À propos de l'exploration de l'axe hypothalamo-hypophyso-gonadique

À propos de l'exploration de l'axe hypothalamo-hypophyso-gonadique

Immuno-analyse & Biologie spécialisée 18 (2003) 35–40 www.elsevier.com/locate/immbio Stratégie d’exploration fonctionnelle et de suivi thérapeutique ...

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Immuno-analyse & Biologie spécialisée 18 (2003) 35–40 www.elsevier.com/locate/immbio

Stratégie d’exploration fonctionnelle et de suivi thérapeutique

À propos de l’exploration de l’axe hypothalamo-hypophyso-gonadique About exploration of the hypothalamus-hypophysis-gonad axis T. Quang Nhuan * Fédération de biochimie, Hôtel-Dieu, 1, place du parvis Notre-Dame, 75004 Paris, France Reçu le 4 septembre 2002 ; accepté le 18 novembre 2002

Résumé Le Collège national de biochimie des hôpitaux français a rédigé un document très utile sur les protocoles d’exploration en biochimie. La CORATA, soucieuse de participer aux actions de formation continue, a voulu contribuer à cette initiative en confiant à des spécialistes la rédaction d’une introduction physiopathologie aux chapitres correspondant à ses domaines de prédilection. Dans ce numéro l’auteur a tenté de résumer les données essentielles concernant les gonadotrophines. © 2003 Éditions scientifiques et médicales Elsevier SAS. Tous droits réservés. Abstract In France, The College National de Biochimie des Hôpitaux has edited an useful publication dealing with dynamic assays in clinical chemistry. CORATA, willing to share initiatives in the field of continuous education and, as far as she is concerned by the selected topics, has decided to assume a partnership and to leave with specialists the writing of a path physiological introduction. In this issue, the author has tried to summarize the milestone of gonadotropins (regulation and assays). © 2003 Éditions scientifiques et médicales Elsevier SAS. All rights reserved. Mots clés : LH ; FSH ; HCG ; Axe hypothalamohypophysogonadique Keywords: LH; FSH; HCG; Hypothalamus-hypophysis-gonad axis

1. Physiopathologie 1.1. Structure Les gonadotrophines : Follicle Stimulating Hormone (FSH), Luteinizing Hormone (LH) et human Chorio Gonadotrophine (HCG) sont des glycoprotéines constituées de deux sous unités différentes a et b, liées par des liaisons non covalentes (Fig. 1). a) La sous-unité a est commune aux 4 hormones : FSH, LH, HCG et Thyreo Stimulating Hormone (TSH). C’est une glycoprotéine de 99 acides aminés (chaîne mature). Elle possède : • 5 liaisons disulfures intracaténaire ; * Auteur correspondant. Adresse e-mail : [email protected] (T.Q. Nhuan). © 2003 Éditions scientifiques et médicales Elsevier SAS. Tous droits réservés. DOI: 1 0 . 1 0 1 6 / S 0 9 2 3 - 2 5 3 2 ( 0 2 ) 0 0 0 0 8 - X

• 3 sites de glycosylation : C un site O- glycosylation sur la thréonone 39 ; C deux sites N- glycosylation sur les Asn 52 et 78 (Accession PO 1215). b) La sous-unité bFSH est constituée de 111 acides aminés (chaîne mature). Elle possède : • 6 liaisons disulfures intra-caténaire ; • 2 sites de glycosylation sur les arparagines 17 et 24 (Accession PO 1225). c) La sous-unité bLH est composée de 121 acides aminés (chaîne mature). Elle possède : • 6 liaisons disulfures intra-caténaire ; • 1 site de glycosylation sur l’arparagine 30 (Accession PO 1229). d) La sous-unité bhCG est composée de 145 acides aminés (chaîne mature). La séquence des 121 premiers acides aminés est à peu près la même que celle de la sous unité bLH

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Fig. 1. Les gonadotrophines (FSH, LH et hCG) : structure linéaire des sous unités b et a.

à quelques exceptions près. Ce sont les 34 acides aminés du côté C-terminale qui marquent la différence (biologique et structurale). Elle possède (Fig. 2) : • 6 liaisons disulfures intracaténaire ; • 6 sites de glycosylation : C deux sites N- glycosylation sur les Asn 13 et 30, C quatre sites O- glycosylation sur les Serines 121, 127, 132 et 138 (Accession PO 1233). e) La copule glucidique (structure oligosaccharidique). La Fig. 3 montre deux exemples parmi plusieurs structures possibles de chaînes glucidiques des glycoprotéines (structures bi-antennée, tri-antennée ou tétra-antennée). L’acide sialique et le groupement SO4 sont souvent liés aux extrémités terminales de ces chaînes oligosaccharidiques. Le fucose peut être aussi fixé sur la N-acétyl-glucosamine liée à l’Asn. C’est la présence ou non de ces groupements qui favorise l’existence de plusieurs isoformes de gonadotrophines. Leur pHi varient de 3 à 5. Les isoformes hypophysaires ont un caractère plus acide que les isoformes sériques dû à la présence de l’acide sialique et le groupement SO4. Ces isoformes ont la même structure protéique. 1.2. Lieu de synthèse La LH et la FSH sont synthétisées et sécrétées par des cellules a et b de l’hypophyse antérieure sous l’action pulsa-

Fig. 2. Schéma structural de l’hCG native.

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copules glucidiques. La perte des acides sialiques terminaux provoque l’élimination rapide des gonadotrophines du plasma sanguin. 1.5. Rôle physiologique

Fig. 3. Deux exemples de structure pour les glycoprotéines.

tile de la GnRH ou gonadolibérine (neuropeptide hypothalamique de 10 acides aminés, une impulsion toutes les une heure et demie environ). La GnRH est encore connue sous le nom de LH-RH, elle est sécrétée par les neurones situés dans le noyau arqué de l’hypothalamus (Fig. 4). L’hCG est synthétisé par le placenta et par un certain nombre de cellules cancéreuses. 1.3. Formes circulantes de FSH et LH Dans le sang périphérique circulent une vingtaine d’isoformes différentes de FSH et de LH (sous forme dimérique), des sous-unités a, des sous-unités bFSH, des sous-unités bLH ainsi que des fragments peptidiques clivés de ces sous-unités. 1.4. Demi-vie La demi-vie plasmatique de la FSH et de la LH varie entre 30 min et 30 h. Elle dépend du degré de sialylation des

Pour exercer leur rôle biologique sur les gonades, les gonadotrophines doivent se fixer sur des récepteurs à 7 domaines transmembranaires couplés aux protéines G. Cette fixation entraîne une cascade de réactions physicochimiques nécessaires aux proliférations cellulaires et à la stéroïdogénèse. La FSH chez la femme, provoque le développement des follicules et la sécrétion des estrogènes par l’ovaire. Chez l’homme, elle est nécessaire à la spermatogénèse. La LH, chez la femme, est responsable de l’ovulation et à la formation du corps jaune. Elle intervient dans le contrôle de la sécrétion des estrogènes et de la progestérone. Chez l’homme, elle stimule la sécrétion de la testostérone par les cellules de Leydig du testicule. 2. Variations physiologiques 2.1. Régulation de l’axe hypothalamo-hypophysogonadique chez l’homme La testostérone exerce un rétro-contrôle négatif sur l’action de la LH. Elle réduit la production de GnRH par son action direct sur l’hypothalamus, ce qui réduit par conséquence la sécrétion de FSH et de LH par l’antéhypophyse. Au niveau de l’hypophyse elle diminue la réponse des cellules a à l’action du GnRH. La rétroinhibition par la testostérone est donc plus forte sur la sécrétion de la LH que sur la FSH. L’inhibine, produite par les cellules de Leydig, exerce aussi un rétro-contrôle négatif sur l’antéhypophyse (Fig. 5). 2.2. Régulation de l’axe hypothalamo-hypophysogonadique chez la femme

Fig. 4. Schéma de liaison vasculaire et hormonale entre l’hypothalamus et l’hypophyse antérieure.

a) Le cycle menstruel chez la femme est régulé par un système de rétro-contrôle complexe positif et négatif provenant de l’ovaire, de l’hypophyse, de l’hypothalamus et du cortex cérébral. Les concentrations des quatre hormones les plus représentatives (FSH, LH, estradiol et progestérone) du cycle menstruel sont données dans la Fig. 6. Des peptides ovariens comme les inhibines, activines, follistatines, les facteurs de croissances IGF1, IGF2, EGF, les cytokines IL1, TNFa, TGFb qui jouent aussi un rôle important dans cette régulation. b) Régulation. • En phase folliculaire : L’estradiol exerce un rétrocontrôle négatif sur la sécrétion de GnRH et de FSH par l’hypothalamus et par l’hypophyse respectivement, tandis que la progestérone n’exerce qu’un rétro-contrôle négatif sur la sécrétion de GnRH (Fig. 7).

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Fig. 5. Régulation de l’axe hypothalamo-hypophyso-gonadique chez l’homme.

Fig. 7. Régulation hormonale en phase folliculaire.

Au contraire si le taux de l’estradiol est fortement augmenté (grossesse), l’inhibition est importante et par conséquent une diminution des taux circulants de la FSH et de la LH. • En période préovulatoire : L’augmentation progressive de l’estradiol au dessus d’un seuil critique pendant plus de 24 h déclenche le pic préovulatoire de la LH. Ce phénomène s’expliquerait par une augmentation de la sensibilité ou du nombre de récepteurs hypophysaires du GnRH sous la montée de l’estradiol. La progestérone synthétisée et sécrétée pendant cette période potentialise l’effet de l’estradiol sur la sensibilité hypophysaire au GnRH (Fig 8). • En phase lutéale : L’estradiol et la progestérone exercent un rétro-contrôle négatif sur l’axe hypothalamohypophysaire entraînant en milieu de phase lutéale une baisse des taux circulants de gonadotrophines et en fin de phase lutéale lors de la régression du corps jaune, une hausse du taux de la FSH. (Fig. 9). c) Valeurs physiologiques. Elles sont reportées sur le Tableau 1. Fig. 6. Concentration des hormones gonadotropes et ovariennes dans le plasma au cours du cycles menstruel.

3. Variations pathologiques

Si le taux de l’estradiol est anormalement bas, il y a levée de l’inhibition et par conséquent une augmentation des taux de la FSH et de la LH dans la circulation sanguine.

• Une concentration plasmatique élevée de FSH et de LH (sauf tumeur hypophysaire) signe une insuffisance ovarienne : C dysgénésie gonadique (si aménorrhée primaire),

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Tableau 1 Valeurs physiopathologiques des hormones gonadotropes chez l’homme et chez la femme Chez la femme

Chez l’homme

Phase folliculaire (j4 à j8 après le DR) Pic préovulatoire Phase lutéale Ménopause Moins de 60 ans

LH (UI/l) 2 à 15 15 à 80 2 à 15 20 à 80 1,5 à 10

FSH (UI/l) 2 à 15 5 à 25 2 à 15 20 à 130 1,5 à 10

HCG (UI/l) <3 Hors tumeur

Fig. 9. Régulation hormonale en phase lutéale. Fig. 8. Régulation hormonale en période préovulatoire.

Fig. 10. Systèmes en sandwich de dosage des hormones gonadotropes. a) Méthode « sandwich » avec un anticorps monoclonal de capture et anticorps monoclonal avec marqueur. Avec cette méthode seul le dimètre est reconnu par le système. b) Méthode « sandwich » avec un anticorps monoclonal de capture et un anticorps polyclonal avec marqueur. Avec cette méthode le dimère et la sous-unité b sont dosés par le système.

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Fig. 11. Résultats (juin 2002) du contrôle externe de qualité pour la LH (organisme PROBIOQUAL) On remarque sur cette figure une dispersion très importante des résultats du dosage de la LH par différentes trousses de dosage du commerce pour un sérum donné (20 à 52 UI/l). La méthode SN donne une valeur moyenne de 26 UI/l alors que la méthode RJ donne une valeur moyenne de 45 UI/l. Au vu de ces chiffres on ne peut pas comparer les résultats donnés par 2 trousses de dosages différents sensés dosés le même extrait biologique en l’occurrence ici le sérum 05. Pour chaque trousse de dosage il faut établir ses propres valeurs de référence.

C ménopause ou castration (si aménorrhée secondaire). • Une concentration plasmatique basse de FSH et de LH, avec : C un taux élevé d’estradiol ; grossesse probable, C un taux bas d’estradiol (accompagnant une aménorrhée) oriente vers une insuffisante hypothalamohypophysaire. Un test dynamique au GnRH permettra de distinguer une insuffisance hypothalamique d’une insuffisance hypophysaire. • Une élévation isolée de la LH sans augmentation de la FSH oriente vers une maladie polykystique des ovaires. • Une élévation des gonadotrophines en présence d’une estradiolémie normale est fréquemment retrouvée au cours de la périménopause.

4. Conditions de prélèvement Le prélèvement sanguin pour le dosage des gonadotrophines n’est pas soumis à des conditions spéciales relatives au jeûne, à la posture ou à l’activité physique. Le recueil se fait sur tube sec (sans gel) ou sur tube avec EDTA. Les échantillons doivent être conserver à + 4 °C au maximum 15 jours et congeler à – 20 °C au-delà. Chez la femme réglée, le prélèvement s’effectue en règle générale, en début de la phase folliculaire (entre j3 et j5).

5. Techniques de dosages Les gonadotrophines sont dosées par des méthodes immunomètriques avec marqueur. La technique la plus utilisée est la méthode dite « en sandwich ». Il existe plusieurs types de méthodes « en sandwich » : • première méthode : un des épitopes de l’antigène est reconnu par un anticorps de capture monoclonal spécifique, un deuxième épitope est reconnu par un deuxième anticorps monoclonal spécifique sur lequel on a fixé un marqueur (radioactif, chimiluminescent, fluorescent, enzymatique, etc.) ; • deuxième méthode : un des épitopes de l’antigène est reconnu par un anticorps de capture monoclonal spécifique, les autres épitopes sont reconnus soit par des anticorps monoclonaux spécifiques soit par un anticorps polyclonal sur lesquels (lequel) on a fixé un marqueur (Fig 10 a et b). Selon la méthode choisie, les résultats ne sont pas identiques d’une méthode à l’autre (Fig. 11) extraite des résultats Probioqual du mois de juin 2002). Avec la première méthode on ne voit qu’un minimum d’isoformes du gonadotrophine dosé Avec la deuxième méthode beaucoup plus d’isoformes du gonadotrophine sont reconnus. Le choix de l’une ou l’autre méthode dépend du but recherché : un isoforme spécifique du gonadotrophine ou quand c’est possible la « totalité » des formes circulantes.