doi:10.1684/abc.2020.1590
Pour citer cet article : Simon A, Schneider N, Gillery P, Oudart JB. Phénotypes d’haptoglobine : impacts cliniques et biologiques.Ann Biol Clin2020 ; 78(5) : 493-8
Phénotypes d’haptoglobine : impacts cliniques et biologiques
Clinical and biological features of haptoglobin phenotypes
Alicia Simon1 Nathalie Schneider1 Philippe Gillery1,2,3 Jean-Baptiste Oudart1,2,3
1Service de biochimie- pharmacologie-toxicologie, CHU Reims, Reims, France
2Laboratoire de biochimie médicale et biologie moléculaire, Université de Reims Champagne-Ardenne, SFR CAP-Santé (FED 4231), Reims, France
3Matrice extracellulaire et dynamique cellulaire - MEDyC, CNRS UMR 7369, Reims, France
Article rec¸u le 20 mai 2020, accept ´e le 10 ao ˆut 2020
Résumé. L’haptoglobine (Hp) est une protéine positive tardive de la phase aiguë de l’inflammation. Son rôle principal est de se fixer à l’hémoglobine libre libérée lors d’une hémolyse intravasculaire, en formant un complexe éliminé rapidement. D’autres propriétés ont été décrites comme l’inhibition du stress oxydatif ou la diminution de la synthèse des prostaglandines. Trois principaux phénotypes ont été identifiés à l’électrophorèse : Hp1-1, Hp2-1, Hp2-2. Ils sont caractérisés par des propriétés spécifiques pouvant avoir un impact dans certaines pathologies, notamment les maladies cardiovasculaires ou infectieuses. Les différents phénotypes d’haptoglobine peuvent être séparés par électrophorèse capillaire. Le phénotype Hp2-2 n’entraîne pas de dédou- blement de la fraction des ␣2-globulines. Le phénotype Hp2-1 provoque un dédoublement moins prononcé que le phénotype Hp1-1. Devant un dédouble- ment des␣2-globulines le diagnostic différentiel est essentiellement constitué par les hémolysesin vitroet la migration des chaînes légères libres monoclo- nales. Le biologiste peut signaler un possible phénotype Hp2-1 ou Hp1-1 sur le compte rendu d’une électrophorèse pour alerter sur les potentielles conséquen- ces physiopathologiques.
Mots clés : électrophorèse, haptoglobine, hémolyse, phénotype
Abstract. Haptoglobin is a late positive acute phase protein of inflamma- tion. Haptoglobin binds to free hemoglobin released from erythrocytes during intravascular hemolysis to form a complex which is removed shortly. Other properties like inhibition of oxidative stress and prostaglandin synthesis have been described. Three main phenotypes of haptoglobin have been identified:
Hp1-1, Hp2-1, Hp2-2, which may have an impact in different diseases such as cardiovascular or infectious diseases. Haptoglobins of different phenotypes can be separated by capillary electrophoresis. They may induce a split of the alpha 2-globulin zone in the electrophoretic pattern. Hp1-1 and Hp2-1 phenotypes induce an important and a moderate split of the␣2 globulin zone, respectively, whereas Hp2-2 does not. In vitro hemolysis and migration of a monoclonal component (i.e.immunoglobulin free light chain) may also induce a split of the alpha 2-globulin zone. In daily practice, Hp2-1 or Hp1-1 phenotypes could be notified in the electrophoresis report to alert the clinician about the possible physiopathological consequences.
Key words: electrophoresis, haptoglobin, haemolysis, phenotype, electropho- resis, phenotype
Correspondance: A. Simon
<asimon@chu-reims.fr>
L’haptoglobine (Hp) est une␣2-sialoglycoprotéine décrite pour la première fois par Jayle et Polonovski en 1938 [1].
Cette protéine positive de la phase aiguë de l’inflammation est synthétisée par les hépatocytes suite à une stimu- lation par des cytokines comme l’interleukine-1 (IL-1), l’interleukine-6 (IL-6) et le facteur de nécrose tumorale alpha (TNF-␣) [2]. L’augmentation de sa concentration lors d’un syndrome inflammatoire induit une augmenta- tion de la fraction des ␣2-globulines à l’électrophorèse des protéines sériques. Chez les nouveau-nés, les concen- trations plasmatiques d’haptoglobine sont quasi nulles en raison de l’absence de traversée de la barrière placentaire et de l’immaturité hépatique. Ses concentrations augmentent ensuite progressivement jusqu’à l’âge adulte. Les concen- trations physiologiques d’haptoglobine chez l’adulte sont comprises entre 0,38 et 2,27 g/L pour les techniques standardisées IFCC [1] et la demi-vie de l’haptoglobine libre circulante est de 3 à 5 jours [2]. Après une des- cription de sa structure, nous évoquerons les principales fonctions de l’haptoglobine et les potentielles implica- tions clinico-biologiques des trois phénotypes majeurs d’haptoglobine: Hp1-1, Hp2-1 et Hp2-2 [3]. Nous décri- rons ensuite comment l’électrophorèse capillaire permet de différencier ces phénotypes, ainsi que les éventuels diag- nostics différentiels à évoquer lors d’un dédoublement des
␣2-globulines.
Gène de l’haptoglobine
Le gène de l’haptoglobine est situé sur le bras long du chro- mosome 16 (16q22) et présente 2 allèles : Hp1 et Hp2 [2].
L’allèle Hp1 est composé de 5 exons, les quatre premiers codant la chaîne␣et le dernier codant la chaîne. Il existe deux variants protéiques de l’allèle Hp1 : Hp1S et Hp1F, qui se distinguent par les acides aminés situés en position 52 et 53 (asparagine et glutamine pour le variant Hp1S, acide aspartique et lysine pour le variant Hp1F). L’Hp1F présente une mobilité électrophorétique plus rapide que l’Hp1S, d’où les appellations F (fast) et S (slow) [3]. L’allèle Hp2 est composé de 7 exons suite à uncrossing-overindui- sant une duplication des exons 3 et 4 de l’allèle Hp1, le dernier exon codant toujours la même chaîne. Il n’est retrouvé que chez l’homme, contrairement à l’allèle Hp1 présent dans de nombreuses espèces [2]. Ainsi, six phéno- types d’haptoglobine ont été décrits : Hp1S-1S, Hp1S-1F, Hp1F-1F, Hp2-1S, Hp2-1F et Hp2-2. En électrophorèse en gel d’agarose, trois phénotypes majeurs sont classiquement séparés : Hp1-1 (regroupant Hp1S-1S, Hp1S-1F et Hp1F- 1F), Hp2-1 (regroupant Hp2-1S et Hp2-1F) et Hp2-2 [3]. En pratique quotidienne, la séparation de ces trois principaux phénotypes est réalisable par électrophorèse capillaire.
Structure de la protéine
L’haptoglobine possède une structure quaternaire consti- tuée de deux chaînes␣et deux chaînesreliées entre elles par des ponts disulfure. Les chaînessont identiques pour tous les phénotypes d’haptoglobine alors que les chaînes
␣sont de deux types,␣1 et␣2, issues respectivement de l’expression des allèles Hp1 et Hp2 [3]. La masse molé- culaire des chaînes␣1,␣2 etest respectivement de 8,9 kDa, 16 kDa et 40 kDa. Les chaînes ␣1 sont retrouvées dans les phénotypes de type Hp1-1 et Hp2-1. Elles ne com- portent qu’un résidu cystéine permettant la formation d’un pont disulfure inter-chaînes et l’obtention de dimères. Les chaînes␣2 sont retrouvées dans les phénotypes Hp2-1 et Hp2-2. Elles sont caractérisées par la présence de deux rési- dus de cystéine permettant la formation de polymères [3].
Les phénotypes Hp2-1 sont caractérisés par des dimères et des polymères linéaires tandis que les phénotypes Hp2- 2 sont caractérisés par des polymères cycliques (figure 1).
Les structures quaternaires sont (␣1)2pour Hp1-1, (␣2)n
pour Hp2-2 et [(␣1)2 + (␣2)n] pour Hp2-1. La masse moléculaire varie donc en fonction des phénotypes : 86 kDa pour le phénotype Hp1-1, entre 86 et 300 kDa pour l’Hp2-1 et entre 170 et 900 kDa pour l’Hp2-2, en fonction de la taille du polymère [1]. Les concentrations plasmatiques sont res- pectivement de 0,57 à 2,27 g/L pour le phénotype Hp1-1, de 0,44 à 1,83 g/L pour le phénotype Hp2-1 et de 0,38 à 1,50 g/L pour le phénotype Hp2-2 [1].
Polymorphisme et distribution géographique
L’étude des polymorphismes au sein des populations a montré une distribution différente selon les zones géo- graphiques et les ethnies. L’allèle Hp2 serait apparu il y 2 millions d’années environ en Asie du Sud-Est (région de l’Inde). Sa diffusion à travers le monde est secondaire à une pression génétique. L’allèle Hp1 est fortement retrouvé en Afrique et en Amérique du Sud, et plus rarement en Asie du Sud-Est. En Europe occidentale, on retrouve 16 % de phénotype Hp1-1, 48 % de phénotype Hp2-1 et 36 % de phénotype Hp2-2, ce qui représente environ une fréquence de 40 % d’allèle Hp1 et 60 % d’allèle Hp2 [4].
Fonctions de l’haptoglobine
La principale fonction de l’haptoglobine est de fixer l’hémoglobine (Hb) libre pour former un complexe Hp-Hb.
En effet, lors d’une hémolyse intravasculaire, le complexe Hp-Hb permet l’élimination de l’Hb libre, néphrotoxique. Il
Hp1-1
Hp2-1
Hp2-2
Pont disulfure
inter-chaînes Chaîne α2 Chaîne β Chaîne α1
Figure 1.Représentation schématique de la structure quaternaire des différents phénotypes d’haptoglobine. Le phénotype Hp1-1 est caractérisé par des dimères, le phénotype Hp2-1 par des dimères et des polymères linéaires et le phénotype Hp2-2 par des polymères cycliques.
présente une demi-vie très courte d’environ 10 minutes [2]
et est principalement éliminé par deux voies : un récepteur de faible affinité situé au niveau des hépatocytes (90 % de l’élimination) et le récepteur CD163 situé à la surface des macrophages (10 %). L’haptoglobine de phénotype Hp2-2 présente une affinité plus élevée pour le récepteur CD163 que les autres phénotypes [3].
D’autres rôles ont été décrits de par son action sur l’Hb libre et le fer. L’haptoglobine possède ainsi une activité de protection contre les radicaux libres oxygénés. Le fer fer- reux de l’hème réagit avec le peroxyde d’hydrogène par la réaction de Fenton pour produire des radicaux libres oxygénés (Fe2++ H2O2→ Fe3+ + OH- + OH◦) pouvant entraîner des lésions tissulaires oxydatives sur différents organes tels que le rein, le cerveau ou les poumons [3].
Ils participent également à l’oxydation des lipoprotéines de basse densité (LDL) formant des LDL petites et denses très athérogènes [3].
L’haptoglobine possède aussi une activité bactériostatique en empêchant la libération du fer, constituant essentiel à la croissance des bactéries [3].
De manière indirecte, l’haptoglobine permet également de maintenir le tonus vasculaire. En effet, l’hémoglobine libre inhibe la synthèse et l’action du monoxyde d’azote (NO), puissant vasodilatateur produit par de nombreux types cellulaires et notamment les macrophages activés. En raison de sa plus faible masse moléculaire lui conférant une demi-vie plus courte que celle des autres phénotypes,
l’haptoglobine de phénotype Hp1-1 aurait un effet par- ticulièrement protecteur vis-à-vis des effets délétères de l’Hb libre [3].
L’haptoglobine inhibe la synthèse de certaines prostaglan- dines et possède ainsi des propriétés anti-inflammatoires indirectes, plus marquées pour le phénotype Hp1-1 que pour les phénotypes Hp2-2 et Hp2-1. L’haptoglobine possède également un rôle immunomodulateur par inhibition de la fonction lymphocytaire [1]. Enfin, l’haptoglobine présente une activité pro-angiogéniquein vivo, plus importante pour le phénotype Hp2-2 que pour les autres phénotypes [1].
Impact clinique du phénotype d’haptoglobine
Différentes études montrent que le polymorphisme de l’haptoglobine aurait un effet sur les risques de complica- tions et le pronostic de certaines maladies, principalement en modulant le stress oxydatif par élimination plus ou moins rapide de l’Hb libre (tableau 1).
L’haptoglobine de phénotype Hp1-1 serait plus protectrice que l’haptoglobine des autres phénotypes, notamment dans les maladies cardiovasculaires ou le diabète de type 2 [3].
Par exemple, les personnes de phénotype Hp2-2 atteintes de diabète de type 2 auraient cinq fois plus de risque de complications macrovasculaires que les personnes de phé- notype Hp1-1 [3]. Dans une étude incluant 765 hommes
Tableau 1. Impacts cliniques des phénotypes d’haptoglobine.
Pathologies Phénotype Impacts cliniques Références
Diabète de type 2 Hp2-2 Risque accru de complications macrovasculaires [3]
Infarctus du myocarde Hp2-2 Lésions dues à un infarctus du myocarde plus étendues
Espérance de vie plus faible après un infarctus du myocarde
[5]
Tuberculose Hp2-2 Risque de mortalité plus élevé et risque accru de complications rénales
[6]
VIH Hp2-2 Risque de mortalité plus élevé que les autres phénotypes [3]
Vaccin hépatite B Hp2-2 Plus faible production d’anticorps après vaccination contre le virus de l’hépatite B
[3]
Hépatite C Hp1-1 Proportion d’haptoglobine de ce phénotype
plus importante chez les patients présentant une hépatite C chronique
[3]
Cancer du sein Hp1-1 Forte prévalence dans le cancer du sein [7]
Kératose actinique Hp1-1 et Hp2-1 Risque accru de développer une kératose actinique [8]
ayant subi un pontage coronarien, les patients de phéno- type Hp2-2 avaient une espérance de vie plus faible après un infarctus du myocarde que les patients de phénotype Hp2-1 ou Hp1-1 [5].
L’effet bactériostatique de l’haptoglobine varie selon le phénotype, avec un impact potentiel sur la progression de maladies infectieuses comme la tuberculose [6]. Les patients de phénotype Hp2-2 atteints de tuberculose ont un risque de mortalité et de complications rénales plus élevé [6]. En cas d’infection par le VIH, ces patients ont égale- ment un risque de mortalité plus élevé rapport aux autres phénotypes [3].
Par ailleurs, des concentrations d’immunoglobulines post vaccinales contre le virus de l’hépatite B plus faibles chez les individus de phénotype Hp2-2 ont été rapportées. La proportion de phénotypes Hp1-1 est plus importante chez les patients présentant une hépatite C chronique [3].
De récentes études montrent le potentiel lien entre le phénotype de l’haptoglobine et le développement ou la pro- gression de certains cancers. Par exemple, l’haptoglobine de phénotype Hp1-1 est retrouvée de fac¸on prépondérante chez les patientes atteintes de cancer du sein [7].
Enfin, les patients de phénotype Hp1-1 et Hp2-1 auraient plus de risques de développer une kératose actinique [8].
Détermination du phénotype d’haptoglobine
Les trois phénotypes majeurs d’haptoglobine ont été ini- tialement identifiés par électrophorèse en gel d’agarose en 1955 [9]. Par cette technique, l’haptoglobine de phénotype Hp1-1 migre sous la forme d’une seule bande, alors que les phénotypes Hp2-1 et Hp2-2 en présentent plusieurs, en raison de leurs différents degrés de polymérisation.
L’utilisation d’un tampon contenant un mélange d’urée et de-mercaptoéthanol permet de réduire les ponts disulfures et de séparer ces différents phénotypes.
L’électrophorèse capillaire, couramment utilisée en bio- logie clinique, sépare les protéines en six fractions selon la charge des protéines soumises à un flux d’électro- endosmose : l’albumine, les ␣1 et␣2-globulines, les 1 et2-globulines et les␥-globulines. L’haptoglobine migre dans la zone des ␣2-globulines, avec d’autres protéines comme l’alpha-2-macroglobuline et la céruloplasmine.
Lors d’une électrophorèse capillaire classique, les ponts disulfures de l’haptoglobine ne sont pas réduits et les sous- unités ne sont donc pas séparées.
Guerranti et al. ont comparé les profils de migration des différents phénotypes d’haptoglobine identifiés par western-blot à ceux de l’électrophorèse capillaire [10].
La migration de l’haptoglobine de phénotype Hp2-2 et de l’alpha-2-macroglobuline est identique, expliquant la présence d’un seul pic au niveau de la fraction des ␣2- globulines. L’haptoglobine de phénotype Hp1-1 migre moins rapidement que l’alpha-2-macroglobuline, indui- sant un dédoublement de la fraction des ␣2-globulines.
L’haptoglobine de phénotype Hp2-1 est plus difficile à identifier précisément en électrophorèse capillaire, car le dédoublement des␣2-globulines est moins prononcé que celui en cas de de phénotype Hp1-1 (figure 2). Dans le cas d’un phénotype d’haptoglobine Hp1-1 ou Hp2-1, le dédoublement est constamment retrouvé au cours du temps, prouvant son caractère pérenne et constitutionnel.
Lors de l’interprétation de l’électrophorèse capillaire des protéines sériques, il convient de connaître et d’identifier d’autres circonstances physiopathologiques pouvant induire un dédoublement des␣2-globulines. Lors d’une hémolysein vitro, le complexe Hp-Hb migre entre les zones des␣2-globulines et des1-globulines, occasionnant
Hp1-1
Hp2-1
Hp2-2 + α2-macroglobuline
Chaîne légère libre monoclonale
Chaîne légère libre monoclonale
Hp2-2 + α2-macroglobuline
Hp2-2 + α2-macroglobuline α2-macroglobuline
α2-macroglobuline
A
C
E
D B
Figure 2.Electrophorégrammes des protéines sériques sur automate Capillarys®3 SebiaTM.A: profil compatible avec un phénotype Hp1-1.B: profil compatible avec un phénotype Hp2-2.C: profil compatible avec un phénotype Hp2-1.D: profil caractéristique d’une hémo- lysein vitro.E: chaîne légère libre monoclonale migrant dans la zone des␣2 globulines associé à une diminution des gammaglobulines.
un épaulement ou dédoublement des ␣2-globulines. Cet aspect s’accompagne fréquemment d’une augmentation des
1-globulines en raison de la migration de l’Hb libre à ce niveau. Après vérification visuelle de l’échantillon ou éva- luation de l’indice d’hémolyse du sérum, il n’est donc pas recommandé d’effectuer ni d’interpréter l’électrophorèse d’un sérum hémolysé. Cependant, le biologiste peut indiquer sur le compte rendu le niveau d’hémolyse et l’interférence possible. En cas d’hémolyse in vivo, l’haptoglobine est rapidement consommée pour former le complexe Hp-Hb majoritairement éliminé au niveau hépa- tique. L’haptoglobine et le complexe sont donc peu présents dans le prélèvement soumis à l’électrophorèse capillaire.
Dans un contexte d’hypogammaglobulinémie associée à un dédoublement des ␣2-globulines, le diagnostic de myé- lome multiple à chaîne légère doit être évoqué. Un pic d’allure monoclonale dans la zone des␣2-globulines peut être secondaire à la migration d’une chaîne légère libre monoclonale, ou beaucoup plus rarement d’une immuno- globuline monoclonale complète de mobilité anodique. En cas de doute sur la présence d’une immunoglobuline mono- clonale, un immunotypage des protéines sériques et/ou
un dosage des chaînes légères libres d’immunoglobulines doivent être réalisés.
Enfin, l’interprétation du phénotype d’haptoglobine doit rester prudente en cas de syndrome inflammatoire, qui s’accompagne d’une augmentation des␣2-globulines pou- vant rendre difficile la visualisation d’un dédoublement.
Conclusion
L’haptoglobine est essentielle pour éliminer l’Hb libre lors d’une hémolyse intravasculaire. Elle possède également des autres fonctions annexes connues telles que la protection contre les radicaux libres oxygénés ou l’inhibition de la synthèse de prostaglandines. La structure quaternaire des différents phénotypes d’haptoglobine a des répercussions sur ses propriétés, pouvant avoir un impact pronostique dans certaines pathologies comme le diabète, des mala- dies cardiovasculaires ou des maladies infectieuses, même si cela reste encore très peu décrit à ce jour. Ainsi, le phénotype Hp1-1 aurait un caractère protecteur vis-à-vis des pathologies cardiovasculaires par rapport aux autres
phénotypes. Les individus de phénotype Hp2-1 ou Hp2- 2 pourraient donc bénéficier d’une surveillance accrue. En pratique quotidienne, l’électrophorèse capillaire permet de différencier les trois principaux phénotypes d’haptoglobine (Hp1-1, Hp2-1, Hp2-2), qui apparaissent sous forme d’un seul pic ou d’un dédoublement au niveau des␣2-globulines.
Le phénotype probable du patient pourrait être signalé à titre informatif sur le compte rendu de l’examen. Néanmoins, il est indispensable de ne pas méconnaître les principaux diagnostics différentiels à évoquer devant un dédoublement des␣2-globulines que sont les immunoglobulines monoclo- nales et les hémolysesin vitro.
Liens d’intérêts
les auteurs déclarent ne pas avoir de lien d’intérêts en rapport avec cet article.
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