TOXICITE MITOCHONDRIALE DES INHIBITEURS NUCLEOSIDIQUES DE LA TRANSCRIPTASE INVERSE

1. TOXICITE MITOCHONDRIALE DES INHIBITEURS NUCLEOSIDIQUES DE LA TRANSCRIPTASE INVERSE DIU de Bujumbura Novembre 2008 Médecins promotion 3 Dr Cédric Arvieux – CHU de Rennes

2. généralités • Effet secondaire des ARVs particulièrement des INTI (NUC) • Problème de toxicité à long terme des ARVs • Problème clinique de diagnostique difficile • Présentations diverses et atypiques • Forme aiguë : acidose lactique • Forme chronique avec atteinte d’organe(s) • Nerfs, muscles, foie, … • Forme chronique systémique : asthénie, lipodystrophie • Pronostic vital parfois en jeu • Intérêt d’un diagnostic précoce

3. 1.Fonctions mitochondriales

4. Cellule Qu’est-ce qu’une mitochondrie ? Mitochondrie • Usine énergétique • Une cellule renferme des centaines de mitochondries • Possède son propre ADNmt

5. Dans la mitochondrie Phosphorylation oxydative : glycolyse aérobie Production performante d’ATP (1 glucose 36 ATP) Energie Dans le cytoplasme Glycolyse : métabolisme anaérobie Production peu performante d’ATP (1 glucose 2 ATP + lactates) Peu d’énergie Production de l’énergie cellulaire La mitochondrie génère la majorité de l’énergie cellulaire

6. Production d’énergie : mitochondrie vs cellule Lorsque la production d’énergie passe de la mitochondrie au cytoplasme, il y a plus de production d’acide lactique Production d’énergie : ATP Production d’acide lactique

7. 2.Biogenèse des mitochondries

8. L’ADN mitochondrial • Les mitochondries possèdent leur propre ADN (ADNmt) • Réplication de l’ADNmt • uniquement d’origine maternelle • propre système de réplication • indépendant du cycle de la cellule • mode semi-conservatif • par l’ADN polymérase mitochondriale • L’ADNmt code pour des enzymes (protéines) intervenant dans la phosphorylation oxydative

9. L’ADNmt se réplique plus souvent que l’ADN nucléaire. Il y a donc plus de risque de voir apparaître des erreurs de réplication Le taux de mutation de l’ADN polymérase  est 17 fois plus élevé que celui des ADN polymérases nucléaires A l’état normal, il existe un mélange d’ADN sauvage et d’ADN muté dans la mitochondrie Réplication mitochondriale

10. ADN Mt Normal ADN Mt Mutant L’ADN mitochondrial ne se divise pas également,il se répartit au hasard entre les cellules filles Anormal Normal

11. Mitochondrie normale Cellule mère Mitochondrie mutante Séparation des mitochondries normales et mutantes Seuil 70% mutant Lors de la division cellulaire, chaque cellule fille obtient le même ADNn mais un ADNmt différent 80% mutants MALADIE 60% mutants NORMAL 40% mutants NORMAL 0% mutant NORMAL

12. 3.Impact des NRTI sur la mitochondrie in vitro

13. Transcriptase inverse du VIH Responsable de la synthése de l’ADN viral Capacité du NRTI à inhiber la réplication virale Polymérase mitochondriale Responsable de la synthése de l’ADNmt Capacité du NRTI à inhiber la synthèse de l’ADNmt Capacité à induire une toxicité mitochondriale La fonction ADN polymérase ADN polymérases Inhibées par les NRTI

14. Polymérase  ADNmt ADNmt Protéines codées par l’ADNmt fonction Protéines codées par l’ADNmt mitochondrie Protéines codées par l’ADN nucléaire NRTI Polymérase  ADNmt dysfonctionnement Brinkman K. & al. Mitochondrial toxicity induced by nucleoside-analogue reverse-transcriptase inhibitors is a key factor in the pathogenesis of antiretroviral-therapy-related lipodystrophy. The Lancet : vol 354, Sept 25, 1999.

15. Conséquences de l’inhibition de la réplication de l’ADNmt • Dans un premier temps • déficit de production d’énergie • accumulation d’acide lactique • Dans un second temps • mort cellulaire

16. NRTI et inhibition de la l’ADN polymérase g Capacité relative d’inhibition dela polymerase g * *1/Ki/Km Métabolites actifs triphosphorylés Martin JL & al. Effects of antiviral nucleoside analogs on human DNA polymerases and mitochondrial DNA synthesis. Antimicrobial Agents and Chemotherapy 1994 : 38; 2743-2749

17. Inhibition de la synthèse de l’ADNmt IC50 (µM) ADNmt 3TC >200 ABC* >100 ZDV >100 d4T 10 ddC 0.002 ddI indéterminé ddC > d4T > ZDV = ABC > 3TC Martin JL & al. Effects of antiviral nucleoside analogues on human DNA polymerases and mitochondrial DNA synthesis. Antimicrobial Agents and Chemotherapy 1994 : 38; 2743-2749 * Daluge S & al. 1592U89, a Novel Carbocyclic Nucleoside analog with Potent, Selective Anti-Human Immunodeficiency Virus Activity. Antimicrobial Agents and Chemotherapy 1997, 451 : 1082-1093

18. NRTI et production d’acide lactique in vitro ddC d4T % d’augmentation du taux d’acide lactique AZT ddI Jours de culture Chen CH & al. Effects of anti-human immunodeficiency virus nucleoside analogues on mitochondrial DNA and its implication for delayed toxicity. Molecular Pharmacology 1991 : 39; 625 - 628 K.Brinkman & al. Adverse effects of reverse transcriptase inhibitors : mitochondrial toxicity as common pathway. AIDS 1998, 12 : 1735-1744

19. Facteurs de risque de mitochondriopathie induite par les NRTI (1) • Exposition aux ARVs : INTI surtout • Risque différent selon les INTI • Les plus à risque : ddc > ddi > d4T> AZT • Les moins à risque : 3Tc, FTC, TDF, ABC • Dose des ARVs • Durée d’exposition : > 1 an • Associations : d4T + ddi ; ddi + TDF • Association à ribavirine (ddi et d4T ++) et peut être interféron (in vitro)

20. Facteurs de risque de mitochondriopathie induite par les NRTI (2) • Âge • dysfonctionnement mitochondrial préexistant • Sexe : F • Grossesse (dernier trimestre) • Surpoids • Prédisposition génétique ??? • Survenue d’une IO ou évènement intercurrent : favorise la décompensation clinique

21. 4.Manifestations cliniques

22. Pathologies mitochondriales Cœur Trouble de la conduction, Wolff -Parkinson-Syndrome blanc Cardiomyopathie Oeil neuropathie optique, ophtalmoplégie rétinopathie Muscle squelletique Faiblesse,fatique myopathie, neuropathie Foie Hépatopathie Phospho-rylation oxydative ADN nucléaire S/unités Reins Syndrome de Fanconi, glomérulopathie Cerveau crises myocloniques, ataxie, AVC, démence, migraine ADN mitochondrial Pancréas Diabète ADN nucléaire Sang Syndrome de Pearson Colon Pseudo- obstruction Oreille interne Perte audiotion neuro-sensorielle Interaction between Genes Encoded by Nuclear DNA and Those Encoded by Mitochondrial DNA is Oxidative Phosphorylation (NEJM September 7, 1995 Vol. 333, No. 10 Seminars in Medicine of the Beth Israel Hospital, Boston: Mitochondrial DNA and Disease, Donald R. Johns)

23. Différence de toxicité en fonction des tissus (in vitro) Pour chaque tissu • Division cellulaire différente • Variation de production d’ADN mitochondrial • Rôle de la mitochondrie plus ou moins important • Atteinte mitochondriale variable selon le niveau de phosphorylation intracellulaire des NRTI • Comportement pharmacocinétique différent selon les NRTI • concentration de drogues différente

24. Dysfonctionnements mitochondrial dûs aux NRTI • Neurologique • polyneuropathied4T, ddI • myopathieZDV • Musculaire • cardiomyopathie ZDV,ddI • Hépatique • stéatose, acidose lactiqueZDV, ddI, d4T, 3TC (+/-) • Gastro-intestinal • pancréatite ddI, d4T, 3TC (+/-) • Hématologique • pancytopénie ZDV, ddI • Métabolique • Lipoatrophie ZDV, d4T, ddI

25. Troubles hématologiques • AZT • anémie, neutropénie et leucopénie • réversible à l’arrêt de l’AZT • nécessité d’une transfusion dans certains cas sévères • effets liés à l’ inhibition de la synthèse des cellules sanguines

26. Forme aiguë : Acidose lactique • TRES RARE mais sévère (50% de mortalité) • Défaillance multiviscérale • AEG ++ • Dyspnée • Atteinte cardiaque, digestive, hépatique, • Insuffisance rénale • Atteinte neurologique (?) : Sd Guillain-Barré like • Signes d’alerte : • Amaigrissement rapide • asthénie musculaire

27. Acidose lactique (suite) • Diagnostic biologique : • Clinique • Lactates veineux : > 5 mmol/L, acidose métabolique, stéatose hépatique micro/macrovacuolaire) • Diagnostics différentiels : • Acidocétose diabétique • Choc septique • Intoxications à l’éthylène glycol • Toxémie gravidique

28. Acidose lactique : Conduite à tenir En cas de prodromes digestifs ou respiratoires • Bilan biologique sanguin • [lactates, lipase, bicarbonates, créatinine, transaminases, amylase, CPK, ionogramme, gaz du sang] • Arrêter les NRTI • tant que le diagnostic d ’acidose lactique n ’a pas été exclu

29. Formes chroniques avec atteintes d’organes • Myopathies : AZT ++ • Fatigabilité et myalgies puis amyotrophie et déficit moteur • Bio : ↑ CPK (en l’absence d’effort) • Anapath. : fibres musculaires altérées/mitochondries anormales • Cardiomyopathies (AZT, autres INTI possibles) • Diagnostic parfois difficile car autres causes possibles : VIH, hypovitaminose

30. Atteintes d’organes (suite) • Neuropathie périphérique : D4T, ddi, (ddc) • Axonale, sensitivo-motrice • Ascendante, symétrique • Dysesthésie/paresthésie orteils, plantes • Test sensibilité épicritiqu • (EMG) • CAT : NE PAS LAISSER EVOLUER +++ • Sinon : extension ascendante et douloureuse • Arrêt ARV responsable et remplacement par une autre molécule, pas de baisse de posologie • TTT symptomatique

31. Atteintes d’organes (suite) • Sd de Guillain Barré • asthénie musculaire intense et rapide • atteinte respiratoire possible • Aggravation possible pdt qq jours malgré arrêt ARV • Diagnostic différentiel avec VIH

32. Atteintes d’organes (suite) • Pancréatite • ddi ++, d4T • devenue rare depuis trithérapie (?) • Atteinte rénale • Tenofovir • Tubulopathie rénale (syndrome de Fanconi)

33. Atteintes d’organes (suite) • Atteinte hépatique • inhibition de la β oxydation : accumulation de triglycéride • stéatose macrovacuolaire • stéatohépatite (micro & macrovacuolaire) • Fréquence mal connue • Sous estimation probable : diagnostic difficile • Cytolyse inconstante • évocatrice si inexpliquée et persistance

34. Formes chroniques systémiques • Tableau variable souvent « torpide » • fatigabilité musculaire • effort devenant difficile, myalgies, crampes, … • nausées, douleurs abdominales • amaigrissement inexpliqué rapide • lipoatrophie (apoptose du tissu adipeux) • diminution de la libido • sensation de vieillissement accéléré

35. 5.Traitements

36. Principes thérapeutiques (1) • Curatif : • acidose lactique : arrêt de tous les ARVs +++ • Puis reprise en évitant si possible les INTI : 2 IP ; 1 IP + INNTI • formes chroniques : arrêt de l’exposition à/aux ARVs en cause • modification du traitement : • Éviter particulièrement AZT, d4T, ddi • Privilégier les moins toxiques • Voire si possible éviter les INTI • Si pas d’amélioration : arrêt de tout TTT ~ 1 mois, puis reprise sans INTI si possible

37. Principes thérapeutiques (2) • efficacité variable : • Régression en qq semaines des manif. chroniques systémiques • Régression lente voire nulle pour lipoatrophie et atteinte d’organe • régression rapide dans l’acidose lactique (pas trop évoluée!) • aucune preuve d’efficacité des antioxydants, Vit B2, carnitine

38. 6.Conclusions