Le système HLA, une aide à la clinique ?

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Une des grandes caractéristiques de l'exercice de la médecine est la reconnaissance des formes cliniques des maladies. Ceci est particulièrement vrai dans les maladies chroniques dont l'évolution est très variable selon les patients. Cette observation peut être liée à de nombreux facteurs parmi lesquels la génétique prend une place non négligeable. Outre pour le diagnostic proprement dit, l'intérêt pratique de la reconnaissance des formes cliniques est une meilleure adaptation du traitement. Du fait de son rôle dans la reconnaissance entre cellules, le système HLA fait partie de ces facteurs pouvant logiquement influencer l'évolution des pathologies chroniques. Nous chercherons à montrer dans cette revue comment la détermination des allèles HLA peut présenter un intérêt dans le diagnostic clinique et dans l'aide à la thérapeutique en 1996.

HLA et maladie : mode d'emploi

Organisation et structure

Le complexe HLA [1], situé sur le bras court du chromosome 6 chez l'homme, occupe 1/3 000 du génome et comprend beaucoup de gènes dont le nombre augmente régulièrement avec les connaissances. Ces gènes se répartissent, en partant du centromère, en gènes de classe II, III et I.

Les gènes de classe I (A, B, C allant jusqu'à H) codent pour des protéines membranaires retrouvées à la surface de toutes les cellules nucléées et formées d'une chaîne alpha associée à la beta2-microglobuline.

Les gènes de classe II (DP, DQ, DR) codent pour des molécules exprimées par les cellules de l'immunité (lymphocytes T activés, lymphocytes B, macrophages) et formées de deux chaînes alpha et beta codées respectivement par les gènes A et B (figure 1) de chaque locus DQ, DP et DR.

Les gènes de classe III, codant pour des protéines très différentes de celles de classe I et II, n'ont pas de rôle dans la reconnaissance immune et ne seront donc pas abordés.

Le complexe HLA est caractérisé par un très grand polymorphisme. Ainsi chaque gène comporte un grand nombre d'allèles codant pour des protéines HLA distinctes. Les combinaisons de ces allèles sont nombreuses et constituent le génotype HLA. Cette diversité explique que la probabilité est faible pour deux individus non apparentés de présenter le même génotype HLA. On peut ainsi dire que le système HLA fait partie d'une carte d'identité de l'individu. Il constitue de ce fait un marqueur de population fréquemment utilisé au même titre que les gènes de la globine dans les études anthropologiques.

Fonctions du HLA

Décrit en 1958 par Jean Dausset, le système HLA a constitué pendant de très nombreuses années la base de la compatibilité tissulaire entre donneurs et receveurs de greffes d'organes. Sans perdre de son importance en transplantation, il s'est révélé depuis une vingtaine d'années associé à l'étude des pathologies chroniques ayant une composante auto-immune ou non.

La reconnaissance du soi et du non-soi est la fonction essentielle du système HLA. Le rôle naturel des protéines HLA de classe I et II est de présenter aux lymphocytes T les antigènes reconnus étrangers par l'organisme. La conformation tridimensionnelle des molécules HLA décrite par cristallographie montre que les deux chaînes formant la molécule s'associent en une poche complémentaire de la forme du peptide antigénique à présenter. Les mécanismes d'interaction protéine HLA-peptides sont complexes et mettent en jeu à la fois le polymorphisme des molécules HLA et celui des peptides présentés. Ainsi, d'un individu à un autre, un même peptide peut être vu différemment selon la conformation prise par les molécules HLA (figure 2). La réponse immune dépend de cette interaction. Les connaissances sur la présentation du peptide sont très difficiles à résumer et sont plus du domaine fondamental.

Ainsi, la fonction naturelle du système HLA en fait un candidat comme marqueur de maladie auto-immune. Cependant, dans la majorité des pathologies chroniques associées au système HLA, l'intervention du HLA est probablement indirecte car elle ne met pas seulement en jeu des mécanismes de reconnaissance immune.

Nomenclature

La nomenclature des gènes et molécules HLA a beaucoup évolué ces quinze dernières années. Jusqu'au 9^e Workshop HLA (1990), la nomenclature était essentiellement fondée sur une définition sérologique et cellulaire des produits HLA. Depuis, l'application des techniques de biologie moléculaire [2, 3, 4] s'adressant directement aux allèles a révélé le formidable polymorphisme du système HLA et donc imposé la mise en place d'une nomenclature adaptée [5, 6]. Une correspondance entre les différents types de nomenclatures a ensuite été établie (tableau 1). Depuis 1990, les workshops HLA ont « officialisé » ces données [6].

En prenant pour exemple la spécificité sérologique DR1, son correspondant cellulaire est Dw1 et ses correspondants alléliques sont multiples DRB1^*0101, ^*0102, ^*0103. La palme de la complexité revient au DR4 qui comprend près de 24 allèles répertoriés. Ceci est d'autant plus important que la description allélique est plus informative que ne l'étaient les spécificités sérologiques.

Cependant il faut être très prudent lorsque l'on assimile spécificité sérologique et génotype car on ne peut déduire d'un gène une protéine du fait des nombreux phénomènes post-transcriptionnels. Autrement dit, un typage génomique ne reflète pas exactement ce qui se passe à l'échelon cellulaire. La tendance actuelle dans la stratégie d'étude des associations HLA-maladies, après l'accroissement du nombre de données obtenues par les techniques de biologie moléculaire, est donc de trouver un équilibre entre les approches génétiques et immunologiques, les renseignements donnés par le gène et la protéine étant complémentaires.

Association HLA et maladies. Quelle mesure pour quelle informativité ?

Notion de marqueur de risque

Le système HLA est défini comme marqueur de susceptibilité d'une maladie donnée lorsque certaines spécificités ou allèles se retrouvent avec une plus grande fréquence chez les sujets atteints par rapport à la population saine. Inversement, on peut également parler de marqueur de résistance lorsque ces fréquences sont diminuées.

Il ne faut pas confondre marqueur et gène candidat à une maladie. Dans les pathologies chroniques ne mettant pas en jeu un dysfonctionnement immunitaire, le système HLA serait associé de manière indirecte. Cela peut s'expliquer par l'existence d'un déséquilibre de liaison entre les allèles concernés (qui jouent alors le rôle de marqueur) et un ou plusieurs gènes candidats qui, dans la plupart des cas, ne sont pas identifiés.

Les gènes HLA sont présents chez tous les individus. On ne peut pas parler de mauvais allèles ! En effet, les allèles associés aux pathologies sont observés avec une fréquence non négligeable dans la population saine. Inversement, un pourcentage parfois important de sujets atteints ne présente pas les marqueurs. La spécificité du système HLA en tant que marqueur de maladie est donc limitée.

Mesure du risque : les approches méthodologiques

Deux approches différentes permettent d'aborder l'implication du système HLA dans les maladies [7, 8, 9, 10] : les études cas-témoins et les études familiales. Dans le premier cas, on pratique un test d'association, dans le deuxième un test de liaison.

Le test d'association est fondé sur la comparaison des distributions des fréquences des allèles du marqueur chez les malades et dans un groupe témoin non apparenté. La valeur statistique de cette comparaison se fait le plus souvent par un test du Chi2. On quantifie le risque en termes de risque relatif (RR) qui est le rapport entre la proportion de malades chez les individus exposés au risque et la proportion de malades chez les non exposés. Lorsqu'il diffère significativement de 1, le facteur de risque est associé à la maladie. Actuellement, on donne une importance particulière à l'intervalle de confiance dans lequel se trouve le RR, car il représente une valeur plus informative que le test statistique Chi2.

Dans les études de pathologies peu fréquentes, on utilise une autre mesure : l'odd ratio (OR) qui est en fait une approximation du risque relatif [11]. Ainsi, l'OR mesure de manière simple la force d'association entre une maladie et un facteur estimé à risque.

Le test de liaison familial est la méthode des paires de germains (sib pairs) [12, 13]. En cas de liaison génétique, la distribution du nombre d'haplotypes identiques par descendance chez les couples de germains atteints (2, 1, 0) s'écartera significativement de la distribution attendue mendélienne (1/4, 1/2, 1/4).

Informativité pour qui ?

Les groupes étudiés doivent être importants en taille du fait du polymorphisme étendu des gènes HLA. Par ailleurs, les fréquences et les combinaisons des allèles HLA présentent des variations importantes selon l'origine ethnique et géographique. Il faut donc tenir compte de ces facteurs dans l'interprétation des résultats. Pour plus de simplicité, nous nous limiterons à l'évaluation du risque dans les populations caucasiennes.

Il est délicat, lorsqu'on pratique une étude d'association (étude cas-témoin), de tirer des conclusions à l'échelon individuel. Il faudra tenir compte des autres critères de diagnostic et du contexte clinique et familial de l'individu. Ainsi, un marqueur HLA pris isolément n'a pas de signification.

Informativité différente entre classe I et classe II

Dans les études d'association entre gènes HLA et pathologies, les informations apportées par les gènes de classe I et II sont différentes. Pour les gènes de classe I, les OR sont importants, le plus souvent supérieurs à 20. C'est le cas du HLA-B27 dans la spondylarthrite ankylosante et des gènes HLA A3 dans l'hémochromatose [14]. Cette force d'association est probablement due à un rôle direct du système HLA.

Il n'en est pas de même pour les OR observés dans les tests d'association entre les gènes HLA de classe II et les maladies (OR < 20 le plus souvent). Ceci est lié à deux aspects. Le premier concerne le mode d'implication du système HLA dans la maladie. Le deuxième est d'ordre statistique. En effet, il est important de bien différencier des résultats statistiques obtenus en fonction de la technique d'identification du polymorphisme du système HLA. Les méthodes sérologiques, peu discriminatives, aboutissaient facilement à des OR plus élevés que les méthodes génotypiques actuellement employées. Par exemple, pour une même spécificité sérologique DR4 selon la nomenclature de 1994 [7], 19 allèles ont été décrits. Le très grand pouvoir discriminant des techniques de biologie moléculaire a eu pour conséquence de diminuer la force statistique des tests de comparaison lors des études cas-témoins. Il est probable que cette notion s'appliquera également aux gènes de classe I. C'est pourquoi ceux-ci ne sont pas significatifs. L'interprétation des résultats se limite alors à parler de tendances qui devraient être prises en compte lorsqu'elles sont décrites par plusieurs équipes.

Peut-on considérer HLA comme marqueur diagnostique ?

Le nombre d'associations décrites entre gènes des loci HLA et pathologies chroniques est important [14], mais seul un petit nombre d'entre elles présente un risque relatif important (tableau 2). C'est pourquoi, l'intérêt diagnostique du typage HLA est restreint.

Le génotypage HLA apporte un argument diagnostique dans la suspicion de narcolepsie [3, 15]. Dans cette maladie, l'OR est de 23 environ (entre 300 et 400 pour les Chinois et Japonais). Ceci signifie en fait que la presque totalité des patients DR2 présente la combinaison haplotypique DRB1^*1501-DQA1^*0102 DQB1^*0602 (98 à 100 % des patients suivant les ethnies) pour une fréquence de 15 à 20 % dans la population témoin. Le génotypage intervient ici en complément des obervations cliniques (cataplexie) et électroencéphalographiques.

La maladie cœliaque représente un autre cas où le génotypage HLA apporte une information clinique [16, 17, 18]. Sur des données statistiques, il apparaît que la maladie est liée aux allèles DR3 (associés aux allèles DQA1^*0501-DQB1^*0201) ou DR7 (DQA1^*0201-DQB1^*0201) et que l'allèle DR5 initialement décrit n'est pas impliqué [18]. En fait, d'autres gènes HLA (dont le gène DRB4) seraient associés à l'apparition de la maladie. Le mode d'intervention du système HLA dans cette pathologie est ici connu puisque, expérimentalement, on a pu isoler des clones lymphocytaires restreints au sérotype DR3-DQ2 reconnaissant le peptide gliadine. Ainsi, le génotypage peut ici participer à la confirmation d'un diagnostic rendu douteux par sa forme clinique atypique.

Le troisième domaine diagnostique est celui du diabète insulino-dépendant (DID). On connaît depuis longtemps l'association du DID avec les spécificités sérologiques DR3 et DR4 [19, 20, 21]. De nombreuses études ont montré un excès d'hétérozygotes pour la combinaison des sérotypes DR3/DR4. Les techniques de biologie moléculaire ont permis en 1988 la mise en évidence d'un site polymorphe informatif situé en 57 de la chaîne DQbeta [19]. Une particularité biochimique commune aux allèles associés au DID est la présence d'une alanine en position 57 de la chaîne DQbeta. À l'opposé les allèles DQB1 codant pour un aspartate en position 57 de la chaîne DQbeta sont protecteurs (DQB1^*0602). Mais réduire la susceptibilité du DID aux seuls gènes HLA DQ et DR serait une erreur connaissant le caractère polygénique de cette pathologie. Ainsi des études récentes impliquent 20 loci différents. HLA-DQ-DR ainsi que la région promotrice de gène de l'insuline (INS) expliqueraient à eux seuls 60 % de la part génétique. Du fait du caractère polygénique et multifactoriel du DID, les marqueurs HLA présentent un intérêt de prédiction limité dans la population générale. Par contre, le terme prédiction prend toute sa signification dans les familles. Deux notions doivent être prises en compte : la nature des allèles HLA DQ-DR porté par l'enfant atteint et le degré d'identité HLA de la fratrie étudiée. Si, dans la famille, le risque est en moyenne de 6 %, il varie de 1 % si aucun allèle HLA n'est partagé avec l'enfant atteint à 20 % en cas d'identité et de présence de la combinaison la plus à risque (DR3/DR4). La non-identité HLA joue ici un rôle protecteur et permet donc de rassurer les familles. Le dépistage familial du prédiabète de type I existe en France depuis quelques années et associe l'analyse de marqueurs génétiques, immunologiques et métaboliques.

Les allèles HLA marqueurs d'évolutivité

Le génotypage HLA a un grand intérêt pour l'étude des modes évolutifs de la maladie une fois déclarée. Comme nous l'avons signalé précédemment, l'abord de ce sujet est rendu délicat par les tests statistiques utilisés et la plupart des variations cliniques induites par la présence de tel ou tel allèle HLA ne sont que des tendances à la limite de la signification mathématique. Ceci aboutit le plus souvent à expliquer l'hétérogénéité des pathologies chroniques. Cependant, ces résultats peuvent être considérés comme une information dont il faudra tenir compte dans l'attitude thérapeutique.

Âge de survenue, sexe et HLA

L'exemple des données observées dans la polyarthrite rhumatoïde est le plus illustratif, avec l'identification de deux pathologies « distinctes » suivant le sexe [22]. Dans l'hypothèse d'un épitope commun (structure peptidique HLA commune retrouvée dans la maladie), le sujet présentant deux épitopes identiques à risque (homozygote) a plus de risque de faire la maladie qu'un sujet hétérozygote (un épitope à risque, l'autre neutre ou protecteur). Cette caractéristique est observée chez la femme mais non chez l'homme. Ainsi, chez l'homme, le risque maximal est vu chez les sujets hétérozygotes pour DR4 (DRw4/DRw14 soit DRB1^*0401/DRB1^*0404). On peut mettre en parallèle cette observation avec les formes cliniques qui montrent que les hommes présentent une maladie avec plus de nodules sous-cutanés et une mauvaise réponse à la thérapeutique alors que les femmes présenteraient des formes plus précoces.

Dans la polyarthrite juvénile [23], une association avec l'allèle DR8 a été décrite dans les cas les plus précoces, les formes plus tardives étant associées au groupe d'allèles DR4. Il semble de plus que cette forme précoce soit particulière puisque pauci-articulaire.

Notre étude sur l'association entre les allèles HLA et la maladie de Crohn [24 et résultats personnels] a montré un rôle protecteur de l'allèle DR3 et un risque lié aux allèles DR1 et DR7. Ces observations sont nettement plus marquées chez l'homme (figure 3a). De plus, alors que les variations des allèles DR1 et DR3 sont retrouvées aussi bien chez l'adulte que chez l'enfant, l'allèle DR7 n'est associé à la maladie qu'à l'âge adulte (figure 3b) et avec une augmentation particulière chez l'adulte jeune. On pourrait ainsi estimer que la maladie associée à l'allèle DR7 représente le tableau typique décrit dans la littérature (adulte jeune).

En fait, les allèles HLA, ou tout au moins leur produit d'expression, pourraient intervenir non pas en tant qu'élément protecteur ou à risque mais en tant que bon ou mauvais outil pour lutter contre une agression. Des études sur la pneumoconiose chez les mineurs de charbon en Allemagne illustrent cette observation en montrant l'association entre l'allèle DR8 et la survenue rapide de la maladie (moins de 15 ans) [25]. Par contre, les sujets présentant l'allèle DR1 semblent protégés.

Gravité et formes cliniques particulières

Il peut être intéressant de pouvoir prédire l'évolutivité de la maladie chronique afin d'adapter au mieux le traitement. Ici encore, les résultats ne sont pas tous parfaitement clairs selon les pathologies étudiées. Un des principaux arguments est l'aggravation de la maladie lorsque le sujet est homozygote pour un allèle à risque. Cette notion a été proposée pour la polyarthrite rhumatoïde, les sujets à risque étant DR4/DR4. Cependant, après une étude plus précise, il apparaît que le risque le plus élevé existe pour des sujets hétérozygotes au sein du groupe d'allèles DR4 (sujets DRB1^*0401/DRB1^*0404) [26]. Les résultats initiaux tendant à montrer le faible risque évolutif lié à DR1 (autre allèle à risque pour la polyarthrite rhumatoïde) ne sont pas confirmés. Toutes ces notions sont très difficiles à évaluer car même avec une taille suffisante de chaque sous-population étudiée [27] (en fonction de l'âge d'apparition, du sexe, etc.), l'implication des allèles HLA reste d'interprétation limitée. Ainsi, pour certains auteurs, le facteur de gravité d'une maladie serait plus le fait de la présence ou de l'absence du facteur rhumatoïde que d'allèles HLA à risque [28, 29].

Dans le cas de la maladie de Crohn, les résultats de notre laboratoire montrent que les patients porteurs de l'allèle DR3 (évalué comme protecteur pour la maladie) présentent une forme clinique peu grave d'après certains critères thérapeutiques (corticothérapie, interventions chirurgicales). Inversement, les sujets à risque DR1 et DR7 ayant développé la maladie présenteraient des formes plus sévères [24, résultats personnels].

Les allèles HLA DR3 et DR4 sont retrouvés à risque dans les hépatites auto-immunes mais les sujets DR3 déclarant la maladie présentent une forme moins sévère, plus tardive et avec peu de rechutes [20, 31].

La plupart de ces résultats sont des tendances qu'il faudra confirmer par l'utilisation d'autres méthodes statistiques ou par l'étude de populations plus importantes de malades.

De toutes ces maladies chroniques, les maladies de système révèlent une particulière hétérogénéité associée aux allèles HLA. Le fait que plusieurs équipes retrouvent les mêmes tendances confortent ces associations. Dans ces pathologies, les anticorps retrouvés chez les patients sont souvent associés avec un allèle HLA spécifique. Ainsi, dans la sclérodermie, la maladie n'est associée à l'allèle DR1 que dans les formes présentant des anticorps (Ac) anticentromères, les Ac antiribonucléoprotéines sont retrouvés associés aux allèles DR5, les Ac anti-Ro (Ssa) associés à DR3 [32, 33].

Toutes ces données sont à l'heure actuelle très descriptives et toutes n'amèneront probablement pas à des applications cliniques. Elles tendent surtout à illustrer un rôle actif du patient dans la réaction à une agression qui le plus souvent n'est pas connue. Dans une étude longitudinale, menée sur plus de 10 ans, d'une cohorte de sujets présentant une connectivite mixte, Gendi et al. [34] ont montré que l'évolution vers une connectivite mieux définie (lupus, sclérodermie ou polyarthrite rhumatoïde) dépend du génotype HLA. Tous les patients ayant évolué vers une polyarthrite rhumatoïde possédaient l'allèle DR4, ceux présentant une sclérodermie étaient majoritairement DR5. L'allèle DR3 était surexprimé chez les sujets ayant évolué vers un lupus bien que la liaison ne soit pas statistiquement significative. Ainsi, les sujets atteints de connectivite mixte ont montré une évolution vers des connectivites plus spécifiques en accord avec les risques portés par les allèles HLA. Cette description illustre bien l'hypothèse de modulation des maladies chroniques par des facteurs génétiques, et en particulier par le système HLA. La même observation a été faite avec les pathologies chroniques du foie pour lesquelles les formes de type I (hépatite auto-immune) sont associées à DR3 ou DR4 alors que les formes de type II (cirrhose biliaire primitive) le sont avec l'allèle DR8.

Une bonne connaissance de la modulation des maladies chroniques par des facteurs génétiques représente une voie possible pour une meilleure adaptation du traitement. Deux hypothèses peuvent expliquer ces modulations :

- soit ces gènes interviennent directement sur la maladie : dans ce cas, nous sommes en présence de maladies chroniques à composante génétique comme le diabète insulino-dépendant ou la maladie cœliaque ; la part génétique est ici facile à déterminer par le taux de concordance entre jumeaux monozygotes pour la pathologie ;

- soit ces facteurs génétiques interviennent lors de la réponse à une agression et modulent les caractéristiques cliniques de la pathologie : dans ce cas, il est beaucoup plus difficile de déterminer l'importance des facteurs génétiques.

Étant donné leur fonction, les gènes du système HLA interviennent probablement dans les deux cas, par des mécanismes complexes impliquant non seulement la notion d'allèles à risque ou protecteurs mais également le taux d'expression de ces molécules ainsi que leur expression aberrante au niveau de cellules ne les exprimant pas normalement. On peut donc comprendre que les observations rapportant des associations HLA-maladies soient difficiles à interpréter. Malgré cela, il semble possible actuellement dans certaines pathologies d'utiliser l'identification des allèles HLA en tant que marqueur d'aide au diagnostic, à la prédiction d'évolution, voire à l'indication thérapeutique.

Il n'y a certainement pas de mécanisme unique permettant d'expliquer l'intervention du système HLA. Néanmoins, quelques observations semblent intéressantes. Tout d'abord, certains allèles semblent être associés à des pathologies présentant des caractères communs d'organe ou de fonction. Ainsi, l'allèle DR2 est associé à des pathologies neurologiques (sclérose en plaque, narcolepsie, névrite optique). L'allèle DR7 semble intervenir dans les pathologies liées à un contact avec l'environnement direct (pathologies cutanées : psoriasis, dermatites herpétiformes) ou indirect (pathologies digestives : maladie de Crohn, maladie cœliaque, pulmonaires comme certains asthmes). Les associations aux allèles DR3 et DR7 sont particulièrement intéressantes car elles se retrouvent le plus souvent mises en parallèle. La plupart des pathologies associées à DR3 le sont avec DR7, soit dans le même sens pour le risque (maladie cœliaque, pathologies thyroïdiennes par exemple), soit en opposition, le cas le plus marquant étant la réponse à la corticothérapie dans les syndromes néphrotiques. Enfin, il faut noter le rôle particulier de l'allèle DR3 qui regroupe la majorité des associations décrites (tableau 2). Sans pouvoir expliquer la raison de cette association fréquente, que ce soit dans le risque ou dans la protection, cette observation est à rapprocher de deux caractéristiques concernant cet allèle : d'une part, c'est un allèle peu polymorphe et ne possédant qu'un registre limité dans la présentation des peptides, d'autre part, d'un point de vue phylogénétique, il s'agit d'un allèle qui pourrait être ancestral [3].

CONCLUSION

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