A la recherche de marqueurs biologiques de la maladie d’Alzheimer

ARTICLE

Le 4 novembre 1906, lors de la 37^e Conférence des psychiatres allemands à Tübingden, Alois Alzheimer décrivit pour la première fois un type de démence qui, à l'initiative de son collègue Emil Kraepelin, devait plus tard être connu sous le nom de maladie d'Alzheimer (MA). C'est une maladie neurodégénérative caractérisée par des troubles de la mémoire, puis du langage, de la reconnaissance et des activités gestuelles. À début tardif et sporadique dans environ 70 % des cas, à début précoce dans 30 % des cas, dont environ 1 % de forme familiale, la maladie d'Alzheimer affecte 5 à 10 % de la population de plus de 65 ans en France (350 000 cas). Cependant, la prévalence de cette maladie augmente avec l'âge, premier facteur de risque pour toucher environ 30 % des sujets de plus de 90 ans. En se basant sur notre situation démographique actuelle, on peut estimer à 100 000 le nombre de nouveaux cas par an. La maladie d'Alzheimer est donc un véritable problème socio-économique de santé publique dans le cadre plus large du vieillissement de la population.

La maladie d'Alzheimer se caractérise du point de vue histologique par la présence, dans l'amygdale, l'hippocampe et la majorité du cortex cérébral, de deux types de lésions décrites initialement par Alois Alzheimer : les plaques séniles, structures sphériques microscopiques formées d'un cœur de protéines insolubles entouré de prolongement nerveux anormaux, et les dégénérescences neurofibrillaires. Les plaques séniles sont caractérisées par un dépôt « amyloïde ». On trouve également des dépôts amyloïdes vasculaires. Le dépôt amyloïde, entouré d'un manchon de neurites dystrophiques tau-positif extracellulaire, est constitué essentiellement de protéine beta-amyloïde, peptides de 39 à 43 acides aminés adoptant une structure plissée en feuillets beta les rendant insolubles, produits du catabolisme d'un précurseur protéique membranaire, l'APP (amyloid protein precursor). Les dégénérescences neurofibrillaires sont des enchevêtrements intraneuronaux de protéine Tau (tubule associated unit) anormalement phosphorylée agencés sous la forme de filaments en double hélice (paired helical filaments ou PHF).

Le diagnostic de certitude de la maladie d'Alzheimer repose sur la mise en évidence des deux types de lésions à l'examen neuropathologique. Le diagnostic clinique de la maladie d'Alzheimer repose sur l'histoire de la maladie, l'interrogatoire de l'entourage, l'exploration neuropsychologique et comportementale et sur l'examen clinique. L'imagerie est également un élément important du diagnostic. L'imagerie structurelle (scanner X, IRM) compare les mesures linéaires et volumétriques des cerveaux de patients et de témoins tandis que l'imagerie fonctionnelle, SPECT (single photon emission computer tomography), PET (positron emission tomography), IRM fonctionnelle et spectroscopie en résonance magnétique, est utilisée pour rechercher des modifications du flux sanguin régional, du métabolisme du glucose et des activités de récepteurs [1]. Ces méthodes sont de plus en plus performantes mais nécessitent des équipements chers et une haute technicité. La comparaison entre le diagnostic porté en fin d'évolution de la maladie et le diagnostic neuropathologique indique un taux d'erreur de 15 % environ et cela dans les meilleurs centres hospitalo-universitaires [2]. Les erreurs de diagnostic concernent principalement les autres maladies neurodégénératives et, chez 30 % des patients, les pathologies associées, en particulier la pathologie vasculaire. De plus le diagnostic de la maladie d'Alzheimer à un stade précoce est plus difficile bien qu'il soit nécessaire pour une prise en charge thérapeutique du patient et une éducation de sa famille. C'est en effet souvent l'aggravation de signes cliniques fréquemment attribués par l'entourage au vieillissement normal qui amène à consulter.

Les marqueurs périphériques de la maladie d'Alzheimer ont au moins cinq intérêts : confirmer le diagnostic, aider au dépistage épidémiologique et déterminer des sous-groupes de patients, prédire la survenue de la maladie, évaluer sa progression et la réponse au traitement et faciliter l'étude des relations cerveau-comportement et la physiopathologie de la maladie d'Alzheimer [3]. Le marqueur idéal devrait être capable de détecter une caractéristique physiopathologique fondamentale de la maladie d'Alzheimer, validé dans des cas de maladie d'Alzheimer confirmée par neuropathologie et établi par au moins deux études indépendantes, au moins aussi sensible et spécifique que le diagnostic clinique (85 et 80 % environ), analytiquement fiable, simple à réaliser et peu coûteux et enfin non invasif (analyse réalisée sur du sang, des urines, de la salive ou des cellules de la paroie buccale) ou faiblement invasif (peau, biopsie rectale, moelle osseuse ou liquide céphalorachidien). Un tel marqueur n'existe pas aujourd'hui (tableau 1). Dans cette revue nous présenterons ceux qui s'en approchent le plus en gardant bien à l'esprit que les qualités que l'on demande à un marqueur dépendent de son utilisation (dépistage, prédiction, diagnostic, suivi, étude physiopathologique...) et que la découverte d'un marqueur dépend étroitement des progrès de la connaissance de la physiopathologie de la maladie [4].

Physiopathologie de la maladie d'Alzheimer

Des modifications du métabolisme du précurseur de la protéine beta-amyloïde (APP), de la régulation du calcium intracellulaire, du métabolisme oxydatif et des systèmes membranaires de transduction du signal ont été impliquées dans la maladie d'Alzheimer. Il y a actuellement de nombreux arguments en faveur d'un rôle central de la protéine beta-amyloïde (Abeta) dans le déclenchement du processus physiopathologique.

Génération et rôle toxique de la protéine beta-amyloïde

L'Abeta qui s'accumule dans le cerveau des patients atteints de maladie d'Alzheimer dérive par protéolyse d'un précurseur (APP) (figure 1). L'APP peut être protéolysé au niveau de l'acide aminé N-terminal du domaine Abeta (coupure beta), dans le domaine Abeta (coupure alpha) et au niveau carboxyterminal du domaine beta (coupure gamma). Plusieurs isoformes de l'APP dérivant d'un même gène situé sur le chromosome 21 sont produites par épissage alternatif de l'ARNm. La forme ayant 695 acides aminés prédomine dans le cerveau et ne contient pas la séquence inhibitrice des sérine protéases (inhibiteur de Kunitz). La synthèse de l'APP commence dans le réticulum endoplasmique pour se poursuivre dans le trans-Golgi, dans lequel il pourrait être guidée dans sa maturation par des protéines à huit domaines transmembranaires, les présénilines, sorte de plateforme de triage des protéines vers la surface cellulaire. À partir de ce compartiment, l'APP peut suivre deux voies dont l'équilibre pourrait être sous le contrôle des présénilines. Via des vésicules sécrétoires, il rejoint la membrane. Durant ce trajet, il peut être coupé par l'alpha-sécrétase, soit dans la vésicule, soit au niveau membranaire, puis être sécrété sous forme d'APP soluble (APPs). L'APP peut aussi être dirigé vers des organelles « acides », différents des lysosomes, dans lesquels l'Abeta est formée par l'action des beta et gamma-sécrétases, puis sécrétée dans le milieu. Enfin la voie endosomale et lysosomale permet la dégradation du fragment carboxyterminal issu de l'action des sécrétases et de l'APP recyclé depuis la membrane ou provenant directement de la lumière du Golgi [5].

En fait l'Abeta existe sous une forme longue de 42 acides aminés (Abeta₄₂) et sous une forme courte de 40 acides aminés (Abeta₄₀). Dans les formes familiales de maladie d'Alzheimer précoce, il y a une surproduction de forme Abeta₄₂ qui est plus neurotoxique, probablement du fait de sa localisation intracellulaire et de sa plus grande capacité à s'agréger que l'Abeta₄₀ [6].

Des progrès récents ont été réalisés dans l'identification des activités sécrétases impliquées dans l'endoprotéolyse de l'APP. L'activité alpha-sécrétase pourrait être due à une métalloprotéase de la famille ADAM (a desintegrin and metalloprotease) appelée TACE (TNFalpha converting enzyme). La surexpression de ADAM 10 dans les cellules HEK 293 (cellules embryonnaires rénales humaines) a permis de la localiser à la surface cellulaire et sous forme de proenzyme dans le Golgi. Ceci étaye l'hypothèse d'une coupure de l'APP à la surface cellulaire et tout au long de la voix sécrétoire elle-même [7]. La gamma-sécrétase semble être une aspartyl protéase qui pourrait être la présénilline elle-même [8, 9]. La beta-sécrétase ou BACE 5 (beta-site APP cleaving enzyme), est une aspartyl-protéase récemment identifiée comme étant une protéine liée à la membrane, de type 1, synthétisée sous forme d'une proenzyme inactive dans le réticulum endo-plasmatique [10]. Les activités beta et gamma-sécrétases pourraient être dues, du moins en partie, à la cathepsine D, qui génère des peptides Abeta₄₂ et Abeta₄₃, ce dernier étant ensuite dégradé en six fragments tandis que l'Abeta₄₂ est résistant à la protéolyse [11]. De plus, une activité de type cathepsine G est libérée dans le milieu extracellulaire par les astrocytes activés et pourrait être responsable de la coupure extracellulaire de l'APP. L'implication d'enzymes appelées caspases et jouant un rôle dans l'apoptose des neurones qui s'accompagne d'une augmentation de la production d'Abeta a été récemment montrée [12]. En fait, un cercle vicieux pourrait s'installer puique l'Abeta₄₂ elle-même induit l'apoptose des neurones in vitro. La caspase 3 est principalement impliquée. Le site principal de clivage de l'APP est au niveau de l'acide aminé 720 (VEVD/A) du côté carboxyterminal (cytoplasmique). La coupure élimine un peptide comportant un site qui diminue la formation de l'Abeta. De plus, la mutation « suédoise » du gène de l'APP génère un site de clivage de l'APP par la caspase 6 au niveau du site beta-sécrétase qui augmente la production d'Abeta. Les caspases dégradent aussi les présénilines qui sont des inhibiteurs de l'apoptose et les présénilines mutées dans les formes familiales de maladie d'Alzheimer sont plus sensibles à la protéolyse par les caspases. Cela explique l'augmentation d'Abeta₄₂ chez ces patients.

La toxicité de l'Abeta est aussi liée à son interaction avec le récepteur pour les produits avancés de glycation (R-AGE), induisant une activation de la production de radicaux libres [13] ainsi qu'à une activation de la réaction inflammatoire. Elle inhibe également le système de protéolyse dépendant de l'ubiquitine en formant un complexe avec la sous-unité 20S du protéasome entraînant l'accumulation intracellulaire de protéines ubiquitinylées [14].

Rôle de la protéine Tau

La protéine Tau, qui peut exister sous six isoformes de masse moléculaire allant de 55 à 68 kd, a pour rôle de stabiliser les microtubules dans les axones, assurant ainsi le support du transport axonal. Elle est aussi responsable de la formation des dégénérescences neurofibrillaires dont les PHF sont les composants principaux. La protéine Tau qui interagit normalement avec la tubuline contient 2 à 3 phosphates par molécule (Tau-P) tandis que la protéine Tau dans les dégénérescences neurofibrillaires en contient 5 à 9 à des sites différents de phosphorylation [15] (figure 2). Cette hyperphosphorylation semble plutôt due à une diminution de l'activité des phosphatases qu'à une augmentation de l'activité des kinases. De plus, l'hyperphosphorylation de Tau s'effectue sur certains sites habituellement non phosphorylés. Tau hyperphosphorylée est aussi glycosylée et ubiquitinylée dans les PHF fantômes (PHF qui persistent après la mort du neurone). Il semble donc qu'un mécanisme de dégradation des PHF soit initié dans les neurones atteints mais qu'il reste inefficace. Il a de plus été récemment montré que la phosphorylation de Tau à certains sites de la molécule diminue son affinité pour les microtubules et inhibe la formation des PHF et pourrait être un mécanisme de protection contre l'agrégation de Tau [16]. Dans le cerveau de sujet atteint de maladie d'Alzheimer, Tau est 4 à 8 fois plus concentrée que dans celui de sujet sain, essentiellement sous forme hyperphosphorylée (Tau-P MA). Tau-P MA s'associe avec Tau-P et avec les protéines de haut poids moléculaire normalement associées aux microtubules (HMW-MAP) empêchant leur association avec la tubuline et entraînant ainsi une déstabilisation des microtubules suivie d'une dégénérescence et d'une mort neuronale. Celle-ci pourrait être aussi induite par l'association de la protéine pin-1 (prolyl isomérase) avec Tau-P MA. La diminution de pin-1 induit un arrêt de la mitose et l'apoptose. Sa séquestration au niveau des dégénérescences neurofibrillaires pourrait donc contribuer à la mort neuronale [17].

Relations entre la protéine beta-amyloïde et la protéine Tau

Il y a aujourd'hui suffisamment d'arguments pour proposer que les protéines APP et Tau hyperphosphorylée sont impliquées ensemble dans des mécanismes de neuroprotection et de « réparation » du tissu nerveux. Il a été montré que l'APP protège les neurones contre l'hypoglycémie, l'ischémie, le déséquilibre calcique et les radicaux libres. Cette activité protectrice pourrait impliquer la MAP kinase et la phosphorylation de Tau. De plus celle-ci serait impliquée dans la plasticité synaptique. Un lien biochimique direct entre APP et Tau-P MA existe par le fait que l'APPs active les MAP-kinases directement ou par l'intermédiaire du neuron growth factor (NGF) lui-même ayant probablement un rôle dans la protection neuronale et la plasticité synaptique [11] (figure 2). De ce fait, il est possible que des conditions environnementales ou des défauts génétiques dans les voies de transduction de ces mécanismes de protection soient impliqués dans le développement de la maladie d'Alzheimer. La question de savoir quel est le véritable facteur initiateur entre Abeta et Tau reste cependant posée. L'APP favoriserait la formation des PHF par son contenu en chondroïtine sulfate, Abeta favorise la formation de Tau-P MA et Tau-PHF libéré par les neurones en dégénérescence faciliterait l'agrégation de Abeta soluble normalement sécrétée. Ainsi il est possible que Abeta ou PHF soient produits en conséquence d'un défaut génétique et interagissent l'un avec l'autre puis déclenchent la réaction gliale (inflammation, radicaux libres).

Rôle de l'apolipoprotéine E

L'apolipoprotéine E est une glycoprotéine de 35-39 kd de masse moléculaire constituée de 299 acides aminés dont le gène situé sur la région Q13.1 du chromosome 19 présente la structure d'un gène inductible. Les trois allèles fréquents du gène de l'apo E (E2, E3 et E4) diffèrent par des échanges cystéine-arginine. L'apo E3 contient une seule cystéine en 112. L'apo E4 contient une arginine à la place de la cystéine en 112 et l'apo E2 une cystéine à la place d'une arginine en 158.

L'augmentation de la fréquence de l'allèle 4 de l'apo E a tout d'abord été mise en évidence chez des patients atteints de forme familiale de démence de type Alzheimer par l'équipe de Roses. Nous avons été parmi les premiers à étendre ce résultat aux sujets atteints de forme sporadique de maladie d'Alzheimer [18, 19]. De plus l'apparition de la maladie est plus précoce chez les sujets homozygotes E4/E4. L'augmentation de fréquence de l'apo E4 a aussi été trouvée dans d'autres maladies neurologiques [20].

L'apo E joue un rôle dans la clairance plasmatique des lipoprotéines riches en triglycérides comme ligand du récepteur des LDL (LDL-R), du LDL-receptor related protein (LRP) et du récepteur des VLDL. L'apo E est principalement synthétisée dans le foie, mais aussi dans le système nerveux central (SNC) par les cellules astrocytaires et les macrophages. Sa synthèse dans le SNC est augmentée en réponse à une atteinte neuronale, ce qui permettrait la redistribution locale des produits de dégradation des lipides et du cholestérol. Dans le cerveau normal, le LRP est situé principalement au niveau des corps cellulaires des neurones, des processus dendritiques et des axones proximaux ; le LDL-R est trouvé au niveau des astrocytes. Dans le cerveau des patients atteints de maladie d'Alzheimer, les astrocytes expriment fortement le LRP. De plus, celui-ci est trouvé au niveau des plaques séniles, colocalisé avec l'apo E. On trouve aussi, au niveau des plaques, des protéases (trypsine et cathepsine D) et des inhibiteurs de protéases tels que l'alpha2-macroglobuline et l'alpha1-antichymotrypsine. L'apo E, associée aux lipides, pourrait rentrer dans le neurone par captage par le LRP et, incorporée dans un endosome, rejoindre le corps cellulaire via le système des microtubules.

In vitro, l'apo E4 purifiée se lie beaucoup plus vite que l'apo E3 purifiée à l'Abeta synthétique. L'apo E purifiée et l'alpha1-anti-chymotrypsine sont in vitro des promoteurs de la polymérisation de l'Abeta₄₂, forme prédominante dans les dépôts amyloïdes, en filaments amyloïdes. L'apo E4 est environ deux fois plus active que l'apo E3, elle-même deux fois plus active que l'apo E2. L'association apo E2-apo E4 inhibe la formation des filaments amyloïdes. Ces données suggèrent que le dépôt des filaments amyloïdes dans des régions précises du cerveau dépend de la disponibilité locale en Abeta₄₂ mais aussi en molécules promotrices ou « chaperons » comme l'apo E ou l'alpha1-antichymotrypsine.

L'apo E4, du fait de sa grande affinité pour Abeta, pourrait agir comme point de nucléation pour sa polymérisation. Le dépôt de Abeta étant cytoxique, il entraînerait la sécrétion locale d'apo E par les astrocytes instituant ainsi un cercle vicieux. Par ailleurs, associées aux beta-VLDL, l'apo E3 augmente et l'apo E4 diminue in vitro la croissance des neurones. Les deux types de beta-VLDL semblent être internalisés par l'intermédiaire du LDL-R ou du LRP. Les apos E3 et E4 sans beta-VLDL n'ont pas d'action. Ces données suggèrent que le devenir et les effets intracellulaires des différentes isoformes de l'apo E pourraient jouer un rôle dans le développement de la DTA.

Les isoformes de l'apo E ne se comportent pas in vitro de façon identique vis-à-vis de Tau qui, non phosphorylée, se lie très fortement à l'apo E3 mais pas à l'apo E4. En revanche, Tau phosphorylée ne se lie ni à l'apo E4, ni à l'apo E3. Ainsi l'apo E3 (et l'apo E2 ?) protégerait la protéine Tau contre la phosphorylation et préviendrait la formation de dégénérescences neurofibrillaires. Une autre hypothèse suggère que l'augmentation de production d'apo E serait nécessaire à l'élimination des composés hydrophobes comme les lipides ou l'Abeta par l'intermédiaire de sa liaison au LRP ou au LDL-R. Le fait que le LRP soit un récepteur multiligand reconnaissant les complexes alpha2-macroglobuline-protéases et que de tels complexes soient présents dans les plaques suggère une compétition entre les complexes apoE-Abeta et alpha2-macroglobuline-protéases pour leur liaison sur le LRP et leur élimination consécutive [21].

Un modèle de souris transgénique de maladie d'Alzheimer exprimant le mutant V717F de l'APP humaine, associé à une maladie d'Alzheimer familiale précoce, et exprimant l'apo E humaine (E3 et E4) à des niveaux physiologiques, a permis de montrer que l'apo E humaine, contrairement à l'apo E de souris, diminue le dépôt de Abeta [22]. La principale hypothèse avancée pour expliquer ce résultat est que l'apo E à faible concentration favoriserait l'élimination de l'Abeta par un transport inverse à l'image du transport inverse du cholestérol dans l'intima artérielle [23]. En revanche, une forte expression de l'apo E ne suffirait pas à éliminer une Abeta produite en excès.

Facteurs de risque génétiques

Formes familiales de la maladie d'Alzheimer

La maladie d'Alzheimer précoce à transmission autosomale dominante est rare puisque seulement 120 familles sont actuellement identifiées dans le monde (figure 3). Les mutations du gène de la préséniline 1 (PS1) (chromosome 1) représentent 30 à 50 % des cas de maladies d'Alzheimer familiales survenant avant 55 ans. Celles du gène de l'APP sont très rares (25 familles dans le monde) et déterminent des maladies d'Alzheimer familiales survenant avant 65 ans. La mise en évidence d'une de ces mutations a une valeur prédictive positive théorique de 100 %. Les mutations du gène de la préséniline 2 (PS2) ont été décrites dans seulement deux familles avec des âges d'apparition de la maladie d'Alzheimer variant de 40 à 80 ans. La recherche de ces mutations doit être limitée aux sujets de la famille des malades [3].

Formes sporadiques de la maladie d'Alzheimer

* L'apolipoprotéine E

Il est maintenant bien établi que le polymorphisme de l'apo E est associé à la maladie d'Alzheimer. Deux méta-analyses récentes ont permis de préciser que chez les sujets caucasiens E3/E4 de plus de 65 ans, le risque est de 3 et chez les E4/E4 de 15 [24, 25] (figures 4 et 5). Le risque associé au génotype E4/E4 est très fort chez les sujets présentant une forme précoce (odds ratio : OR = 61). Cependant, jusqu'à 50 % des sujets E4/E4 qui vivent jusqu'à 80 ans ne développent pas de maladie d'Alzheimer. Cela est à rapprocher des études in vitro qui ont montré que l'apo E, aux concentrations mesurées dans le LCR, protège les neurones de la protéine beta-amyloïde, tandis que de plus fortes concentrations entraînent une cytotoxicité accrue [26]. De plus, il existe une plus forte expression de l'allèle E4 que de l'allèle E3 dans le cerveau des patients avec une maladie d'Alzheimer par comparaison aux sujets sans maladie d'Alzheimer ; inversement, chez les patients E3/E2, l'allèle E2 est relativement moins exprimé que chez les témoins. Par ailleurs, plusieurs polymorphismes dans les zones de régulation de l'expression du gène de l'apo E ont été récemment mis en évidence [27-29]. Trois polymorphismes (­ 491 A/T, ­ 427 T/C, ­ 219 G/T) définissent des haplotypes régulant l'expression du gène de l'apo E de 60 à 180 % dans des cellules d'hépatomes transfectées [28]. Plusieurs études ont montré une relation entre ces polymorphismes et la maladie d'Alzheimer [30-32]. Plus précisément, l'haplotype ­ 427 C/­ 491 A augmente de 18 fois le risque de maladie Alzheimer chez des sujets espagnols non E4 [33].

Il apparaît donc intéressant de déterminer ces polymorphismes chez les patients et les témoins inclus dans des études biocliniques afin de mieux définir les classes de risque et les classes de sensibilité à de nouvelles thérapeutiques.

Le génotypage de l'apo E n'est pas indiqué chez les sujets asymptomatiques. Il doit être considéré comme un complément au diagnostic clinique de maladie d'Alzheimer chez un sujet dément, chez lequel la découverte d'un allèle epsilon4 à une valeur prédictive positive de 94 à 98 %. Son intérêt est plus grand au début de la maladie d'Alzheimer, lorsque le diagnostic clinique est moins sûr. Dans ce cas, la découverte d'un allèle epsilon4 ajoute au moins 5 à 10 % de sûreté au diagnostic [3].

* L'alpha-2 macroglobuline

L'alpha-2-macroglobuline, un inhibiteur de protéases, a été impliquée dans la maladie d'Alzheimer du fait de sa capacité à favoriser l'élimination et la dégradation de l'Abeta. En appliquant la stratégie du gène candidat aux différents ligands du LRP, Blacker et al. [34] ont montré qu'une délétion au niveau de l'exon 8 du gène de l'alpha2-macroglobuline (chromosome 12p), désignée alpha2-macroglobuline-2, confère un risque de 3,56 indépendant de celui lié à l'apo E4. Ainsi l'alpha2-macroglobuline, le récepteur de l'alpha2-macroglobuline (LRP1) et les gènes de deux autres ligands du LRP, l'apo E et l'APP sont liés au risque génétique de maladie d'Alzheimer, ce qui suggère que ces protéines pourraient participer en commun à la pathogénie de la maladie [31]. Un autre polymorphisme du gène de l' alpha2-macroglobuline, Val1000 (GTC)/Ile1000 (ATC), a été étudié chez 566 patients avec une maladie d'Alzheimer et 359 témoins. Le génotype G/G (7 % chez les témoins et 12 % chez les patients) en association avec l'apo E4 est associé à un risque de 9,68 pour la maladie d'Alzheimer [35]. Ces résultats demandent à être confirmés par d'autres études.

* Marqueurs sur le chromosome 12q

Plusieurs études ont mis en évidence une liaison entre l'allèle de 91 paires de bases du locus D12S1045 situé dans la région télomérique du chromosome 12q et la maladie d'Alzheimer. Une étude réalisée sur des maladies d'Alzheimer certaines a montré que, chez les patients porteurs de cet allèle, la maladie d'Alzheimer débute 4 ans plus tôt et la survie est diminuée de 4 ans [36].

* L'interleukine 6

Le processus inflammatoire local entourant la plaque amyloïde participe à la progression et à l'accélération de la dégénérescence neuronale de la maladie d'Alzheimer. L'interleukine 6 (IL6) pourrait être impliquée dans ce phénomène. Le gène de l'IL6 est localisé sur le chromosome 7p21. L'allèle C du polymorphisme du nombre de tandem repeat du gène de l'IL6 est associé à une activité plus faible de la cytokine chez l'homme. Une étude menée chez 102 patients atteints de maladie d'Alzheimer et 191 sujets témoin montre que l'allèle C retarde l'apparition de la maladie d'Alzheimer et est associé à un risque diminué de maladie d'Alzheimer (OR = 0,6). Le rôle de ce polymorphisme doit être précisé car il est situé dans une région qui ne semble pas modifier la fonction du gène [37].

* La cathepsine D

La cathepsine D est une protéase intracellulaire ayant une activité de type beta-sécrétase. Un polymorphisme exonique du gène de la cathepsine D (Ala/Val en 224) modifie l'activité de l'enzyme. L'allèle T est plus fréquent chez les patients atteints de maladie d'Alzheimer (14,2 %) que chez les sujets témoins (6,7 %). Ses porteurs ont un risque de développer une maladie d'Alzheimer augmenté de 2,4 fois. Associé à l'apo E4, l'allèle T augmente le risque de maladie d'Alzheimer par 5,9 [38].

Marqueurs dans le liquide céphalorachidien

Le liquide céphalorachidien (LCR), une fois sécrété par les plexus choroïdes, entre en contact direct avec le cerveau. La concentration dans le LCR des substances qui ne traversent pas la barrière hématoméningée est le reflet de leur concentration dans le SNC. Les marqueurs de la maladie d'Alzheimer dans le LCR doivent être en rapport avec la physiopathologie moléculaire de la maladie. On distingue les marqueurs liés aux plaques séniles, principalement Abeta₄₂, et ceux liés à la dégénérescence neurofibrillaire, principalement Tau et les autres marqueurs comme ceux de l'altération de la fonction synaptique [39].

La protéine Tau

De très nombreuses études ont été consacrées à l'évaluation de l'intérêt du dosage de Tau dans le LCR comme élément du diagnostic et du suivi de la maladie d'Alzheimer sporadique. L'interprétation des résultats doit tenir compte des techniques de dosage. La plupart des études ont utilisé un dosage commercialisé de type Elisa sandwich avec deux anticorps monoclonaux anti-Tau. Ces anticorps reconnaissent les différentes isoformes de Tau indépendamment de leur phosphorylation et c'est donc Tau total qui est dosé [40]. Depuis l'étude initiale de Vandermeeren en 1993, plus de 10 études incluant plus de 1 000 patients atteints de maladie d'Alzheimer et témoins ont été réalisées (tableau 2). Elles montrent une sensibilité d'environ 70 % et une spécificité de 90 % vis-à-vis des témoins sans maladie neurologique. En revanche, Tau est augmenté dans le LCR chez environ 25 % des patients ayant une maladie neurologique, le plus souvent de type inflammatoire ou neurodégénérative, mais aussi chez une minorité de patients atteints de démence fronto-temporale ou de démence vasculaire (tableau 3). Cependant, la sensibilité et la spécificité de Tau dans le LCR varient en fonction de la population étudiée bien que son augmentation soit très précoce, en particulier chez les patients ayant l'allèle 4 de l'apo E, et qu'une faible augmentation avec l'âge soit notée chez les témoins [41]. Le manque de spécificité est probablement dû au fait que le LCR contient peu de formes phophorylées, que les anticorps reconnaissent Tau totale et que Tau du LCR pourrait provenir en majorité de l'atteinte axonale et peu des dégénérescences neurofibrillaires. L'utilisation d'anticorps spécifiques de Tau phosphorylée devrait permettre d'augmenter la spécificité du dosage de Tau [42]. Un travail important a confirmé l'intérêt du dosage de Tau dans le LCR en pratique quotidienne chez des patients suivis pendant un an [43]. Parmi les 407 patients atteints de maladie d'Alzheimer, 192 bénéficièrent d'un second dosage de Tau dans le LCR. La spécificité, au seuil de 302 pg/ml, était de 95 % et la sensibilité de 93 % pour distinguer patients atteints de maladie d'Alzheimer et témoins et respectivement de 96 et 74 % pour patients atteints de maladie d'Alzheimer versus patients atteints de dépression. Il n'y avait pas de corrélation entre la concentration de Tau dans le LCR et la gravité, l'ancienneté ou l'évolution de la démence. Les valeurs initiales de Tau étaient significativement corrélées à celles mesurées à 1 an [43]. Cette stabilité des concentrations de Tau dans le LCR a été retrouvée dans d'autres études sur 2 ou 3 ans [44, 45]. De plus, l'augmentation de Tau dans le LCR pourrait précéder l'apparition des signes cliniques de démence [46]. Enfin, le pouvoir discriminant de Tau est plus élevé chez les sujets de moins de 70 ans [47].

La protéine beta-amyloïde

L'intérêt de la détermination de la concentration en Abeta dans le LCR pour confirmer un diagnostic clinique de maladie d'Alzheimer réside dans le fait que, par définition, tous les patients atteints de maladie d'Alzheimer présentent une accumulation de cette protéine dans le cerveau. Seulement 10 % de l'Abeta du LCR est de l'Abeta₄₂, ce qui explique que les études ayant dosé l'Abeta totale aient été négatives. Les études plus récentes utilisant des anticorps spécifiques de Abeta₄₂ ont curieusement montré une diminution de Abeta₄₂ dans le LCR des patients par rapport à des témoins sans maladie neurologique avec une sensibilité proche de 100 % et une spécificité d'environ 65 % vis-à-vis des sujets témoins et des sujets avec d'autres maladies neurologiques. L'Abeta₄₂ n'est pas diminuée dans le LCR des patients atteints de maladies neurologiques sans démence tandis que la diminution est plus marquée chez les sujets apo E4 (figure 6) [40, 41]. Une explication de la réduction de Abeta₄₂ dans le LCR est que la majorité de la protéine sécrétée est retenue dans le cerveau.

L'association protéine Tau-protéine beta-amyloïde

La mesure simultanée de Tau et Abeta₄₂ dans le même échantillon de patients atteints de maladie d'Alzheimer permet d'augmenter la spécificité et la sensibilité du marqueur jusqu'à environ 90 % vis-à-vis des LCR de sujets témoins [48, 49] (tableau 4). Cependant, la spécificité est plus faible lorsque l'on compare les patients atteints de maladie d'Alzheimer avec les sujets déments sans maladie d'Alzheimer. L'interprétation des résultats est améliorée si l'on prend en compte le génotype de l'apo E qui influence le niveau de l'Abeta₄₂. L'utilisation du rapport Abeta₄₀ sur Abeta₄₂ et de Tau dans le LCR permet d'augmenter la spécificité du test vis-à-vis des patients sans maladie d'Alzheimer [50] (figure 7).

L'association protéine Tau-récepteur soluble de l'interleukine 6

Plusieurs arguments sont en faveur d'une implication de l'IL6 et de ses récepteurs dans la physiopathologie de la maladie d'Alzheimer. L'IL6 a été retrouvée précocement dans les plaques sans neurite. Une étude récente a montré que la gp130 soluble (_sgp130) était un bon facteur discriminant de la maladie d'Alzheimer. Associé au dosage de Tau dans le LCR, _sgp130 permet d'obtenir une sensibilité de 92 % et une spécificité de 90 % pour le diagnostic de maladie d'Alzheimer vis-à-vis de témoins sans maladie neurologique [51]. Cependant, cette étude demande à être confirmée.

Les autres marqueurs dans le LCR

Parmi les nombreux autres marqueurs évalués dans le LCR de patients atteints de maladie d'Alzheimer [52], nous citerons les NTP (neuronal thread protein) de 21 et de 41 kd. Le dosage de cette dernière a permis d'obtenir une sensibilité de 62 % et une spécificité de 100, 98 et 84 % vis-à-vis des témoins, des patients parkinsoniens et des patients atteints de sclérose en plaque dans une étude qui reste à confirmer [53]. Le dosage simultané de NTP et de Tau permettrait d'augmenter la spécificité à 93 % pour une sensibilité à 63 % pour la distinction entre patients atteints de maladie d'Alzheimer et témoins sains [54]. L'étude des différentes formes glycosylées de l'acétyl cholinestérase pourrait aussi être intéressante bien que sa réalisation par chromatographie d'affinité ne soit pas simple [55].

Autres marqueurs

D'autres tentatives ont été faites dans le plasma ou dans des cellules sanguines pour mettre en évidence des marqueurs de la maladie d'Alzheimer. Cependant, à ce jour, aucun de ces paramètres ne satisfait aux critères demandés pour un bon marqueur, en particulier la confirmation des résultats pour plusieurs études indépendantes. Parmi les études réalisées sur les cellules, celles concernant les isoformes de l'APP dans les plaquettes sanguines méritent d'être citées. En effet, l'épissage alternatif du gène de l'APP produit une famille de protéines exprimées dans tous les tissus. Les plus fortes concentrations sont retrouvées dans le cerveau et les plaquettes qui contiennent plus de 95 % de l'APP circulante. Dans ces dernières, seulement 10 % de l'APP est intacte. Les plaquettes et les neurones présentent des similitudes bien qu'ils ne proviennent pas du même tissus embryologique.

Un article récent [56] montre que le rapport entre l'APP 130 kd et l'APP 106-110 kd, estimé par PAGE-SDS et immunotransfert, est diminué dans les plaquettes de patients atteints de maladie d'Alzheimer (0,31 ± 0,15 versus 0,84 ± 0,2). De plus la valeur de ce rapport est négativement corrélée à la gravité de la démence et au déclin des facultés cognitives [57]. En revanche les rapports des transcrits ne sont pas modifiés. Cependant, cette approche pourrait être limitée par la difficulté d'obtenir des plaquettes non activées chez des sujets âgés, qui rend la valeur du rapport APP 150/APP 110-106 dépendante de la technique de prélèvements. En effet, des résultats similaires ont été trouvés, mais avec une valeur de ce rapport différente [58].

CONCLUSION

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