MYOPATHIES MÉTABOLIQUES

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)

glucose Glycogénose musculaire free fatty acids (FA) lactate Glycogène ADP ATP Déficit en phosphoglucomutase pyruvate carnitine Glycogénoses carnitine CPT II OAA TCA cycle Acetyl CoA FA CoA VLCAD Maladie de Pompe enoyl FA CoA ADP + Pi NADH Electron Transport NAD FA (n-2) CoA ATP B oxidation 3 oxy FA CoA O 2 H 2 O Déficit en enzyme débranchante HgbO 2 Hgb PAS triglyceride Pr Ronald G. Haller PAS 3 hydroxy FA CoA 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 glycogen acyl- CoA dehydrogenase glucose(madd) ADP ATP lactate pyruvate OAA TCA cycle Déficit en ADP VLCAD + Pi NADH Electron Transport NAD Acetyl CoA O 2 H 2 O ATP TG Acides gras libres carnitine carnitine CPT II FA CoA VLCAD enoyl FA CoA FA (n-2) CoA B oxidation 3 oxy FA CoA triglyceride 3 hydroxy FA CoA LCHAD

Myopathies mitochondriales glucose TG free fatty acids (FA) lactate glycogen ADP ATP pyruvate carnitine carnitine CPT II Cycle de Krebs Acetyl CoA FA CoA VLCAD enoyl FA CoA ADP + Pi NADH Electron Transport NAD FA (n-2) CoA ATP B oxidation 3 oxy FA CoA H 2 O O 2 HbO 2 Hb SDH triglyceride Pr Ronald G. Haller 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 31 P 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 Installation du cathéter Estimation de la MVC Exercice 1 min Prise de sang post-exercice T -10 T -5 T 0 T 1 T 3 T 6 T 10 T 2 T 4 Réalisation d'une contraction isométrique à 70% MVC pendant 30 s

Résultats du grip test obtenus dans la maladie de McArdle Lactate Ammoniémie Lactate (mmol.l -1 ) 7 6 5 4 3 2 1 0 Ammoniémie (µmol.l -1 ) 300 250 200 150 100 50 0 0 2 4 6 8 10 Temps (min) 0 2 4 6 8 10 Temps (min) Valeurs de lactates de T1 à T4 inférieures aux normes Hyperammoniémie

Amélioration du second souffle par le glucose dans la maladie de McArdle Oral glucose treatment in McArdle disease BPM 120 BPM 160 O = placebo = Energy supplement Effet de la prise orale de glucose dans la maladie de McArdle Above hard Constant work Easy Vissing & Haller. N Engl J Med 2003; 349: 2503-2509.

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 Chanarin- Dorfman

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 (C 4 to C 18:1 ) 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 Nourrissons Adultes Age

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 Patient de 40 ans 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 EFR : CV normale EMG : décharges pseudo-myotoniques Biopsie : qqs vacuoles PAS + 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 Histoire naturelle (n = 168) 2006 AMM 2008 2009 AMM adultes 2010 Formes infantiles AGLU01602 >6 < 36 mois (n = 21) AGLU01702 < 6 mois (n = 18) EAP: Expanded Access Protocol International Registry Formes de début tardif LOPOS (n = 58) LOTS (n = 90) AGLU 02303 Mini LOTS (n = 5) AGLU 02804 EAP: Expanded Access Protocol AGLU 02704 French SLOTS (n = 5) AGLU 03105 Suivi en ouvert (n = 81) AGLU 3206

Essais d enzymothérapie chez l enfant Patient 02.03.308 Début de ttt (4 mois) Baseline Week 52 Patient 02.03.308 Après ttt (19 mois)

Essai LOTS (essai randomisé contre placebo) Test de marche de 6 minutes Change in Mean Distance Walked (meters) 35 30 25 20 15 10 5 0-5 20 40 60 80 Myozyme Placebo Weeks from Baseline Début d étude Moyenne (DS) 78 semainesmoyenne (SD) Myozyme 332.2 m (126.7) Myozyme 362.7 m (145.3) Placebo 317.9 m (132.3) Placebo 312.7 m (147.2) (van der Ploeg et al, NEJM 2010)

Essai LOTS (essai randomisé contre placebo) capacité vitale assise (FVC) Change in Mean % Predicted 5 4 3 2 1 0-1 -2-3 -4-5 20 40 60 80 Myozyme Placebo Weeks from Baseline Début d étude Moyenne (DS) 78 semainesmoyenne (SD) Myozyme 55.4% (14.4) Myozyme 56.7% (16.4) Placebo 53.0% (15.7) 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 Kearns- Sayre) + 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 Âge de début variable: enfance ou adulte Intolérance à l effort: Myalgies, fatigabilité, essoufflement à l effort Myoglobinurie exceptionnelle ± atteinte multisystémique Le taux de CK peut être normal au repos 8,0 6,0 4,0 2,0 0,0 Lactate (mmol/l) -5 0 5 10 t (min) Taux de lactate normaux chez un patient avec mutation CytB 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,... Espace extracellulaire Sarcolemme Cytoplasme Actine Lame basale Dysferline α dystroglycane Caveoline Dystrophine β dystrog. Calpaïne Laminine α β γ δ sarcoglycanes Syntrophines Dystrobrevine 25 sarcospan Western-blot : dystrophine, sarcoglycanes, dysferline, calpaïne, Alphadystroglycane Caveoline Immunomarquage : idem moins calpaïne

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)