Métabolisme des monocarbonés et syndrome de I'X fragile

Jérôme LEJEUNE

Bull. Acad. Nat. Méd., 1981, 165, n° 9, 1197-1206, séance du 1er décembre 1981


Résumé :

L'expérimentation sur des cultures de lymphocytes confirme que la fourniture de monocarbonés diminue la fragilité de l'X. Les produits actifs étant d'usage courant en médecine, un premier essai clinique est réalisé sur seize patients.Après des traitements allant de 8 jours (5-formyl-tétrahydrofolate 2 mg/kg/j en I.M.) à plusieurs mois (acide folique 0,5 mg/j, avec hydroxocobalarnine 1 mg/j et démanol 40 mg/kg/j, donnés per os) on observe les effets suivants : a) 15 patients sur 16 révèlent une diminution hautement significative de la fréquence de la lacune du site fragile Xq27. b) Sur 8 patients atteints de troubles du comportement, 7 sont améliorés. c) Un effet de dose parait probable. Ces résultats préliminaires paraissent en accord avec l'hypothèse selon laquelle un trouble du métabolisme des monocarbonés pourrait jouer un rôle majeur dans certaines débilités mentales.

Sommaire

Une fragilité de l'extrême distale du chromosome X (zone Xq27 ou Xq28) est observée chez certains patients débiles mentaux, le plus souvent des garçons [1], [2], [3]. Si les lymphocytes des malades sont cultivés dans un milieu pauvre en acide folique, le site fragile est marqué par une lacune dans 10 à 30 % des mitoses, alors qu'en milieu riche en acide folique le site fragile reste inapparent. Cette découverte [4] a été largement confirmée [5] [6] et une étude systématique a montré que ce phénomène dépend du métabolisme des monocarbonés [5], [7].

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I. - Métabolisme des monocarbonés

Les radicaux monocarbonés, ou plus simplement les monocarbonés, sont des fragments de molécule ne contenant qu'un seul atome de carbone. Provenant de précurseurs (certains acides aminés et leurs dérivés), ils sont transportés par le tétrahydrofolate, forme réduite de l'acide folique. Ces monocarbonés servent à la synthèse des nucléotides d'une part, et au fonctionnement des transméthylases de l'autre. (Voir fig. I).

Ainsi, le 5-10-méthényl-tétrahydrofolate et le 10-formyl-tétrahydrofolate fournissent chacun un monocarboné lors de la synthèse d'une base purique (adénine ou guanine) ; de son côté, Le 5-10-méthylène-tétrahydrofolate fournit le méthyle transformant l'uracile en thymine (UMP ? TMP).

Vers les transméthylases, le 5-méthyl-tétrahydrofolate transfère un méthyle à l'homocystéine, via la cobalamine ou vit. B12. Ainsi peut se reconstituer la S-adénosyl-méthionine (S.A.M.) donneur général de méthyle.

Par la synthèse des nucléotides et des acides nucléiques (ADN et ARN), le métabolisme des monocarbonés contrôle la multiplication cellulaire. Au cours du développement embryonnaire la mise en place du système nerveux en dépend étroitement. Un blocage par l'aminoptérine (anti-folique) provoque des défauts du tube neural, allant du myéloméningocède à l'anencéphalie [8].

Par l'intermédiaire des transméthylases à SAM, ce métabolisme contrôle aussi :

- la myélinisation des fibres nerveuses (méthylation des phospholipides).

- la synthèse des médiateurs cérébraux (acétyl-choline par exemple).

- et leur inhibition secondaire (catéchol-o-méthyle-transférases).

Conformément à une hypothèse générale déjà formulée [9] il se pourrait qu'une part importante des débilités mentales soit due à des troubles de ce métabolisme. Le syndrome de l'X fragile en est un exemple.

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II. - Fragilité du site xq27 et métabolisme de la thymidine

La fragilité du site Xq27 est augmentée [4] [5] par l'adjonction de méthotrexate (inhibiteur de la dihydrofolate réductase) ou de fluorouridine (inhibiteur de la thymidylate synthase) [6]. Inversement l'adjonction de thymidine diminue la fragilité [4], [6]. Ces données suggèrent un manque de 5-10-méthylène THF, provoquant un déficit en thymidine lors de la réplication. Ainsi s'expliquerait l'activité remarquable du 5-formyl-THF [5].

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III. - Protection du site fragile in vitro

Une série d'expériences [12], portant sur un total de 97 892 mitoses de lymphocytes en culture a permis d'étudier l'efficacité de certains précurseurs des monocarbonés (fig. I). La majorité d'entre eux sont actifs, même sans adjonction d'acide folique (voir tableau I) : 5 aminolévulinate, L-4-hydroxyproline, L-5-hydroxytryptophane, formiminoglutamate, L-sérine et bétaïne. Font exeption : le L-tryptophane (la tryptophane dioxygénase est une enzyme hépatique) et la diméthylglycine et la sarcosine (voie de récupération oxydative des monocarbonés).

L'inactivité de la S-adénosyl méthionine (SAM) et de la S-adénosylhomocystéine (SAH) permet de penser que les transméthylases ne sont pas perturbées.

L'action protectrice remarquable de l'homocystéïne pourrait correspondre à une stimulation de la thymidylate synthase [10], [11], alors que l'action légèrement défavorable de la méthionine et de la vitamine B12 correspondrait à son inhibition.

De son côté la protection à long terme par la superoxyde dismutase (SOD 1), évoque une anomalie du métabolisme de l'oxygène.

En résumé ces expériences ne sont pas en désaccord avec l'hypothèse d'un déficit en monocarbonés conduisant à une production insuffisante de 5-10-méthylène THF, surtout lorsque la synthèse d'ADN est très active.

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IV. - Protection du site fragile in vivo

Les produits efficaces (vitamines et acides aminés) n'étant pas toxiques aux doses usuelles, un essai médicamenteux a été réalisé chez 16 porteurs de l'X-fragile sans qu'aucun effet défavorable ait été décélé (tableau II).

Chez 14 des 16 patients la fragilité a diminué spectaculairement. Chez le patient I.P. 21772, résistant à l'acide folique per os, un second traitement par le 5-formyl-THF en injections I.M., entraîne la quasi disparition de la lacune. Cette contre-épreuve n'a pas encore été faite chez le patient I.P. 22001.

On remarque aussi que les deux sujets incomplètement protégés, I.P. 1810 et I.P. 18305 ont reçu les doses les plus faibles.

De ces résultats, pour préliminaires qu'ils soient, on peut déduire que le traitement à l'acide folique in vivo diminue la fragilité de l'X et qu'un effet de dose est très probable.

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V. - Effet sur le comportement

Le cas déjà publié [5] du patient I.P. 23706 a permis d'observer la quasi disparition d'un état psychotique aigu avec agitation et agressivité.

Sur le total des 16 patients étudiés :

8 étaient atteints de troubles graves du comportement ; 4 ont été profondément améliorés (23706, 21772,14247, et 24035), 3 ont été améliorés incomplètement (23797, 23760 et 22001) et un n'a montré aucun changement notable (23757) .

Sur les 5 patients présentant une déficience simple, sans troubles nets du comportement deux paraissent améliorés (21983 et 23797) alors que les trois autres ne manifestent pas de changement décelable après 5 mois de traitement (24105, 24106 et 24109).

Enfin les trois derniers patients (18101, 18305 et 22485) n'ont pas encore subi le second examen clinique prévu.

Bien qu'ici aussi les observations restent préliminaires, les améliorations du comportement de 7 patients sur 8, paraissent très au-delà d'une fluctuation fortuite. Pour la débilité mentale proprement dite, il sera nécessaire de disposer d'un an d'expérience avant de décider d'un bénéfice, qui ne parait pas exclu (les examens psychométriques sont en cours).

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Conclusion provisoire

Le syndrome de la fragilité du chromosome X occupe dès maintenant une place toute particulière dans la recherche sur les débilités de l'intelligence. Cette affection est en effet le premier exemple d'une lésion chromosomique susceptible d'une amélioration par modification du métabolisme des monocarbonés. Les conclusions provisoires suivantes peuvent être proposées :

a) un traitement à l'acide folique per os (o,5 mg/kg/j) associé éventuellement à l'hydroxocobalamine (1 mg/j) ou au demanol (40 mg/kg/j) entraîne une diminution de la fragilité de l'X, sans effets défavorables;

b) les troubles graves du comportement, lorsqu'ils existent, paraissent améliorés ;

c) un effet favorable sur la débilité mentale ne paraît pas exclu, mais ne peut être analysé actuellement.

Ces conclusions provisoires permettent de penser qu'une approche raisonnée du traitement de la fragilité de l'X est possible.

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Résumé

L'expérimentation sur des cultures de lymphocytes confirme que la fourniture de monocarbonés diminue la fragilité de l'X. Les produits actifs étant d'usage courant en médecine, un premier essai clinique est réalisé sur seize patients.

Après des traitements allant de 8 jours (5-formyl-tétrahydrofolate 2 mg/kg/j en I.M.) à plusieurs mois (acide folique o,5 mg/j, avec hydroxocobalarnine 1 mg/j et démanol 40 mg/kg/j, donnés per os) on observe les effets suivants :

a) 15 patients sur 16 révèlent une diminution hautement significative de la fréquence de la lacune du site fragile Xq27.

b) Sur 8 patients atteints de troubles du comportement, 7 sont améliorés.

c) Un effet de dose parait probable.

Ces résultats préliminaires paraissent en accord avec l'hypothèse selon laquelle un trouble du métabolisme des monocarbonés pourrait jouer un rôle majeur dans certaines débilités mentales.

TABLAU I - Fréquence de la lacune sur 37 892 mitoses
TraitéesNbre d'essaisContrôleEfficacitéPX2 ; v = 1
Lacune X normalLacuneX normal
Méthotrexate111234451612044351+ 0,21 *0,05-0.0110,55
5-formyl-T.H.F. 72 h1434861411093697- 0,98 *** 0,001850,60
5-formyl-T.H.F. 7 h29158731741114- 0,870,10-0,05151,29
5-formyl-T.H.F. 2 h173101431741114+ 0,10N.S.0,58
2-Cetoglutarate1427253143663- 0,08N.S.0,55
2-hydroxyglutarate32118130123+ 0,07N.S.0,08
2-ceto-adipate23870453881286+ 0,04N.S.1,44
S-aminolevulinate57540651813414771-0,42 ***<< 0,001164,20
N-formyl-glutamate86610384583- 0,04N.S.0,02
N-formyl-aspartate26124123127+ 0,13N.S.0,22
N-formiminoglutamate65549384500- 0,270,10-0,053,96
L-glutamata488151276372036- 0,03N.S.0,20
L-serine4052492117773216- 0,25 **0,005-0,00135,46
L-proline406127253371014- 0,02N.S.0,23
L-4-hydroxyprol ine61941021812834777- 0,42 ***<< 0,001118,05
5-hydroxypipecolate1183072178451- 0,02N.S.0,04
5-hydroxylysine7493310127973435- 0,01N.S.0,19
L-lysine505201376372036- 0,19 *0,05-0,0110,77
5-hydroxytryptophane233114676372036- 0,32 **0,005-0,00123,29
P-hydroxy-phenyl-pyruvate248175979404081- 0,17N.S.41,35
L-tryptophane932422145455+ 0,15N.S.1,46
D-L-methionine358181152871657+ 0,11N.S.2,35
S-adenosyl methionine20140171474- 0,04N.S.0,03
thionina3885231741114- 0,69# 0,1051,14
S-adenosyl-ethionine23198171- 474- 8,20N.S.1,00
0-L-homocystein43282484842901- 0,91 **0,01-0,005329,41
S-adenosyl-homocysteine1678323203967- 0,08N.S.0,15
L-cysteine290155252871657+ 0,05N.S.0,70
B 12562303395043273+ 0,19N.S.7,80
Betaïne454227293791584- 0,13 **0,01-0,0055,49
dimethyglycine323134352671223+ 0,02N.S .1,12
sartosine259115062981385- 0,03N.S.0,24
dimethylamino-ethanol403231985202691- 0,11N.S.2,16
S.O.D. 1 72 h54186473212187- 0,77 **0,01-0,005139,7
S.O.D. 1 48 h191152641851644- 0,12N.S.0,95
S.O.D. 1 3 h194108831741114+ 0,13N.S.1,38
L.S.O.4213151104063347+ 0,12N.S.1,71
Sérum de le mère ou d'une soeur10103172391400- 0,94 ***0,0019,82
Pour chaque essai, l'échantillon de contrôle permet d'estimer le nombre de cellules traitées qui devraient porter la lacune (nombre attendu) et de le comparer au nombre observé. L'efficacité est égale à : (nombre observé - nombre attendu) / nombre attendu. Pour chaque produit essayé, la colonne " efficacité " correspond à la moyenne des valeurs individuelles. La signification - P - est donnée d'après les tables de Student. Les nombres des cellules figurant sur la table sont la somme des essais individuels et les valeurs du X2 se réfèrent à ces sommes. En règle général les produits ont été employés à la concentration finale de 22 mg/l. (Pour les détails voir références [5] et [7]).
TABLAU II. - Fréquence des cellules porteuses d'une lacune au niveau du site fragile Xq27, avant et après traitement. Le nombre des cellules étudiées est indiqué entre parenthèses.
I.P. N°SexeAge1° examenTraitementDuréeEvolution2° examen(v = 1)
21772M220,135 [296]Folate 10mg B 12 1mg6moiscomportement0,139 [353]0,02
0,139 [353]5-formul-T.H.F. 50mg I.M.15 joursPersistance de l'amélioration0,016 [449]43,1 ***
21933F160,138 [375]Folate 10mg B 12 1mg6 moisAmélioration0,032 [281]21,7 ***
14247H110,249 [305]Folate 10mg Demanol 2g2 moisAmélioration nette du comportement0,037 [791]114,8 ***
18101M50,212 [1,102]Folate 5mg B 12 0,03mg2 mois[non rééxaminé]0,085 [516]39,9 ***
18305M90,293 [768]Folata 5mg B 12 0,03mg2 mois[non réexaminé]0,098 [285]43,2 ***
23797M70,380 [100]Folata 10mg Demanol 0,5g2 moisAmélioration du comportement0,056 [267]61,7 ***
23706M110,137 [328]S-Formyl-T.H.F 50mg I.M.8 joursAmélioration spectaculaire du comportement0,006 [531]56,5 ***
23750M130,229 [245]S-Formyl-T.H.F. 100 mg I.M.8 joursAmelioration du comportement0,008 [225]52,5 ***
23757M150,200 [380]S-Formyl-T.H.F. 100mg. I.M.8 joursAucune amélioration0,007 [234]52,1 ***
23797F300,130 [100]Folate 10 mg B 12 1/2 mg4 moisAmélioration0,046 (396)9,25 **
22485F300,134 [134]Folate 10 mg B 12 1mg4 mois[non réexaminé]0,018 [278]23,2 **
24035M80,177 [253]Folate 15 mg Demanol 2g2 moisAmélioration spectaculaire du comportement0,046 [369]31,2 ***
22001M90,090 [886]Folate 10 mg B 12 0,5 mg Demanol 1g5 moisAmélioration du comportsmant0,280 [225]57,58 ***
24109M180,101 [198]Folate 10 mg B 12 1mg5 moisSans changement0,000 [151]16,18 **
24106F190,142 [360]Folate 10 mg B 12 1mg5 moisSans changement0,000 [131]20,71 **
24105M210,141 [730]Folate 10mg B 12 1mg5 moisSans changement0,036 [306]24,34 ***

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Bibliographie

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