Métabolisme de la vitamine B12 et de l'acide folique

 

           Vitamine B12 et acide folique sont des cofacteurs essentiels et étroitement liés de plusieurs séquences métaboliques chez l’homme. Par leur rôle dans la synthèse des acides nucléiques, leur carence aura des répercussions sur l’ensemble des tissus à renouvellement rapide, et en particulier le tissu hématopoïétique.

 

 

Métabolisme de la vitamine B12

 

 

 

Synthétisée exclusivement par des micro-organismes.

 

1. Structure chimique.

 

 

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* Appartient à la famille des corrinoïdes.

* Le noyau corrine est un tétrapyrrole avec un atome de cobalt hexavalent central,

-  relié aux 4 atomes d’azotes pyrroliques,

-  à un ribonucléotide (ribose phosphate + diméthylbenzimidazole)

-  et à un ligand anionique (- X):

       l'un des deux coenzymes actifs, pour former :

la méthylcobalamine (ligand méthyle ; dans le plasma et le cytoplasme)

la 5’deoxy adénosyl- cobalamine (ligand 5’dAdo ; dans les mitochondries)

 

Quand le ligand -X est un -CN ou un -OH :  cyanocobalamine et hydroxocobalamine = formes pharmacologiques

 

 

2. Cycle de la vitamine B12 dans l'organisme.

 

2.1. Apports et réserves

 

 

- Vitamine synthétisée par les microorganismes.

- Apport exclusivement alimentaire : foie, viandes, laitages, œufs, poissons : il couvre largement les besoins quotidiens de 2-5 microg/jour chez l’adulte

- Les réserves en B12 de l’organisme sont de 3 à 4 mg, suffisantes pour 3 à 5 ans, et localisées surtout aux niveaux hépatique (+++), cardiaque et splénique.

 

 

2.2. Absorption.

 

- La vit B12 de l’alimentation est dissociée de ses liaisons avec diverses protéines alimentaires par hydrolyse peptique acide (estomac) : elle se lie d’abord à des haptocorrines (glycoprotéines produites par les sécrétions salivaire et gastrique) ;

- Au niveau de l’intestin grêle, les haptocorrines sont dégradées sous l’action des protéases pancréatiques : la B12 est libérée et se lie au facteur intrinsèque (FI), glycoprotéine secrétée par les cellules pariétales du corps et du fundus gastrique (la sécrétion est stimulée par la gastrine) ;

 

- Le complexe B12 – FI se fixe sur un récepteur spécifique appelé cubuline de la bordure en brosse des entérocytes de l’iléon terminal puis est endocyté et dégradé ;

 

- Dans l’entérocyte la B12 se fixe à un 3ième transporteur, la transcobalamine (TC), et le complexe B12 – TC est libéré dans le sang.

 

- Le complexe B12 – TC est appelé holo transcobalamine : c’est ce complexe qui est reconnu par les diverses cellules utilisatrices de la B12.

 

 

2.3. Transport.

 

Assuré par des transporteurs spécifiques.

 

- La transcobalamine II (Tc II) fixe la B12 absorbée (on l’appelle alors holo transcobalamine II) ; ce complexes peut être rapidement endocyté par les diverses cellules utilisatrices (moelle osseuse, foie, glandes endocrines), car il est reconnu par récepteur spécifique [glycoprotéine de 38 kDa].

Le complexe B12-TC II porte 5 à 25 % de la B12 plasmatique : c’est la forme active, qui permet une délivrance rapide aux tissus.

 

- La Tc I (ou haptocorrine) et la Tc III. Ce sont des glycoprotéines ubiquitaires (120 kDa) produites surtout par les promyélocytes et myélocytes et l’épithélium des glandes exocrines (cf supra).

 La Tc I transporte les 3/4 de la B12 circulante, mais la distribue très peu aux cellules utilisatrices (forme de stockage).

 

 

 

3. Effects métaboliques.

 

 

Après transport plasmatique la B12 se retrouve dans le cytoplasme des cellules et est convertie en coenzymes actifs qui jouent un rôle dans le transfert de radicaux monocarbonés.

 

Rôles majeurs :

 

 

3.1. Conversion de l’homocystéine en méthionine : interrelation avec les folates et implication dans la synthèse du thymidylate

 

 

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La carence en B12 entraine l’accumulation de méthyl-THF aux dépends des autres coenzymes foliques, et une carence relative en THF.

  

3.2. Synthèse du thymidylate.

 

La carence en THF provoque le ralentissement des réactions folate-dépendantes et notamment de la synthèse d’acide thymidylique : ceci explique les effets de la carence en vitamine B12 sur la synthèse de l’ADN (voir plus loin dans le chapitre "effets métaboliques de l'acide folique").

 

3.3. Conversion (intramitochondriale) du méthylmalonyl Coenzyme A en succinyl CoA.

 

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Si carence en B12 : accumulation de méthylmalonyl CoA et augmentation sérique et urinaire de l’acide méthylmalonique, qui serait impliqué dans les complications neurologiques des carences en B12

 

 

4. Exploration du métabolisme de la vitamine B12

 

              Plusieurs épreuves dynamiques ou statiques ; seuls quelques dosages ou tests sont utilisés en pratique médicale courante

 

 

4.1. Dosage de la vitamine B12 circulante.

 

Dosage radio-immunologique (technique par compétition). Consiste à saturer un récepteur de la vitamine B12 (FI purifié de porc, ou transcobalamine) par de la B12* radiomarquée ; le complexe B12*-récepteur est ensuite mélangé à différentes dilutions de sérum : la B12 sérique déplace pour partie la B12* radiomarquée (mesure de la radioactivité du surnageant)

 

Technique froide d’électrochimiluminescence (méthode par compétition sur automate). Utilise du FI marqué au ruthénium : la vitamine B12 de l’échantillon entre en compétition avec de la B12 biotinylée sur le FI marqué (plusieurs trousses commercialisées).

 

Taux sérique de l’adulte : 200 - 800 ng/L

 

Pas de relation étroite entre dosage de la B12 sérique et anémie mégaloblastique :

 

- taux < 100 ng/L : habituellement associé à une anémie mégaloblastique ;

- taux entre 100 et 200 ng/L : associé à une anémie mégaloblastique dans 40 % des cas ;

- taux entre 100 et 250 ng/L : peuvent être associées à des troubles neurologiques et métaboliques sans anémie mégaloblastique.

 

 

Le statut en vitamine B12 peut être classé en 5 catégories :

 

- Statut normal :     tous paramètres biologiques normaux ;

 

- Déplétion B12 débutante : diminution isolée de la B12 active dans le sérum ;

 

- Déplétion cellulaire : diminution de la B12 sérique, B12 tissulaire diminuée (réserves) ;

 

- Déficit avec perturbations métaboliques : diminution de la B12 sérique, augmentation sérique de l’acide méthymalonique et de l’homocystéine, baisse importante de la B12 tissulaire ;

 

- Déficit avec perturbations métabloliques et anomalies cliniques.

 

Le dosage de la B12 – TC II (holo transcobalamine = forme active) est maintenant possible, et devrait préciser le lien taux sérique – signes neurologiques – anémie mégaloblastique.

 

 

Remarque. Le dosage de la B12 était autrefois microbiologique, utilisant un organisme eucaryote (Euglena gracilis) ou procaryote (Lactobacillus leishmanii, E. coli 113) dont la vitamine B12 est un facteur de croissance [dilutions de sérum déprotéinisé et suspensions seront mélangées et incubées pendant 1 à 2 jours. On apprécie ensuite par turbidimétrie la croissance bactérienne par mesure de l’opacité].

 

 

4.2. Dosage du facteur intrinsèque dans le liquide gastrique.

 

Par technique isotopique (taux effondré dans la maladie de Biermer)

 

 

4.3. Recherche de la composante immune.

 

Du fait de la nature auto immune de la maladie de Biermer.

 

Il existe dans le sérum (et dans le liquide gastrique) des autoanticorps anti facteur Intrinsèque (FI) :

                      - de type I (effet inhibiteur de la formation du complexe B12-FI ; leur dosage se fait par radio immunologie en testant l’effet inhibiteur sur le FI),

                      - de type II, inhibant la fixation du complexe sur les récepteurs iléaux.

 

Et des anticorps anti cellules paritétales gastriques (anti-estomac) [spécificité imparfaite].

Dosage par immunodiffusion.

 

 

4.4. Le test de Schilling.

 

Evalue l’absorption de la B12 radiomarquée : il n’est plus réalisé aujourd’hui (sauf exception).

 

Principe : après injection préalable IM de 1000 µg de B12 froide (saturation des récepteurs pour éviter une absorption non spécifique), on administre per os (2 heures après) 0,5 à 2 µg de B12* radiomarquée au 58 Co puis on mesure la radioactivité urinaire des 24 heures.

 

Résultats :

 

- Sujet normal : radioactivité urinaire > 10 % de la radioactivité ingérée.

 

- Sujet carencé en B12 : radioactivité < 3 % de la radioactivité ingérée. Dans ce cas on peut refaire le test en administrant du FI en même temps que la B12* marquée : si l’épreuve se normalise, le déficit en FI est confirmé, et si l’épreuve reste perturbée une malabsorption iléale doit être évoquée (les 2 épreuves peuvent se réaliser simultanément avec 2 isotopes différents du cobalt)

 

 

4.5. Autres tests.

 

Non utilisés en pratique quotidienne, ils explorent les anomalies complexes ou constitutionnelles du métabolisme folique.

 

- Dosage de l’acide méthylmalonique et de l’homocystéine plasmatique

                Dans la carence en B12 : augmentation de l’homocystéine et de l’acide méthylmalonique plasmatiques (dosages à prescrire dans des cas très précis).

 

- Test de suppression par la désoxyuridine.

                Pas utilisé en pratique courante : consiste à comparer l’incorporation de thymidine tritiée dans l’ADN de cellules médullaires du malade à des cellules médullaires normales témoins. On incube d’abord les cellules médullaires avec de la dU (froide), puis avec de la thymidine tritiée et on mesure l’incorporation de radioactivité dans les cellules :

                Sujet normal : incorpore peu la thymidine tritiée (il a incorporé la dU froide et synthétise de la thymidine)

                Sujet carencé : incorpore la thymidine tritiée, car il ne peut pas transformer la dU en thymidine

 

 

 

 

Métabolisme de l’acide folique

 

 

1. Structure et formes actives

 

Isolé en 1941 à partir des feuilles d'épinards.

Appelé également vitamine B9.

 

                   

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L’acide folique est l’acide ptéroylmonoglutamique.

 

Il est formé d’une base, la ptéridine, attachée à une molécule d’acide paraaminobenzoïque (PABA) et une molécule d’acide glutamique

 

 

 

 

Les formes naturelles (folates alimentaires) sont des polyglutamates.

Les formes actives sont des monoglutamates et des tétrahydrofolates (THF ; deux doubles liaisons sur la ptéridine sont réduites). (Il existe d’exceptionnels déficits constitutionnels en enzymes réductrices).

 

Les THF sont libres ou portent un radical monocarboné :

                       N5 formyl THF

                       N10 formyl THF

                       N5 méthyl THF

                       N5 formimino THF

                       N5, N10 méthylène THF

                       N5, N10 méthényl THF

 

 

2. cycle des folates dans l’organisme

 

 

2.1. Apports, besoins et réserves

 

Les besoins d’acide folique sont estimés à :

                - 300 µg/jour de la naissance à la puberté,

                - 400 mg/jour chez l’adulte,

                - 500 µg/j chez la femme allaitant,

                - 600 µg/j chez la femme enceinte.

 

L’apport alimentaire quotidien est en général largement suffisant pour couvrir les besoins : légumes verts, fruits frais ou secs, abats, laitages, jaune d'œuf, noix, amandes, châtaignes, …

 

 

Les réserves (surtout hépatiques) représentent 10 à 15 mg, suffisantes pour environ 3 mois.

 

 

2.2 Absorption

 

Dans la lumière intestinale les folates sont partiellement déconjugués en monoglutomates par des glutamylcarboxypeptidases de la flore bactérienne, puis l’absorption s’effectue :

- au niveau du jéjunum proximal par un système de transport actif, saturable, sensible au pH, et faisant intervenir des protéines de transport (folate carriers ou FC),

- au niveau de l’iléon par un mécanisme passif non saturable (capacités presque illimitées).

Dans les cellules intestinales les différentes formes de folates sont transformées en méthyl THF (monoglutamate).

 

 

2.3. Transport, captation cellulaire, excrétion.

 

La forme circulante est surtout le N5 méthyl THF (pic de concentration 1H après le repas).

 

Les folates plasmatiques sont :

                      Libres pour 1/3 du total,

                      Liés à l’albumine et l’alpha2 macroglobuline : ligands de faible affinité qui transportent les folates préférentiellement vers certains tissus dont le placenta et le fœtus,

                      Une petite quantité est liée à des Folate Receptor derived Binding Proteins : ligands de haute affinité dont le rôle est encore mal défini.

 

 

A la surface des cellules utilisatrices : des folates – récepteurs (FR), liés à une ancre GPI, permettent une internalisation du méthyl THF.

[certains de ces FR n’ont pas d’ancre GPI et sont libérés pour participer au transport des folates sanguins].

 

 

Il existe :   - une excrétion biliaire, avec réabsorption partielle (cycle entérohépatique ; ¼ des besoins           quotidiens) ;

                      - une filtration glomérulaire avec réabsorption, car les protéines porteuses se fixent sur les tubules proximaux (environ 1mg/j).

 

 

 

3. Effets métaboliques

 

 

Les folates participent à plusieurs réactions de transfert de chainons monocarbonés :

 

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- 1. Conversion de l’homocystéine en méthionine et du méthyl THF en THF : réaction impliquant la vitamine B12.

 

                      Le N5 méthyl THF est la forme d’absorption et la forme de réserve en folates : l’absence de vitamine B12 inhibe la transformation du N5 méthyl THF en THF, ce qui provoque entre autres l’absence de synthèse de méthionine, de thymidylate, et la perturbation d’autres voies métaboliques dont la synthèse des purines.

 

 

- 2. Synthèse du thymidylate (dTMP) à partir du coenzyme N5 N10 méthylène THF.

 

                      La thymine est une base pyrimidique indispensable à la synthèse d’ADN. Le dTMP incorporé dans l’ADN résulte de la méthylation du désoxyuridylate monophosphate (dUMP) par la thymidylate synthétase en présence de coenzyme  N5,N10 méthylène THF.

L’absence de N5 N10 méthylène THF bloque la synthèse de l’ADN.

 

- 3. Synthèse des bases puriques. Le N5 N10 méthylène THF et N10 formyl THF forment les 2ème et 8ème atomes de carbone du noyau purine.

 

- D’autres voies sont également importantes : méthylation de divers substrats (voir schéma), métabolisme d’acides aminés (sérine, glycocolle, histidine, acide glutamique).

 

 

4. Exploration du métabolisme des folates

 

 

4.1. Dosage des folates sériques et érythrocytaires.

 

Dosage radioimmunologique. Technique de compétition basée sur la propriété de la folactoglobuline présente dans le lait ou dans le sérum de porc) à fixer le méthyl THF* marqué.

Dosage par électrochimiluminescence. Utilise une folate binding protein comme protéine de liaison, et se réalise sur automate selon le même principe que celui de la vitamine B12.

 

 

Valeurs physiologiques : 5 à 15 µg/L

Folates érythrocytaires : 160 – 800 µg/L de globules rouges.

[dosage par électrochimiluminescence sur automate, il reflète l’état des réserves en folates].

 

Remarque. Le dosage microbiologique utilise la capacité des divers dérivés du THF à être des facteurs de croissance de certains microorganismes (Ex : Lactobacillus casei permet de doser toutes les formes de folates mono et polyglutamates, le THF et le N5 méthyl THF ; le Streptococcus faecalis, ne permet de doser que les monoglutamates). Ce type de dosage n’est plus d’usage courant, mais demeure le gold standard de détermination d’un coenzyme particulier.

 

 

4.2. Tests dynamiques.

 

Non utilisés en pratique quotidienne, ils explorent les anomalies complexes ou constitutionnelles du métabolisme folique.

 

-  Hyperfolatémie provoquée. Consiste à faire ingérer 40 µg/kg d’acide folique per os et à étudier la variation du taux d’acide folique du sérum, 60 et 90 minutes plus tard. C’est un test qui n’est pas réalisé en pratique médicale courante

 

- Test au FIGLU. Après une dose de charge de chlorhydrate d’histidine per os (adulte 5 g ; enfant 0,3 g/kg), on mesure l’excrétion urinaire du FIGLU sur les urines de 24 heures avant et après la charge orale. Ce test est cependant peu spécifique et souvent faussé positivement par certains états pathologiques ou physiologiques (ex : cirrhose hépatique, grossesse, carence en B12).

 

- Test de suppression à la dU. Idem chapitre précédent (également perturbé dans les carences en folates).

 

 

Physiopathologie générale de la carence B12 / folates

 

 

La carence en l’une ou l’autre aboutit à un défaut de réplication de l’ADN : allongement du cycle cellulaire (G1 et S).

 

Le défaut de synthèse de thymidylate ne suffit pas à expliquer l’anémie, car la mégaloblastose est identique à celle liée au traitement par analogues des purines ou la carence en thiamine (B1), qui toutes deux ne sont pas associées à un déficit en B12 ou en folate. Il est possible que l’excès de déoxy uridylate non transformé s’incorpore à l’ADN en cours d esynthèse, avec dépassement des mécanismes d’excision réparation, provoquant le ralentissement ou l’arrêt du cycle cellulaire.

 

 

L’ensemble des tissus de l’organisme est affecté par ces carences, mais les tissus à très fort index mitotique seront perturbés les premiers :

 

                     * le tissu hématopoïétique (et en premier lieu l’érythropoïèse)

                      * l’ensemble des tissus du tractus digestif.

 

 

Conséquences sur les diverses lignées cellulaires

 

* Sur la lignée érythroblastique

 

      L’érythropoïèse est caractérisée par 2 phénomènes synchronisés: synthèse d’ADN qui précède chaque mitose (Il y a 4 mitoses entre le proérythroblaste et l’érythroblaste acidophile) et synthèse parallèle d’hémoglobine dans le cytoplasme

 

      L’allongement excessif de la phase S du cycle cellulaire aboutit à la formation de cellules au noyau d’apparence « immature » (chromatine non compactée) alors que le cytoplasme continue sa différenciation à un rythme normal et devient géant avec un contenu riche en hémoglobine (= mature). C’est l’asynchronisme de maturation nucléocytoplasmique (noyau « immature » et cytoplasme mature, qui définit les mégaloblastes.

 

       Ces cellules sont fragiles : un faible nombre arrive à maturité et de nombreuses meurent : avortement intramédullaire ou apoptose, qui correspond à une hémolyse intramédullaire, et fragmentation du cytoplasme qui produit de nombreux fragments (aspect de schizocytes).

 

Pour compenser le défaut de production de GR et la destruction excessive la moelle osseuse devient hyperplasique.

 

 

* Sur les autres lignées cellulaires

 

        Augmentation de taille des éléments de la lignée granulocytaire, particulièrement visible sur les métamyélocytes (géants avec noyau rubané)

 

        La lignée mégacaryocytaire est également atteinte anomalies morphologiques difficiles à voir)

 

        Apparition de cellules géantes au niveau du tube digestif et atrophie des cordons postérieurs des fibres de la moelle épinière (spécificité du rôle  trophique de la B12)

 

 

 

Références.

Watine et al. ABC 2002 ;60:238-240.

 

 

(octobre 2011)