Métabolisme de la vitamine B12 et de l acide folique

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1 Métabolisme de la vitamine B12 et de l acide folique Sommaire : - Métabolisme de la vitamine B12 : - structure chimique - cycle de la vitamine B12 dans l organisme - effets métaboliques - exploration du métabolisme de la vitamine B12 - Métabolisme de l acide folique : - structure et formes actives - cycle des folates dans l organisme - effets métaboliques - exploration du métabolisme de l acide folique - interrelations métaboliques de la vit B12 et des folates - Annexes Introduction La vitamine B12 et l acide folique sont des cofacteurs essentiels de plusieurs séquences métaboliques chez l homme. Par leur rôle dans la synthèse des acides nucléiques, la carence en l un d entre eux aura des répercussions sur l ensemble des tissus à renouvellement rapide, et en particulier le tissu hématopoïétique. Les interrelations du métabolisme de la vitamine B12 et de l acide folique dans la synthèse de l ADN permettent de comprendre la physiopathologie des anémies mégaloblastiques Métabolisme de la vitamine B12 Synthétisée exclusivement par des micro-organismes. 1. Structure chimique. * Appartient à la famille des corrinoïdes. * Le noyau corrine est un tétrapyrrole avec un atome de cobalt central hexavalent, relié aux 4 atomes d azotes pyrroliques, à un ribonucléotide (ribose phosphate + diméthylbenzimidazole) et à un ligand anionique (- X): -CN (cyanure): cyanocobalamine (forme thérapeutique) -OH (hydroxyle): hydroxocobalamine (forme thérapeutique) -CH3 (méthyle): méthylcobalamine (coenzyme actif) -5 dad (5 deoxyadenosyle): 5 deoxyadénosylcobalamine (coenzyme actif) MAJ : octobre 2006 Page 1 sur 10

2 2. Cycle de la vitamine B12 dans l organisme 2.1. Apports et réserves Non synthétisée chez l homme son apport est exclusivement alimentaire : foie, viandes, laitages, œufs, poissons, L apport couvre largement les besoins quotidiens de 2-5 mg/jour chez l adulte Les réserves en B12 de l organisme sont considérables (3 à 4 mg), suffisantes pour 3 à 5 ans, et localisées surtout aux niveaux hépatique (+++), cardiaque et splénique Absorption. Les cobalamines alimentaires sont initialement liées à des protéines, et sont dissociées par hydrolyse peptique acide (estomac), puis se lient à des haptocorrines, glycoprotéines porteuses présentes dans les sécrétions salivaire et gastrique. Sous l action des protéases pancréatiques, les cobalamines liées aux haptocorrines sont libérées et liées au facteur intrinsèque (FI), glycoprotéine secrétée par les cellules pariétales du corps et du fundus gastrique après stimulation par la gastrine. Absorption : au niveau de l iléon terminal selon un mécanisme actif nécessitant le FI. Le complexe B12-FI se fixe sur un récepteur spécifique de la bordure en brosse de l entérocyte (cubuline) et est internalisé (endocytose). La vitamine B12 est absorbée tandis que le FI est relargué dans la lumière digestive 2.3. Transport. Assuré par des transporteurs spécifiques. - La transcobalamine II. Fixe initialement la majorité de la vitamine B12 absorbée, et c est elle qui délivre la vitamine B12 aux cellules utilisatrices (moelle osseuse, foie, glandes endocrines) par un mécanisme d endocytose récepteur dépendant [glycoprotéine de Da synthétisée par divers tissus (hépatocyte, entérocyte, macrophage, cellules médullaires)] - Les transcobalamines I et III. Glycoprotéines ubiquitaires ( Da) produites surtout par les promyélocytes et myélocytes. La transcobalamine I transporte la majeure partie des cobalamines circulantes mais sans les distribuer aux cellules utilisatrices (forme de stockage) 3. Effets métaboliques. Après leur transport plasmatique les cobalamines se retrouvent dans le cytoplasme des cellules sous forme d hydroxocobalamines, puis seront converties en coenzymes actifs pour jouer un rôle dans le transfert de radicaux monocarbonés. 3.1 Conversion de l acide méthylmalonique en acide succinique. MAJ : octobre 2006 Page 2 sur 10

3 Si carence en B12 accumulation de méthylmalonyl CoA et augmentation sérique et urinaire de l acide méthylmalonique, qui serait impliqué dans les complications neurologiques des carences en B Conversion de l homocystéine en méthionine et du méthyl THF en THF. Si carence en B12 accumulation de méthyl-thf aux dépens des autres coenzymes foliques, et carence relative en THF avec ralentissement des réactions folatedépendantes. Notamment la conversion acide uridylique acide thymidylique nécessaire à la synthèse d ADN ne s effectue plus, réaction clé expliquant les effets de la carence en vitamine B12 sur la synthèse de l ADN 4. Exploration du métabolisme de la vitamine B12 Plusieurs épreuves dynamiques ou statiques ; mais seuls quelques dosages ou tests sont utilisés en pratique médicale courante 4.1. Dosage de la vitamine B12 circulante. Dosage microbiologique (n est plus utilisé): utilise un organisme eucaryote (ex : Euglena gracilis) ou procaryote (ex : Lactobacillus leishmanii, E. coli 113) dont la vitamine B12 est un facteur de croissance [dilutions de sérum déprotéinisé et suspensions seront mélangées et incubées pendant 1 à 2 jours. On appréciera ensuite par turbidimétrie la croissance bactérienne par mesure de l opacité] Dosage radio-immunologique (technique par compétition). Consiste à saturer un récepteur de la vitamine B12 (FI purifié de porc, ou transcobalamine) par de la B12* radiomarquée ; le complexe B12*-récepteur est ensuite mélangé à différentes dilutions de sérum : la B12 sérique déplace pour partie la B12* radiomarquée (mesure de la radioactivité du surnageant) Technique froide d électrochimiluminescence (sur automate). Méthode par compétition qui utilise du FI marqué au ruthénium : la vitamine B12 de l échantillon entre en compétition avec de la B12 biotinylée sur le FI marqué (plusieurs trousses commercialisées) Taux sérique de l adulte : pg/ml (importantes variations interindividus : cf infra) [L interprétation de ces dosages doit également tenir compte des faux et + possibles, par exemple les modifications des taux des transcobalamines sériques, comme dans la LMC] MAJ : octobre 2006 Page 3 sur 10

4 4.2. Dosage de l acide méthylmalonique et de l homocystéine plasmatique Si carence en B12 augmentation de l homocystéine et de l acide méthylmalonique plasmatiques. Ce sont des dosages de seconde intention, à prescrire dans des cas très précis. Exemple : il est difficile d affirmer ou d infirmer une carence en B12 pour des valeurs sériques de B12 autour de la limite inférieure de la normale, et les dosages du méthylmalonate et de l homocystéine peuvent être conseillés pour diagnostiquer ou exclure une carence en B12 devant des signes cliniques évocateurs (ex : troubles neurologiques), associés à une vitaminémie quasi normale. Mais leur valeur sérique fluctue également dans les carences en folates 4.3. Le test de Schilling. Evalue l absorption de la vitamine B12 : il n est plus réalisé aujourd hui (sauf exception) Principe : après injection préalable IM de 1000 µg de B12 froide (saturation des récepteurs pour éviter une absorption non spécifique), on administre per os (2 heures après) 0,5 à 2 µg de B12* radiomarquée au 58 Co puis on mesure la radioactivité urinaire des 24 heures. Résultats : - Sujet normal : radioactivité urinaire > 10 % de la radioactivité ingérée. - Sujet carencé en B12 : radioactivité < 3 % de la radioactivité ingérée. Dans ce cas on peut refaire le test en administrant du FI en même temps que la B12* marquée : si l épreuve se normalise, le déficit en FI est confirmé, et si l épreuve reste perturbée une malabsorption iléale doit être évoquée (les 2 épreuves peuvent se réaliser simultanément avec 2 isotopes différents du cobalt) 4.4. Test de suppression par la désoxyuridine. Pas utilisé en pratique courante : consiste à comparer l incorporation de thymidine tritiée dans l ADN de cellules médullaires du malade (par rapport à des cellules médullaires normales témoins). On incube d abord les cellules médullaires avec de la du (froide), puis avec de la thymidine tritiée et on mesure l incorporation de radioactivité dans les cellules: - Sujet normal : incorpore peu la thymidine tritiée (il a incorporé la du froide et synthétise de la thymidine) - Sujet carencé : incorpore la thymidine tritiée, car il ne peut pas transformer la du en thymidine 4.5. Recherche d anticorps anti-fi et anticorps anti-cellules pariétales dans le sérum et/ou dans le suc gastrique. La maladie de Biermer ayant une composante auto immune, il existe dans le sérum des autoanticorps anti facteur Intrinsèque (FI) de type I (effet inhibiteur de la formation du complexe B12-FI ; leur dosage se fait par radio immunologie en testant l effet inhibiteur sur le FI), et des autoanticorps de type II, inhibant la fixation du complexe sur les récepteurs iléaux (dosage par immunodiffusion) Les anticorps anti cellules paritétales gastriques sont parfois recherchés Dosage du FI dans le suc gastrique par méthode isotopique Par les techniques ci-dessus (taux effondré dans la maladie de Biermer) MAJ : octobre 2006 Page 4 sur 10

5 1. Structure et formes actives Métabolisme de l acide folique Isolé pour la première fois en 1941 à partir de feuilles d épinards, il est appelé également vitamine B9. L acide folique est l acide ptéroylmonoglutamique, formé d une base, la ptéridine, attachée à une molécule d acide paraaminobenzoïque (PABA) et une molécule d acide glutamique Les formes naturelles (folates alimentaires) sont des polyglutamates. Les formes actives sont des monoglutamates, le plus souvent lés à 1 radical carboné, et sous forme réduite, après réduction des deux doubles liaisons éthyléniques en 5-6 et 7-8 (exceptionnels déficits constitutionnels en enzymes réductrices) : - l acide dihydrofolique (DHF) - l acide tétrahydrofolique (THF) et ses dérivés méthylés ou formylés portant des radicaux monocarbonés en 5 et/ou en 10 : * N 5 formyl THF = acide folique * N 10 formyl THF * N 5 méthyl THF * N 5 formimino THF * N 5, N 10 méthylène THF * N 5, N 10 méthényl THF 2. cycle des folates dans l organisme 2.1. Apports, besoins et réserves Les besoins d acide folique sont estimés entre 100 et 300 µg/jour de la naissance à la puberté et de 200 à 400 mg/jour chez l adulte. L apport alimentaire quotidien est en général largement suffisant pour couvrir les besoins : légumes verts, fruits frais ou secs, abats, jaune d'œuf, noix, amandes, châtaignes, Les réserves représentent 10 à 15 mg, surtout sous forme de N5 méthyl THF (stockage surtout hépatique), et seront épuisables en 3 à 4 mois. MAJ : octobre 2006 Page 5 sur 10

6 2.2 Absorption Dans la lumière intestinale et sous l action de la flore bactérienne les folates sont partiellement déconjugués en monoglutomates (par des glutamylcarboxypeptidases) L absorption se fait au niveau du jéjunum proximal par un système de transport actif, saturable, sensible au ph et par un transport passif à la surface de l épithélium en cas d excès. Le N5 CH 3 -THF monoglutamate est absorbé sans modifications tandis que les autres monoglutamates seront préalablement convertis en CH 3 -THF 2.3. Transport La forme circulante est surtout le N5 méthyl THF. Dans le plasma, les folates circulent sous forme libre ou liée, et 2 types de protéines lient les folates: - l albumine et l alpha2 macroglobuline : ce sont des ligands de faible affinité qui transportent les folates préférentiellement vers certains tissus dont le placenta et le fœtus. - des Folate Binding Proteins Solubles (S-FBP) : se sont des ligands de haute affinité dont le rôle est encore mal défini. 3. Effets métaboliques 3.1. Conversion de l homocystéine en méthionine et du méthyl THF en THF. Le N5 méthyl THF est la forme d absorption et la forme de réserve en folates : l absence de vitamine B12 inhibe la transformation du N5 méthyl THF en THF, ce qui provoque l absence de synthèse de méthionine mais aussi la formation de tous les autres coenzymes foliques à partir du THF avec blocage des voies métaboliques impliquant le THF, et notamment : 3.2. Synthèse du thymidylate (dtmp) à partir du coenzyme N5 N10 méthylène THF La thymine est une base pyrimidique indispensable à la synthèse d ADN. Le dtmp incorporé dans l ADN résulte de la méthylation du désoxyuridylate monophosphate (dump) par la thymidylate synthétase en présence de coenzyme N 5, N 10 méthylène THF L absence de N5 N10 méthylène THF bloque la synthèse de l ADN MAJ : octobre 2006 Page 6 sur 10

7 3.3. L interconversion sérine glycine produit le N5 N10 méthylène THF La sérine transfère un radical monocarboné au THF (enzyme = sérine hydroxyméthylase) pour produire le N 5 N 10 méthylène THF (qui est un donneur de radical monocarboné pour la synthèse du thymidylate 3.4. Autres voies métaboliques impliquant les folates. Synthèse des bases puriques Le N 5 N 10 méthylène THF et N 10 formyl THF forment les 2 ème et 8 ème atomes de carbone du noyau purine Catabolisme de l histidine La conversion de l histidine en acide glutamique passe par un intermédiaire métabolique : l acide formimino glutamique (FIGLU) dont la transformation en acide glutamique est folate dépendante (voir schéma précédent) 4. Exploration du métabolisme des folates 4.1. Dosage des folates sériques Dosage microbiologique. Il utilise la propriété des dérivés du THF comme facteurs de croissance de certains microorganismes (Ex : le Lactobacillus casei permet de doser toutes les formes de folates mono et polyglutamates, le THF et le N5 méthyl THF ; le Streptococcus fecalis, ne permet de doser que les monoglutamates). Ce type de dosage n est plus d usage courant, mais demeure le seul test de détermination d un coenzyme particulier MAJ : octobre 2006 Page 7 sur 10

8 Dosage radioimmunologique. Technique de compétition basée sur la propriété de la folactoglobuline (présente dans le lait ou dans le sérum de porc) à fixer le méthyl THF* marqué. Technique froide d électrochimiluminescence. Utilise la FBP comme protéine de liaison, et se réalise sur automate selon le même principe que celui de la vitamine B12 Valeurs physiologiques : 5 à 15 ng/ml 4.2. Dosage des folates érythrocytaires Le dosage (électrochimiluminescence sur automate) reflète de manière plus fiable l état des réserves en folates et reflète mieux l état de carence. Valeur normale : ng/ml de globules rouges Tests dynamiques Hyperfolatémie provoquée Ce test consiste à faire ingérer 40 µg/kg d acide folique per os et à étudier la variation du taux d acide folique du sérum, 60 et 90 minutes plus tard. C est un test qui n est pas réalisé en pratique médicale courante Test du FIGLU Après une dose de charge de chlorhydrate d histidine per os (adulte 5 g ; enfant 0,3 g/kg), on mesure l excrétion urinaire du FIGLU sur les urines de 24 heures avant et après la charge orale. Ce test est cependant peu spécifique et souvent faussé positivement par certains états pathologiques ou physiologiques (ex : cirrhose hépatique, grossesse, carence en B12) du suppression. Idem chapitre précédent. Celui-ci est perturbé en cas de carence en folates 5. Interrelations métaboliques de la vitamine B12 et des folates Carence en folates : absence de N5N10 méthylène THF, ce qui empêche la synthèse du thymidylate et donc de l ADN Carence en B12 : empêche la transformation du N5 méthyl THF en THF, qui à terme ne permet plus la formation de N5N10 méthylène THF pour la synthèse du thymidylate MAJ : octobre 2006 Page 8 sur 10

9 Annexes Les mécanismes des carences en vitamine B12 ou folates sont multiples Carence d apport = principale cause de carence en folates (elle toucherait près de 10% de la population mondiale) : malnutrition, cuisson prolongée des aliments détruisant les folates, inadéquation entre apports et besoins (accrus au cours de la grossesse et des états d hyperactivité médullaire : anémie hémolytique, proliférations cellulaires malignes) Carences d utilisation ou malabsorption en folates : éthylisme, sénescence, malabsorptions digestives (gastrectomies, résections intestinales étendues, maladie de Crohn, alimentation parentérale non supplémentée en folates, associées à un état pathologique ou infectieux) NB : pertes en folates lors des séances d hémodialyse Carences d apport en B12 = rares (végétariens stricts depuis > 5 ans) Carences d utilisation ou malabsorption en B12 : gastrectomie (totale, partielle), déficit en FI (maladie de Biermer, gastrites atrophiques), maladie coeliaque, insuffisance pancréatique, sclérodermie ankylostomiase, sprue La non dissociation de la vit B12 au niveau du tractus digestif à partir de ses complexes alimentaires semble une circonstance de plus en plus fréquente de carence en vitamine B12 chez le sujet âgé. Effets secondaires des médicaments sur le métabolisme B12 ou folique : - Perturbant le métabolisme des folates : phénytoïne, phénobarbital, contraceptifs oraux, Bactrim, sulfamides, antimétabolites, inhibiteurs de reverse transcriptase (AZT)) - Perturbant le métabolisme des cobalamines: colchicine, néomycine, protoxyde d azote Physiopathologie générale de la carence B12 / folates Elle aboutit à un défaut de réplication de l ADN : allongement du cycle cellulaire (G1 et S) Si l ensemble des tissus de l organisme est affecté par ces carences, ce sont en premier lieu les tissus à très fort index mitotique qui seront perturbés: le tissu hématopoïétique (d abord l érythropoïèse) et l ensemble des tissus du tractus digestif Conséquences sur les diverses lignées cellulaires Sur la lignée érythroblastique L érythropoïèse est caractérisée par 2 phénomènes synchronisés: synthèse d ADN qui précède chaque mitose (Il y a 4 mitoses entre le proérythroblaste et l érythroblaste acidophile) et synthèse parallèle d hémoglobine dans le cytoplasme L allongement excessif de la phase S du cycle cellulaire aboutit à la formation de cellules au noyau d apparence «immature» (chromatine non compactée) alors que le cytoplasme continue sa différenciation à un rythme normal et devient géant avec un contenu riche en hémoglobine (=mature). C est l asynchronisme de maturation nucléocytoplasmique (noyau «immature» et cytoplasme mature (= mégaloblaste). MAJ : octobre 2006 Page 9 sur 10

10 Ces cellules sont fragiles : un faible nombre arrive à maturité et de nombreuses meurent (avortement intramédullaire ou apoptose, qui correspond à une hémolyse intramédullaire) Pour compenser le défaut de production de GR et la destruction excessive la moelle osseuse devient alors hyperplasique Sur les autres lignées cellulaires Augmentation de taille des éléments de la lignée granulocytaire, particulièrement visible sur les métamyélocytes (géants avec noyau rubané) La lignée mégacaryocytaire est également atteinte anomalies morphologiques difficiles à voir) Apparition de cellules géantes au niveau du tube digestif et atrophie des cordons postérieurs des fibres de la moelle épinière (spécificité du rôle trophique de la vitamine B12) Document réalisé par H. Michelon et M. Zandecki (revu en octobre 2006) MAJ : octobre 2006 Page 10 sur 10