L’adénosine désaminase (ADA) est une enzyme clé des voies de récupération des purines et la déficience causée par des mutations dans le gène de l’ADA entraîne l’une des causes les plus courantes de déficit immunitaire combiné sévère (SCID) autosomique récessif, représentant environ 10-15% des cas dans les populations outbred . L’absence ou l’altération de la fonction ADA entraîne l’accumulation des métabolites toxiques adénosine, 2’désoxyadénosine et désoxyadénosine triphosphate (dATP). Le SCID déficient en ADA se caractérise par une lymphocytopénie sévère affectant les lymphocytes T et B et les cellules NK, mais, en raison de la nature ubiquitaire de l’enzyme, des manifestations non immunologiques sont également observées, notamment des déficits neurodéveloppementaux, une surdité de perception et des anomalies squelettiques. L’incidence du déficit en ADA en Europe est estimée entre 1:375 000 et 1:660 000 naissances vivantes. Le diagnostic précoce du SCID déficient en ADA et l’instauration d’un traitement sont essentiels dans cette affection autrement fatale. Les options thérapeutiques actuelles comprennent la thérapie de remplacement enzymatique (ERT), la transplantation de cellules souches hématopoïétiques allogènes (HSCT) et la thérapie génique autologue (GT).
Biochimie
L’ADA est une enzyme métabolique exprimée de manière ubiquitaire, bien que le niveau d’activité enzymatique varie, les niveaux les plus élevés étant observés dans les tissus lymphoïdes, en particulier le thymus, le cerveau et le tractus gastro-intestinal , et elle est exprimée à la fois de manière intracellulaire et à la surface des cellules, complexée avec le CD26 . Avec la purine nucléoside phosphorylase, elle constitue un composant essentiel de la voie de récupération des purines, responsable de la désamination irréversible de l’adénosine et de la 2’désoxyadénosine en inosine et 2’désoxyinosine respectivement. L’absence ou l’altération de cette fonction entraîne une accumulation intracellulaire et extracellulaire de ces substrats. L’adénosine provient principalement de la dégradation de l’adénosine triphosphate (ATP) et de l’ARN, et la 2’désoxyadénosine de la dégradation de l’ADN. La 2’désoxyadénosine inhibe de manière irréversible l’enzyme S-adénosylhomocystéine (SAH) hydrolase, ce qui entraîne une accumulation de SAH, laquelle empêche ensuite les processus de méthylation médiés par la S-adénosylméthionine, nécessaires à la différenciation normale des thymocytes, contribuant probablement à l’altération du développement des lymphocytes T, évidente dans le cas d’un déficit en ADA. L’augmentation de l’absorption intracellulaire de la 2’désoxyadénosine, suivie de sa phosphorylation par la désoxycytidine kinase, entraîne une accumulation de désoxyadénosine triphosphate (dATP) qui inhibe la ribonucléotide réductase, empêchant ainsi la synthèse et la réparation normales de l’ADN. L’adénosine est une importante molécule de signalisation extracellulaire ; on pense que la perturbation de ces voies de signalisation interfère avec les réponses immunitaires normales. Les récepteurs de l’adénosine appartiennent à la famille des récepteurs couplés aux protéines G, dont il existe quatre sous-types (A1, A2A, A2B et A3), qui jouent différents rôles dans la régulation de la physiologie cellulaire normale dans une grande variété de tissus, notamment le cerveau, le système cardiovasculaire et les poumons .
Diagnostic
Le diagnostic du déficit en ADA est établi par des tests biochimiques et de génétique moléculaire. Les tests biochimiques démontrent une activité ADA absente ou fortement réduite (< 1% de la normale) et une élévation marquée du métabolite dATP ou des nucléotides dAdo totaux (la somme de dAMP, dADP et dATP) dans les érythrocytes. Une activité réduite de la SAH hydrolase dans les érythrocytes (< 5% de la normale) est également caractéristique . Si un patient suspecté de déficit en ADA a reçu une transfusion sanguine récente, l’analyse de l’activité ADA peut être mesurée chez les parents, une activité réduite étant observée chez les porteurs hétérozygotes, ou peut être réalisée sur des cellules non érythroïdes telles que les leucocytes. Les fibroblastes peuvent également être utilisés, mais les cultures de fibroblastes ne sont généralement pas facilement disponibles, ce qui peut retarder le diagnostic. Le diagnostic génétique moléculaire repose sur l’identification de mutations pathogènes bi-alléliques dans le gène ADA, situé sur le chromosome 20q12-q13.11 et dans lequel plus de 70 mutations causales ont été identifiées.
Les résultats de laboratoire favorables comprennent une lymphocytopénie, avec absence de lymphocytes T et B et de cellules NK, et un faible taux d’immunoglobulines sériques, bien que dans la petite enfance les IgG puissent être normales en raison du transfert materno-placentaire. Les réponses prolifératives des lymphocytes T sont faibles ou absentes, tout comme les réponses d’anticorps spécifiques. Il a été démontré que le niveau de substrats métaboliques et le génotype sont en corrélation avec la gravité du phénotype clinique .
Manifestations cliniques
Système immunitaire – effets au niveau cellulaire
Les conséquences dominantes du déficit en ADA se situent au niveau du système immunitaire, provoquant une grave déplétion des lymphocytes T et B et des cellules NK, entraînant une immunité cellulaire et humorale altérée. Des niveaux élevés d’ADA sont exprimés dans les tissus lymphoïdes en raison des niveaux élevés de renouvellement cellulaire, en particulier dans le thymus, ce qui explique probablement les effets lymphocytotoxiques graves de la déficience. Les mécanismes sous-jacents responsables des effets délétères sur le système immunitaire ont été élucidés à l’aide de modèles expérimentaux déficients en ADA. On observe des effets prononcés sur le développement des thymocytes, bien que le stade précis auquel cela se produit soit inconnu. Apasov et al. ont mis en évidence une apoptose importante dans la thymi de modèles murins ADA(-/-), mais pas dans les ganglions lymphatiques périphériques et la rate, ce qui démontre l’effet néfaste sur les thymocytes en développement. L’apoptose dans la thymi était évidente principalement à la jonction cortico-médullaire et affectait particulièrement les thymocytes doublement positifs. Les lymphocytes T périphériques étaient également anormaux, avec une distribution aberrante dans les tissus lymphoïdes secondaires et l’expression de marqueurs cellulaires, ainsi qu’une signalisation défectueuse des lymphocytes T par le TCR . On pense que la combinaison de l’accumulation intracellulaire de substrats toxiques et de la signalisation défectueuse des lymphocytes T contribue à l’appauvrissement des thymocytes en développement.
Le compartiment des lymphocytes B est également affecté dans la déficience en ADA, les patients présentant une lymphocytopénie B sévère et une hypogammaglobulinémie, bien que, contrairement aux lymphocytes T, le développement précoce des lymphocytes B ne semble pas être perturbé . Une architecture anormale des centres germinaux spléniques est observée, suggérant une altération de la maturation des lymphocytes B dépendante de l’antigène. Les lymphocytes B présentent également des capacités prolifératives réduites, une apoptose accrue et une altération de la signalisation lors de l’activation. Cela suggère que le défaut des lymphocytes B est plus susceptible d’être lié à une différenciation défectueuse due à un défaut intrinsèque plutôt qu’au seul manque d’aide appropriée des lymphocytes T CD4+. L’altération de la recombinaison V(D)J due à l’augmentation des niveaux de dATP peut également affecter négativement la diversité et la fonction des lymphocytes B .
Système immunitaire – manifestations cliniques
En raison d’une immunité cellulaire et humorale sévèrement défectueuse, la présentation typique du déficit en ADA se produit tôt dans la vie avec des infections sévères et un retard de croissance, et les individus affectés succombent normalement dans la première ou la deuxième année de vie sans intervention. Le tableau clinique du SCID déficient en ADA est similaire aux autres formes génétiques de SCID, avec une diarrhée persistante, une dermatite et des infections graves, souvent causées par des pathogènes opportunistes tels que Pneumocystis jiroveci, qui sont caractéristiques. Les constatations physiques comprennent l’absence de thymus sur les radiographies thoraciques et l’absence de tissus lymphoïdes.
Manifestations non immunologiques
La nature ubiquitaire de l’ADA signifie également que les conséquences de la déficience ne se limitent pas aux lymphocytes, et de nombreuses autres caractéristiques systémiques non immunologiques sont également observées, avec un impact connu sur les systèmes nerveux, auditif, squelettique, pulmonaire, hépatique et rénal, ainsi que des anomalies cognitives et comportementales. Les manifestations non immunologiques sont devenues plus apparentes ces dernières années, à mesure que la survie et la reconstitution immunitaire s’améliorent après une transplantation de cellules souches, et la sensibilisation et l’identification de l’implication de plusieurs systèmes d’organes sont essentielles pour permettre une prise en charge optimale en temps opportun.
Il a été démontré que les enfants atteints d’un déficit en ADA présentent une série d’anomalies comportementales, notamment des déficits d’attention, une hyperactivité, une agressivité et des problèmes sociaux, qui semblent se développer indépendamment des influences associées à la HSCT . Les niveaux de QI sont inférieurs chez les enfants atteints de SCID déficient en ADA par rapport à la moyenne de la population et par rapport aux enfants atteints d’autres formes de SCID . Les niveaux élevés d’expression de l’ADA trouvés dans le cerveau , et la constatation que les scores totaux de QI sont corrélés avec le niveau de dATP au moment du diagnostic , soutiennent davantage la théorie selon laquelle la déficience cognitive est à la fois une conséquence de la perturbation métabolique dans le déficit en ADA et dépend du degré de déficit.
Une perte auditive neurosensorielle bilatérale a été signalée pour la première fois chez deux patients atteints de déficit en ADA qui avaient été traités avec succès par HSCT. Les causes structurelles et infectieuses ont été exclues et les deux patients n’ont pas reçu de conditionnement avant la HSCT, ce qui exclut cette cause potentielle et implique le défaut métabolique sous-jacent . Une prévalence élevée de perte auditive neurosensorielle bilatérale (58 %) a été signalée dans une cohorte de 12 patients présentant un déficit en ADA qui avaient été traités par HSCT. Dans cette étude, aucune relation n’a été trouvée entre la surdité et les niveaux de dATP.
Le rôle métabolique de l’adénosine désaminase et les conséquences de l’accumulation de substrats toxiques dans les poumons ont été démontrés dans des modèles expérimentaux, les souris ADA(-/-)présentant une inflammation pulmonaire sévère, avec une accumulation de macrophages et d’éosinophiles activés, et un remodelage des voies respiratoires, réversibles lors de l’initiation de l’ERT . Les modèles de souris ont également montré que l’exposition prolongée à des concentrations élevées d’adénosine dans les poumons, due à un traitement par ERT à faible dose, entraîne le développement d’une fibrose pulmonaire, mais que ces changements sont inversés par la réduction des niveaux d’adénosine dans les poumons. Chez les patients déficients en ADA, on observe des manifestations pulmonaires similaires et une maladie pulmonaire non infectieuse, notamment une pneumonie et une protéinose alvéolaire pulmonaire (PAP), est plus fréquente que dans d’autres formes génétiques de SCID. Dans une étude, 43,8 % des patients atteints de SCID déficient en ADA présentaient une PAP qui s’est rapidement résolue (chez tous les patients sauf un) après le début de l’ERT .
Des anomalies squelettiques telles que celles impliquant les articulations costochondrales sont largement rapportées, probablement liées à un déséquilibre entre le facteur nucléaire-κB ligand (RANKL) et l’ostéoprotégérine (OPG), perturbant l’interaction entre les ostéoblastes et les ostéoclastes et la formation osseuse ultérieure, bien que les anomalies ne soient principalement qu’apparentes sur l’imagerie radiologique sans conséquences dysmorphiques . L’effet des métabolites toxiques sur la moelle osseuse peut jouer un rôle dans l' »auto-conditionnement » mis en évidence dans le SCID déficient en ADA, avec la création de niches de cellules souches, facilitant la prise de greffe des cellules souches hématopoïétiques du donneur. Cependant, des anomalies squelettiques ont également été rapportées dans d’autres immunodéficiences et une correction complète après traitement n’est pas observée, suggérant d’autres facteurs impliqués dans la pathogénie.
L’implication hépatique dans le déficit en ADA semble différer entre les souris et les humains. Les modèles murins ADA(-/-) présentent une dégénérescence hépatocellulaire sévère qui est fatale dans la période périnatale . En comparaison, un degré sévère d’insuffisance hépatique n’est pas normalement observé chez les patients déficients en ADA, bien qu’il existe un rapport de cas d’un patient atteint d’un SCID déficient en ADA qui a développé une insuffisance hépatique fatale rapide qui ne pouvait pas être attribuée à une infection, et un nouveau-né atteint d’un SCID déficient en ADA avec une hépatite et une hyperbilirubinémie qui s’est résolue avec un ERT. Les rapports sur l’implication rénale dans le déficit en ADA comprennent l’apparition d’une sclérose mésangiale trouvée dans 7/8 autopsies de patients déficients en ADA, 6/8 présentant également une sclérose corticale des glandes surrénales. Un syndrome hémolytique et urémique atypique a été signalé chez 4 patients présentant un déficit en ADA, dont 2 se sont rétablis avec une insuffisance rénale résiduelle légère ou nulle après un traitement de soutien et l’instauration d’un ERT. Le dermatofibrosarcome protubérant est une tumeur maligne rare de la peau, qui a été signalée comme étant plus fréquente chez les patients présentant un déficit en ADA, mais le mécanisme à l’origine de ce phénomène n’est pas clair.
Bien que le déficit en ADA soit largement accepté comme un trouble métabolique systémique, il est important de considérer que certaines manifestations systémiques n’ont été signalées que chez un petit nombre de patients. D’autres facteurs, tels que des agents infectieux, peuvent être impliqués et des recherches supplémentaires sur la pathogénie sous-jacente de ces manifestations sont nécessaires. Néanmoins, la sensibilisation à l’implication de plusieurs organes est essentielle pour une prise en charge optimale des patients.
Déficit en ADA partiel et tardif
Il existe une hétérogénéité dans le phénotype du déficit en ADA, avec environ 15 à 20 % des patients présentant un » début clinique retardé » présentant un déficit immunitaire combiné moins sévère, mais s’aggravant progressivement, plus tard dans la vie, généralement dans la première décennie, mais parfois à l’âge adulte . Les manifestations cliniques de ce groupe « à début tardif » comprennent des infections récurrentes, mais moins graves, affectant particulièrement les voies sinopulmonaires. Des infections virales à papillomavirus sont également observées. L’auto-immunité, l’allergie et des taux élevés d’IgE peuvent également se manifester. En raison de ce spectre de phénotypes cliniques, il est important d’envisager le diagnostic du déficit en ADA chez les personnes âgées, car un retard de reconnaissance entraîne une détérioration de la fonction immunologique et le développement de séquelles irréversibles d’infections récurrentes et chroniques. Le dépistage a également permis d’identifier des personnes asymptomatiques présentant une activité ADA très faible ou nulle dans les érythrocytes, mais des niveaux plus élevés d’activité ADA (2 % à 50 % de la normale) dans les cellules nucléées, ce que l’on appelle le « déficit partiel en ADA ». Ces patients ont une fonction immunitaire et une espérance de vie apparemment normales, bien que des données de suivi à long terme ne soient actuellement pas disponibles pour le confirmer.
Gestion
Contrairement aux autres formes de SCID, la gestion du déficit en ADA comprend plusieurs options ; ERT, HSCT allogénique et GT autologue, dont seules les deux dernières sont curatives.
L’ERT avec l’adénosine désaminase conjuguée au polyéthylène glycol (PEG-ADA) est la seule option thérapeutique qui n’est pas définitive en termes de correction de la maladie mais qui permet une clairance systémique ou » détoxification » des substrats métaboliques toxiques. L’ERT est une option s’il n’y a pas de donneur HSCT approprié, ou s’il y a des contre-indications à l’HSCT, cependant, l’ERT à long terme est associé à une reconstitution immunitaire sous-optimale. Parmi les autres limites de l’ERT, citons le manque de disponibilité dans certains pays, le coût élevé et le fait qu’un traitement à vie est nécessaire. Il s’agit également d’une option à court terme utilisée comme un pont stabilisateur avant une HSCT ou une GT pour améliorer la fonction immunitaire endogène et aider à la récupération des infections ou dans le cadre d’une protéinose alvéolaire pulmonaire pour optimiser l’état clinique avant le traitement définitif. L’utilisation de l’ERT et le moment de son arrêt avant une HSCT allogénique doivent être soigneusement pris en compte car l’amélioration de l’immunité du receveur pose un risque potentiellement accru de rejet du greffon, mais l’arrêt de l’ERT expose le patient à un risque d’infection considérablement accru. Il est intéressant de noter que Hassan et al. n’ont montré aucune différence en termes de survie entre les patients qui ont reçu ou non un traitement d’ERT ≥ 3 mois avant la HSCT, mais la majorité du groupe qui a reçu un traitement d’ERT a subi une greffe de donneur non apparenté/mismatché (MUD/MMUD) ou de donneur haploidentique. L’ERT peut être poursuivie pendant un mois après la GT, ou jusqu’au moment de la perfusion, afin de maintenir de faibles niveaux de métabolites toxiques pour faciliter la prise de greffe des cellules corrigées du gène .
Traditionnellement, la HSCT a été le traitement de choix pour le SCID déficient en ADA, généralement effectuée dès que possible après le diagnostic pour minimiser le temps d’exposition à des niveaux élevés de métabolites toxiques et avant l’acquisition d’infections. Dans la plus grande étude réalisée à ce jour sur 106 patients atteints de SCID déficient en ADA après une HSCT, une HSCT précoce a été associée à une meilleure survie globale, mais cela n’a pas été statistiquement significatif, peut-être en raison du nombre plus faible de patients dans les groupes plus âgés. Un résultat global supérieur est observé à la suite d’une HSCT réalisée avec des donneurs de fratrie et de famille appariés (MSD/MFD) par rapport aux donneurs MUD et haploidentiques (86 % et 81 % contre 66 % et 43 % respectivement). Cela peut être lié à une disponibilité plus rapide des donneurs de la fratrie ou de la famille, ce qui se traduit probablement par un meilleur état clinique au moment de la HSCT. Les HSCT MSD et MFD sont aussi généralement réalisées sans sérothérapie, ce qui a un impact positif sur le taux de récupération des lymphocytes T et la disparition des infections virales chez ces patients. Les résultats sont également nettement meilleurs en cas de HSCT non conditionnée que lors d’un conditionnement myéloablatif, bien que l’absence de conditionnement puisse également nuire à la prise de greffe, en particulier avec des donneurs haploidentiques . La HSCT non conditionnée utilisant un TMS ou un MFD est associée à une reconstitution immunitaire cellulaire et humorale réussie, bien que le résultat à long terme du statut immunitaire soit inconnu et qu’un suivi supplémentaire soit nécessaire. Ceci est en contradiction avec d’autres formes de SCID, et il se peut que les effets toxiques locaux du déficit en ADA sur la moelle agissent comme un « auto-conditionnement » et permettent la prise de greffe des cellules souches du donneur en l’absence de chimiothérapie. Les patients qui survivent à une HSCT semblent bien se comporter en termes de reconstitution immunitaire, quel que soit le type de donneur utilisé, la plupart d’entre eux obtenant une récupération cellulaire et humorale complète, étant capables de répondre à des vaccins et ne nécessitant pas de substitution par des immunoglobulines. En revanche, seulement environ 50 % des patients sous ERT à long terme sont capables d’interrompre le traitement de remplacement des immunoglobulines.
Moins de 25 % des patients atteints de SCID déficient en ADA ont un MSD ou un MFD disponible, et dans ces situations, la GT s’est établie comme une option thérapeutique acceptée. Après un développement initial il y a plus de 20 ans, le GT pour le SCID déficient en ADA est devenu un jalon dans le progrès médical en tant que premier vecteur rétroviral de cellules souches ex vivo GT (Strimvelis™) autorisé par l’Union européenne (UE). Les approches initiales, avant le développement de Strimvelis™, utilisaient de la moelle osseuse ou du sang de cordon ombilical sans conditionnement préparatoire, mais la production d’ADA était insuffisante et les patients devaient suivre un traitement ERT. L’amélioration des méthodes de transfert de gènes et l’introduction d’un conditionnement non myéloablatif avec une faible dose de busulfan avant la perfusion pour faire de la place aux cellules transfectées ont permis une reconstitution immunitaire efficace et, à ce jour, aucun rapport de mutagenèse génotoxique par insertion, contrairement à d’autres immunodéficiences primaires traitées par thérapie génique à l’aide de vecteurs rétroviraux. Le rapport le plus important publié à ce jour par Cicalese et al. sur 18 patients ADA-SCID traités par GT, avec un suivi médian de 6,9 ans, fait état d’une survie de 100 % sans transformation leucémique, d’un taux réduit d’infections et d’une reconstitution robuste des lymphocytes T et, plus tard, des lymphocytes B, bien que le pourcentage de cellules myéloïdes corrigées génétiquement soit beaucoup plus faible. Les avantages du GT incluent l’absence de risque de maladie du greffon contre l’hôte et une initiation plus rapide du traitement par rapport à la recherche d’un donneur lorsqu’un TMS ou un TPM n’est pas disponible. Cependant, les résultats à long terme ne sont pas encore connus et un suivi supplémentaire est nécessaire pour permettre une meilleure compréhension des risques associés à la GT par rapport à la HSCT allogénique ou à l’ERT à long terme. Bien que la GT utilisant des vecteurs gamma-rétroviraux ait démontré un excellent profil de sécurité à ce jour, de nouveaux développements utilisant la GT médiée par des vecteurs lentiviraux, qui exploite le potentiel de transduire à la fois les cellules non-divisantes et les cellules divisantes, ont été récemment rapportés qui affichent des résultats prometteurs en termes d’efficacité clinique et de sécurité .
Résultat à long terme
La transplantation utilisant un TMS ou un MFD sans conditionnement tôt après le diagnostic est associée à un bon résultat en termes de survie et de récupération des CD3+ dans la première année suivant la HSCT , mais on sait peu de choses sur le résultat à long terme et la qualité de la reconstitution immunitaire des patients atteints de SCID déficient en ADA. L’application étendue du dépistage néonatal du SCID pourrait contribuer à améliorer les résultats à l’avenir en permettant l’identification des nourrissons atteints de SCID (toutes causes génétiques confondues) avant le développement d’infections et d’autres complications grâce à la détection des cercles d’excision des récepteurs des cellules T (TREC). Les TREC sont des morceaux d’ADN excisés pendant le développement du récepteur des cellules T et constituent une mesure précise de la production thymique. Les patients atteints de SCID présentent un nombre significativement réduit de TREC, qui peuvent être détectés à l’aide de la tache de sang séché du nouveau-né. Un diagnostic plus précoce et une réduction du nombre de complications permettent une intervention plus rapide et une amélioration des résultats, car des études indiquent que les frères et sœurs diagnostiqués sur la base d’antécédents familiaux connus ont un taux de survie nettement plus élevé. Malgré les perspectives positives en termes de reconstitution immunitaire à la suite d’une HSCT, comme le rapportent Hassan et al, la période de suivi dans cette étude était de 27,6 ans au maximum (médiane de 6,5 ans), et des données de suivi plus longues sont nécessaires pour continuer à évaluer la permanence de l’immunité des lymphocytes T, car les données initiales suggèrent que la thymopoïèse est limitée dans les HSCT non conditionnées de MFD/MSD, ce qui peut conduire à un épuisement éventuel du répertoire de lymphocytes T . Les perspectives du GT en tant qu’option thérapeutique sont également prometteuses, en particulier avec le développement de vecteurs raffinés et de la technologie d’édition de gènes, mais un suivi supplémentaire à long terme est nécessaire. Des progrès sont également réalisés dans l’amélioration du PEG-ADA, avec un essai clinique en cours utilisant une enzyme source recombinante comme alternative aux séquences bovines actuellement utilisées. Bien qu’aucune étude prospective de grande envergure n’ait été réalisée pour examiner l’issue des défauts non immunologiques après le traitement définitif, de petits rapports rétrospectifs suggèrent que les défauts neurologiques, comportementaux et audiologiques ne sont pas corrigés. D’autres études sont nécessaires pour examiner si des facteurs tels que le type de donneur et le régime de conditionnement, ou le type de thérapie, influencent les résultats dans ces domaines. Il est également nécessaire de mieux comprendre la pathogénie sous-jacente impliquée dans les manifestations systémiques non immunitaires pour permettre une investigation et une gestion optimales ainsi que pour déchiffrer complètement entre les effets métaboliques de la déficience en ADA et les effets infligés par les agents infectieux.