Myopathies métabolique

MYOPATHIES MÉTABOLIQUES Dr Anthony BEHIN Centre de référence de pathologie neuromusculaire Paris Est Groupe hospitalier Pitié-Salpêtrière

Sources d’énergie pour le muscle à l’exercice « Carburants » musculaires selon la durée de l’exercice • ATP : < 3 sec. • Phosphocréatine : < 1 mn • Glucides : • < 5 sec (glycogénolyse anaérobie) • ~ 90 min (glycogénolyse aérobie) • Lipides : plusieurs heures Sahlin K, 1986

Où les substrats énergétiques sontils stockés ? • Glucides : glycogène musculaire et hépatique (80% vs 20% des stocks), glucose sanguin – Source d’énergie primaire pendant l’exercice aérobie intense

• Lipides : tissu adipeux et triglycérides musculaires (97% vs 3% des stocks), acides gras libres du sang – Source d’énergie pour l’exercice léger à modéré – Les acides gras libres fournissent jusqu’à 80 % de l’énergtie lors de l’effort prolongé (> 1 heure)

Myopathies métaboliques

Myopathies métaboliques • Erreurs innées du métabolisme d’origine génétique (la plupart récessives) • Présentations cliniques chez l’adulte : – Intolérance à l’effort ± épisodes de rhabdomyolyse – Faiblesse musculaire progressive ± cardiomyopathie (CMH > CMD) – Manifestations multisystémiques (enfants > adultes)

Glycogénoses Maladie de Pompe

Glycogène

ADP + Pi NADH O2

glucose

Glycogénose musculaire

Electron Transport

TCA cycle

ADP ATP

lactate

NAD

acids (FA)

ATP Acetyl CoA Déficit en enzyme débranchante Hgb

carnitine FA CoA

CPT II

FA (n-2) CoA

VLCAD

B oxidation

3 oxy FA CoA

enoyl FA CoA 3 hydroxy FA CoA

triglyceride

Pr PAS Ronald G. Haller

H2O

OAA

pyruvate

Déficit en carnitine freephosphoglucomutase fatty

HgbO2

PAS

LCHAD

Glycogénoses : 14 types décrits

• type II : mal. de Pompe • type III : déficit en enzyme débranchante • type V : maladie de McArdle

Lipidoses Déficit en Multiple acylglycogen CoA dehydrogenase glucose(MADD) ADP ATP lactate

Electron Transport

TCA cycle

NAD

H2O

OAA

ATP pyruvate carnitine

TG

Déficit en VLCAD ADP + Pi NADH O2

Acides gras libres

Acetyl CoA carnitine FA CoA

CPT II

FA (n-2) CoA

VLCAD

B oxidation

3 oxy FA CoA

enoyl FA CoA

triglyceride

3 hydroxy FA CoA

LCHAD

Myopathies mitochondriales glycogen

ADP + Pi O2

NADH

glucose

Electron Transport

Cycle de Krebs

ADP ATP

TG

lactate free fatty acids (FA)

NAD

Acetyl CoA Hb

carnitine FA CoA

CPT II

FA (n-2) CoA

VLCAD

B oxidation

3 oxy FA CoA

enoyl FA CoA

SDH

triglyceride

Pr Ronald G. Haller

H2O

ATP

pyruvate carnitine

HbO2

COX

3 hydroxy FA CoA

LCHAD

Comment explorer les myopathies métaboliques ? • Sang: – CK, électrolytes, glucose, TSH – NFS, réticulocytes – lactate, carnitine, profil des acylcarnitines • Urines: – Chromatographie des acides organiques (si rhabdomyolyse, ou lipidose sur la biopsie) autres analyses en fonction du tableau clinique et des résultats de la biopsie musculaire

Étude du métabolisme in vivo Test d’effort de l’avant-bras sans ischémie (« grip-test »)

Spectroscopie RMN du 31P et 13 C

Épreuve d’effort sur bicyclette ergométrique

Myopathies métaboliques révélées par une intolérance à l’effort et des épisodes de rhabdomyolyse • Glycogénoses : – déficit en myophosphorylase (McArdle) et phosphorylase b kinase – déficits en phosphofructokinase (PFK), PGK, PGM, PGAM, LDH, aldolase A, β-énolase.

• Anomalies de l’oxydation des acides gras : – – – –

déficits en carnitine-palmitoyl–transférase II (CPTII), déficit en VLCAD, déficit en TFP (enzyme trifonctionnelle), déficit en multiple acyl-CoA déshydrogénases (ETF)

• Maladies mitochondriales : – mutations de l’ADNmt (cytochrome B gene, tRNA), – mutations ISCU mutations (iron-sulfur cluster protein)

Maladie de McArdle • Glycogénose de type V, AR • Début dans l’enfance • Intolérance à l’effort: – Myalgies et crampes lors des efforts – Phénomène du « second souffle » après ≈ 10 minutes due à une augmentation d’apport des AG et une meilleure consommation du glucose • Myoglobinurie ± ins. rénale dans ≈ 50% cas • CK élevées au repos • Faiblesse musculaire et atrophie après 40 ans dans ≈ 30 % des cas • Analyse génétique : mutation récurrente : (p.R50X sur un allèle chez 2/3 des patients)

Activité myophosphorylase absente

« Grip-test » : protocole d'effort de l’institut de Myologie • Standardisation des conditions posturales • Insertion d’un cathéter IV • Définition d'un protocole d'effort standardisé 1 min

Estimation de la MVC Exercice

Installation du cathéter

Prise de sang post-exercice T-10

T-5

T0

T1

T2

T3

T4

T6

T10

• Réalisation d'une contraction isométrique à 70% MVC pendant 30 s

Résultats du grip test obtenus dans la maladie de McArdle Lactate

Ammoniémie 300

6

Ammoniémie (µmol.l-1)

Lactate (mmol.l-1)

7

5 4 3 2 1 0

250 200 150 100 50 0

0

2

4 6 Temps (min)

8

10

0

2

4 6 Temps (min)

8

• Valeurs de lactates de T1 à T4 inférieures aux normes • Hyperammoniémie

10

Amélioration du second souffle par le glucose dans la maladie de McArdle O = placebo

Oral glucose treatment in McArdle disease

BPM 160 BPM 120

Effet de la prise orale de glucose dans la maladie de McArdle

Constant work

Above hard

Easy

Vissing & Haller. N Engl J Med 2003; 349: 2503-2509.

= Energy supplement

Glycogénoses avec intolérance à l’effort et épisodes de rhabdomyolyse • Maladie de McArdle : cause la plus fréquente de glycogénose • Déficit en phosphofructokinase (PFK) ou maladie de Tarui • Déficit en phosphorylase b kinase • Maladies rares de la glycolyse : quelques cas connus – – – – – –

Phosphoglucomutase Aldolase A Phosphoglycérate kinase (PGK) Phosphoglycérate mutase (PGAM) β-énolase Déficit en LDH

Indices cliniques et biologiques utiles au diagnostic • Début des symptômes après quelques minutes d’exercice • Effet de second souffle dans la maladie de McArdle • Absence de rhabdomyolyse induite par la fièvre ou le jeûne (≠ troubles de la bêta-oxydation) • Pas de faiblesse permanente chez les patients jeunes. • Faiblesse musculaire permanente possible après 40 ans dans les maladies de McArdle et de Tarui • Anémie hémolytique (avec augmentation des réticulocytes et de la bilirubine) dans les déficits en PFK et PGK • Hyperuricémia dans le déficit en PFK • + crises comitiales et retard mental dans le déficit en PGK

Troubles du métabolisme lipidique • Défauts de la bêta-oxydation : Déficit en carnitine Palmitoyl Transferase 2 (CPT 2) Déficit en very-long-chain acyl-CoA dehydrogenase (VLCAD) Déficit en multiple acyl-CoA dehydrogenase (MAD) Déficit en enzyme trifonctionnelle (LCHAD +++)

• Déficit en lipine • Déficit primaire en carnitine • Neutral lipid storage diseases : maladie de ChanarinDorfman

Troubles du métabolisme lipidique Caractéristiques cliniques • Maladies le plus souvent pédiatriques : – Hypoglycémie récurrente, insuffisance hépatique, cardiomyopathie, rhabdomyolyse, voire mort subite

• Symptômes musculaires au premier plan chez l’adulte – Intolérance à l’effort +/- épisodes de rhabdomyolyse

• Manifestations cliniques déclenchées par le jeûne, la fièvre et le stress dans les troubles de la bêtaoxydation.

Déficit de la bêta-oxydation des AG • • • •

Début dans l’enfance ou l’adolescence Intolérance à l’effort inconstante Myalgies post-effort et rhabdomyolyses possibles Facteurs déclenchants en dehors de l’effort : – fièvre, froid, jeûne, stress • CK et lactates souvent normaux au repos • grip-test et épreuve sur bicyclette le plus souvent normaux • Profil des acylcarnitines essentiel au diagnostic – À faire en crise ou après 12 heures de jeûne – Peut orienter les études moléculaires vers les gènes codant pour CPTII, VLCAD, ETF, TFP

Déficit en CPT2 etVLCAD • Episodes de rhabdomyolyse déclenchés par l’exercice, la fièvre, le froid, le jeûne… • Absence de déficit musculaire permanent • Cardiomyopathie rare (VLCAD) • Absence de lipidose, ou lipidose modérée • Profil des acylcarnitines typique pour le déficit en VLCAD (pic C14:1)

Déficit en enzyme trifonctionnelle (MTP) • Episodes de rhabdomyolyse + polyneuropathie sensitivo-motrice +/- rétinopathie +/- cardiomyopathie • Accumulation d’hydroxyacylcarnitines à longue chaîne + acidurie 3-OH-dicarboxylique • Déficit en long-chain 3-hydroxyacyl-CoA dehydrogenase (LCHAD) en rapport avec une mutation sur la sousunité α (gène HADHA) dans la plupart des cas • Lipidose modérée et anomalies mitochondriales possibles à la biopsie musculaire

Déficit en multiple acyl-CoA déshydrogénase (MADD) • • • • • •

Rhabdomyolyse + douleurs abdominales, vomissements, élévation des enzymes hépatiques +/- encéphalopathie Déficit musculaire permanent fréquent (différent des autres troubles de la bêta-oxydation) Lipidose, anomalies mitochondriales, déficit en CoQ à la BM Elevation combinée de toutes les chaînes d’acylcarnitines (C4 to C18:1) Les mutations d’ETFDH sont la cause principales des MADD adultes Réponse spectaculaire à CoQ10 et riboflavine possible.

MADD: patient avec lipidose musculaire

MADD: patient avec anomalies mitochondriales

Rhabdomyolyse et myopathies mitochondriales • •

• • •

Une rhabdomyolyse sévère est une manifestation très rare myopathies mitochondriales Se voit avec des mutations de l’ADNmt (gène du cytochrome B, mutations du tRNA) or nucléaire : mutations d’ISCU (iron-sulfur cluster protein) Diagnostic à considérer en cas d’acidose lactique associée à la rhabdomyolyse BM : RRF, fibres COX -, ou SDH - (ISCU mutations) Toujours envisager un déficit de la bêta-oxydation avec dysfonction mitochondriale secondaire (déficits en VLCAD, MADD, MTP) •

Myopathies métaboliques avec faiblesse musculaire permanente au premier plan • Glycogénoses : – maladie de Pompe (GSD II), – déficit en enzyme débranchante (GSD III) • Lipidoses musculaires : – déficit multiple en acyl-CoA déshydrogénases (MADD), – déficit primaire en carnitine, – déficit en triglycéride lipase (Neutral lipid storage disorders) • Myopathies mitochondriales : – ophtalmoplégies externes progressives, – myopathie isolée (rare)

Le déficit en maltase acide (GSDII) : des présentations variables, du nourrisson à l’âge adulte

Activité résiduelle de l’alpha-glucosidase

Age Nourrissons

Adultes

Spectre clinique de la maladie de Pompe • Maladie de Pompe stricto sensu (forme infantile) – début avant 5 mois – cardiomyopathie, hypotonie, hépatomégalie – décès d’insuffisance cardio-respiratoire < 1 an – activité résiduelle de GAA < 1% • Forme infantile non classique – age de début < 1 an, décès avant 10 ans – GAA activity < 2% • Forme juvénile – début dans l’adolescence – myopathie ± cardiomyopathie – activité résiduelle de GAA 2 to 6% • Forme adulte – début après l’âge de 20 ans – myopathie des ceintures ± ins. respiratoire – activité résiduelle de GAA 7-23 %

Diagnostic de la maladie de Pompe

Biopsie musculaire: myopathie vacuolaire avec surcharge au PAS inconstante (70% des cas) Doser de l’activité α-glucosidase acide (papier buvard, sang ou fibroblastes) devant une dystrophie des ceintures non étiquetée

Maladie de Pompe : Homme de 45 ans Déficit pelvien depuis l’âge de 26 ans Test de marche de 6 mn = 238 m (n > 600) CPK = 3000 UI/l Insuffisance respiratoire : - CVF assis = 2.00 l (41%) - CVF couché = 1.35 l (27%)

Exemples de formes atypiques : ptosis dans une forme évoluée de m. de Pompe

Exemples de formes atypiques : forme avec rigid spine EFR : CV normale

Patient de 40 ans

EMG : décharges pseudo-myotoniques Biopsie : qqs vacuoles PAS +

Longue histoire de “myopathie congénitale” Diminution de l’activité de l’alpha-glucosidase sur leucocytes Présence de deux mutations : c.525delT et c.517_519delATG Recherche de mutation dans les gènes SEPN1 et LMNA négative 2 autres cas rapportés (Fadic et al 1997, Kostera-Pruszczyk et al 2006)

(Laforêt P et al., Neuromuscular disorders 2010)

Enzymothérapie substitutive Une longue histoire Années 1960 : échec de la première tentative d’enzymothérapie (enzyme d’Aspergillus Niger et de placenta humain) 1996 : GAA recombinante produite à partir de lait de lapine transgénique et cellules CHO 1999 : essais de phase I et II avec cette enzyme [alglucosidase alfa, Myozyme™]) 2000-2001 : publications des essais pilotes (Van den Hout et al., Lancet 2000; Amalfitano et al.,Genet Med 2001)

2003 : essais cliniques pivots débutés avec Myozyme™ 2006 : approbation pour la commercialisation par l’EMEA and la FDA de Myozyme™ 2007 : publication d’un essai de phase III chez 18 enfants de < 6 mois (Kishnani et al., Neurology 2007) CHO = chinese hamster ovary.

Développement de l’enzymothérapie substitutive dans la maladie de Pompe 2006 AMM

Formes infantiles

Histoire naturelle (n = 168)

2008

2009 AMM adultes

AGLU01602 >6 < 36 mois (n = 21) AGLU01702 < 6 mois (n = 18) EAP: Expanded Access Protocol

International Registry LOTS (n = 90)

Formes de début tardif

LOPOS (n = 58)

AGLU 02704

AGLU 02303

Mini LOTS (n = 5) AGLU 02804

French SLOTS (n = 5) AGLU 03105

EAP: Expanded Access Protocol

Suivi en ouvert (n = 81) AGLU 3206

2010

Essais d’enzymothérapie chez l’enfant Patient 02.03.308 Début de ttt (4 mois) Baseline

Patient 02.03.308 Après ttt (19 mois) Week 52

Change in Mean Distance Walked (meters)

Essai LOTS (essai randomisé contre placebo) Test de marche de 6 minutes 35 30 25 20 Myozyme Placebo

15 10 5 0 -5 20

Début d’étude Myozyme Placebo

40

Moyenne (DS) 332.2 m (126.7) 317.9 m (132.3)

60

80

Weeks from Baseline

78 semainesMoyenne (SD) Myozyme 362.7 m (145.3) Placebo 312.7 m (147.2) (van der Ploeg et al, NEJM 2010)

Essai LOTS (essai randomisé contre placebo) capacité vitale assise (FVC) 5

Change in Mean % Predicted

4 3 2 1 Myozyme Placebo

0 -1 -2 -3 -4 -5

20 Début d’étude Myozyme Placebo

40 Moyenne (DS) 55.4% (14.4) 53.0% (15.7)

60

80

Weeks from Baseline

78 semainesMoyenne (SD) Myozyme 56.7% (16.4) Placebo 51.1% (15.8) (van der Ploeg et al, NEJM 2010)

Déficit en enzyme débranchante (GSD III ou maladie de Cori-Forbes) • Début dans l’enfance: – hépatomégalie, hypoglycémies de jeûne – Retard de croissance – Intolérance à l’effort de sévérité variable

• Amélioration spontanée des hypoglycémies à la puberté (régime: maizena, nutrition entérale nocturne) • Symptômes chez l’adulte: – Faiblesse des membres distale > proximale (début entre 20 et 30 ans) ± cardiopathie hypertrophique, et rarement insuffisance respiratoire.

• Diagnostis: – Analyse enzymatique sur leucocytes, muscle ou le foie

Lipidoses musculaires • Myopathie ± cardiomyopathie (CMH) ± épisodes de rhabdomyolyse • Dosages de carnitine sérique et du profil des acylcarnitines, chromatographie des ac. organiques • Plusieurs diagnostics possibles : – Déficit primaire en carnitine (gène OCTN2), – MADD (mutations ETF-DH) – « Neutral Lipid Storage Disease" (Chanarin-Dorfman, déficit en triglycéride lipase) – déficit distal ++

Myopathies mitochondriales • Principales manifestations: ophtalmoplégie externe progressive (OEP) • ± BAV, rétinite pigmentaire, rétinopathie, surdité, ataxie, neuropathie axonale ou sensitive (“OEP +” et syndrome de KearnsSayre) • + Pseudo-obstruction intestinale (POIC) = MNGIE syndrome • Modes d’hérédité variables: – Délétion mtDNA sur le muscle – Mutations ponctuelles mtDNA – Gènes nucléaires (POLG, Twinkle, ANT1, TYMP)

Maladies mitochondriales Lactate (mmol/l) • Âge de début variable: enfance ou adulte 8,0 6,0 • Intolérance à l’effort: 4,0 – Myalgies, fatigabilité, 2,0 essoufflement à l’effort 0,0 -5 0 5 10 t (min) • Myoglobinurie exceptionnelle • ± atteinte multisystémique Taux de lactate normaux chez un patient avec • Le taux de CK peut être normal au mutation CytB repos • Élévation de la lactactémie au repos ou après effort – Le grip-test peut être normal – Test sur bicyclette plus sensible

Maladies mitochondriales • Importance de la biopsie musculaire: - aspects morphologiques: fibres RRF et COX - le plus souvent – étude des complexes de la chaîne respiratoire – recherche de délétion(s) / déplétion de l’ADNmt – dosage du taux de Coenzyme Q10 – génétique : screening des mutations de l’ADNmt

Myopathie des ceintures révélatrice de maladie mitochondriale

• Faiblesse musculaire proximale isolée rarement observée • Myopathie + lipomes associé à la mutation MERRF (A8344G mutation lysine)

• Atteinte des ceintures sévère, ophtalmoplégie et ins. respiratoire • Déplétion de l’ ADNmt sur le muscle • Mutation sur le gène de la thymidine Kinase (TK2)

Pièges et diagnostics différentiels des myopathies métaboliques

Cas clinique • Patient âgé de 33 ans • Suivi depuis 8 ans pour des douleurs des membres inférieurs survenant pour des efforts intenses • Plusieurs épisodes de myoglobinurie • Présence d’un phénomène de « second souffle » • Examen clinique: hypertrophie des mollets • Taux de CPK au repos > 5000 UI/l • Parents cousins germains, et une cousine présente une faiblesse musculaire avec cardiopathie

Bilan métabolique • Épreuve d’effort sur bicyclette : élévation de la lactacidémie sans élévation de l’ammoniémie: déficit en myoadénylate déaminase • Spectroscopie RMN : anomalie du métabolisme mitochondrial (lenteur de la resynthèse de la PCr) • Dosage des enzymes de la glycolyse érythrocytaire, de la CPTII normal • 1ère biopsie à 26 ans : confirmation du déficit biochimique en myoadénylate déaminase, étude de la chaîne respiratoire mitochondriale normale

(N Engl J Med 1987; 317:75-80)

H.E.

T.G.

β- DG

α- DG

Déficit en alpha-dystroglycan Mutations homozygote FKRP L276I

Dystrophies musculaires: Anomalies des protéines membranaires Dysferlinopathies Dystrophinopathies Sarcoglycanopathies Calpaïnopathies Alpha-dystroglycanopathies Caveolinopathies,...

Lame basale Laminine

Espace extracellulaire

α dystroglycane Dysferline Caveoline β dystroG.

Sarcolemme

dystrophine, sarcoglycanes, dysferline, calpaïne, Alphadystroglycane Caveoline

Immunomarquage : idem moins calpaïne

α β γ δ

sarcoglycanes Syntrophines

Cytoplasme

Dystrophine

Actine

Calpaïne

Western-blot :

25 sarcospan

Dystrobrevine

Examen clinique • Faiblesse musculaire diffuse à prédominance proximale • Face et oculomotricité normales (léger ptosis constaté à 43 ans) • Absence de troubles bulbaires • Flessum des genoux • CV normale • Bilan cardiaque normal

Biopsie deltoidienne: surcharge lipidique, prédominance des fibres de type I. Diagnostic: myopathie métabolique

Examens complémentaires • Taux de CPK normal • Étude de la chaîne respiratoire: déficit combiné en complexes I et III • Déficit de l’oxydation du palmitate sur myoblastes en culture accentué par le stress métabolique ( - 26 à – 44% après culture dans milieu sans glucose) • Traitement : carnitine, Vit B2, puis bezafibrate • Consulte plusieurs spécialistes de maladies métaboliques: hésitation entre une anomalie de la chaîne respiratoire et de la bêta-oxydation

• Étude de la transmission neuromusculaire (Dr E Fournier) : décrément de – 30 à – 50% des réponses motrices à la stimulation répétitive • Analyse moléculaire: mutations du gène DoK7 • Diagnostic: syndrome myasthénique congénital • Anomalies mitochondriales secondaires ?

Myopathies métabolique: diagnostics différentiels • Présentation “pseudo-métabolique” des dyst. musculaires : – Toutes les dystrophies peuvent se révéler par des myalgies à l’effort + élévation du taux de CK au repos (> 1000) – immunomarquages + western blot sur la biopsie musculaire • Syndromes myasthéniques congénitaux: – EMG pour recherche de BNM – Possibilité de lipidose sur la biopsie musculaire • Channelopathies: – Faiblesse épisodiques et fluctuantes des 4 membres ± douleur – EMG pour recherche de myotonie et tests d’effort • “Fibromyalgie” – Douleurs et fatigabilité au moindre effort, taux de CPK normaux, examen clinique et EMG normaux

Arguments en faveur d’une dystrophie musculaire devant une intolérance à l’effort • • • • • •

antécédents familiaux de dystrophie hypertrophie ou atrophie des mollets cardiopathie (dilatée) élévation marquée des CPK au repos (> 1000 UI/l) anomalies de l’imagerie musculaire Biopsie musculaire systématique si CPK > 1000 UI/l au repos: formule de nécrose/régénération, immunomarquages et Western Blot +++

Arguments en faveur de l’origine métabolique d’une myopathie • Antécédents familiaux (atteintes pédiatriques) • Manifestations précoces parfois spontanément régressives: * syndrome de Reye, hépatopathie, hypoglycémies, vomissements, encéphalopathie… • Fluctuation des symptômes • Décompensations aiguës après effort, stress, fièvre ou jeûne ** • Atteinte multisystémique • Cardiomyopathie hypertrophique *** * déficit en en enzyme débranchante, en VLCAD, en acyl-CoA déshydrogénases, ** anomalies de la bêta-oxydation *** glycogénoses, maladies mitochondriales et bêta-oxydation

Traitement des myopathies métaboliques • Éviter le jeûne et les efforts intenses • Maladie de McArdle: réentrainement à l’effort, prise de sucre avant les efforts • Maladie de Pompe: – enzymothérapie substitutive (alglucosidase alfa = Myozyme®) – perspectives: molécules chaperonnes, inhibition de substrat, réentrainement à l’effort, thérapie génique…

• Déficit primaire en carnitine: supplémentation en carnitine • Déficit multiple en acyl CoA-déshydrogénases: Riboflavine, Carnitine • Déficit en CPTII et VLCAD: – régimes enrichis en triglycérides à chaînes moyennes – acide triheptanoïque (TG à nombre impair de carbones) – bezafibrate (étude pilote encourageante, essai en cross-over contre placebo en cours)