Un gène pour « plusieurs » diabètes

ARTICLE

Observation 2

Un patient de 67 ans est adressé pour diabète non insulinodépendant déséquilibré. Dans ses antécédents, on ne retient qu'une hypertension artérielle ancienne. L'histoire du diabète semble commencer en 1955, à l'âge de 24 ans, par la découverte d'une glycosurie chez un patient dont le poids a toujours été normal (IMC à 21,8 kg/m²). Le diagnostic de diabète n'est confirmé que 12 ans plus tard. Ce n'est qu'à partir de 1990 qu'un traitement est instauré, associant metformine (3 x 280 mg) et gliclazide (3/j) avec de bons résultats initiaux, l'HbA1c restant comprise entre 5,6 et 7,5 %. Le contrôle glycémique se détériore ensuite progressivement. En 1998 les glycémies sont de l'ordre de 2 g/L à jeun et 3 à 4 g/L en post-prandial. Le patient perd spontanément 5 kg en 6 mois avec un IMC de 17,8 kg/m² et l'HBA1c est de 9,4 % à l'entrée, imposant l'instauration d'une insulinothérapie. Le retentissement du diabète comporte une neuropathie périphérique sensitive, une néphropathie débutante (microalbuminurie : 152 mg/2 h) mais curieusement pas de rétinopathie. Malgré l'absence d'antécédent familial connu de diabète, l'âge du patient au diagnostic, le poids normal, la lente évolution vers la carence en insuline et l'absence d'autre étiologie font évoquer le diagnostic de MODY. Le criblage moléculaire puis le séquençage conduisent à identifier une mutation (CGG --> CAG) du gène HNF-1alpha au codon 583 dans l'exon 9, responsable d'une substitution d'acide aminé (R583Q).

Observation 3

Une jeune femme de 24 ans est adressée pour optimisation de son schéma d'insulinothérapie. Le diabète a été découvert à l'âge de 13 ans à l'occasion d'un amaigrissement et d'une acido-cétose. Une insulinothérapie a été instaurée d'emblée mais n'a jamais permis d'obtenir un bon contrôle glycémique et a été responsable d'une prise de poids majeure avec un poids maximum de 80 kg pour 1,65 m (IMC 29,4 kg/m²). Les doses d'insuline ont atteint 1,30 UI/kg, mais l'HbA1c a le plus souvent été de l'ordre de 9 %. Du fait de la très mauvaise acceptation du diabète et de son traitement, une psychothérapie a été entreprise, sans grand succès, et la jeune fille a séjourné dans un centre spécialisé pendant un an pour améliorer la prise en charge de son diabète. Son traitement actuel comporte deux injections quotidiennes d'un mélange pré-établi d'insuline d'action rapide et de NPH à la dose totale de 0,81 UI/kg. L'examen clinique est normal. L'interrogatoire révèle l'existence d'un diabète découvert à l'âge de 32 ans chez la mère de la patiente et traité par une association d'anti-diabétiques oraux et d'insuline. On apprend également que la jeune sœur de la patiente a un diabète révélé de façon aiguë par un syndrome polyuro-polydipsique sans cétose à l'âge de 12 ans, traité pendant quelques mois par insuline puis, du fait d'une rémission par régime seul. Avec un recul d'un an, son contrôle glycémique est normal (HbA1c de 6 %). Trois autres frères et sœurs, âgés de 21, 24 et 27 ans ne sont pas diabétiques. L'histoire familiale et l'évolution du diabète chez la sœur cadette sont très évocatrices d'un diabète de type MODY. De fait il existe une mutation (CGC --> AGC) du gène HNF-1alpha au codon 574 dans l'exon 9, responsable d'une substitution d'acide aminé (G574S). L'insulinothérapie est interrompue et remplacée par un traitement associant glibenclamide 5 mg et metformine 850 mg trois fois par jour avec un contrôle glycémique satisfaisant.

Observation 4

Une patiente diabétique de 35 ans est adressée pour prise en charge d'une première grossesse au terme de 9 semaines d'aménorrhée. Le diabète a été découvert à l'âge de 27 ans sur la présence d'une glycosurie. Le poids à l'époque était de 65 kg pour 1,65 m (IMC de 23,9 kg/m²). Un traitement par régime et metformine est entrepris et permet d'obtenir un contrôle glycémique fluctuant selon l'observance des mesures diététiques (HbA1c de 6 à 8 %). Il existe une rétinopathie minime marquée par quelques microanévrysmes, dont la présence a été notée dès la découverte du diabète. L'examen est normal et le poids est de 55 kg. Le contrôle glycémique est correct en début de grossesse et s'améliore sensiblement (HbA1c comprise entre 4,6 et 5,6 %) avec de faibles doses d'insuline (0,31 UI/kg). La patiente accouche à 39,5 SA d'une fille de 3430 g. Deux ans plus tard, une seconde grossesse est menée dans de bonnes conditions (HbA1c entre 4,4 et 5,3 %), conclue par l'accouchement à 38 SA d'un garçon de 3950 g. Avec un recul de 4 ans, le contrôle glycémique reste bon (HbA1C < 7 %) et la rétinopathie ne s'est pas majorée. Dans les antécédents familiaux de cette patiente on ne retient qu'un diabète gestationnel chez sa soeur cadette (figure 1B). La présentation clinique du diabète est suffisamment évocatrice pour demander un diagnostic moléculaire du MODY. Il existe une mutation (GGT --> GAT) du gène HNF-1alpha au codon 31 dans l'exon 1, responsable d'une substitution d'acide aminé (G31D). La recherche de la mutation est négative chez la sœur de la patiente (il s'agit donc d'une phénocopie) ; elle est en revanche positive chez son frère âgé de 28 ans qui n'est pas diabétique mais chez qui existent des anomalies de l'insulinosécrétion en réponse au glucose.

Observation 5

Un homme de 40 ans, d'origine antillaise, est adressé pour diabète révélé sur un mode aigu associant un syndrome polyuro-polydipsique, un amaigrissement de 9 kg en un mois, le poids passant de 75 à 66 kg pour 1,75 m (IMC initial 21,6 kg/m²). La glycémie est de 3,5 g/L, il n'y a pas de cétonurie. L'examen clinique est normal en dehors d'une hypertension artérielle. Une insulinothérapie est instaurée d'emblée permettant d'obtenir rapidement une normoglycémie stricte (HbA1C de 5,6 %) avec de faibles doses d'insuline (0,25 UI/kg). Il n'y a aucun antécédent familial connu de diabète. La recherche d'autoanticorps anti-cellules d'îlot est négative et le patient est HLA DRB1* 04-08. Le patient n'est revu que 8 ans après l'épisode initial. A cette date, le contrôle glycémique est médiocre (HbA1c de 8,2 %) malgré une insulinothérapie dont les doses ont été majorées (0,66 UI/kg). Le poids est remonté à 76 kg. En hospitalisation, avec un régime calibré, le contrôle glycémique est excellent malgré une diminution rapide des besoins en insuline. Un traitement par metformine (850 mg deux fois par jour) est associé à l'insulinothérapie. Un très bon contrôle glycémique est obtenu (HbA1c de 6,4 %) avec un recul d'un an et les doses d'insuline restent très faibles (0,17 UI/kg). Il n'y a aucune complication du diabète. La présentation clinique, l'absence d'argument solide pour un diabète autoimmun, et l'évolution caractéristique du faux diabète de type 1 décrit chez les sujets noirs, conduisent à évoquer un diabète de type MODY. La sévérité du déséquilibre initial oriente vers un MODY 3. Il existe une mutation (GGC --> AGC) du gène HNF-1alpha au codon 574 dans l'exon 9, responsable d'une substitution d'acide aminé (G574S).

Commentaire

Le MODY (Maturity-Onset Diabetes of the Young) a été initialement défini sur le phénotype suivant : diabète de survenue précoce (classiquement avant l'âge de 25 ans), cliniquement non insulino-dépendant, au moins pendant les premières années suivant le diagnostic et de transmission autosomique dominante. La caractérisation d'une partie au moins des gènes de MODY a conduit à compléter cette définition par l'existence d'une anomalie primaire de l'insulinosécrétion.

La famille des gènes responsables de MODY comprend à ce jour 6 gènes. Cinq d'entre eux codent des facteurs de transcription. Les MODY 1, 3, 4, 5 et 6 correspondent respectivement à des mutations des gènes suivants : HNF-4alpha (Hepatocyte Nuclear Factor-4alpha), HNF-1alpha , IPF-1 (Insulin Promoter factor-1, également appelé PDX-1), HNF-1beta, et NEUROD1/BETA2 [1, 2]. Le MODY 2, le premier caractérisé, constitue une exception puisqu'il est dû à des mutations du gène de la glucokinase, enzyme impliquée, dans la cellule beta, dans l'étape clé du métabolisme qui conduit à l'insulinosécrétion en réponse au glucose. Les MODY, tous types confondus, représenteraient 2 à 5 % des diabètes non insulino-dépendants [1], avec une très forte prédominance des MODY 2 et 3, les autres formes ne concernant jusqu'ici que quelques familles.

Epidémiologie

Le MODY 3 est dû à une mutation à l'état hétérozygote du gène HNF-1alpha [3]. Sa fréquence parmi les différents MODY varie selon les pays. En France, elle est estimée à environ 20 à 30 % (contre 60 % pour le MODY 2), mais elle est plus élevée aux USA et dans d'autres pays d'Europe (jusqu'à 70 % des MODY au Royaume-Uni) [4-6]. Dans l'étude UKPDS, la recherche systématique de mutation d'HNF-1alpha chez des patients diabétiques de type 2 de diagnostic récent a montré que le MODY 3 correspondait à environ 3 % des diabètes de type 2 au Royaume-Uni, et que les patients diabétiques porteurs de mutations d'HNF-1alpha n'ont pas toujours un antécédent familial de diabète connu [7].

Dans d'autres études la fréquence du MODY 3 apparaît plus élevée du fait de biais de sélection des patients sur des caractéristiques phénotypiques particulières comme la survenue précoce du diabète, la sévérité de l'hyperglycémie et/ou l'absence de marqueur immunogénétique de diabète de type 1. Dans ces situations, 5 à 10 % des patients sont porteurs d'une mutation. Ainsi, dans une étude danoise, 4 des 39 patients initialement considérés comme ayant un diabète de type 1 selon les critères de l'OMS mais non DR3 non DR4 et appartenant à des familles multiplex étaient porteurs d'une mutation d'HNF-1alpha co-ségrégeant avec le diabète [8]. De même, parmi 28 patients japonais considérés comme diabétiques de type 1, mais n'ayant aucun des autoanticorps classiquement associés au diabète autoimmun, deux avaient une mutation d'HNF-1alpha [9]. La fréquence du MODY 3 chez les sujets ayant un diabète dit de type 1 non autoimmun selon la nouvelle classification étiologique n'a pas été évaluée de manière systématique.

Histoire naturelle et présentation clinique

L'expression phénotypique du MODY 3 est variable d'une famille à l'autre et au sein d'une même famille. Par opposition au MODY 2 dont la pénétrance est complète, dans une même famille certains sujets porteurs d'une mutation du gène HNF-1alpha sont normoglycémiques alors que leurs germains d'âge comparable sont très hyperglycémiques, comme l'illustre l'observation 4. Dans une famille anglaise, deux sujets non diabétiques âgés de 46 et 87 ans étaient porteurs de la mutation de l'exon 10 du gène HNF-1alpha associée au diabète chez d'autres membres de la famille [10]. Il s'agit cependant de la seule des 37 familles MODY étudiées en Grande-Bretagne dans laquelle ont été observés des sujets porteurs sains âgés de plus de 40 ans [6]. Dans les familles de MODY 3, les sujets porteurs mais non diabétiques sont plus minces (IMC moyen 21 kg/m²) que les sujets diabétiques (IMC 25) [11]. Ils ont cependant des anomalies de l'insulinosécrétion et peuvent développer ultérieurement un diabète, en particulier dans des situations d'insulinorésistance, comme la grossesse ou une prise de poids. Dans l'étude de Lehto, 38 % des patientes ayant un MODY 3 avaient eu un diabète gestationnel [11].

Le début du diabète survient, dans la majorité des cas, dans la période post-pubertaire (âge moyen au diagnostic : 22 à 26 ans selon les séries), contrairement au MODY 2 au cours duquel l'hyperglycémie est présente dès la naissance [4, 6]. La plupart des sujets présentent un syndrome polyuro-polydipsique franc lors du diagnostic. Il existe en effet une diminution de 50 % environ du taux maximal de réabsorption (Tm) du glucose qui majore ce syndrome (et limite peut-être l'hyperglycémie). La diminution d'activité d'HNF-1alpha pourrait altérer l'expression de gènes de transporteurs du glucose du tubule proximal. Cette anomalie est présente chez les sujets encore normoglycémiques porteurs de mutations d'HNF-1-alpha et pourrait rendre compte de l'observation ancienne de glycosurie précédant la survenue d'un diabète [12, 13]. Les patients sont le plus souvent de poids normal et ne présentent pas les anomalies métaboliques habituellement associées au diabète de type 2 (syndrome X). Initialement, le diabète est souvent non insulino-dépendant, mais l'aggravation progressive du déficit de l'insulinosécrétion conduit fréquemment à l'instauration d'une insulinothérapie. Dans une série de 100 patients MODY 3 au Royaume-Uni, un tiers étaient traités par régime, un tiers par sulfamides hypoglycémiants, et un tiers par insuline [6]; de même dans une série de 79 patients, après une évolution de 18 années en moyenne, 48 % étaient traités par insuline [14]. Les patients traités par insuline ont un BMI plus élevé et sont plus âgés.

Le diagnostic clinique de MODY 3 est donc relativement aisé lorsqu'existe une histoire familiale évocatrice chez un sujet jeune, sévèrement hyperglycémique mais non cétosique. Cependant, aucun de ces arguments n'a de valeur absolue. En particulier chez les sujets jeunes au moment du diagnostic, la sévérité de l'hyperglycémie et des symptômes cliniques conduit souvent au diagnostic de diabète de type 1. L'intérêt de la recherche des marqueurs immunologiques du diabète de type 1 autoimmun (anticorps anti-cellules d'îlots ou anticorps anti-décarboxylase de l'acide glutamique et anti-IA-2) est ici évident.

Des anomalies sévères de l'insulinosécrétion sont observées chez les patients porteurs de mutation d'HNF-1alpha. L'insulinosécrétion basale stimulée par le glucose (phases précoce et tardive) ou par l'arginine est très réduite [11, 15].
Ces anomalies s'observent également, au sein de familles de MODY 3, chez les apparentés dont la tolérance au glucose est normale mais qui sont porteurs de la mutation (figure 2) [15]. Contrairement au MODY 2 au cours duquel la fonction beta apparaît très stable, le défaut d'insulinosécrétion du MODY 3 s'aggrave probablement avec le temps, comme le suggère l'altération profonde de la fonction beta chez les sujets âgés de plus de 20 ans (figure 3) [6]. Cette évolution rend compte de la perte d'efficacité des anti-diabétiques oraux à long terme. La sensibilité à l'insuline est normale chez les sujets non diabétiques mais peut être altérée chez les patients diabétiques secondairement à la carence en insuline et à l'hyperglycémie [11, 15, 16].

Contrairement à l'idée reçue d'une relative bénignité des diabètes de type MODY, les complications de microangiopathie sont fréquentes au cours du MODY 3. Après 16 années d'évolution connue, la prévalence de la rétinopathie est de l'ordre de 50 %, les formes sévères (rétinopathie pré-proliférative, proliférative, oedème maculaire et/ou nécessité d'un traitement par Laser) atteignant 15 à 20 % des patients [6, 17, 18]. Une néphropathie débutante (microalbuminurie pathologique) est présente dans environ 20 % des cas. A durée d'évolution et sévérité de l'hyperglycémie comparables, la prévalence de ces complications est la même qu'au cours des diabètes de type 1 et de type 2 [18]. En revanche, la prévalence de l'hypertension artérielle, des anomalies lipidiques et des complications de macroangiopathie (maladie coronarienne) est plus faible qu'au cours du diabète de type 2 [11, 17, 18].

Physiopathologie : des anomalies moléculaires au diabète

Le gène de HNF-1alpha est situé sur le bras long du chromosome 12 (12q) et comprend 10 exons. Il est exprimé dans divers tissus dont le foie, le rein, le pancréas, le tube digestif. La protéine comprend 628 acides aminés et comporte trois domaines principaux: un domaine N-terminal et impliqué dans la dimérisation de la protéine, codé par l'exon 1, un domaine de liaison à l'ADN codé par les exons 2,3 et 4 et un domaine C-terminal de transactivation codé par les exons 5 à 10. HNF-1alpha active, par liaison directe au promoteur ou à l'enhancer, la transcription de nombreux gènes, notamment hépatiques comme l'albumine, le fibrinogène, l'alpha-1 anti-trypsine, des facteurs de coagulation [19]. La dimérisation d'HNF, sous forme d'un homo- ou d'un hétérodimère avec HNF-1beta, est nécessaire à son activité. Les propriétés d'HNF-1beta sont voisines de celles d'HNF- 1alpha, avec une distribution tissulaire un peu différente (il est en particulier plus abondant dans le rein et moins dans le foie).

Plus de 80 mutations du gène HNF-1alpha ont été identifiées dans des familles de MODY. Il s'agit principalement de mutations faux-sens donnant un changement d'acide aminé (50 %), de mutations modifiant l'épissage ou le cadre de lecture [1, 6], et plus rarement de mutations non-sens avec formation d'une protéine tronquée. Ces mutations peuvent siéger dans les trois domaines fonctionnels du gène décrits mais il existe une zone de mutations plus fréquentes (hot spot) dans l'exon 4 (20 % des mutations) [20]. De plus, des variants ont été décrits dans le promoteur du gène, associés à une diminution de son activité transcriptionnelle et co-ségrégeant avec le diabète [21].

L'étude des souris dont le gène HNF-1alpha a été invalidé a fourni des informations sur les mécanismes de survenue du diabète. Les souris dépourvues d'HNF-1alpha (-/-) présentent de nombreuses anomalies : stéatose hépatique et prolifération massive des hépatocytes, phénylcétonurie, syndrome de Fanconi tubulaire avec glycosurie massive, retard de croissance sévère et mort prématurée d'une partie des animaux [19]. Chez ces souris il existe une hyperglycémie en rapport avec une diminution drastique (de 85 %) de la réponse insulinosécrétoire au glucose et à l'arginine du pancréas ou d'îlots isolés [22]. L'absence de réponse au glucose pourrait être secondaire à une anomalie de la production mitochondriale d'ATP [23]. La taille du pancréas et la masse de cellules beta semblent en rapport avec le poids des animaux. Cependant, compte tenu de l'hyperglycémie, l'absence de régénération insulaire pourrait correspondre à une anomalie spécifique [19]. HNF-1alpha semble également impliqué dans la transcription de gènes impliqués dans le transport du glucose (GLUT 2) et dans son métabolisme (pyruvate kinase) dans la cellule beta, ainsi que dans la transcription du gène de l'insuline chez le rat et chez l'homme [24, 25]. Les études fonctionnelles, dans des systèmes in vitro, de certains des mutants identifiés ont montré qu'une diminution de la liaison à l'ADN ou une perte de l'activité de transactivation peuvent être en cause dans les anomalies de l'insulinosécrétion [26-28]. De plus certains mutants ont un effet dominant négatif, la protéine mutée perturbant la fonction de la protéine normale [24, 27, 28]. Ceci pourrait expliquer pourquoi, contrairement à ce qui est observé chez l'homme, chez qui l'hétérozygotie pour la mutation est associée au diabète, les souris hétérozygotes pour l'allèle nul (+/-) ne se distinguent pas des souris normales.

Cependant ces études ne permettent pas de corréler le génotype des patients avec le phénotype et de rendre compte de la variabilité de l'expression du diabète en fonction de la nature ou de la localisation de la mutation. L'observation d'une variabilité intra-familiale du phénotype suggère également l'existence de facteurs génétique associés. De même les anomalies de transcription du gène de l'insuline ne suffisent pas à expliquer la détérioration de l'insulinosécrétion avec le temps, et la physiopathologie du MODY 3 reste incomplètement élucidée.

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