John Libbey Eurotext

Médecine thérapeutique / Pédiatrie

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Maladies de la membrane du globule rouge Volume 4, numéro 3, Mai - Juin 2001

Propriétés physiques et biochimiques de la membrane du globule rouge

Le globule rouge ne peut survivre qu'en s'adaptant sans cesse aux conditions physiques de la microcirculation. Cette adaptation se fait grâce à la fluidité de l'hémoglobine, à l'importance du rapport surface/volume (un ballon mal gonflé se déforme mieux qu'un ballon bien gonflé), et aux propriétés d'élasticité et de déformabilité de la membrane.

La membrane du globule rouge comporte une bicouche lipidique dont la stabilité est assurée par un réseau protéique complexe (figure 1) : les protéines extrinsèques tapissent la face interne de la bicouche lipidique, formant le squelette de la membrane érythrocytaire, et les protéines transmembranaires ancrées sur le squelette sont insérées dans la bicouche lipidique qu'elles arriment au squelette. Les principales protéines extrinsèques sont la spectrine, l'ankyrine, l'actine, la protéine 4.1 et, de façon marginale, la protéine 4.2. La spectrine, l'actine et la protéine 4.1 s'enlacent pour former un maillage protéique dont le composant principal est la spectrine , composée d'hétérodimères (une chaîne alpha et une chaîne beta), auto-associés tête-à-tête en tétramères. La principale protéine transmembranaire est le transporteur des anions, ou bande 3, qui catalyse l'échange chlorure-bicarbonate, dont le domaine cytoplasmique fixe notamment l'ankyrine et la protéine 4.2 ; il existe également d'autres protéines transmembranaires, telles que les glycophorines porteuses de certains antigènes de groupe sanguin et de sites d'ancrage sur leur domaine cytosolique. Ces protéines transmembranaires interviennent au niveau de deux points : dans l'un d'eux, la protéine bande 3 se lie à la chaîne beta de la spectrine par l'intermédiaire de l'ankyrine, protéine d'ancrage ; la protéine 4.2 renforce la liaison entre l'ankyrine et la protéine bande 3 ; à l'autre extrémité, les dimères de spectrine relient les complexes l'actine-protéine 4.1, et la protéine 1.4 interagit avec les glycophorines C et D. Le tableau 1 indique les principaux gènes impliqués dans les anémies d'origine membranaire [1, 2]. Ces protéines, longtemps considérées comme spécifiques de l'érythrocyte, existent dans de nombreux autres systèmes cellulaires, soit à l'identique, soit sous d'autres isoformes. Des pathologies extra- érythrocytaires secondaires à des mutations concernant ces protéines ont été décrites dans certains modèles animaux.

Diagnostic d'une anémie hémolytique secondaire à une anomalie de membrane du globule rouge

Les manifestations cliniques d'une anémie par anomalie de membrane du globule rouge n'ont aucune spécificité : elles associent de façon variable ictère, anémie, splénomégalie et lithiase biliaire ou sont parfois asymptomatiques, de découverte fortuite sur un frottis sanguin. La NFS montre une anémie régénérative, sauf en cas d'érythroblastopénie aiguë virale ou de carence associée retentissant sur l'érythropoïèse. La baisse de l'haptoglobine et l'élévation de la bilirubine non conjuguée sont fonction de l'importance de l'hémolyse. L'étude des indices érythrocytaires par les automates permet d'évoquer le diagnostic ; l'étude du frottis sanguin permet de visualiser des elliptocytes, stomatocytes ou sphérocytes. L'exploration de la fragilité osmotique est réalisée par l'étude de la résistance osmotique aux solutions et surtout par l'ektacytométrie en gradient d'osmolarité [3], disponible dans quelques laboratoires spécialisés ; celle-ci permet l'étude de la résistance osmotique, de l'hydratation et de la déformabilité des globules : l'ektacytomètre mesure la déformabilité des globules rouges soumis à une force de cisaillement constante, générée par un viscomètre de Couette, et à une osmolarité croissante ; les globules rouges circulent en flux continu et passent devant un rayon laser dont ils diffractent la lumière : le signal lumineux est traduit en index de déformabilité (ID) qui quantifie l'étirement de la cellule ; il est enregistré de façon continue en fonction de l'osmolarité du milieu de suspension des cellules que l'on fait varier. La courbe obtenue comporte trois points importants : 1) le point " hypo " ou osmolarité en région hypo-osmolaire pour laquelle la déformabilité est nulle, car les hématies sont devenues sphériques par entrée d'eau ; il traduit le rapport surface/volume 2) l'index de déformabilité maximale, dépendant de la surface cellulaire 3) le point " hyper " ou osmolarité en région hyper-osmolaire, pour laquelle la déformabilité des hématies est égale à la moitié de l'ID max, corrélé à l'état d'hydratation cellulaire. L'exploration peut être complétée par l'électrophorèse des protéines membranaires, qui permet de préciser les anomalies biochimiques dans la sphérocytose héréditaire (SH), et par l'étude génétique.

Dans tous les cas, le diagnostic d'anomalie membranaire du globule rouge impose un dépistage familial de l'anomalie.

Sphérocytose héréditaire

La sphérocytose héréditaire, caractérisée par la déformation sphérique des globules rouges, est la plus fréquente des anomalies de la membrane érythrocytaire en Europe du nord ; sa fréquence est estimée à 1/2000 à 5000 naissances. Elle peut néanmoins se rencontrer dans toutes les ethnies.

Le mode de transmission est dominant dans 75 % des cas. Pour les 25 % restants, il s'agit le plus souvent d'une mutation de novo. Dans ces cas, le mode de transmission qui paraît récessif à la première génération devient dominant pour les générations suivantes. Les formes récessives vraies sont rares.

Le spectre des mutations susceptibles d'aboutir à une sphérocytose héréditaire est très large. Elles sont toutes situées sur des gènes codant pour une des protéines intervenant dans les interactions verticales. La mutation du gène ANK 1, codant pour l'ankyrine, est la plus fréquente (environ 60 % des cas) et est responsable de formes cliniquement manifestes de SH, de transmission dominante. Les autres mutation rencontrées sont principalement les mutations du gène EPB3, responsables d'un déficit en bande 3, du gène SPTB codant pour la chaîne beta de la spectrine et du gène ELB42 codant pour la protéine 4.2. [2, 4]. Quelle que soit la protéine responsable, elle aboutit à une déstabilisation de la bicouche lipidique, avec comme conséquence une perte de matériel membranaire sous forme de microvésicules. Il en résulte une diminution de la surface du globule rouge et une déshydratation cellulaire, signes constamment retrouvés dans la sphérocytose héréditaire, avec comme corollaire une diminution du rapport surface/volume (S/V) avec sphérisation des cellules, une augmentation de leur fragilité osmotique et une diminution de leur déformabilité.

Le profil évolutif de la SH est très hétérogène et couvre tout l'éventail de la gravité, allant des formes asymptomatiques à de rares cas de mort in utero, en passant par des formes modérées bien tolérées et des formes sévères transfusion-dépendantes. Un pourcentage élevé de microcytes (VGM < 60 fl) et une diminution de plus de 80 % de spectrine normal est associé à une SH sévère [5, 6]. Les formes symptomatiques se manifestent classiquement par la triade ictère, anémie, splénomégalie selon des combinaisons variables, parfois associée à un retentissement sur l'état général (asthénie, fatigabilité à l'effort) et un infléchissement staturopondéral, pas nécessairement corrélés à l'intensité de l'anémie [7]. La SH est habituellement reconnue dans les premiers mois ou années de vie, mais peut être découverte plus tardivement, notamment à l'occasion de complications : accentuation aiguë de l'hémolyse lors d'une infection, érythroblastopénie transitoire, liée le plus souvent à une infection par le parvovirus B19, lithiase biliaire présentes dans 10 à 55 % [8]. En période néonatale, ces manifestations cliniques ont une cinétique d'apparition asynchrone [9] : l'ictère est la manifestation clinique la plus constante et la plus précoce, rencontré dans 80 % des cas ; en revanche, l'anémie est rarement présente à la naissance et environ 60 % des enfants naissent avec un taux d'hémoglobine normal, qui chute rapidement avec des valeurs inférieures à la normale dès le 5ème jour de vie et souvent inférieures à 8 g/dL à la fin du premier mois de vie ; parallèlement, la réticulocytose, élevée les premiers jours, devient rapidement insuffisante, et reste sous la barre des 200.109/ L durant plusieurs semaines, voire mois. Durant cette période l'érythropoïèse est insuffisante pour compenser l'anémie, et une transfusion est souvent nécessaire au cours des premiers mois de vie. La splénomégalie est absente à la naissance, et apparaît entre 1 et 45 semaines de vie, en moyenne vers la 5ème semaine. Quelques formes sont expressives in utero avec anémie sévère et anasarque. Il s'agit d'enfants atteints soit d'un déficit homozygote pour la protéine bande 3 , soit de formes récessives pour un déficit de la chaîne alpha-spectrine.

Le diagnostic repose sur la mise en évidence d'un excès de cellules hyperdenses, témoin de la déshydratation cellulaire, par certains automates. L'examen du frottis sanguin confirme la présence de sphérocytes, hématies apparaissant sphériques et dépourvues de centre clair (figure 2) ; la présence de sphérocytes n'est cependant pas pathognomonique du diagnostic de SH et peut se rencontrer au cours d'autres anémies hémolytiques, notamment allo-immunes par incompatibilité materno-fœtale ABO ou auto-immunes. La mise en évidence d'une diminution de la résistance osmotique aux solutions hypotoniques témoigne d'une diminution du rapport S/V. Cependant la résistance osmotique peut être normale dans 30 % des cas. Enfin l'ektacytomérie en gradient osmolaire permet de faire le diagnostic dans tous les cas : l'index de déformabilité est abaissé, le point « hypo » est le plus souvent dévié à droite et le point « hyper » à gauche (figure 3). Ces examens peuvent être complétés par l'étude des protéines de la membrane du globule rouge par électrophorèse en gel de polyacrylamide, et par l'étude du DNA pour des phénotypes cliniques ou biologiques très particuliers.

Durant les six premiers mois de vie, la surveillance hématologique devra être attentive car une transfusion sera parfois nécessaire ; des résultats préliminaires d'une étude non randomisée indiquent qu'un traitement précoce par érythropoïétine recombinante pendant quelques mois pourrait permettre d'éviter ces transfusions initiales chez certains nourrissons anémiques porteurs d'une SH [10].

Dans les formes graves avec des besoins transfusionnels élevés, le traitement repose sur la splénectomie, qui permet l'élimination du site électif de destruction des globules rouges fragilisés. Cette intervention s'accompagne d'un risque d'infections fulminantes, essentiellement à pneumocoque, méningocoque et Haemophilus influenzae [11] ; elle doit donc être toujours être associée à une prophylaxie anti-infectieuse (vaccination anti-pneumococcique et anti-Haemophilus et prise quotidienne d'ROracilline à vie), qui ne permet cependant pas une prévention totale. Ce risque infectieux est particulièrement élevé chez les enfants âgés de moins de cinq ans, et persiste durant toute la vie : dans une série de 226 patients splénectomisés pou SH, 4 décès par infection fulminante sont rapportés, survenant 18 à 30 ans après la splénectomie pour trois d'entre eux [12]. D'autres complications pourraient s'observer à long terme après splénectomie : l'incidence d'infarctus du myocarde et d'accident vasculaire cérébral est plus élevée chez des adultes porteurs de SH splénectomisés que chez ceux n'ayant pas eu de splénectomie (le rôle de l'hyperplaquettose est évoqué) [13]. Pour tenter de limiter ces risques, notamment infectieux, notre équipe a réalisé des splénectomies subtotales, avec résection de 80 à 90 % du tissu splénique [14, 15] : cette intervention a permis une diminution significative du taux de réticulocytes et une augmentation de taux d'hémoglobine de 9,8 à 12,2 g/dl chez 40 patients, la préservation de la fonction phagocytaire splénique, et l'amélioration d'un score de qualité de vie dans 85 % des cas. La diminution de l'hémolyse est cependant moindre que celle observée au décours d'une splénectomie totale, et une récidive de l'anémie est observée chez quelques enfants plusieurs années après l'intervention ; de plus, la survenue d'une lithiase biliaire et d'une érythroblastopénie aiguë virale reste possible. Cette splénectomie subtotale semble particulièrement indiquée dans deux situations : 1) chez les enfants âgés de moins de 5 ans, avec des besoins transfusionnels élevés ; 2) chez les enfants ayant une anémie modérée, avec peu ou pas de besoins transfusionnels, mais avec un retentissement de la maladie sur l'état général, une volumineuse splénomégalie et/ou une lithiase biliaire. La prophylaxie anti-infectieuse est initialement la même que pour une splénectomie totale par précaution ; nous recommandons qu'elle soit poursuivie jusqu'à l'âge de cinq ans au moins, et qu'elle ne soit interrompue que si la fonction splénique, appréciée par la scintigraphie splénique au 99 technétium et le pourcentage de pitted erythrocytes, sont normaux.

Autres anomalies de membrane du globule rouge

L'elliptocytose héréditaire

Il s'agit d'une affection généralement transmise sur un mode autosomique dominant, caractérisée par la présence de globules rouges elliptiques. Sa fréquence est de 0,02 à 0,05 % en Europe et est très élevée dans certaines région d'Afrique équatoriale, pouvant atteindre 1 % de la population car l'anomalie entraîne une protection partielle contre le paludisme, même chez les hétérozygotes.

Elle est secondaire à des mutations entraînant une altération d'une des protéines qui interviennent dans les interactions horizontales, le plus souvent la chaîne alpha de la spectrine (gène SPTA1) ou la protéine 4.1 (gène EPB41) [2]. Le squelette membranaire ainsi fragilisé perd de son élasticité, et dans les formes sévères, on assiste à la rupture des mailles du cytosquelette, aboutissant à une fragmentation cellulaire.

Les manifestations cliniques de l'elliptocytose sont variables, allant de formes totalement silencieuses à des formes avec hémolyse sévère nécessitant des transfusions. Le diagnostic repose sur l'analyse cytologique du frottis sanguin, qui permet de voir les elliptocytes.

La plupart des formes hétérozygotes sont asymptomatiques, de découverte fortuite lors d'un examen du frottis sanguin, ou entraînent une hémolyse modérée, compensée par l'hyperréticulocytose [16].

Il existe cependant des formes graves, avec anémie hémolytique sévère caractérisée par une fragmentation des hématies entraînant une poïkilocytose. Cette poïkilocytose héréditaire s'exprime dès la naissance. Les enfants naissent à terme et le taux d'hémoglobine est normal 3 fois sur quatre lorsqu'il est déterminé sur le sang de cordon. Cependant une anémie peut être présente dans les formes les plus sévères. Le taux d'hémoglobine chute rapidement et une ou plusieurs transfusions sont nécessaires selon les formes de poïkilocytose. L'anémie est très régénérative dans les premiers jours de vie, mais, comme pour la sphérocytose, l'érythropoïèse devient rapidement insuffisante pour compenser les pertes. L'examen du frottis révèle une poïkilocytose importante avec présence de schizocytes, microcytes, sphérocytes, elliptocytes et micro-elliptocytes. Les automates montrent une population érythrocytaire très microcytaire, avec souvent un double pic sur l'histogramme de répartition des volumes corpusculaires.

On distingue plusieurs formes de poïkilocytose selon l'hérédité :

- la poïkilocytose transitoire de la prime enfance.

Il s'agit de formes hétérozygotes simples, qui pour des raisons encore mal connues et non prévisibles, associent une anémie hémolytique sévère à une fragmentation. Un des parents est porteur d'une elliptocytose classique pas ou peu symptomatique, et l'autre parent a des globules rouges normaux. L'évolution sera spontanément favorable. La fragmentation cellulaire s'amenuise au fil des mois pour laisser la place à une elliptocytose classique, semblable à celle du parent atteint, entre l'âge de 12 et 18 mois.

- la poïkilocytose des états homozygotes.

L'homozygotie pour une mutation sur le gène alpha de la spectrine ou celui de la protéine 4.1 a été décrite à maintes reprises. Elle donne lieu à une anémie sévère dès les premiers jours de vie, souvent transfusion dépendante jusqu'à la splénectomie.

- la poïkilocytose des états hétérozygotes composites [17].

Ces enfants sont hétérozygotes composites pour une mutation elliptocytogène située sur le gène alpha de la spectrine (alphaHE) et pour un polymorphosme particulier appelél alphaLELY situé en trans. L'allèle alphaLELY possède des propriétés singulières. Il est fréquent, car retrouvé chez 20 à 30 % de la population dans toutes les ethnies. Il produit moitié moins de chaînes alpha que normalement. Cette réduction n'a pourtant pas d'importance lorsqu'il est seul présent, car les chaînes alpha sont synthétisées en excès par rapport aux chaînes beta. Les hétéro et homozygotes pour l'allèle alphaLELY sont asymptomatiques. Le problème surgit lorsque ce polymorphisme est associé en trans d'un allèle alphaHE . Les chaînes anormales synthétisées seront prépondérantes par rapport aux chaînes alpha normales. La sévérité de ces formes est comparable aux formes homozygotes et, contrairement à la poïkilocytose de la première enfance, le restera jusqu'à la splénectomie.

L'étude des globules rouges des parents aura donc une valeur pronostique dans les poïkilocytoses héréditaires. Elle permettra de voir si un seul ou les deux parents sont porteurs d'une elliptocytose. Lorsqu'un seul d'entre eux est atteint, il paraît utile de rechercher le polymorphisme alphaLELY chez le parent sain et chez l'enfant.

Dans ces formes sévères de poïkilocytose persistante, la splénectomie est indiquée. Les résultats de la splénectomie partielle semblent moins encourageants que dans la SH : au décours des 5 interventions réalisées dans notre centre, nous n'avons pas observé de diminution significative du taux de réticulocytes et une splénectomie totale a été nécessaire six ans après l'intervention dans un cas [14].

La stomatocytose héréditaire

Les stomatocytoses héréditaires sont des maladies de la perméabilité membranaires aux cations Na+ et K+. Elles ont été initialement identifiées par la présence de stomatocytes sur le frottis sanguin. Les stomatocytes sont des globules rouges avec un centre clair, non plus circulaire, mais limité à une barre en forme de bouche.

Il existe deux formes de stomatocytoses héréditaires, l'une s'accompagnant d'une hyperhydratation des hématies, tandis que dans l'autre forme les globules rouges sont déshydratés [18, 19] :

* La stomatocytose héréditaire avec hyperhydratation des hématies

Cette forme est très rare (moins d'une famille sur 100 000), mais est responsable d'une anémie hémolytique sévère, s'exprimant dès les premiers jours de vie, et persistera la vie durant. Le mode de transmission est autosomal-dominant. Cependant les mutations de novo sont fréquentes. Une augmentation de la concentration intracellulaire en Na+ et K+ occasionne une entrée d'eau avec augmentation du volume cellulaire. Aussi, le rapport S/V diminue et rend les cellules moins résistantes aux solutions hypotoniques. L'étude des protéines membranaires a révélé l'absence de la protéine 7.2b, ou stomatine. Cette absence semble constituer un phénomène secondaire.

La stomatocytose héréditaire avec hématies hyperhydratées peut être confondue avec la sphérocytose héréditaire car toutes deux sont responsables d'une anémie hémolytique avec une diminution de la résistance osmotique. Le diagnostic différentiel se fera par un examen attentif du frottis sanguin, l'étude des indices érythrocytaires (macrocytose dans les stomatocytoses hyperhydratées), et par l'ektacytométrie (l'index de déformabilité maximal est normal car il n'y a pas de perte de surface membranaire). Enfin il peut être confirmé par l'absence de protéine 7.2b. La distinction entre ces deux affections est importante, car la splénectomie est formellement contre-indiquée dans la stomatocytose, et expose à des accidents thromboemboliques graves [20].

* La stomatocytose héréditaire avec déshydratation des hématies, ou xérocytose héréditaire

La fréquence de cette forme atteint environ 1 famille sur 20 000. Elle est de transmission autosomale dominante ; le gène a été localisé en 16q23-qter. L'anémie est souvent discrète voire absente, avec une hémolyse bien compensée. La réticulocytose est en général élevée (300 à 400.109/L).

Il existe un efflux accru de K+, responsable de la déshydratation cellulaire. A l'inverse de la forme précédente, le rapport S/V est augmenté, ce qui est objectivé par une augmentation de la résitance osmotique. L'étude des indices érythrocytaires montrera une augmentation modérée de la CCHM inconstamment accompagnée d'un excès de cellules hyperdenses. De façon étonnante, le volume globulaire moyen est souvent légèrement augmenté. Le frottis sanguin montre la présence de cellules cibles aux côtés des stomatocytes moins nombreux que dans la forme hyperhydratée. Le diagnostic sera confirmé par l'ektacytométrie en gradient osmolaire. Dans quelques cas s'y associe une variété d'œdème périnatal transitoire, se résorbant parfois avant ou dans les semaines suivant la naissance, sans rapport avec l'anémie toujours modérée. Une autre association à cette forme de stomatocytose, retrouvée dans un tiers des cas environ, est l'existence d'une pseudohyperkaliémie. Ce terme désigne l'élévation de la kaliémie quand le sang reste à température ambiante avant le dosage du K+. La kaliémie est normale in vivo ou lorsque le dosage est effectué immédiatement après le prélèvement. La splénectomie est également contre-indiquée pour les mêmes raisons.

L'ovalocytose du Sud-Est asiatique

Il s'agit d'un trait asymptomatique à l'état hétérozygote, très répandu dans une région s'étendant de la Thaïlande à la Mélanésie. Il se caractérise par la présence de stomato-ovalocytes sur le frottis sans autre anomalie hématologique, avec une perte totale de déformabilité élastique à l'ektacytométrie. L'état homozygote n'a jamais été rapporté et est probablement létal.