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Les marqueurs biochimiques de la résorption osseuse intérêt de leur détermination dans l'ostéoporose postménopausique
Stratbgies d’exploration fonctionnelle
et de suivi the’rapeutique
.I, LSwarqueurs biochimiques de la ksorption osseuse .lr! t&i2t de leur d&termination dans l’ost6oporose (Rqu
I’(
~
I.;1
/ etc
.
le 24 octobre
I996
; accepti
le 20 dicembre
1996)
L’os6oporose est caractG& par une perte de la masse osseuse. Parall4ement 6 la mesure de I’ost6odensimBtrie, des dosages de marqueurs biachimiques tels que les noyaux pyridinium et les Hopeptides C et N terminaux du collag&ne de type f \t lopp&. Ces mol&ules sont sensibles et sp&fiques du remodelage osseux. l’in6r6t de la determination de ces marqueurs dons
: 5 lop ) :,I: est double : d’une part, mettre en &dence une perte osseuse impartante et, par Iti-meme, determiner les femmes ayant un ‘I: ; it’ : 2 :F >rotique majeur afin de les faire bbnbficier d’un traitement prbventif ; d’autre part, suivre I’efficacitk de traitement chez les .e ’ SE .‘+Ic x1us6es. t’utilisation de ces tests en routine pourrait ainsi constituer une aide pour le clinicien dons le suivi des femmes ?I risques. e I’;?Ti
: 5 reuse / ostkoporose
/ pyria’inolines
/ tklopeptides
du co/lag&e
/
mknopouse
n trl I due fion
! S/ 11II / II: osseuse rCsulte d’un Cquilibre emre deux proV,LII c ~~11 ,101,lgiques opposks : la rekorption osseuse de 1’0s I:. I( I .I\’ I lrc”.’p ar les okoclasres, et la formation de la nouc lc LIIM~ 1.II c. Dsseuse attribuee aux ostCoblastes. ), I /“‘I[ .ii I> ktions de ce couplage peuvent apparaitre dans a Cull.,, ll’j : .~l~dies mkaboliques osseuses ou survenir avec j:c ( hi./ /,I tcnme B la mknopause, conduisanr B une perrc Ii‘ Id I 11,w i ok: Zuse. ‘( L i \I, j I’: prkiskment ces variations, de nombreuses 1i’i 111I ‘1”~ \ ,or f proposkes aux cliniciens : I:$ t: hn ques invasives telles les mesures histomor1~llor ljtriil .~a lprks biopsie au niveau de la crke iliaque, qui I I‘+ )‘)rre II qoe des renseignemenrs limit& B un site de ponc1,011 ’ ne .Ir~nr em pas un reflet global du remodelage osseux ; cl,.\ tt chni Iues non invasives, telle la mesure de I’oscko( IUS 116tl1( hi )horonique, qui permenenr d’ivaluer la perte (5s~ *e e’tc:cc ve soit pour le corps entier, soir pour des 1C-gioI-s o%\X:Ilsts dClimit6es. Pa ~Jlkl~:n~~~ II, des dosages de marqueurs biochimiques : p?c~i ~LW du remodelage osseux ont &S dCveloppCs. 11s ; ppor ent ties renseignements compkmentaires des rech1 iLlu(,- pn’c ‘tdentes et reflktent, selon le cas, la formation ou I L r&c~rptic~n oiseuse (tableau I). Nous n’aborderons ici que 1:s n ;~rqururs de la resorption osseuse, Ies marqueurs de la f ,rm uion .Iyar t deja fait I’objet d’une revue g&&ale [7]. Les marqueurs
de la &sorption
osseuse
La mat:-ice osseuse est consrituee d’une phase minkale, ( ‘uric, phaw or;;anique et d’eau. La phase organique est comIlos& .I 90 %I p;Lr le collagkne de type I. Chaque mokcule synt hkisee par les ostkoblastes se compose de trois chaines polyIaepciJiqucs (dt ux chaPnes al et une chaine a2) formant une
bone collagen
resorption telopeptide
de bloc himie
A, hBpital
Co&n,
27, rue du Faubourg-Saint-Jacques,
/ pyridinoline
/ type
I
/ menopause
triple htlice portant plusieurs rCsidus hydroxyproline et hydroxylysine. Aprks secretion extracellulaire, il se forme, sous l‘acrion de la lysyl oxydase, des agents de pomage emre les chafnes (pyridinoline et dtsoxypyridinoline) caracrkristiques du collagkne mature. Lors de la resorption osseuse, I’osr&Aaste lib&e des enzymes telles que les phosphatases acides et les proteases. Le collagkne est alors dCgradP en fragles rClopeptides C et N cerminaux et ments peptidiques, noyaux pyridinium libres et Ii& B des peptides. Paralklement, l’ostkoclaste permet la dissolution de la phase minerale osseuse libkanr du calcium. Ainsi, la resorption osseuse peut Ctre tvaluCe par le dosage de mokules non spkifiques (le calcium, I’hydroxyproline urinaire, I’activire phosphatase acide cartrate rksistante) ou le dosage de moltcules sptcifiques : les pyridinolines, les tklopeptides du collagkne de rype I.
-------L>borctolre
/ osteoporosis
75679
Paris
cedex
14, France
w
Marqueurs
Tableau
biochimiques
I. Marqueurs
de
la rkorption
biochimiques
osseuse
du remodelage
et ost&oporose
postm6nopausique
osseux
Formation Sang
RBsorpfion Sang
Urines
Ostkcalcine
Calcium
Phosphatases alcalines totales Phasphatases akalines osseuses Propeptide du callagkne de type I
Calcium le
et activitb
calcium
urinoire
phosphatase
Phosphatases acide r&stwrtes
acid-e
6 jeun
Le dosage du calcium urinaire est effect& sur les urines du recueillies pendant 2 heures chez un sujet B jeun, de faCon g &miner I’influence de l’absorption intestinale et corrigt par I‘excktion de la ckatinine selon le protocole de Nordin [24]. Cependant, il est non seulement le reflet de I’aspect miniral de la rkorption osseuse mais aussi celui de la fonction r&ale et done, indirectement, des hormones rkgulant cette fonction.
tartrates
Hydroxyproline Dboxypyridinaiine libre T(llope@ides C QU N twminaux
matographie liquide haute pression (CLHP) en ~lh,~ inverse aprks une &ape d’hydrolyse des formes peptidiquca cn forme libre. Les r&ulrats sont rapport&s B la cr&atininz
matin
Les phosphatases
ocides
tartrates
ksistontes
(TRAP)
Les phosphatases acides tartrates rkistantes sont des enzymes lysosomiales prksentes dans le tissu osseux, la prostate, les plaquettes, les Crythrocytes et la rate. Diffkrentes isoenzymes peuvent etre &par&es par ilectrophorkse. L’isoforme osseuse prkente la particulariti d‘?tre rksistante au L (+) tartrate, alors que la forme prostatique est inhibk [23]. I.‘activitC phosphatasique acide est augmenke dans un grand nombre de pathologies osseuses impliquant un renouvellement osseux imporrant [34]. Toutefois, I’utilisation de ce marqueur est limitee par son manque de sp&iticitC, par son instabilite due i la presence d’inhibiteurs dans le s&-urn et par l’impossibilite de conserver les prilkvements mtme congek [8]. Des dosages immunologiques utilisant des anticorps monoclonaux spkiflques de I’isoforme osseuse sont actuellement d&eloppks [G, 181. Hydroxyproline l’hydroxyproline
et hydraxylysine
urinaires
urinaire
L’hydroxyproline urinaire kait, jusqu‘b present, le marqueur de rkorption le plus utilist!. Les collagknes fibrillaires sont riches en cet acide amine. Toutefois, I’hydroxyproline urinaire est un index non spkcifique. I.‘hydroxyproline est form&e au niveau intracellulaire B la suite de I’une des plus prkoces modifications post-traductionnelles de la molecule de collagkne [I, 261. Le catabolisme du collagkne, dans les diffkents tissus, lib&-e 90 B 95 % de I’hydroxyproline qui est filtrCe puis presque compktement riabsorbte au niveau tubulaire r&al. Une petite partie est oxydke et dPgradCe en urCe et CO, au niveau hkpatique [2I]. D‘autres molecules que le collagkne peuvent ktre une source d’hydroxyproline. Ainsi, la fraction Clq du compkment peut rep&enter 40 % de I’hydroxyprolinurie [ 191. Enfin, l’hydroxyprolinurie est influencee par I’apport protidique alimentaire. Ainsi, I’hydroxyprolinurie mesurke ne reprkenterait que IO % du catabolisme du collagkne total. Les urines de 24 heures ou de 2 heures doivent Etre recueillies sur acide chlorhydrique, ce qui rend ce dosage difficile en ambulatoire. La technique de rkfknce est la chro-
l’hydroxylysine
urinaire
L’hydroxylysine est un autre acide amine prknr dans It’s fibres de collagkne. L’hvdroxylysine libre n’est pas rCutilisCe lors de la biosynthkse du collagkne et est retrou\G en qumrid moins abondante dans les urines que I’hvdrosyproline [21]. II existe deux formes, glucosyl-galactosylly?ine et f;alactosyl-hydroxylysine, qui ne sont pas cataboliairs. IXS difficult& techniques de leur dosage (CLHP) ont limit@ leur utilisation [23] Les fes
marqueurs
sptkifiques
pyridinolines
Les pyridinolines sont des mokules de pontage ~cwssli~&~) des fibres de collagkne mature. Elles d&Gent du noyau pyridinium et assurent la stabilitt: du collagkne. Ces ponts pvridinium incluent deux formes moltculaires : les pyridinolines (PYR ou hydroxylysylpyridinoline) et les dksoxypyridinolines (D-PYR ou lysylpyridinoline). Dans ces structures, deux r&idus hydroxylysyls presents au niveau des extrgmitk C ou N terminales (ttlopeptides) sont lies avec un rPsidu lysyl ou hydroxylysyl de la partie hklico‘idale d’une mokcule de collag&e d’une autre chaine adjacente (fig 1). Ces mokules rkultent d’une modification post-traductionnelle g&e B la lysyl-oxydase. Cette enzyme permet I’aldolisation des rksidus lysyl et hydroxylysyl en allysine et hydroxyallysine. La condensation de trois de ces derivk forme les mokules de pontage au tours de I’organisation en fibres de collagkne au niveau extracellulaire et conferent ainsi i 1’0s sa solidi&. Ces structures pyridinium ne sent pas exclusivement retrouvkes dans 1’0s. L’importance du nombre de structures pyridinium est en relation avec les types de collagtne dont les pkdominances varient selon l’originc tissulaire 131. Les pyridinolines ont une distribution plus large que les dkoxypyridinolines (tableau II). Ainsi, la plus forte concentration en PYR (exprimee en molimol de collagkne) est retrouvee dans les cartilages alors que la D-PYR est absente de ce tissu [ 101. PYR et D-PYR sont principalement prkentes dans le collagkne osseux de type I dans un rapport 4: 1 et en petite quantitk dans le rein, I’aorte, les vaisseaux sanguins, la peau et les ligaments, mais le remodelage de ces tissus est tr&s lent. Ainsi, les produits retrouvks dans les urines sont essentiellement d’origine osseuse [ 1 11. Ces mokcules sont IibGes par des enzymes des ostCoclastes au tours de la degradation osseuse et ne sont pas rkutilikes lors de la synthkse de collagkne : elles constituent, de ce &it, d’excellents marqueurs de la r&sorption osseuse. PYRet D-
D Borderie
T~lopeptide
et al
w
C terminal
(Crosslaps) GLU-L,YS-ALA-HIS-ASP-GLY-GLY-ARG-al 16C
13N ASP-GLU-HYL-SER-THR-GLY-GLY GLN-TYR-ASP-GLY-IihL-GLY-VAL-GLY 1N IikL(Lys) 8N 930
Telopeptide
-(xl(I) a2(1)
N terminal W-1
Fia
1. Localisation
Tableau
des
II. Origine
maraueurs
tissulaire
Dkoxypyridinolines
de r6sorDtion
des
ponts
dans
fyridinolines Ligaments
OS cortical
Cartilage Dentine
Aortes
du collaghe
pyridinium
Ligaments OS trabhlaire
la structure
Disques intervertkbraux OS cortical OS trabCulaire Aortes
de type
risulrars obTcnu5 par cette mirhode sonl parfaitement corri:li:s ;I ccux ohwnus par CLHI’ [Ml. I’lu~ieurs kudcs on1 montrt: I‘existence d’un rythme circadirn d’excrkion des pyridinolines avec un maximum dam la deuxi>me partie de la nuir [.32]. (Ies variations imposent de sranddI-discr Ic recueil des urines soir sur 14 heures, soit sur une pkriodc de 2 heures aprks avoir Jimin la premikre miction du marin. Ixs rtsultars sonr I-dppol-6 X la creatininc urinaire.
les tklopeptides
PYR sent excr&tPes au niveau urinaire Q la fois sous formc librc (40 ‘!3) et sous forme IiPe i des perirs peprides (60 O/o) [I]. I’YR et II-I’YR itaient jusqu‘i present do&es par des rechniques de chromarographie liquide haure performance (CILHP) en phase inverse apri-s unr Crapr d’hydrolysc. Acruellement, des techniques immunoenzymatiques prrmetrent lc dosage dcs pyridinolinrs rorales [23-331 ou le dosage de la disoxypvridinoline lihre [30]. (k dosages ne nkcssitent pas de ptkrairement dcs urines avant Ieur rbalisation. Le dosage de Ia r>-I’YR s’cffecwe par une mkhode Elis,~ qui utilisc un anticorps monoclondl. II ne croise pds avcc la formes pyridinolines et reconnair principalemrnr Irs II-I’YR librcs avant une masse molbcuiai~-c inf&ieure :I 1000 Da. Les
I.
du
co/lag&e
de
type
I
Rkmmenr, plusieurs immunodosages ont PtCd&eloppCs &I de prrmerrre la mesure dans Irs urines des rPlopeptides (fragment N ou (1 rcrminal) du collagkne lib&& lors de la r&sorption osseuse. 1.r N’l’w ‘.M (Oscex, Osreomark) est un immunodosage utilis,lnt uric m&bode par compCtition ZI I’aide d’un anticorps monoclonal ( 1H 11) dir@ contrc un N tilopeptide de la chdinc CX? (I) correspondant a la kquence peptidique Gh.l’~r-Asp-(;ly-I.ys-Gl!r-Vdl-(;ly dans laquelle la lysine peut i-trr ou non impliquPe dam un pontage pyridinium [ 141. L‘anricorps urilis? dans ce dosage reconnair un epitope conformdrionnel ; de plus, la prkscncc de noyaux pyridinolines nc aemble pas ntkessairr j la fixation de I’anticorps. I.‘~r,~lonnage cst rtalisi- :t partir de collagkne osseux obtenu ap1-k hydrolyse cnzymatiquc. Lrs r&ultats sont rapport& ZIla kdrinine urindire [l-i].
w
Marqueurs
biochimiques
de
la
rksorption
osseuse
et ostboporose
Le CrossLaps’*l, m&hode d&eloppPe par Bonde et al [4, i] er commercialisee par CIS BIO, est une technique Elisa permettant le dosage urinaire d’un fragment du C &opepride du collag$ne de type I. Certe technique par competition esc dtve1oppee H parrir d un anti@ne, octapeptide de symh&se specifique d’une sCquence C terminale de la chaine al du collagene de type I. Cet anrig&e est immobili& sur des plaques de microtitrarion. L‘anticorps polyclonal dir@ contre celre siquence entre en comp&tion avec le peptide er les produits de dCgradation du collagene de rypr I prCsenrs dans les urines, Les rtsulrats sonr exprimPs en pg er rapport& i la crCatinine urinaire. ParaMemenr, des dosages radio-immunologiques permetrant la mesure des C telopeptides dans le serum sont mis au point ; I’un d’ent-re eux (ICTP), commercialis& mesure un fragment C terminal lib& dans le s&rum [28] ; un autre semble plus spCcifique de petits fragments provenant de la region en triple helice du collagkne de type I [Ii],
postmknopausique
Tableau III. Expression des diffkrents marqueuri de &sorption osseuse en nmol d’bquivalent de collagt?ne (BCE)/mmol de crbatinine urinaire. Valeurs moyennes mesurbes 6 parti: d’kchantillons d’urines
d’hammes
adukes.
NTx
D’aprks
[3 11.
Crosslaps
40 nmd/wnd
Tableau
Cr
IV.
les femmes
Valeurs en pbriode
D-Pyr 140
lOOWIId/mmdG
des marqueurs de rksorption de prb et postm6nopause. Prf5m6nopouse
nmol/mmd
Cr
osseuse chez D’aprk [ 131.
Postmckopouse
Crosslaps
590,o
f 330,o
h-g/mm01 ~crbatinine)
259,O
i
108,O
~&/mmol
45,l
f
13,4
93,5
i 42,0
6,5 zt 1,2
10,o
f 3,7
ckatinine) Essai
de
stondardisation
Pyri/inksD
La comparaison enrre les resultats de ces differems marqueurs reste difficile du Fait m6me de l‘absence de srandardisation des &talons urilis& pour calibrer ces dosages. Robins [31] a cornpar les valeurs obrenues j partir d’urines d’hommes temoins er a exprime chacun des parametres mesur& en iquivalent collagt-ne osseux [BCE). Les valeurs d’un standard mesuri par les rrois techniques (D-PYR, NTxTL1 er <:rossLaps.rbl) sent report&es dans le tableau III. Ces diffirences peuvenr ?rre dues j 1~ nature mtme des fragments de dkgradation mesur& Ainsi, lc CrossLaps’” reconnait uric s?quence lin&ire de 8 acides amin& qui, au niveau des fibrcs de collagtne, peut Srre Ii& cad’aurres fragments proGiques du collagisne par I’intrrmc’-diaire de pants d&oxypyridinoline. Kamel er al ont montrP qur l‘anticorps du coffrer CrossLaps.‘.” Gagissair esscnticllement avec des peptides de masse molCculaire supkricure i 1000 Da, la riponse maximale Ctanr m&me obtenue avec des peptides de masse molPculaire voisine de 35OOIIa [17].C e d osa .‘g e n’evalue done pas les mimes fragments de r&orption produits que le riact-if Pyrilinks-DT” qui mesure majorirairement les dPsoxypyridinolines sous forme libre ou IiPe j des peptides de masse moliculaire inf& rieure h 1000 Da [ 161. La richessc en groupemenr pyridinoline depend aussi des fragments de collag&ne do&. Ainsi, Its fragments N rerminaux sont beaucoup plus riches en residus dPsoxypyridinoline (60 % des pants d&soxypyridinolinc du collagPne osseux) que les fragments C terminaux [35]. Intir8t des marqueurs biochimiques dons I’ostioporose postm6nopausique Cet int&& est double : - permetrre la pridiction d’une pertc osseuse importance, et done le risque de fractures ; - suivre la rtponse B un traitement anti-osrCoporotique. Mise
en
6vidence
d’une
perte
cisseuse
importante
Le remodclagc de postm&opausc
augmente chew la femme en pCriode di-s la cessation des foncrions ovariennes.
osseux
(nmol/mmol ctE?atininel
Le d&!quilibre entre la formation et la &sol-ption esr I-csponsable de la perre osseuse acc&r&e enregisrrPe I cer ige. Garner0 et al onr montrC que tous les marquwrs du rcmodelage osseux dtaicnr augmentis immediatetnent aprt7s la mknopause (tableau IV) [ 121. Af in d e d 6 t erminer Irs femmes ayant un risque osrioporotique, il est nicessairc de pouvoir appricier I’importance de la resorprion osseusc. lln effer. une r&sorption osseuse &levee conduit B des lyses dans les wuccures trabkculaires et apparait comme un Pl&nent- de prediction des fractures 1271. l’outefois, les differenres etudes publikes ne permettent pas de trancher d&finitivemcnt sur le marqueur ou I’associarion de marqueurs biochimiques :t utiliser. Ainsi, Garner0 er al one compare les rPsultatq de ces marqueurs biochimiques obtenus chew des femmes premknopa&es a ceux obtenus chez des femmes m&nopausPes depuis au mains 5 ans et pour lesquelles I’ost&odensimCtrie montrair uric’ perre osseuse. Tous les marqueurs de risorption ktaient dugmentbs, seul le C rilopeptide (ICTP) serique ne monrrair pas de difT&ence significative entre les deux groupes [ 121. uivi
des
tr-aitements
des
femmes
mbnspcwi&es
L’utilisarion des matqueurs biochimiques pourrait trouver tour son int&Pt dans la selection des femmes ost6oporotiques et le suivi de leur rraitement par les bisphosphonates ou les cestrog&nes. L’ost&odensim&rie semble mal adaptCe au suivi des pacienrs B court rerme. En effer, il faur espacer d’au moins 2 ans chaque examen pour mettre en evidence une diminution significative de densice’ osseuse. En revanche, les marqueurs biochimiques du remodelage osseux sont modifies beaucoup plus rapidemenc er pricocemenr : environ 30 ‘?? au bout de 3 mois sous alendronare [ 121. Toutefois, cet avamage doit Ctre pond&C par la forte variabilite inter- et intra-individuelle limiranr I’urilisation de ces marqueurs en routine. Des Etudes r&enres ont monrre, selon le marqueur choisi, une variarion, pour un mPme individu, de 15 i 20 % [3], imposant de multiplier les pr&vements pour affirmer les effets pr&oces d’un rraitemenr.
D Borderie
I i.ll,i:i c JI onf monrr6 q~le la diminution de la concen.1.111HI ~11 I)-I’YR urinaire chez des femmes mCnopausbes MI! ‘i ~3~’~cl.t~lf I2 mois par des nssrrogt-nes administrk par j ~)IL’ I r.rnkct;i.nliquc est corrClCe avec la valeur avanf le trdite111’1‘1 ‘72‘ \insi, 1~15Ia valeur de D-I’YR avant rrairemenr i’\I c I.YXi, \I( g ,,e d’un p ” remodelage osseux important, plus la io~li t IITI-.I[I~~~~en D-PYR diminuera lors du traitemenr. Les ~>,I~I~“I[L’\ 11.itlT un haur renouvellement osseux semblent ‘nt~.il~. I-?IJ~,;lAe X un rraitemenr aux cestrogknes [22]. l’w ~rl~l<, I kente de Garner0 er al a montrt: que les marqueers \ bioihlmiques ne repondaient pas de la mEme man&e &I: 1~.CI-,C.cmenr utilisk [ 131. Ainsi, la technique CrossLaps’.” AI climinuic chez d es f emmes minopausCes ost&oporotiques [l-.ti[Lks p,ir \r\trogPnes ou bisphosphonates alors que la D-PYR AT Jirnin~lk uniquement chez les femmcs traitPes par des tr\rl-ogtnL,s s.~nsque le mtkanisme physiologique soit vkritablemenu connu [I2]. LI‘aprks cetle etude, le choix du marqueur biochirnicluz d;pendra du trairemenr instaurC. i\~n\i. ,111~kmme mkopausse, dont la rksorption osseuse ~‘CSI l)as ruftkunenr importante pour Ptre mesurge par ostkodcn\imGrrlc mais donr les mdrqueurs de rkorprion son1 AC\ I’S, pot.I-l-,Cr b6nCtkier d’un rraitement par crstrogknes ou 1. mp I~i~$~~~~~L~~~s.
Conclusion 1.~ rcmodrlage osseux peur irre facilemenr Pvaluk par des marquc’urs biochimiques qui, bien que retkant le m?me processu5 ph\Gologique, ne SonT pas rotdlemenf Pquivdlenrs enn-e C‘LK I .I tkermination de ces marqueurs apporte des renseignrmwrs compkmentaires de la mebure ost6odensimkrique. En offer. I‘osri-odensimkrie ne permcr pas d‘apprkcier une prrrt. IMCUIC duranf une pkiode courw. Les marqueurs biochimiques pr&enrcnr I’avanrage de mesurer les modifications de la l&sol-priori d‘:e\ Ies premikres semdines, ce qui permer une CvaluaTion rapide OLI l‘ajustement d’un trairemcnr. L‘urilisdrion de ces rrsrs simples en f-ourine pourrdir Srte me xidr pour lc. clinicien dam le suivi des femmes i risque. Rifirences
et al
w
et de suivi the’rapeutique
.I, LSwarqueurs biochimiques de la ksorption osseuse .lr! t&i2t de leur d&termination dans l’ost6oporose (Rqu
I’(
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I.;1
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le 24 octobre
I996
; accepti
le 20 dicembre
1996)
L’os6oporose est caractG& par une perte de la masse osseuse. Parall4ement 6 la mesure de I’ost6odensimBtrie, des dosages de marqueurs biachimiques tels que les noyaux pyridinium et les Hopeptides C et N terminaux du collag&ne de type f \t lopp&. Ces mol&ules sont sensibles et sp&fiques du remodelage osseux. l’in6r6t de la determination de ces marqueurs dons
: 5 lop ) :,I: est double : d’une part, mettre en &dence une perte osseuse impartante et, par Iti-meme, determiner les femmes ayant un ‘I: ; it’ : 2 :F >rotique majeur afin de les faire bbnbficier d’un traitement prbventif ; d’autre part, suivre I’efficacitk de traitement chez les .e ’ SE .‘+Ic x1us6es. t’utilisation de ces tests en routine pourrait ainsi constituer une aide pour le clinicien dons le suivi des femmes ?I risques. e I’;?Ti
: 5 reuse / ostkoporose
/ pyria’inolines
/ tklopeptides
du co/lag&e
/
mknopouse
n trl I due fion
! S/ 11II / II: osseuse rCsulte d’un Cquilibre emre deux proV,LII c ~~11 ,101,lgiques opposks : la rekorption osseuse de 1’0s I:. I( I .I\’ I lrc”.’p ar les okoclasres, et la formation de la nouc lc LIIM~ 1.II c. Dsseuse attribuee aux ostCoblastes. ), I /“‘I[ .ii I> ktions de ce couplage peuvent apparaitre dans a Cull.,, ll’j : .~l~dies mkaboliques osseuses ou survenir avec j:c ( hi./ /,I tcnme B la mknopause, conduisanr B une perrc Ii‘ Id I 11,w i ok: Zuse. ‘( L i \I, j I’: prkiskment ces variations, de nombreuses 1i’i 111I ‘1”~ \ ,or f proposkes aux cliniciens : I:$ t: hn ques invasives telles les mesures histomor1~llor ljtriil .~a lprks biopsie au niveau de la crke iliaque, qui I I‘+ )‘)rre II qoe des renseignemenrs limit& B un site de ponc1,011 ’ ne .Ir~nr em pas un reflet global du remodelage osseux ; cl,.\ tt chni Iues non invasives, telle la mesure de I’oscko( IUS 116tl1( hi )horonique, qui permenenr d’ivaluer la perte (5s~ *e e’tc:cc ve soit pour le corps entier, soir pour des 1C-gioI-s o%\X:Ilsts dClimit6es. Pa ~Jlkl~:n~~~ II, des dosages de marqueurs biochimiques : p?c~i ~LW du remodelage osseux ont &S dCveloppCs. 11s ; ppor ent ties renseignements compkmentaires des rech1 iLlu(,- pn’c ‘tdentes et reflktent, selon le cas, la formation ou I L r&c~rptic~n oiseuse (tableau I). Nous n’aborderons ici que 1:s n ;~rqururs de la resorption osseuse, Ies marqueurs de la f ,rm uion .Iyar t deja fait I’objet d’une revue g&&ale [7]. Les marqueurs
de la &sorption
osseuse
La mat:-ice osseuse est consrituee d’une phase minkale, ( ‘uric, phaw or;;anique et d’eau. La phase organique est comIlos& .I 90 %I p;Lr le collagkne de type I. Chaque mokcule synt hkisee par les ostkoblastes se compose de trois chaines polyIaepciJiqucs (dt ux chaPnes al et une chaine a2) formant une
bone collagen
resorption telopeptide
de bloc himie
A, hBpital
Co&n,
27, rue du Faubourg-Saint-Jacques,
/ pyridinoline
/ type
I
/ menopause
triple htlice portant plusieurs rCsidus hydroxyproline et hydroxylysine. Aprks secretion extracellulaire, il se forme, sous l‘acrion de la lysyl oxydase, des agents de pomage emre les chafnes (pyridinoline et dtsoxypyridinoline) caracrkristiques du collagkne mature. Lors de la resorption osseuse, I’osr&Aaste lib&e des enzymes telles que les phosphatases acides et les proteases. Le collagkne est alors dCgradP en fragles rClopeptides C et N cerminaux et ments peptidiques, noyaux pyridinium libres et Ii& B des peptides. Paralklement, l’ostkoclaste permet la dissolution de la phase minerale osseuse libkanr du calcium. Ainsi, la resorption osseuse peut Ctre tvaluCe par le dosage de mokules non spkifiques (le calcium, I’hydroxyproline urinaire, I’activire phosphatase acide cartrate rksistante) ou le dosage de moltcules sptcifiques : les pyridinolines, les tklopeptides du collagkne de rype I.
-------L>borctolre
/ osteoporosis
75679
Paris
cedex
14, France
w
Marqueurs
Tableau
biochimiques
I. Marqueurs
de
la rkorption
biochimiques
osseuse
du remodelage
et ost&oporose
postm6nopausique
osseux
Formation Sang
RBsorpfion Sang
Urines
Ostkcalcine
Calcium
Phosphatases alcalines totales Phasphatases akalines osseuses Propeptide du callagkne de type I
Calcium le
et activitb
calcium
urinoire
phosphatase
Phosphatases acide r&stwrtes
acid-e
6 jeun
Le dosage du calcium urinaire est effect& sur les urines du recueillies pendant 2 heures chez un sujet B jeun, de faCon g &miner I’influence de l’absorption intestinale et corrigt par I‘excktion de la ckatinine selon le protocole de Nordin [24]. Cependant, il est non seulement le reflet de I’aspect miniral de la rkorption osseuse mais aussi celui de la fonction r&ale et done, indirectement, des hormones rkgulant cette fonction.
tartrates
Hydroxyproline Dboxypyridinaiine libre T(llope@ides C QU N twminaux
matographie liquide haute pression (CLHP) en ~lh,~ inverse aprks une &ape d’hydrolyse des formes peptidiquca cn forme libre. Les r&ulrats sont rapport&s B la cr&atininz
matin
Les phosphatases
ocides
tartrates
ksistontes
(TRAP)
Les phosphatases acides tartrates rkistantes sont des enzymes lysosomiales prksentes dans le tissu osseux, la prostate, les plaquettes, les Crythrocytes et la rate. Diffkrentes isoenzymes peuvent etre &par&es par ilectrophorkse. L’isoforme osseuse prkente la particulariti d‘?tre rksistante au L (+) tartrate, alors que la forme prostatique est inhibk [23]. I.‘activitC phosphatasique acide est augmenke dans un grand nombre de pathologies osseuses impliquant un renouvellement osseux imporrant [34]. Toutefois, I’utilisation de ce marqueur est limitee par son manque de sp&iticitC, par son instabilite due i la presence d’inhibiteurs dans le s&-urn et par l’impossibilite de conserver les prilkvements mtme congek [8]. Des dosages immunologiques utilisant des anticorps monoclonaux spkiflques de I’isoforme osseuse sont actuellement d&eloppks [G, 181. Hydroxyproline l’hydroxyproline
et hydraxylysine
urinaires
urinaire
L’hydroxyproline urinaire kait, jusqu‘b present, le marqueur de rkorption le plus utilist!. Les collagknes fibrillaires sont riches en cet acide amine. Toutefois, I’hydroxyproline urinaire est un index non spkcifique. I.‘hydroxyproline est form&e au niveau intracellulaire B la suite de I’une des plus prkoces modifications post-traductionnelles de la molecule de collagkne [I, 261. Le catabolisme du collagkne, dans les diffkents tissus, lib&-e 90 B 95 % de I’hydroxyproline qui est filtrCe puis presque compktement riabsorbte au niveau tubulaire r&al. Une petite partie est oxydke et dPgradCe en urCe et CO, au niveau hkpatique [2I]. D‘autres molecules que le collagkne peuvent ktre une source d’hydroxyproline. Ainsi, la fraction Clq du compkment peut rep&enter 40 % de I’hydroxyprolinurie [ 191. Enfin, l’hydroxyprolinurie est influencee par I’apport protidique alimentaire. Ainsi, I’hydroxyprolinurie mesurke ne reprkenterait que IO % du catabolisme du collagkne total. Les urines de 24 heures ou de 2 heures doivent Etre recueillies sur acide chlorhydrique, ce qui rend ce dosage difficile en ambulatoire. La technique de rkfknce est la chro-
l’hydroxylysine
urinaire
L’hydroxylysine est un autre acide amine prknr dans It’s fibres de collagkne. L’hvdroxylysine libre n’est pas rCutilisCe lors de la biosynthkse du collagkne et est retrou\G en qumrid moins abondante dans les urines que I’hvdrosyproline [21]. II existe deux formes, glucosyl-galactosylly?ine et f;alactosyl-hydroxylysine, qui ne sont pas cataboliairs. IXS difficult& techniques de leur dosage (CLHP) ont limit@ leur utilisation [23] Les fes
marqueurs
sptkifiques
pyridinolines
Les pyridinolines sont des mokules de pontage ~cwssli~&~) des fibres de collagkne mature. Elles d&Gent du noyau pyridinium et assurent la stabilitt: du collagkne. Ces ponts pvridinium incluent deux formes moltculaires : les pyridinolines (PYR ou hydroxylysylpyridinoline) et les dksoxypyridinolines (D-PYR ou lysylpyridinoline). Dans ces structures, deux r&idus hydroxylysyls presents au niveau des extrgmitk C ou N terminales (ttlopeptides) sont lies avec un rPsidu lysyl ou hydroxylysyl de la partie hklico‘idale d’une mokcule de collag&e d’une autre chaine adjacente (fig 1). Ces mokules rkultent d’une modification post-traductionnelle g&e B la lysyl-oxydase. Cette enzyme permet I’aldolisation des rksidus lysyl et hydroxylysyl en allysine et hydroxyallysine. La condensation de trois de ces derivk forme les mokules de pontage au tours de I’organisation en fibres de collagkne au niveau extracellulaire et conferent ainsi i 1’0s sa solidi&. Ces structures pyridinium ne sent pas exclusivement retrouvkes dans 1’0s. L’importance du nombre de structures pyridinium est en relation avec les types de collagtne dont les pkdominances varient selon l’originc tissulaire 131. Les pyridinolines ont une distribution plus large que les dkoxypyridinolines (tableau II). Ainsi, la plus forte concentration en PYR (exprimee en molimol de collagkne) est retrouvee dans les cartilages alors que la D-PYR est absente de ce tissu [ 101. PYR et D-PYR sont principalement prkentes dans le collagkne osseux de type I dans un rapport 4: 1 et en petite quantitk dans le rein, I’aorte, les vaisseaux sanguins, la peau et les ligaments, mais le remodelage de ces tissus est tr&s lent. Ainsi, les produits retrouvks dans les urines sont essentiellement d’origine osseuse [ 1 11. Ces mokcules sont IibGes par des enzymes des ostCoclastes au tours de la degradation osseuse et ne sont pas rkutilikes lors de la synthkse de collagkne : elles constituent, de ce &it, d’excellents marqueurs de la r&sorption osseuse. PYRet D-
D Borderie
T~lopeptide
et al
w
C terminal
(Crosslaps) GLU-L,YS-ALA-HIS-ASP-GLY-GLY-ARG-al 16C
13N ASP-GLU-HYL-SER-THR-GLY-GLY GLN-TYR-ASP-GLY-IihL-GLY-VAL-GLY 1N IikL(Lys) 8N 930
Telopeptide
-(xl(I) a2(1)
N terminal W-1
Fia
1. Localisation
Tableau
des
II. Origine
maraueurs
tissulaire
Dkoxypyridinolines
de r6sorDtion
des
ponts
dans
fyridinolines Ligaments
OS cortical
Cartilage Dentine
Aortes
du collaghe
pyridinium
Ligaments OS trabhlaire
la structure
Disques intervertkbraux OS cortical OS trabCulaire Aortes
de type
risulrars obTcnu5 par cette mirhode sonl parfaitement corri:li:s ;I ccux ohwnus par CLHI’ [Ml. I’lu~ieurs kudcs on1 montrt: I‘existence d’un rythme circadirn d’excrkion des pyridinolines avec un maximum dam la deuxi>me partie de la nuir [.32]. (Ies variations imposent de sranddI-discr Ic recueil des urines soir sur 14 heures, soit sur une pkriodc de 2 heures aprks avoir Jimin la premikre miction du marin. Ixs rtsultars sonr I-dppol-6 X la creatininc urinaire.
les tklopeptides
PYR sent excr&tPes au niveau urinaire Q la fois sous formc librc (40 ‘!3) et sous forme IiPe i des perirs peprides (60 O/o) [I]. I’YR et II-I’YR itaient jusqu‘i present do&es par des rechniques de chromarographie liquide haure performance (CILHP) en phase inverse apri-s unr Crapr d’hydrolysc. Acruellement, des techniques immunoenzymatiques prrmetrent lc dosage dcs pyridinolinrs rorales [23-331 ou le dosage de la disoxypvridinoline lihre [30]. (k dosages ne nkcssitent pas de ptkrairement dcs urines avant Ieur rbalisation. Le dosage de Ia r>-I’YR s’cffecwe par une mkhode Elis,~ qui utilisc un anticorps monoclondl. II ne croise pds avcc la formes pyridinolines et reconnair principalemrnr Irs II-I’YR librcs avant une masse molbcuiai~-c inf&ieure :I 1000 Da. Les
I.
du
co/lag&e
de
type
I
Rkmmenr, plusieurs immunodosages ont PtCd&eloppCs &I de prrmerrre la mesure dans Irs urines des rPlopeptides (fragment N ou (1 rcrminal) du collagkne lib&& lors de la r&sorption osseuse. 1.r N’l’w ‘.M (Oscex, Osreomark) est un immunodosage utilis,lnt uric m&bode par compCtition ZI I’aide d’un anticorps monoclonal ( 1H 11) dir@ contrc un N tilopeptide de la chdinc CX? (I) correspondant a la kquence peptidique Gh.l’~r-Asp-(;ly-I.ys-Gl!r-Vdl-(;ly dans laquelle la lysine peut i-trr ou non impliquPe dam un pontage pyridinium [ 141. L‘anricorps urilis? dans ce dosage reconnair un epitope conformdrionnel ; de plus, la prkscncc de noyaux pyridinolines nc aemble pas ntkessairr j la fixation de I’anticorps. I.‘~r,~lonnage cst rtalisi- :t partir de collagkne osseux obtenu ap1-k hydrolyse cnzymatiquc. Lrs r&ultats sont rapport& ZIla kdrinine urindire [l-i].
w
Marqueurs
biochimiques
de
la
rksorption
osseuse
et ostboporose
Le CrossLaps’*l, m&hode d&eloppPe par Bonde et al [4, i] er commercialisee par CIS BIO, est une technique Elisa permettant le dosage urinaire d’un fragment du C &opepride du collag$ne de type I. Certe technique par competition esc dtve1oppee H parrir d un anti@ne, octapeptide de symh&se specifique d’une sCquence C terminale de la chaine al du collagene de type I. Cet anrig&e est immobili& sur des plaques de microtitrarion. L‘anticorps polyclonal dir@ contre celre siquence entre en comp&tion avec le peptide er les produits de dCgradation du collagene de rypr I prCsenrs dans les urines, Les rtsulrats sonr exprimPs en pg er rapport& i la crCatinine urinaire. ParaMemenr, des dosages radio-immunologiques permetrant la mesure des C telopeptides dans le serum sont mis au point ; I’un d’ent-re eux (ICTP), commercialis& mesure un fragment C terminal lib& dans le s&rum [28] ; un autre semble plus spCcifique de petits fragments provenant de la region en triple helice du collagkne de type I [Ii],
postmknopausique
Tableau III. Expression des diffkrents marqueuri de &sorption osseuse en nmol d’bquivalent de collagt?ne (BCE)/mmol de crbatinine urinaire. Valeurs moyennes mesurbes 6 parti: d’kchantillons d’urines
d’hammes
adukes.
NTx
D’aprks
[3 11.
Crosslaps
40 nmd/wnd
Tableau
Cr
IV.
les femmes
Valeurs en pbriode
D-Pyr 140
lOOWIId/mmdG
des marqueurs de rksorption de prb et postm6nopause. Prf5m6nopouse
nmol/mmd
Cr
osseuse chez D’aprk [ 131.
Postmckopouse
Crosslaps
590,o
f 330,o
h-g/mm01 ~crbatinine)
259,O
i
108,O
~&/mmol
45,l
f
13,4
93,5
i 42,0
6,5 zt 1,2
10,o
f 3,7
ckatinine) Essai
de
stondardisation
Pyri/inksD
La comparaison enrre les resultats de ces differems marqueurs reste difficile du Fait m6me de l‘absence de srandardisation des &talons urilis& pour calibrer ces dosages. Robins [31] a cornpar les valeurs obrenues j partir d’urines d’hommes temoins er a exprime chacun des parametres mesur& en iquivalent collagt-ne osseux [BCE). Les valeurs d’un standard mesuri par les rrois techniques (D-PYR, NTxTL1 er <:rossLaps.rbl) sent report&es dans le tableau III. Ces diffirences peuvenr ?rre dues j 1~ nature mtme des fragments de dkgradation mesur& Ainsi, lc CrossLaps’” reconnait uric s?quence lin&ire de 8 acides amin& qui, au niveau des fibrcs de collagtne, peut Srre Ii& cad’aurres fragments proGiques du collagisne par I’intrrmc’-diaire de pants d&oxypyridinoline. Kamel er al ont montrP qur l‘anticorps du coffrer CrossLaps.‘.” Gagissair esscnticllement avec des peptides de masse molCculaire supkricure i 1000 Da, la riponse maximale Ctanr m&me obtenue avec des peptides de masse molPculaire voisine de 35OOIIa [17].C e d osa .‘g e n’evalue done pas les mimes fragments de r&orption produits que le riact-if Pyrilinks-DT” qui mesure majorirairement les dPsoxypyridinolines sous forme libre ou IiPe j des peptides de masse moliculaire inf& rieure h 1000 Da [ 161. La richessc en groupemenr pyridinoline depend aussi des fragments de collag&ne do&. Ainsi, Its fragments N rerminaux sont beaucoup plus riches en residus dPsoxypyridinoline (60 % des pants d&soxypyridinolinc du collagPne osseux) que les fragments C terminaux [35]. Intir8t des marqueurs biochimiques dons I’ostioporose postm6nopausique Cet int&& est double : - permetrre la pridiction d’une pertc osseuse importance, et done le risque de fractures ; - suivre la rtponse B un traitement anti-osrCoporotique. Mise
en
6vidence
d’une
perte
cisseuse
importante
Le remodclagc de postm&opausc
augmente chew la femme en pCriode di-s la cessation des foncrions ovariennes.
osseux
(nmol/mmol ctE?atininel
Le d&!quilibre entre la formation et la &sol-ption esr I-csponsable de la perre osseuse acc&r&e enregisrrPe I cer ige. Garner0 et al onr montrC que tous les marquwrs du rcmodelage osseux dtaicnr augmentis immediatetnent aprt7s la mknopause (tableau IV) [ 121. Af in d e d 6 t erminer Irs femmes ayant un risque osrioporotique, il est nicessairc de pouvoir appricier I’importance de la resorprion osseusc. lln effer. une r&sorption osseuse &levee conduit B des lyses dans les wuccures trabkculaires et apparait comme un Pl&nent- de prediction des fractures 1271. l’outefois, les differenres etudes publikes ne permettent pas de trancher d&finitivemcnt sur le marqueur ou I’associarion de marqueurs biochimiques :t utiliser. Ainsi, Garner0 er al one compare les rPsultatq de ces marqueurs biochimiques obtenus chew des femmes premknopa&es a ceux obtenus chez des femmes m&nopausPes depuis au mains 5 ans et pour lesquelles I’ost&odensimCtrie montrair uric’ perre osseuse. Tous les marqueurs de risorption ktaient dugmentbs, seul le C rilopeptide (ICTP) serique ne monrrair pas de difT&ence significative entre les deux groupes [ 121. uivi
des
tr-aitements
des
femmes
mbnspcwi&es
L’utilisarion des matqueurs biochimiques pourrait trouver tour son int&Pt dans la selection des femmes ost6oporotiques et le suivi de leur rraitement par les bisphosphonates ou les cestrog&nes. L’ost&odensim&rie semble mal adaptCe au suivi des pacienrs B court rerme. En effer, il faur espacer d’au moins 2 ans chaque examen pour mettre en evidence une diminution significative de densice’ osseuse. En revanche, les marqueurs biochimiques du remodelage osseux sont modifies beaucoup plus rapidemenc er pricocemenr : environ 30 ‘?? au bout de 3 mois sous alendronare [ 121. Toutefois, cet avamage doit Ctre pond&C par la forte variabilite inter- et intra-individuelle limiranr I’urilisation de ces marqueurs en routine. Des Etudes r&enres ont monrre, selon le marqueur choisi, une variarion, pour un mPme individu, de 15 i 20 % [3], imposant de multiplier les pr&vements pour affirmer les effets pr&oces d’un rraitemenr.
D Borderie
I i.ll,i:i c JI onf monrr6 q~le la diminution de la concen.1.111HI ~11 I)-I’YR urinaire chez des femmes mCnopausbes MI! ‘i ~3~’~cl.t~lf I2 mois par des nssrrogt-nes administrk par j ~)IL’ I r.rnkct;i.nliquc est corrClCe avec la valeur avanf le trdite111’1‘1 ‘72‘ \insi, 1~15Ia valeur de D-I’YR avant rrairemenr i’\I c I.YXi, \I( g ,,e d’un p ” remodelage osseux important, plus la io~li t IITI-.I[I~~~~en D-PYR diminuera lors du traitemenr. Les ~>,I~I~“I[L’\ 11.itlT un haur renouvellement osseux semblent ‘nt~.il~. I-?IJ~,;lAe X un rraitemenr aux cestrogknes [22]. l’w ~rl~l<, I kente de Garner0 er al a montrt: que les marqueers \ bioihlmiques ne repondaient pas de la mEme man&e &I: 1~.CI-,C.cmenr utilisk [ 131. Ainsi, la technique CrossLaps’.” AI climinuic chez d es f emmes minopausCes ost&oporotiques [l-.ti[Lks p,ir \r\trogPnes ou bisphosphonates alors que la D-PYR AT Jirnin~lk uniquement chez les femmcs traitPes par des tr\rl-ogtnL,s s.~nsque le mtkanisme physiologique soit vkritablemenu connu [I2]. LI‘aprks cetle etude, le choix du marqueur biochirnicluz d;pendra du trairemenr instaurC. i\~n\i. ,111~kmme mkopausse, dont la rksorption osseuse ~‘CSI l)as ruftkunenr importante pour Ptre mesurge par ostkodcn\imGrrlc mais donr les mdrqueurs de rkorprion son1 AC\ I’S, pot.I-l-,Cr b6nCtkier d’un rraitement par crstrogknes ou 1. mp I~i~$~~~~~L~~~s.
Conclusion 1.~ rcmodrlage osseux peur irre facilemenr Pvaluk par des marquc’urs biochimiques qui, bien que retkant le m?me processu5 ph\Gologique, ne SonT pas rotdlemenf Pquivdlenrs enn-e C‘LK I .I tkermination de ces marqueurs apporte des renseignrmwrs compkmentaires de la mebure ost6odensimkrique. En offer. I‘osri-odensimkrie ne permcr pas d‘apprkcier une prrrt. IMCUIC duranf une pkiode courw. Les marqueurs biochimiques pr&enrcnr I’avanrage de mesurer les modifications de la l&sol-priori d‘:e\ Ies premikres semdines, ce qui permer une CvaluaTion rapide OLI l‘ajustement d’un trairemcnr. L‘urilisdrion de ces rrsrs simples en f-ourine pourrdir Srte me xidr pour lc. clinicien dam le suivi des femmes i risque. Rifirences
et al
w