kinase sérique n'est pas toujours très élevé (dans une série de 31 cas, la médiane du taux de CK était à 478 avec un écart de 70 à 14 000). Après l'arrêt du traitement, les patients s'améliorent dans les 4 semaines [6].

L'aspect neuropathologique habituel est celui d'une nécrose des fibres avec présence de vésicules et accumulation de glycogène. L'aspect typique de fibres rouges déchiquetées peut être observé ; il est associé en microscopie électronique à des aspects morphologiques très anormaux des mitochondries qui contiennent des inclusions paracristallines. Cet aspect avait fait soupçonner très rapidement l'atteinte mitochondriale et suggérer que le mécanisme de la toxicité soit analogue à celui de la fluoro-iodoarauracil, c'est-à-dire une inhibition de l'ADN polymérase mitochondriale par l'AZT, induisant une déplétion mitochondriale. De plus il avait été montré un déficit partiel en cytochrome C oxydase sur ces échantillons musculaires [4]. À l'époque, une polémique scientifique avait eu lieu sur l'existence même de cette toxicité du fait de la ressemblance entre les myopathies liées à l'AZT et les myosites décrites au cours de l'infection par le VIH-1 [7], et de la relativement faible connaissance que l'on avait alors des atteintes mitochondriales génétiques d'expression partielle. L'atteinte musculaire observée sous AZT était, par exemple, beaucoup moins marquée que celle observée dans l'une des premières atteintes génétiques mise en évidence, la maladie de Kearn-Sayre associée à une délétion dans l'ADN mitochondrial. On connaît bien maintenant l'expression musculaire parfois très modérée de certaines pathologies de la chaîne respiratoire d'origine génétique avec mutation.

Les atteintes extramusculaires au cours des traitements utilisant des analogues nucléosidiques

La mise en évidence d'une toxicité mitochondriale extramusculaire au cours des traitements par analogues nucléosidiques (associés ou non à des antiprotéases) a été beaucoup plus tardive, probablement parce que c'est lors d'associations de ces analogues entre eux ou lors de l'utilisation de produits d'introduction plus récente comme le d4T qu'elle est plus fréquente.

Il est encore difficile d'établir une liste de toutes les expressions cliniques possibles et de leurs fréquences respectives. L'origine toxique de ces symptômes est d'ailleurs encore en discussion pour certains d'entre eux. Elle est hautement probable pour les neuropathies sensitives distales caractérisées par la survenue d'engourdissements, de dysesthésies, de douleurs parfois importantes dans les membres inférieurs ou les quatre membres, habituellement régressives à l'arrêt du traitement. L'aspect neuropathologique est celui d'une atteinte axonale avec infiltration importante par des macrophages activés. Le risque de survenue de ces neuropathies est augmenté en fonction de l'âge, du taux de lymphocytes CD4 circulants, de la charge virale circulante et de la présence d'autres facteurs de risques de neuropathies (diabète, alcool, dénutrition, etc.). Un article récent a montré qu'à taux de CD4 constant, le risque relatif de neuropathie des patients sous d4T était de 1,39 comparé aux patients sous ddI, ce risque relatif montant jusqu'à 7,8 chez les parents recevant l'association ddI + d4T + hydroxyurée [8]. Le mécanisme de cette toxicité, sa relation même avec une atteinte mitochondriale, n'est pas établi avec certitude.

La liaison entre la survenue de lipodystrophies chez les patients recevant au long cours des analogues nucléosidiques, et une toxicité mitochondriale de ces molécules paraît très probable [9-11]. Le premier argument est l'association fréquente à la liposdystrophie d'une acidose lactique et de symptômes proches de ceux que l'on observe dans les cytopathies mitochondriales d'origine génétique [9, 10]. La démonstration récente, chez un patient souffrant d'une lipodystrophie sans signe musculaire clinique, d'une anomalie de fonctionnement de la chaîne respiratoire de mitochondries issues du muscle et surtout de délétions multiples dans l'ADN mitochondrial apporte un argument plus direct [11]. Cette observation initiale est en cours de confirmation sur un plus grand nombre de patients. Cependant il existe plusieurs syndromes de lipodystrophies, et il est tout à fait possible que certains aient d'autres mécanismes.

Plus récemment encore, des atteintes rapidement progressives liées à une acidose lactique ont été mises en évidence. L'expression clinique habituelle est dominée par une asthénie, des signes musculaires et des céphalées. Les signes sont cependant parfois aigus, voire dramatiques, associant des nausées, des douleurs abdominales, des malaises et une dyspnée. Plusieurs décès ont été signalés, mais ces formes aiguës sont probablement beaucoup moins fréquentes que les atteintes au long cours [12, 13]. Leur diagnostic repose sur la mise en évidence d'une acidose lactique parfois très intense, associée à des signes d'atteintes de différents organes (élévation des transaminases, de la lipase, de l'amylase, atteintes hématologiques, etc.). Le fonctionnement de la chaîne respiratoire chez ces patients a encore été peu étudié, mais un article récent montre la fréquence d'un déficit du complexe IV de la chaîne respiratoire [13].

Ces accidents ont très récemment conduit à l'étude systématique du taux d'acide lactique dans le sang et du rapport lactate/pyruvate chez des patients sous traitement sans plainte clinique. L'étude de plusieurs séries de patients, encore non publiées, suggère qu'une forte proportion de patients sous traitement ont des taux de lactates dans le plasma supérieurs aux normes. La découverte d'une hyperlactatémie paraît liée à l'utilisation du d4T, à l'âge des patients, au temps total sous analogues nucléosidiques.

L'effet sur le nourrisson des analogues nucléosidiques donnés au cours de la grossesse

L'AZT combiné à d'autres antiviraux, administré lors des grossesses des femmes infectées par le VIH, réduit la transmission du virus de environ 20 % à moins de 2 % actuellement. Cette forte réduction de la transmission du virus a représenté une très grande victoire remportée contre l'extension de la maladie. Dans les différents protocoles utilisés, les analogues nucléosidiques (de l'AZT seul, les premières années, une association d'analogues nucléosidiques et parfois d'antiprotéases désormais) sont donnés durant la fin de la grossesse (souvent à partir de la 24^e semaine), par perfusion à la mère lors de l'accouchement et au nouveau-né pendant les premières semaines de vie. Des toxicités modérées sous forme d'atteintes hématologiques chez le bébé avaient été observées très rapidement, durant la phase de traitement de l'enfant, ce qui motivait parfois un arrêt prématuré du traitement de l'enfant. Ces toxicités étaient attendues et correspondaient à ce que l'on savait déjà de ces molécules. Beaucoup plus troublante a été la mise en évidence de signes cliniques graves survenus chez des enfants non infectés par le virus, mais qui avaient reçu, en anté-natal et durant la période périnatale, de l'AZT ou une combinaison d'analogues nucléosidiques. Le point particulier par rapport à ce qui a été discuté ci-dessus est que l'enfant ne reçoit plus d'analogues nucléosidiques depuis plusieurs mois lors du début des signes cliniques. Nous avions publié initialement l'histoire de 8 enfants avec signes cliniques ou radiologiques d'atteintes neurologiques centrales, et démontré l'existence chez ces enfants d'anomalies de la chaîne respiratoire mitochondriale [14]. Aucun enfant n'avait de mutation ou de déplétion de l'ADNmt. Nous avons depuis poursuivi de façon exhaustive l'analyse de plus de 4 000 enfants suivis au moins un an (exposés et non exposés aux antiviraux) appartenant à l'Enquête périnatale française en utilisant un algorithme de symptômes cliniques et biologiques. Sans pouvoir détailler ici des résultats encore en cours d'élaboration, il paraît bien établi que, s'il n'existe pas de différence de mortalité entre le groupe des enfants ayant reçu des analogues nucléosidiques et ceux n'en ayant pas reçu, il existe une différence très significative de fréquence de symptômes [15]. Ces symptômes sont essentiellement neurologiques avec des atteintes du tronc cérébral (donnant une expression de syndrôme de Leigh chez un enfant), des nécroses corticales, des crises convulsives, des retards cognitifs. Des anomalies morphologiques visibles en imagerie par résonance magnétique sont fréquentes chez les enfants ayant reçu des analogues nucléosidiques. Nous avons pu démontrer une anomalie de fonctionnement de la chaîne respiratoire dans le muscle dans la grande majorité des cas ayant des signes cliniques et radiologiques, et évaluer, encore de façon approximative, la fréquence de la toxicité à environ 5/1 000 traitements.

Cette possible toxicité a été contestée, en particulier aux États-Unis [16]. L'approche utilisée a cependant été très différente puisqu'elle s'est appuyée sur l'évaluation rétrospective des causes de décès dans des registres de patients ayant reçu de l'AZT durant la grossesse. La difficulté de l'établissement du diagnostic d'atteinte de la chaîne respiratoire discutée ci-dessus rend probablement compte de la différence d'évaluation des effets secondaires des analogues nucléosidiques donnés durant la grossesse.

Le mécanisme de la toxicité n'est pas établi. Il ne semble pas s'agir d'une déplétion franche de l'ADNmt comme c'est le cas chez les patients sous traitement. Des études faites chez l'animal ont démontré une intégration de l'AZT dans l'ADNmt et des effets analogues chez le singe nouveau-né lorsque des analogues nucléosidiques avaient été donnés durant la grossesse [17, 18].

Conclusion

Les analogues nucléosidiques combinés aux antiprotéases ont transformé l'évolution de l'infection par le VIH-1 et ont presque aboli le risque de transmission de la mère à l'enfant. Il existe cependant des effets secondaires qui peuvent être graves. Ce risque retentit désormais sur le choix des molécules données aux patients.

Références

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