Variation des acides aminés en fonction de l'âge chez des sujets trisomiques 21

C Mircher1, A Salabelle2, MA Peeters1, D Rabier2, P Parvy3, P Kamoun3, J Lejeune†

Arch Pédiatr 1997;4:1093-1099 0 Elsevier, Paris

Résumé :

• Sujets et méthodes
• Technique
• Sujets étudiés
• Analyse statistique


• Résultats
• Variations liées à l'âge
• Comparaison des groupes contrôles et trisomiques 21


• Discussion


• Annexes

Une étude antérieure [1] comparant les concentrations des acides aminés plasmatiques et urinaires de sujets trisomiques 21 de tous âges à celles de sujets non trisomiques sans aminoacidopathie avait mis en évidence un déficit en sérine et un excès de cystéine et de lysine dans le plasma, un excès de cystéine, de méthionine, de tyrosine et de méthylhistidine dans les urines.

Ces profils pouvaient être en partie expliqués par la présence sur le chromosome 21 de gènes impliqués dans le métabolisme des acides aminés, par exemple le gène de la cystathionine-bêta-synthase. Par ailleurs, le vieillissement précoce observé cliniquement chez les sujets trisomiques 21 pourrait rendre compte de certaines anomalies observées.

L'objet de notre étude a donc été de comparer les profils d'acides aminés observés chez des sujets trisomiques 21 et chez des sujets non trisomiques appariés en âge afin de confirmer ou non les résultats obtenus pour l'ensemble des sujets trisomiques dans une étude antérieure.

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Sujets et méthodes

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Technique

Le sang veineux est prélevé sur héparine le matin à jeun. Il est transmis au laboratoire dans la glace dans l'heure qui suit, puis centrifugé et le plasma décanté. Les urines de la première miction matinale correspondant aux urines de la nuit sont recueillies dans un flacon sans conservateur et transmises au laboratoire dans le même délai que le plasma. Plasma et urines sont immédiatement déprotéinisés et les acides aminés sont dosés sur un analyseur Beckman 6300 [1].

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Sujets étudiés

Le groupe trisomie 21 comprend 107 patients (dont 54 de sexe masculin) âgés de 1 mois à 56 ans, porteurs d'une trisomie 21 libre et homogène ayant eu un caryotype.

Nous avons exclu de notre étude les sujets atteints d'hypothyroïdie ou d'affections neuropsychiatriques. Au total, 105 bilans plasmatiques et 97 bilans urinaires ont été réalisés. La répartition par tranche d'âge est résumée dans le tableau 1. Ces sujets recevaient un apport alimentaire équilibré.

Le groupe contrôle est constitué de 216 sujets (106 de sexe masculin) âgés de 3 mois à 60 ans. Les dossiers ont été pris au hasard dans les archives du laboratoire de biochimie de l'hôpital Necker parmi les sujets ayant des résultats dans les limites des variations normales et indemnes de maladie génétique répertoriée. Leur répartition selon les quatre classes d'âges choisies est donnée dans le tableau 1. Pour étudier l'effet du vieillissement précoce des sujets trisomiques, il nous a paru intéressant de comparer les sujets trisomiques les plus âgés (25 à 60 ans) à un groupe contrôle de sujets âgés de plus de 60 ans (60 à 94 ans).

Ce groupe a été constitué :

- de 14 témoins sains, dont dix (cinq hommes et cinq femmes) retraités de la maison Marie-Thérèse (75014 Paris) et quatre recrutés parmi les parents d'enfants venant à la consultation de génétique et indemnes de maladie génétique;

- de dix patients hospitalisés à la maison Marguerite-Bottard, moyen et long séjour de l'hôpital de la Salpêtrière (Pr Laplane) dont cinq patients ayant eu un accident vasculaire cérébral sans séquelle psychiatrique et cinq patients atteints de démence non-Alzheimer. Ces sujets ont fait l'objet d'une étude qui n'a mis en évidence aucune différence significative des acides aminés plasmatiques et urinaires entre les différents groupes comparés deux à deux, ce qui justifie leur inclusion dans cette étude.

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Analyse statistique

Pour l'étude de la variation des concentrations en fonction de l'âge, une analyse de variance (Anova) suivie d'un test de Dunn a été utilisée. La comparaison des sujets trisomiques aux sujets contrôles a été réalisée par un test de Mann-Whitney. Dans toutes les comparaisons effectuées, la limite de signification a été fixée à p < 0,001.

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Résultats

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Variations liées à l'âge

Acides aminés plasmatiques (tableau Il)

Chez les sujets contrôles âgés de moins de 60 ans, la concentration de la plupart des acides aminés reste stable, sauf la lysine et la cystéine dont l'augmentation est régulière, et la thréonine et l'alanine dont les concentrations augmentent de façon significative après l'âge de 10 ans. Après 60 ans, on observe une augmentation significative des concentrations de la somme glutamine + glutamate, de la phénylalanine, de la citrulline, de l'omithine et de la méthylhistidine, ainsi que des rapports citrulline/arginine et glycine/sérine.

La somme des acides aminés plasmatiques augmente de façon significative avec l'âge.

Ces variations liées à l'âge sont également observées chez les sujets trisomiques 21 pour la cystéine, la lysine, l'ornithine, la thréonine et l'alanine, mais on note en plus une élévation d'autres acides aminés : on remarque en effet une augmentation de la glycine qui se produit dès l'âge de 2 ans, et pour la proline, la valine, l'isoleucine, la leucine, l'histidine une augmentation après l'âge de 10 ans. La concentration de la lysine augmente jusqu'à 10 ans, et les concentrations de cystéine et d'ornithine s'accroissent de manière continue pour les tranches d'âge étudiées.

Acides aminés urinaires (tableau III)

Chez les sujets contrôles, les concentrations de la majorité des acides aminés urinaires chutent de façon significative à partir de 2 ans sauf pour la taurine, la citrulline, l' isoleucine, la valine, l'ornithine, la méthylhistidine et l'arginine qui restent à des concentrations relativement stables pour toutes les tranches d'âge étudiées. La somme des acides aminés urinaires suit le même profil, avec une chute de la concentration hautement significative à 2 ans.

Chez les sujets trisomiques 21, on observe pour chaque acide aminé un profil analogue à celui observé chez les sujets contrôles, à l'exception de la méthylhistidine dont la concentration augmente pour les tranches d'âge 2 à 10 ans et 10 à 25 ans.

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Comparaison des groupes contrôles et trisomiques 21

Acides aminés plasmatiques (tableau II)

Chez les sujets trisomiques, on observe que la sérine est plus basse dans toutes les tranches d'âge étudiées et que la phénylalanine plasmatique est plus élevée pour les tranches d'âge de 2 à 10 ans et de 25 à 60 ans. La lysine est plus élevée chez les sujets trisomiques que chez les sujets contrôles à partir de 10 ans. Enfin, la valine, la leucine et l'isoleucine ne deviennent supérieures que dans la dernière tranche d'âge, de 25 à 60 ans.

Le rapport glycine sur sérine est significativement plus élevé chez les sujets trisomiques de 2 à 25 ans.

Les autres acides aminés et la somme des acides aminés ne présentent pas de différence significative au seuil statistique choisi.

Lorsque l'on compare les sujets trisomiques âgés de 25 à 60 ans aux sujets non trisomiques âgés de plus de 60 ans, an trouve que la concentration de la majorité des acides aminés ne présente pas de différence significative, y compris les rapports glycine/sérine, citrulline/argirnine, valine/glycine et tyrosine/phénylalanine. Seules valine, leucine, histidine et méthylhistidine sont plus élevées chez les sujets trisomiques de 25 à 60 ans que chez les sujets non trisomiques de plus de 60 ans et la cystine plus basse (p < 0,001 dans les deux cas).

Acides aminés urinaires (tableau III)

On ne trouve aucune différence significative au seuil p < 0,001, mais quelques acides aminés présentent des concentrations significativement supérieures chez les trisomiques 21 comme la méthionine (p = 0,002 pour toutes les tranches d'âge). Dans aucune tranche d'âge on n'observe de différence significative pour la somme des acides aminés urinaires.

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Discussion

De nombreux auteurs [2-7] ont exploré le profil des acides aminés plasmatique à différents âges de la vie chez des sujets normaux, mais jamais à notre connaissance chez des sujets trisomiques.

Les résultats obtenus dans cette étude peuvent être discutés principalement comme étant la conséquence d'un vieillissement prématuré des trisomiques 21 au d'un effet spécifique de surdosage génique. Le vieillissement prématuré peut être lui-même relié à un surdosage génique (par exemple le gène codant la superoxyde dismutase à cuivre-zinc, dont l'expression est augmentée chez les sujets trisomiques [8-10]).

Plusieurs résultats vont dans le sens d'une altération prématurée du métabolisme général, comme l'élévation plus précoce que chez les sujets contrôles de la méthylhistidine, de la phénylalanine, de l'ornithine ; la phénylalanine apparaît ainsi plus élevée chez les sujets trisomiques les plus âgés et l'analyse du profil permet de voir que l'augmentation avec l'âge de cet acide aminé est relativement continue chez les sujets trisomiques alors qu'elle ne survient qu'après 60 ans chez les sujets contrôles.

De même, dans les deux groupes, la lysine plasmatique augmente régulièrement avec l'âge, mais de façon plus précoce et plus marquée chez les sujets trisomiques puisque les concentrations de lysine plasmatique deviennent significativement supérieures chez les sujets trisomiques à partir de 10 ans, confirmant ainsi les résultats précédents [1]. Heggarty et al [11], qui ont étudié les acides aminés plasmatiques et urinaires de 22 sujets trisomiques âgés de moins de 18 ans, trouvent aussi cette hyperlysinémie.

La concentration de la cystéine plasmatique augmente de façon continue avec l'âge dans les deux groupes. Les concentrations supérieures de cystéine notées précédemment par Lejeune et al [1] dans le groupe des trisomiques 21 et reliées à un effet de dosage génique (fuite de la sérine vers la synthèse de cystéine par augmentation de l'activité de la cystathionine-bêta-synthase) n'ont été trouvées ni dans notre étude ni par Heggarty et al [11]. Une explication simple à cette divergence de résultats serait que les groupes comparés par Lejeune et al n'étaient pas appariés en âge, les sujets contrôles étant en moyenne plus jeunes.

Enfin, la plupart des acides aminés des sujets trisomiques de 25 à 60 ans sont à des concentrations proches de celles des sujets contrôles âgés de 60 ans à plus de 90 ans, ce qui va dans le sens d'une altération précoce du métabolisme général chez les trisomiques.

En ce qui concerne la sérine plasmatique, Watkins et al [12], qui avaient mesuré les concentrations plasmatiques de certains acides aminés chez des sujets trisomiques de 25 à 48 ans, avaient trouvé des concentrations abaissées de sérine, mais cette variation n'atteignait pas la signification statistique, et Heggarty et al [11] ne trouvent pas d'abaissement de la sérine. En revanche, par rapport à l'étude précédente de Lejeune et al [1], notre étude confirme des concentrations significativement plus basses de sérine plasmatique chez les sujets trisomiques et ceci dans toutes les tranches d'âge. La divergence des résultats ne s'explique donc pas par l'absence d'appariement par âge comme le proposaient Heggarty et al, ni par le mode de prélèvement ou par le protocole technique qui sont les mêmes.

Cette hyposérinémie pourrait être rapportée à première vue à une atteinte rénale précoce puisque la conversion de la glycine en sérine se fait dans le rein et qu'une altération de la fonction rénale devrait avoir pour conséquence une augmentation précoce du rapport glycine sur sérine [13] ; la sérine plasmatique est abaissée chez les sujets trisomiques mais dès les premiers âges de la vie, et cette diminution reste constante avec l'âge. L'altération de la fonction rénale n'est donc probablement pas la seule raison de ce déficit de sérine plasmatique. D'ailleurs, la stabilité de la citrulline observée chez les sujets trisomiques n'est pas non plus en faveur d'une altération précoce de la fonction rénale. Enfin, Hewitt et al [14] ne notent pas d'anomalie de la fonction rénale chez des sujets trisomiques de plus de 50 ans ; nous ne l'avions pas non plus observée chez des sujets de 25 à 35 ans (créatinines plasmatiques normales ; résultats non publiés).

Dans les urines, les profils des concentrations d'acides aminés sont très comparables, et ils ont déjà été décrits (pour revue, in [15]). L'analyse par tranche d'âge ne trouve pas d'élévation de la cystéine et de la tyrosine, mais seulement de la méthionine et de la méthylhistidine.

En ce qui concerne la valine, la leucine et l' isoleucine plasmatiques, nos résultats concordent avec ceux de Watkins et al [12]. Nous observons que les concentrations de valine, leucine et isoleucine ne s'élèvent de façon significative avec l'âge que chez les trisomiques, qui de ce fait présentent des concentrations supérieures après l'âge de 25 ans. Plusieurs auteurs [4, 6, 16] notent des valeurs plus basses chez les femmes pour la valine, l'isoleucine, la leucine et la tyrosine, et Caballero et al [4] notent une élévation avec l'âge. Ces acides aminés restent particulièrement stables chez nos sujets contrôles, mais nous n'avons pas fait d'étude séparée pour chacun des sexes ; de plus le sex-ratio des différentes tranches d'âge des sujets contrôles est différent de 1, avec plus d'hommes dans les deux premières tranches et plus de femmes dans les deux dernières. Nous observons une augmentation de ces acides aminés chez nos sujets trisomiques alors que dans ce groupe le sex-ratio est proche de 1.

Les concentrations de ces acides aminés semblent particulièrement dépendantes de la charge protéique [17] et de l'insulinémie [2]. Les troubles de l'absorption intestinale [18] et du contrôle de la glycémie, très fréquents chez les sujets trisomiques, pourraient expliquer ces résultats, mais la stabilité et la normalité du rapport des acides aminés essentiels sur les acides aminés non essentiels est plutôt en faveur d'une dysfonction du métabolisme glucidique.

Au total, deux anomalies majeures semblent se dégager de cette nouvelle étude des acides aminés plasmatiques et urinaires des sujets trisomiques 21 :

- une élévation de la concentration plasmatique de lysine plus précoce et plus rapide que chez les sujets témoins et qui pourrait être rattachée au phénomène de vieillissement prématuré observé dans la trisomie 21 ;

- une hyposérinémie apparaissant dès la naissance et persistant au cours de la vie, et plus probablement reliée au surdosage génique en cystathionine-béta-synthase.

La conséquence de ce surdosage sur les méthylations [19] et la sensibilité au méthotrexate [20] mérite de plus amples études.

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Références

1 Lejeune J, Rethoré MO, Blois de MC et al. Acides aminés et trisomie 21. Ann Génet 1992;35:8-13

2 Armstrong MD, Stave U. A study of plasma free amino acid levels. Variations during growth and age. Metabolism 1973;22:571-8

3 Berthel M, Galeyrand JP, Mark J, Kuntzmann F. L' amino-acidémie chez le sujet âgé. Méd et Hyg 1979;37:1881-5

4 Caballero B, Gleason RE, Wurtman RJ. Plasma amino acid concentrations in healthy elderly men and women. Am J Clin Nutr 1991;53:1249-52

5 Van Eijk HMH, Dejong CHC, Deutz NEP, Soeters PB. Influence of storage conditions on normal plasma aminoacid concentrations. Clin Nutr 1994;13:374-80

6 Bancel E, Strubel D, Bellet H, Polge A, Peray P, Magnan de Bornier B. Effet de l'âge et du sexe sur les concentrations des acides aminés plasmatiques. Ann Biol Clin 1994; 52:667-70

7 Rudman D, Mattson DE, Feller AG, Cotter R, Johnson RC. Fasting plasma amino acids in elderly men. Am J Clin Nutr 1989;49:559-66

8 Brooksbank BWL, Balazs R. Superoxide dismutase, glutathione peroxydase and lipoperoxidation in Down's syndrome fetal brain. Brain Res 1984;318:37-44

9 Sinet PM, Carmagnol F, Jérome H. Abords moléculaires du vieillissement et de la maladie d'Alzheimer : modèle de la trisomie 21. In: Fondation nationale de gérontologie, éds. Maladie de type Alzheimer et autres démences séniles. Paris : Fondation nationale de gérontologie, 1984:88-96

10 Sinet PM. génétique et biologie moléculaire. In: Signoret JL, Hauw JJ, eds. Maladie d' Alzheimer et autres démences. Paris : Flammarion, 1991:177-84

11 Heggarty HJ, Ball R, Smith M, Henderson MJ. Amino acid profile in Down's syndrome. Arch Dis Child 1996;74:347-9

12 Watkins SE, Thomas DE, Clifford M et al. Plasma amino-acids in patients with senile dementia and in subjects with Down's syndrome at an age vulnerable to Alzheimer changes. J Ment Defic Res 1989;33:159-66

13 Laidlaw SA, Berg RL, Kopple JD, Naito H, Walker WG, Walser SM. Pattern of fasting plasma amino acid levels in chronic renal insufficiency: results from the feasability phase of the modification of diet in renal disease study. Am J Kidney Dis 1994;23:504-13

14 Hewitt KE, Carter G, Jancar J. Ageing in Down's syndrome. Br J Psychiatry 1985;147:58-62

15 Parvy PR, Bardet JI, Rabier DM, Kamoun PP. Age-related references values for free amino acids in first morning urine specimens. Clin Chem 1988;34:2092-4

16 Scriver CR, Gregory DM, Sovetts D, Tissenbaum G. Normal plasma free amino acid values in adults: the influence of some common physiological variables. Metabolism 1985;34:868-73

17 Milsom JP, Morgan MY, Sherlock S. Factors affecting plasma amino acid concentrations in control subjects. Metabolism 1979;28:313-9

18 Williams CA, Quinn H, Wright EC, Sylvester PE, Gosling PJH, Dickerson JWT. Xylose absorption in Down's syndrome. J Ment Defic Res 1985;29:173-7

19 Peeters MA, Megarbane A, Cattaneo F, Rethoré MO, Lejeune J. Différences in purines metabolism in patients with Down's syndrome. J Intellect Disabil Res 1993;37: 491-505

20 Lejeune J. Pathogénie de la débilité de l'intelligence dans la trisomie 21. Ann Génet 1991;34:55-64