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Principes des approches thérapeutiques des DMD

H. Amthor

Summary

Duchenne muscular dystrophy (DMD) is the most frequent hereditary neuromuscular disorder in childhood. Over the past 30 years, increasingly better standards of care have considerably improved the quality of life as well as the life expectancy of DMD patients. Despite such progress in disease management, DMD remains a devastating disorder with continuous decline of motor and cardiac function. Until recently, corticosteroids were the only treatment available to slow down, however modestly, disease progression. Importantly, novel innovative therapeutic approaches are currently being developed. This review discusses the rational and underlying molecular mechanism of these novel strategies as well as the progress made by recent clinical trials. Importantly, these new therapeutic advances bear the potential to profoundly modify the disease course of DMD.

© 2015 Elsevier Masson SAS. All rights reserved

Résumé

La dystrophie musculaire de Duchenne de Boulogne (DMD) est la maladie héréditaire du système neuromusculaire la plus fréquente chez l’enfant. L’amélioration de sa prise en charge depuis une trentaine d’années a fortement amélioré la qualité et l’espérance de vie des patients. Néanmoins, cette myopathie reste dévastatrice au niveau moteur et cardiaque. Seul le traitement par corticoïdes ralentit modestement la progression clinique, mais de nouvelles approches thérapeutiques sont en cours de développement. Nous présentons ici les rationnels et mécanismes moléculaires sous-jacents ainsi que l’état d’avancement des essais cliniques. Ces nouvelles stratégies thérapeutiques portent le potentiel de profondément changer l’avenir des patients DMD.

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1. Introduction

Des études rétrospectives ont démontré qu’une prise en charge des patients porteurs d’une dystrophie musculaire de Duchenne (DMD) par la combinaison suivante : i) arthrodèse vertébrale pour corriger la scoliose ; ii) kinésithérapie respiratoire par ventilation intermittente à pression positive ; iii) assistance ventilatoire noninvasive pour traiter l’insuffisance respiratoire ; et iv) traitement cardioprotecteur par des inhibiteurs de l’enzyme de conversion permet d’augmenter l’espérance de vie moyenne des patients qui peut atteindre aujourd’hui 30-40 ans [1,2] alors qu’elle n’était que de 17-18 ans en l’absence d’une telle prise en charge. Néanmoins, la perte rapide de motricité reste inchangée et les patients vivent plus longtemps dans un état toujours plus critique nécessitant d’avantage d’assistance.

2. Utilisation des corticoïdes

A ce jour, les corticoïdes sont les seules molécules ayant montré un effet bénéfique sur la motricité dans la myopathie de Duchenne. Leur usage est aujourd’hui largement préconisé bien que les mécanismes moléculaires sous-jacents responsables du bénéfice thérapeutique observé restent encore mal compris. Les premières études sur l’effet des corticoïdes chez DMD, conduites de manière purement empirique à l’hôpital Johns-Hopkins, datent des années 1970 [3] : 13 sur 14 des garçons inclus dans l’étude avaient clairement montré une amélioration de leur motricité, notamment la marche. L’interprétation des données fut néanmoins difficile et controversée. Les auteurs furent en effet confrontés : i) à l’impossibilité d’un design double aveugle lié aux effets secondaires évidents ; ii) à la difficulté de distinguer l’effet thérapeutique du développement moteur naturel aux jeunes âges ; iii) à la question d’un effet psychologique à travers l’enthousiasme de participer à une étude ; iv) et surtout à un effet thérapeutique très modeste, difficilement mesurable, et donc contestable. La démonstration de la pertinence thérapeutique reste toujours d’actualité pour les essais cliniques qui aujourd’hui mettent en oeuvre des stratégies bio-thérapeutiques de plus en plus sophistiquées et onéreuses sans pour autant démontrer d’infléchissement majeur dans le décours de la maladie. Malgré les innombrables études cliniques sur les effets positifs des corticoïdes depuis les observations initiales [4], il a fallu presque 40 ans pour que soit complètement appréhendé le bien-fondé d’une corticothérapie au long cours chez la DMD.

Ceci a notamment été rendu possible par la comparaison rétrospective de nombreuses études sur l’histoire naturelle de grandes cohortes traitées et non-traitées. Il a été montré que :

• la perte de la marche survient à l’âge moyen de 14,5 ans sous traitement quotidien de corticoïdes, de 12 ans lorsque le traitement est intermittent, et de 10 ans pour les cohortes historiques nontraitées [5] ;

• la cardiomyopathie est différée, elle survient à l’âge de 15,2 ans sous traitement contre 13,1 ans sans traitement [6] ;

• seulement 20 % des patients sous corticoïdes ont développé une scoliose avec nécessité d’une arthrodèse vertébrale comparés aux 92 % de patients non-traités [7] ;

• les corticoïdes améliorent la fonction respiratoire [8] ;

• une réduction du taux de la mortalité importante chez les patients traités par des corticoïdes comparé aux non-traités [9].

L’ensemble de ces données a conduit à des recommandations développées par un consortium multidisciplinaire international de 84 spécialistes selon la « RAND Corporation-University of California Los Angeles Appropriateness Method » [10,11].

En France aujourd’hui, la majorité des patients ambulants est traitée par des corticoïdes, alors que la majorité des patients non marchants n’a jamais été traitée. En revanche, il n’existe pas de données sur l’effet thérapeutique d’un traitement par les corticoïdes débuté après la perte de la marche. Néanmoins, un bénéfice est très probable même après un début thérapeutique tardif comme le suggère un certain nombre d’observations cliniques de cas isolés.

3. Nouvelles approches thérapeutiques

Au cours de ces dernières années, de nouvelles stratégies thérapeutiques expérimentales ont été développées pour la DMD dans le but de corriger le défaut génétique primaire, de compenser les modifications pathologiques secondaires sur le métabolisme cellulaire ou de stimuler la croissance du muscle squelettique pour surmonter la fonte musculaire. Ici, nous discutons cinq nouvelles stratégies qui ont déjà été testées chez des patients DMD : i) le saut d’exon ; ii) la translecture de codons non-sens (« codons stop ») générés par des mutations ponctuelles ; iii) la surexpression d’une microdystrophine par approche de thérapie génique ; iv) le traitement du métabolisme oxydatif par l’Idebenone ; et v) le blocage de la voie de signalisation de la myostatine.

3.1. « Saut d’exon »

La première de ces nouvelles stratégies est fondée sur des approches de modulation de l’épissage des ARN messagers, aussi communément appelée « saut d’exon » (anglais : « exon skipping »). Cette stratégie est basée sur le fait que l’évolution clinique est beaucoup moins sévère chez les patients présentant des mutations dans le gène DMD ne modifiant pas le cadre de lecture, comme c’est le cas dans la dystrophie musculaire de Becker (BMD) : souvent, la marche est maintenue tout au long de la vie et l’espérance de vie est quasi normale [12]. Ainsi, de grandes délétions intra-géniques, supprimant jusqu’à 35 exons sur 79, se traduisent par un phénotype BMD relativement bénin si le cadre de lecture de l’ARNm final est préservé [13,14], tandis que de plus petites mutations, telles que des mutations ponctuelles ou la délétion d’un seul exon peuvent provoquer de graves DMD lorsque le cadre de lecture de l’ARNm est affecté, abolissant complètement la production de dystrophine [15‑17]. Les nouvelles molécules en cours de développement pour le « saut d’exon » déploient leur potentiel thérapeutique au niveau de la maturation des ARN pré-messagers (ARNpm) en ARN messagers matures (ARNm) du gène de la dystrophine, et permettent de transformer un ARNpm DMD « hors phase » en ARNm « en phase ».

En d’autres termes, elles transforment l’ARNm d’origine entraînant un phénotype Duchenne en un ARNm conduisant à un phénotype Becker [18]. D’un point de vue mécanistique, le procédé est fondé sur l’inhibition ciblée de la prise en compte de certains exons lors de la réaction d’épissage de l’ARNpm DMD. Cette inhibition est réalisée grâce à de petites séquences oligonucléotidiques synthétiques, dites « anti-sens » (AON), capables de s’hybrider et de masquer les motifs consensuels de définition des exons ciblés aux bornes de la mutation. Le système est conçu pour exclure sélectivement un ou plusieurs exons afin de réhabiliter un cadre de lecture opérationnel dans l’ARNm final permettant la synthèse d’une dystrophine certes tronquée mais toutefois encore fonctionnelle [19]. L’analyse des bases de données génétiques montre clairement qu’une grande variété de mutations DMD peut être en théorie convertie en mutations dont le cadre de lecture est utilisable. L’exemple le plus connu, car déjà testé en clinique, est le saut de l’exon 51 qui peut rétablir un cadre de lecture opérationnel pour un ensemble de mutations DMD représentant près de 13 % des patients d’après la base de données Leiden DMD [15,20]. En effet, cet ensemble comprend les délétions de l’exon 50, de l’exon 52, des exons 49 à 50, des exons 48 à 50, des exons 47 à 50, ou des exons 45 à 50. Théoriquement, 80 % des mutations DMD pourraient être traitées selon ce type d’approche et le concept a déjà été généralisé à un grand nombre de mutations différentes, sur des cultures de cellules musculaires de patients [20]. Différentes chimies sont disponibles pour la synthèse des AON synthétiques. A ce jour, seules des molécules de la famille des 2’-O-méthyl-phosphorothioate (2OMePS) et des phosphorodiamidate morpholino (PMO) ont été testés chez des patients DMD, en particulier pour le ciblage de mutations corrigibles par un saut de l’exon 51. Ces essais cliniques pionniers en la matière se sont révélés très prometteurs : les niveaux de restauration de dystrophine dans les muscles biopsiés après seulement quelques semaines de traitement systémique (sous-cutané ou intraveineux) étant respectivement de l’ordre de 15 % et 18 % [21,22]. Un essai de phase IIb plus récent, en double aveugle versus placebo, utilisant des AON de la famille des PMO (Etiplersen) suggère une stabilisation clinique de la progression de la maladie dans un sous-groupe de patients au cours des 24 semaines d’étude ouverte de prolongation, mais pas durant la phase initiale double aveugle de 24 semaines [23]. Cela suggère qu’il faut près d’un an de traitement, à la dose utilisée dans cette étude, pour percevoir des effets cliniques mesurables. Cependant, une autre étude récente de phase III utilisant les 2OMePS AON (Drisapersen), n’a malheureusement pas réussi à démontrer une efficacité certaine sur l’ambulation en utilisant le test 6MWT (distance parcourue en 6 minutes) (communiqué de presse, GlaxoSmithKline, publié le 20 Septembre 2013 à Londres, Royaume-Uni, et à Leiden, Pays-Bas). De manière surprenante, une étude de phase II, utilisant les 2OMePS AON (Drisapersen) à la même dose, conduite simultanément dans certains des centres d’investigations impliqués, a démontré un léger bénéfice clinique statistiquement significatif pour le test 6MWT après 24 semaines, mais pas après 48 semaines [24].

En fait, ces résultats mitigés n’invalident aucunement le rationnel thérapeutique sous-jacent du saut d’exon pour DMD, mais ils indiquent que les générations d’AON aujourd’hui disponibles sont encore trop peu efficaces [25,26]. Actuellement, plusieurs essais cliniques utilisant les 2OMePS et les morpholino AON sont en cours ou sur le point de s’achever pour des patients DMD marchants et nonmarchants traités pour le saut des exons 44 (molécule PRO044), 45 (molécule PRO045), 51 (molécules Drisapersen et Etiplersen) et 53 (molécule PRO053), (https://clinicaltrials.gov).

Aucune des études citées ci-dessus n’a encore abouti à une véritable amélioration clinique chez les patients DMD. De plus, les chimies AON actuellement testées en clinique ont démontré aucun/peu d’action au niveau du muscle cardiaque ou au niveau du système nerveux central lors de l’évaluation préclinique dans les modèles animaux de DMD. Le développement de nouvelles molécules plus efficaces est donc indispensable pour parvenir à une « life changing therapy ». Des travaux précliniques récents de notre équipe réalisés chez la souris mdx ont démontré que la chimie des tricyclo-DNA, une nouvelle classe d’analogue d’ADN, permet d’atteindre cet objectif : elle améliore significativement les fonctions motrices, ambulatoires et respiratoire, la fonction cardiaque et certains paramètres cognitifs après traitement systémique conduisant à une restauration de la dystrophine dans les muscles squelettiques, cardiaque et au niveau du SNC nettement supérieure comparée aux chimies actuellement en cours d’exploration chez les patients DMD [27].

3.2. Translecture de codons non-sens

Une autre stratégie thérapeutique a pour objectif de surmonter les mutations « non-sens », aussi appelées mutations « stop », qui sont présentes chez environ 10 % de patients DMD. Ces mutations consistent en des changements d’un nucléotide au sein d’un codon quelconque, le transformant en codon stop prématuré (UAA, UAG ou UGA) au milieu de la séquence codante. Ainsi, l’ARNm subira un arrêt prématuré de traduction abolissant la production de dystrophine. Il existe, aujourd’hui, une molécule, le PTC124, capable de diminuer la prise en compte de ces codons stop inopinés et non consolidés par l’environnement des véritables codons stop localisés à la fin des séquences codantes : on parle de « trans-lecture » des codons stop (i.e. « stop codon read through ») [28]. Le traitement permet donc en théorie la synthèse d’une protéine ayant une taille normale mais qui peut contenir un acide aminé quelconque résultant de la lecture du codon non-sens (stop) comme un codon faux-sens. Bien que ce traitement se soit révélé prometteur chez le modèle murin (mdx) de la myopathie de Duchenne, un essai de phase IIa chez des patients DMD, dans lequel étaient inclus 174 patients, n’a quant à lui pas démontré une efficacité clinique du traitement [29]. Toutefois, une analyse plus poussée révèle une stabilisation clinique (ralentissement de la perte de distance en mètres mesurée par le test de marche de 6 minutes) après 48 semaines de traitement dans un sous-groupe de patients traités par une dose de 40 mg/kg/j, mais non dans le groupe traité avec une dose plus importe de 80 mg/kg/j. Ces résultats ambigus ont imposé un nouvel essai de phase III, actuellement en cours, afin de conclure objectivement sur l’efficacité de cette molécule à la dose de 40 mg/kg/j (http://clinicaltrials.gov/show/NCT01826487). En attendant, l’agence européenne du médicament (EMA) a donné son accord le 31/07/2014 pour une autorisation de commercialisation sous conditions.

3.3. Surexpression d’une micro-dystrophine par approche de thérapie génique

Les stratégies thérapeutiques citées ci-dessus, le saut de l’exon et le « stop codon read through », ne sont applicables qu’à des sous-groupes de patients DMD présentant la mutation ad hoc. Une approche thérapeutique plus globale consisterait à apporter un gène DMD artificiel compensateur congruent pour tous les patients indépendamment de la nature ou de la localisation de leur mutation.

La preuve de principe de cette approche a été démontrée il y a 11 ans par l’injection intramusculaire d’un plasmide codant le gène DMD entier chez des patients DMD, qui a pu restaurer localement l’expression de la dystrophine [31]. Depuis, le design du transgène et du vecteur a fortement évolué vers une vraie « thérapie génique » à l’échelle corps entier. Le gène DMD a été réduit et amputé in silico et par génie génétique jusqu’à une taille assez petite pouvant être empaquetée dans un vecteur viral de la classe des AAV, et capable de produire une protéine dystrophine tronquée fonctionnelle, nommée micro-dystrophine [32,33]. Plusieurs études précliniques ont démontré la faisabilité de cette approche dans des modèles animaux DMD [34]. Actuellement, un essai clinique de phase 1 est en cours et un autre est déjà terminé, dont les résultats ne sont pas encore communiqués, pour tester deux versions d’AAV-micro-dystrophine avec des promoteurs différents après injection intramusculaire (ClinicalTrials.gov NCT02376816 et NCT00428935). Cependant, de nombreux travaux cliniques et précliniques ont démontré des réponses immunitaires, cellulaires et humorales, importantes à la fois contre la capside virale et contre le produit du transgène (ici la micro-dystrophine) se traduisant par l’absence ou la perte d’expression du transgène [34]. Cette réponse immunitaire pourrait cependant être maîtrisée ou contenue par une immunosuppression simultanée permettant alors une véritable réussite thérapeutique comme cela est suggéré dans les modèles animaux [35,36].

3.4. Traitement du métabolisme oxydatif par l’idebenone

L’absence de dystrophine diminue le métabolisme oxydatif du muscle strié par des mécanismes indirects qui ne sont pas encore bien caractérisés [37]. La molécule idebenone est un analogue synthétique du coenzyme Q10 et son effet positif a d’abord été démontré sur la fonction cardiaque et la capacité à l’exercice dans le modèle murin de DMD [38]. De manière très intéressante, un essai clinique chez des patients DMD a montré que l’idebenone n’améliore la fonction respiratoire que dans le groupe sans traitement concomitant par des glucocorticoïdes, mais l’idebenone n’a pas démontré un effet surajouté/synergistique dans le groupe sous traitement par des corticoïdes [8,39]. Un essai de phase III (DELOS) a récemment confirmé l’effet protecteur pour la fonction respiratoire chez des patients non-traités par des corticoïdes [40]. Les auteurs ont traité pendant 52 semaines 33 patients par placebo et 31 patients par l’idebenone (âge de 10-18 ans éligible pour inclusion). Le PEF %p (« peak expiratory flow as percentage predicted »), critère de jugement principal, a changé de -8,84 %p dans le groupe placebo (IC 95 % : -12,73-4,95) comparé à -2,57 %p (-6,68 à 1,54) dans le groupe idebenone, donc une différence de 6,27 %p (0,61 à 11,93). Malgré ces résultats encourageants, cette étude nécessite quelques réflexions. Que signifie réellement la baisse en PEF %p en regard de la progression de la maladie, notamment en regard des autres paramètres respiratoires qui eux n’ont pas changé dans cette étude ? En effet, quoique statistiquement valide, une différence modérée de seulement quelques valeurs respiratoires fonctionnelles n’implique pas nécessairement un bénéfice clinique réel. Il n’est donc pas encore démontré de manière conclusive que l’idebenone pourrait être une véritable alternative au traitement par les corticoïdes. Cependant, la durée de l’essai étant de 52 semaines, on ne peut pas exclure qu’un traitement au long cours se révèle plus efficace en révélant un ensemble de petits bénéfices qui, cumulés, impacterait l’état général des patients.

3.5. Blocage de la voie de signalisation de la myostatine

Enfin, plusieurs stratégies expérimentales ont été développées avec pour objectif d’empêcher la fonte musculaire chez les patients DMD. Différentes approches ont été testées dans différents modèles animaux. Parmi ces différentes approches, le blocage de la myostatine s’est révélé particulièrement prometteur. La myostatine est un facteur de croissance de la famille TGF-β dont le blocage de son récepteur, l’ActRIIB, stimule la croissance musculaire de manière spectaculaire dans différents modèles animaux [41]. Ce rationnel thérapeutique a donc été proposé dans un essai clinique en 2010 (ClinicalTrials.gov NCT01099761]. Cet essai avait pour but de tester le récepteur soluble activin IIB (sActRIIB-Fc ou ACE-031] par voie systémique alors que la fonction exacte de la myostatine dans la régulation du muscle squelettique ainsi que le rôle de son récepteur dans la régulation de multiples tissus et organes n’étaient pas encore bien compris. En fait, l’essai a été suspendu très rapidement à la suite d’effets indésirables et potentiellement dangereux au niveau du système vasculaire : les patients traités ont rapidement présenté des saignements au niveau des muqueuses nasales, des gencives et plus généralement des dilatations des vaisseaux cutanés (TREAT-NMD Newsletter no. 99.21st April, 2011). Par ailleurs, des travaux récemment publiés montrent que la voie de signalisation par la myostatine joue un rôle clé sur la régulation du métabolisme oxydatif [42]. Ainsi, l’inhibition de cette voie par le sActRIIB-Fc provoque une sévère myopathie mitochondriale secondaire dans le modèle murin de DMD [43]. D’autres molécules, qui interfèrent avec la signalisation de la myostatine, sont en cours d’évaluation pour la myopathie de Duchenne (exemple ClinicalTrials.gov NCT02515669, NCT02354781). Au vu des multiples effets indésirables déjà observés dans de nombreux travaux cliniques et précliniques, il semble néanmoins que le rationnel thérapeutique du blocage de la voie myostatine pour DMD devrait être reconsidéré.

4. Conclusion

L’enseignement majeur issu des multiples essais cliniques conduits ces dernières années est que les molécules proposées, au mieux, protègent ou ralentissent l’évolution de la maladie. Aucune des approches développées à ce jour ne peut garantir un effet curatif, notamment pour les patients installés de longue date dans la maladie et en situation de handicap.

Pour la plupart, ces études ont été menées sur des périodes courtes de moins d’un an. Dans ces conditions l’effet potentiellement protecteur d’une molécule est donc difficilement mesurable, cela d’autant plus que la progression clinique de DMD est lente. D’autre part, l’inclusion de patients autour de l’âge de perte de la marche complique la lecture de l’effet potentiel d’un principe actif dont l’action n’est pas immédiate. Ces spécificités ont imposé des changements dans la conception et la conduite des essais pour DMD ; les nouvelles études sont conduites sur presque 2 ans et l’âge d’inclusion est descendu à 4-6 ans (ClinicalTrials.gov NCT02420379, NCT02255552). Il faudra donc certainement attendre plusieurs années de traitement avant de conclure sur l’efficacité de telle ou telle molécule. Rappelons-nous qu’il a fallu plusieurs dizaines d’années pour se convaincre du bienfondé du traitement au long cours par les corticoïdes.

Liens d’intérêts

H. Amthor déclare avoir fait partie du conseil scientifique de l’AFM.

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