DOSSIER
La ponction lombaire
Biomarqueurs du liquide cérébrospinal dans
les maladies d’Alzheimer et de Parkinson
Cerebrospinal fluid biomarkers in Alzheimer and Parkinson diseases
C. Paquet*, É. Magnin**, D. Devos*** pour le groupe ePLM1
* Centre de neurologie cognitive, hôpital Lariboisière et université Paris-Diderot, Paris.
** Service de neurologie, CHRU Jean- Minjoz, Besançon.
*** Service de neurologie, centre hospitalier-site La Roche sur Yon.
1 Le groupe ePLM est constitué de Claire Paquet, Julien Dumur- gier, Emmanuel Cognat, Jacques Hugon, Élodie Amar-Bouaziz, Jean- Louis Laplanche, Frédéric Blanc, Olivier Bousiges, Audrey Gabelle, Jacques Touchon, Sylvain Lehmann, Constance Delaby, David Wallon, Didier Hannequin, Muriel Quil- lard-Murain, Éloi Magnin, Carole Miguet-Alfonsi, Florence Pasquier, Stéphanie Bombois et Susanna Schraen.
U
n biomarqueur se définit comme une entité mesurable et quantifiable dont la présence ou l’activité est associée à la maladie. Le bio marqueur idéal doit être très spécifique, lié au processus pathologique, il doit permettre de prédire l’existence, voire l’évolution de la maladie, et il doit refléter le niveau de réponse à un éventuel traitement étiologique (1). Les biomarqueurs représentent un vaste domaine de recherche clinique dans les atteintes neurocognitives et dans les maladies neurodégénéra- tives. Actuellement, seuls des bio marqueurs du liquide cérébrospinal (LCS) de la maladie d’Alzheimer (MA) ont été validés pour la recherche et la pratique clinique courante. Ils ne permettent pas de localiser les plaques amyloïdes et les dégénérescences neuro- fibrillaires, mais offrent un reflet de la charge lésion- nelle neuropathologique du patient.Dans les autres domaines (autres atteintes neuro- cognitives, neurodégénératives ou psychiatriques), des biomarqueurs sont en cours de développement et ne sont pas encore validés. Nous détaillerons l’aspect pratique et l’impact de l’utilisation des biomarqueurs dans la MA en pratique courante et en recherche, nous introduirons les biomarqueurs en développement dans la MA et la maladie de Parkinson (MP). Nous nous appuierons notamment sur les travaux en pratique clinique courante du réseau national ePLM regrou- pant 6 centres mémoire de ressources et de recherche (CMRR) [Besançon, Lille, Montpellier, Paris Lariboisière, Rouen, Strasbourg] et sur la littérature internationale.
Biomarqueurs de la maladie d’Alzheimer
La MA est la maladie neurodégénérative la plus fréquente. Elle se caractérise par une accumu-
lation extraneuronale de peptide β-amyloïde (Aβ) et d’une accumulation intraneuronale de la forme activée de la protéine stabilisatrice du squelette des neurones (protéine tau) [2]. Selon l’hypothèse amyloïde, l’accumulation d’Aβ entraînerait une acti- vation (phosphorylation) anormale de tau puis une déstabilisation du squelette du neurone conduisant à une perte neuronale et synaptique qui serait res- ponsable des troubles cognitifs (2). L’ensemble de ces anomalies histologiques est mesurable dans le LCS et a permis la mise au point de biomarqueurs (peptide d’Aβ1-42, tau totale et tau phosphorylée sur la thréonine 181) dont les résultats sont corrélés à la charge lésionnelle observée en neurohistologie (3).
Recueil et interprétation des biomarqueurs du LCS
Le prélèvement de LCS nécessite la réalisation d’une ponction lombaire (PL). Quelques éléments très importants sont spécifiques à la PL pour le dosage des biomarqueurs du LCS de la MA, car ils influencent les résultats. La quantité à prélever doit être de 2 à 3 ml de LCS directement dans un tube en polypropylène pour limiter l’agrégation du peptide Aβ sur les parois. Attention, il ne faut pas prendre les tubes habituels à la PL en polystyrène ni transvaser d’un tube habituel à un tube en polypropylène. Plu- sieurs études soulignent la variabilité liée au tube de prélèvement dans le dosage des biomarqueurs, en particulier du peptide amyloïde (4) ; il est donc essentiel de demander la référence du tube au laboratoire dans lequel le dosage est envoyé. Après recueil, les prélèvements de LCS sont acheminés immédiatement au laboratoire pour être centrifugés dans un délai inférieur à 4 heures. Les dosages des
tiquer plus tôt, plus précisément et d’objectiver la présence d’une cible thérapeutique chez un patient. Ponction lombaire
Highlights
»Alzheimer’s disease (AD) is the only neurodegenerative pathology for which there are validated diagnostic bio- markers.
»These biomarkers have identified the existence of a therapeutic target and offer the possibility to measure the impact of treatments under development.
»The discovery of biomarkers of cerebrospinal fluid in AD has opened an important field of search for biomarkers in other neurodegenerative pathologies that will diagnose earlier, more precisely and to objectify new therapeutic target.
Keywords
Alzheimer’s Disease Parkinson’s Disease Cerebrospinal fluid Biomarkers biomarqueurs Aβ1-42, tau totale et tau phosphorylée
sont effectués au moyen de kits Elisa®. Le dosage de l’Aβ1-40 est également proposé en complément dans certains laboratoires.
Le profil biologique de la MA se caractérise par une diminution du peptide d’Aβ1-42, une augmentation de la protéine tau totale et de la protéine tau phospho- rylée. La production des peptides Aβ présente une importante variabilité interindividuelle. L’utilisation du ratio 42/40 permet de confirmer l’existence d’une pathologie en lien avec Aβ. Un ratio diminué est en faveur d’une pathologie en lien avec Aβ, alors qu’un ratio normal suggère une variation physiologique (intra-individuelle ou interindividuelle) de la pro- duction d’Aβ (5, 6).
Le dosage des 3 marqueurs associés a une sensibi- lité de 90-95 % et une spécificité de 90 % pour le diagnostic de MA (7, 8). L’interprétation de ces bio- marqueurs nécessite souvent d’utiliser des échelles ou des ratios pour les analyser. Afin de simplifier l’utilisation en pratique clinique courante, notre réseau ePLM a publié une échelle de cotation simple à partir des résultats bruts d’Aβ1-42, tau totale et tau phosphorylée : la PLM scale (9). Elle est cotée de 0 à 3 et permet d’évaluer le risque d’avoir une MA en fonction du nombre de marqueurs ayant des valeurs pathologiques :
➤ 0 = pas de marqueur anormal, risque de 6,0 à 13,2 % d’être atteint d’une MA ;
➤ 1 = 1 seul marqueur anormal, risque de 18,0 à 31,3 % d’être atteint d’une MA ;
➤ 2 = 2 marqueurs anormaux, risque de 67,8 à 86,5 % d’être atteint d’une MA ;
➤ 3 = 3 marqueurs anormaux, risque de 90,7 à 97,7 % d’être atteint d’une MA.
Cette échelle présente l’avantage de pouvoir être appliquée avec les seuils propres à chaque labora- toire réalisant le dosage. Cela donne un risque qui est à interpréter en lien avec le contexte clinique pour chaque patient, notamment pour les profils inter- médiaires (stades 1 et 2, par exemple). Par ailleurs, une forte augmentation du taux de la protéine tau totale suggère une mort neuronale importante, ce qui n’exclut pas une MA (10). Il faut noter qu’une telle augmentation de la protéine tau totale avec peu ou pas de modification du peptide Aβ et de la protéine tau phosphorylée est observée dans la
maladie de Creutzfeldt-Jakob, dans l’accident vascu- laire cérébral, le traumatisme crânien récent ou au décours d’une crise convulsive. La cinétique précise de cette augmentation transitoire après ces événe- ments aigus reste floue, mais plusieurs semaines de délai sont nécessaires pour réaliser les dosages à dis- tance de ces épisodes neurologiques, afin d’obtenir une interprétation fiable du profil des biomarqueurs.
Indications et impact de l’utilisation des biomarqueurs du LCS de la maladie d’Alzheimer en pratique courante
◆Indications
Le dosage des biomarqueurs du LCS dans la MA ne se substitue pas à l’évaluation clinique et n’est pas systématique, mais peut être proposé en pratique clinique courante “en cas de doute diagnostique et en particulier chez les patients jeunes” (HAS 2010).
Le niveau de doute diagnostique est laissé à l’appré- ciation du médecin. Chez le sujet jeune (c’est-à-dire présentant les premiers signes de la maladie avant 65 ans), il est important de déterminer l’étiologie des troubles, et notamment par la réalisation d’une PL incluant le dosage des biomarqueurs du LCS. Dans d’autres situations comme lorsque l’évaluation neuro psychologique est difficile (illettrisme, bar- rière linguistique, présence de troubles sensoriels), lors de présentations cliniques atypiques (atro- phie corticale postérieure, atteinte dysexécutive au premier plan, atteinte psychiatrique atypique, etc.) ou quand certaines comorbidités peuvent être à l’origine de troubles cognitifs (maladie psychiatrique, neurovasculaire et/ou éthylisme), l’utilisation des biomarqueurs permet d’établir ou non la présence d’anomalies de type Alzheimer et ainsi d’optimiser l’information, le traitement et l’orientation du patient. Dans ces situations complexes, les résul- tats des biomarqueurs peuvent permettre d’évoquer une MA et faire discuter son association à d’autres pathologies. Ils peuvent aussi permettre d’écarter ce diagnostic et ainsi d’orienter vers d’autres recherches étiologiques.
L’évaluation de la complexité de ces situations peut nécessiter l’intervention d’une consultation neuro- logique, de mémoire de proximité, voire d’un CMRR
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dont l’expertise aidera à juger de l’utilité d’un dosage des biomarqueurs dans la prise en charge du patient, mais qui pourrait aussi aider à l’interprétation des résultats en lien avec le laboratoire réalisant les dosages.
◆Impact en pratique clinique
La découverte, la validation puis l’utilisation de ces biomarqueurs ont profondément modifié la démarche diagnostique conduisant à la publication de nouveaux critères diagnostiques de la MA pour la recherche puis la pratique courante. Alors que les anciens critères diagnostiques permettaient, grâce à une démarche d’élimination, un diagnostic de la MA au stade de démence, les nouveaux critères requièrent des arguments cliniques et paracliniques (dont les biomarqueurs) positifs en faveur du dia- gnostic de MA. Les anciens critères conduisaient à un taux d’erreur diagnostique de l’ordre de 30 %, soulevant le problème non seulement de la spéci- ficité de la prise en charge des patients, mais éga- lement de la population de patients inclus dans les essais thérapeutiques. Par exemple, l’efficacité des traitements symptomatiques actuels n’a jamais été infirmée ou confirmée dans une population physio- pathologiquement mieux définie et au regard de marqueurs explorant la voie cholinergique. Les biomarqueurs apportent une meilleure identifica- tion des patients en clinique aidant au diagnostic différentiel entre MA et d’autres atteintes neuro- cognitives parfois difficiles à distinguer (dépression, démence vasculaire, carence vitaminique, démence alcoolique, hydrocéphalie chronique de l’adulte, dégénérescence frontotemporale, maladie à corps de Lewy, dégénérescence corticobasale, maladie de Creutzfeldt-Jakob, etc.).
En pratique clinique courante, grâce à plusieurs études prospectives nationales réalisées en 2011 puis en 2013, nous avons pu identifier que ces bio- marqueurs étaient de plus en plus utilisés et que les indications se modifiaient (11). En 2014, grâce à une étude prospective multicentrique nationale du groupe ePLM, nous avons montré l’impact des biomarqueurs du LCS sur le diagnostic et la prise en charge du patient. Cette étude a ainsi confirmé que pour 30 % des patients, il existe une discordance entre le diagnostic de MA cliniquement évoqué et les résultats des biomarqueurs ; en d’autres termes, il y a 30 % d’erreurs diagnostiques lorsque l’on se base uniquement sur la clinique (12). Parmi les patients présentant un tableau clinique de MA avec des biomarqueurs normaux, la réalisation d’autres explorations complémentaires et le suivi clinique
ont pu montrer que 75 % patients présentaient une autre pathologie neurocognitive nécessitant pour certaines une prise en charge spécifique (éthylisme, dépression, atteinte neurovasculaire, épilepsie). De plus, ces travaux ont permis de mettre en évidence l’importance de l’utilisation de ces biomarqueurs pour d’autres pathologies. Ainsi, dans le sous-groupe de patients présentant des troubles cognitifs dans le cadre d’une pathologie psychiatrique, nous avons montré que 25 % d’entre eux avaient des bio- marqueurs en faveur d’une MA. Ces patients pré- sentaient des symptômes psychiatriques de début tardif et le délai entre le début des troubles psy- chiatriques et l’apparition de l’altération cognitive était court, contrairement à ceux présentant une pathologie psychiatrique ancienne et chronique (13).
L’utilisation des biomarqueurs du LCS permet donc de diagnostiquer plus précisément afin de prescrire une prise en charge adaptée et d’apporter des infor- mations claires et précises à la famille sur l’évolution, le traitement, la prévention et − potentiellement − le risque héréditaire.
Enfin, en interrogeant directement les cliniciens, nous avons montré que l’utilisation des biomar- queurs augmentait significativement le taux de confiance du clinicien en son diagnostic et modifiait la prise en charge du patient.
Biomarqueurs du LCS en recherche dans la maladie d’Alzheimer
Dans le cadre du développement thérapeutique actuel pour les patients souffrant de MA débutante ou légère, l’utilisation des biomarqueurs est devenue indispensable afin de s’assurer de la présence d’Aβ avant de commencer un traitement anti-Aβ. Le suivi de ces biomarqueurs permet également de confirmer que le traitement atteint bien la cible biologique. En effet, il paraît difficilement concevable d’explorer la physiopathologie de la MA ou de mettre au point des traitements anti-Aβ sans certitude quant à la présence des anomalies caractéristiques de la maladie. Ce raisonnement de mise en évidence de la cible thérapeutique s’appliquera bien entendu au développement des traitements anti-tau. Ainsi, comme dans le cancer ou le VIH, les biomarqueurs ont permis la mise en évidence d’une anomalie per- mettant d’identifier une cible thérapeutique et de mieux caractériser les patients.
Plus globalement, en recherche clinique, les nou- veaux critères permettent d’identifier des troubles cognitifs bien avant le stade de la démence, ouvrant
de la MA, mais aussi la possibilité d’essais théra- peutiques en tout début de maladie, voire avant les premiers symptômes. Une démarche présymptoma- tique peut être justifiée par la possibilité de pro- poser à ces patients de participer à une recherche clinique. Ces dosages ne doivent pas être proposés systématiquement dans le cadre des troubles cogni- tifs légers. La réflexion éthique à ce stade doit bien sûr être centrale et discutée au cas par cas avec les patients, leurs familles et en gardant en perspective la recherche.
En recherche physiopathologique, l’utilisation de ces biomarqueurs, nous permet de mieux comprendre la séquence chronologique du développement de la MA, les différents types de patients, les facteurs de risque de développer une MA et les éventuels facteurs permettant de ralentir l’apparition ou l’ag- gravation des signes cliniques. Ces biomarqueurs ont également apporté un éclairage sur les patho- logies mixtes (atteinte vasculaire + MA, maladie à corps de Lewy + MA, etc.) et sur toutes les formes atypiques. Ainsi, nous avons montré par exemple que les patients souffrant d’une MA et dont les pre- miers symptômes étaient phasiques, présentaient des anomalies plus importantes des taux de protéine tau (1).
Maladie de Parkinson : vers le développement de biomarqueurs ?
La MP est la deuxième maladie neurodégénérative la plus fréquente. Elle se caractérise par une accu- mulation intraneuronale d’une forme anormale de l’alpha-synucléine qui provoque progressivement la mort des neurones. Ces anomalies sont localisées au niveau de la substance noire (locus niger) pars com- pacta, dans le mésencéphale. Le degré de sévérité des symptômes moteurs corrèle avec l’importance de la perte des cellules nerveuses dans cette région, mais également dans le noyau dorsal du vague et le locus cæruleus. Les neurones de ces régions produisent des catécholamines, principalement la dopamine, et leur disparition entraîne une chute progressive des taux de dopamine dans le striatum qui serait responsable des symptômes de la MA (2).
Pour la MP, la situation diffère de celle de la MA car il n’existe pas de biomarqueurs biologiques validés, même s’il existe une longue liste de candidats poten- tiels. En théorie, les biomarqueurs du LCS pourraient permettre de prédire la sévérité du pronostic et ainsi
sant d’une aide au diagnostic précoce, il faudrait un biomarqueur ayant une valeur prédictive posi- tive suffisante pour prédire la survenue des signes moteurs à un stade prodromal de la maladie. En effet, la survenue d’une hyposmie, d’un trouble du comportement moteur en sommeil paradoxal, d’une constipation, d’une anxiété ou d’une dépression ou tout autre signe prémoteur de MP seraient idéale- ment confirmés par des biomarqueurs radiologiques (DaT-scan montrant une déplétion dopaminergique présynaptique, IRM avec une surcharge en fer de la substance noire) et du LCS plusieurs mois ou années avant que l’akinésie, la rigidité et éventuellement le tremblement de repos n’apparaissent.
À l’instar de la MA, les protéinopathies sont actuel- lement les candidats les plus étudiés. L’accumulation d’agrégats d’α-synucléine mal conformée est asso- ciée à une majorité de formes de MP. Cependant, la valeur diagnostique des niveaux d’α-synucléine n’est pas établie. Il n’y a pas de preuve définitive qui objective une différence de ces taux entre la MP et les autres syndromes parkinsoniens. En revanche, le niveau total d’α- synucléine est signi- ficativement diminué dans la MP par rapport aux sujets contrôles. Les formes pathologiques oligomé- riques et phosphorylées d’α-synucléine sont quant à elles significativement augmentées dans la MP par rapport aux sujets contrôles. Dans une récente méta-analyse, la sensibilité et la spécificité mises en évidence chez les patients atteints de MP com- parativement aux sujets contrôles étaient calcu- lées à 0,72 et 0,65, respectivement, pour le niveau total d’α-synucléine, et de 0,71 et 0,64, respecti- vement, pour la forme pathologique oligomérique.
Ces valeurs encourageantes sont toutefois insuffi- santes pour permettre une application clinique (14).
La recherche se poursuit donc, d’une part, sur la standardisation des mesures et, d’autre part, sur l’association d’autres biomarqueurs. Citons les mar- queurs d’excès de stress oxydant (8-hydroxy-2’- déoxyguanosine [8-OHdG], malonaldehyde [MDA], protéines carbonylées, 4-hydroxynonenal [4-HNE], protein deglycase DJ-1, etc.) qui sont significati- vement augmentés, mais leur grande variabilité inter- et intra-individuelle limite considérablement leur valeur de biomarqueur. Toujours en lien avec la mitochondriopathie et l’excès de stress oxydant, le glutathion (ratio glutathion oxydé/réduit) et l’oxydation de la dopamine (5 cysteinyl dopamine) et de la ferritine (augmentation du stockage en fer en réaction à l’environnement pro-oxydant) semblent également prometteurs, mais cela reste à
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La ponction lombaire Biomarqueurs du liquide cérébrospinal dans les maladies d’Alzheimer et de Parkinson
démontrer (15). Ils pourraient avoir un intérêt pour suivre l’évolution des traitements neuro protecteurs antioxydants comme les chélateurs du fer (16).
La dysfonction lysosomale établie en préclinique a également conduit à proposer le dosage de la β-glucocérébrosidase.
Conclusion
La mise au point de biomarqueurs du LCS dans la MA a permis des avancées importantes dans la compréhension physiopathologique du vivant du patient, dans la classification clinique des troubles
neuro cognitifs, mais également dans la mise en évidence de cibles thérapeutiques chez un patient donné. Cette avancée majeure a également ouvert le champ de la recherche de biomarqueurs dans d’autres pathologies neurodégénératives et plus largement dans d’autres maladies neurologiques.
Actuellement, les biomarqueurs du LCS sont utiles dans la démarche diagnostique et de recherche de la MA. La mise au point et la future place de bio marqueurs dans les autres pathologies neuro- logiques sont à établir. Par analogie avec la MA, ces futurs biomarqueurs modifieront probablement la stratégie diagnostique et le développement théra- peutique des maladies neurodégénératives. ■ C. Paquet déclare avoir des liens
d’intérêts avec Fujirebio, Roche, ADX Neurimmune, Alzohis, Quanterix et Lilly.
É. Magnin et D. Devos n’ont pas précisé leurs éventuels liens d’intérêts.
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Références bibliographiques
Livre
■Comprendre, soigner, accompagner la maladie d’Alzheimer en 100 questions
Quelles sont les causes de la maladie d’Alzheimer ? Quelles sont ses principales manifestations ? Est-elle héréditaire ? Comment se protéger de la maladie et comment la freiner ? Qui et quand consulter ? Comment l’entourage peut-il soutenir le malade ? Peut-on espérer prochainement des traitements plus efficaces ?
Marie Sarazin, éditions Tallandier.
