Vignette (© CNCDN).

La phénylcétonurie (PCU), la plus fréquente des erreurs innées du métabolisme (EIM) ¹ [ 1 ] ( → ) a été découverte en 1934 par Absjørn Følling [ 2 ], qui a mis en évidence la présence d’acide phénylpyruvique dans les urines de patients présentant un retard mental. Le nom de phénylcétonurie a été donné par Penrose [ 3 ] en raison de la présence de phénylcétones dans les urines. La PCU a été la première maladie métabolique traitable grâce à Horst Bickel [ 4 ], qui a mis en place, en 1953, un régime pauvre en phénylalanine, ce qui a permis d’améliorer considérablement le pronostic des patients. L’existence d’un traitement efficace a nourri la réflexion sur la nécessité d’un diagnostic précoce pour éviter la survenue du retard mental définitif lié à cette maladie. La première tentative de dépistage systématique de la PCU repose sur la proposition de Willard Centerwall d’ajouter du perchlorate de fer sur les couches des nouveau-nés contenant des urines fraîches, l’apparition d’une coloration verte foncée permettant en effet de faire le diagnostic [ 5 ]. Ce test n’était cependant pas fonctionnel au niveau d’une population entière, et c’est Robert Guthrie qui mit au point, en 1963, un test sur un échantillon de sang séché recueilli sur un carton buvard afin de permettre la réalisation généralisée de ce dépistage [ 6 ]. Il est intéressant de noter que deux des personnes impliquées dans la découverte de la PCU et de son dépistage étaient touchées de près par cette maladie. Følling avait en effet deux enfants dans sa famille atteints de PCU et Guthrie était père d’un garçon handicapé et sa nièce était atteinte d’une PCU. La mise en place de ce dépistage a été la première étape de la grande histoire du dépistage néonatal qui aboutit aujourd’hui au dépistage de plus de 50 maladies différentes dans certains états des États-Unis.

(→) Voir la Synthèse de A. Wiedemann et al ., m/s n° 8-9, août-septembre 2020, page 725

La PCU est due à des mutations du gène PAH codant une enzyme hépatique, la phénylalanine hydroxylase (PAH) [ 7 ]. La PAH transforme la phénylalanine (Phé) en tyrosine en présence d’un cofacteur, la tétrahydrobioptérine (BH4) [ 8 ], et d’une molécule chaperonne DNAJC12 ( Dnaj heat shock protein family [Hsp40] member C12 ) ( Figure 1 ) [ 9 ]. La perte d’activité de la PAH entraîne un défaut du catabolisme de la phénylalanine et donc une augmentation de la concentration plasmatique de cet acide aminé. La phénylalanine passe alors dans le cerveau au prorata de sa concentration plasmatique. Au-delà d’un certain seuil, elle provoque une atteinte neurologique sévère (retard mental irréversible, épilepsie, microcéphalie, troubles du spectre autistique, syndromes psychiatriques), associée à une dépigmentation cutanéo-phanérienne et à un eczéma [ 10 ]. La prise en charge de la maladie dès la période néonatale, que ce soit par un régime pauvre en phénylalanine ou par un traitement médicamenteux par saproptérine (version synthétique de la BH4), a permis aux enfants atteints d’avoir un devenir normal [ 11 ].

Figure 1. Voie métabolique de la phénylcétonurie. La phénylcétonurie est liée à un déficit de la phénylalanine hydroxylase (PAH) dont le fonctionnement nécessite la présence d’un cofacteur, la tétrahydrobioptérine (BH4). Ce cofacteur est également nécessaire au fonctionnement de la tyrosine hydroxylase (TH) et de la tryptophane hydroxylase (TPH). Un déficit en PAH entraîne une hyperphénylalaninémie isolée. Un déficit de synthèse (lié aux déficits en guanosine triphosphate cyclohydrolase [GTPCH], pyruvoyl-tétrahydrobioptérine synthase [PTPS] et sépiaptérine réductase [SR]) ou de recyclage (lié au déficit en ptérine-4a-carbinolamine déhydratase [PCD] et dihydroptéridine réductase [DHPR]) de la BH4 (tétrahydrobioptérine) entraîne une hyperphénylalaninémie, mais également un déficit en certains neurotransmetteurs. Une molécule chaperonne (DNAJC12) est également nécessaire au bon fonctionnement de ces trois hydroxylases.

Figure 1. Voie métabolique de la phénylcétonurie. La phénylcétonurie est liée à un déficit de la phénylalanine hydroxylase (PAH) dont le fonctionnement nécessite la présence d’un cofacteur, la tétrahydrobioptérine (BH4). Ce cofacteur est également nécessaire au fonctionnement de la tyrosine hydroxylase (TH) et de la tryptophane hydroxylase (TPH). Un déficit en PAH entraîne une hyperphénylalaninémie isolée. Un déficit de synthèse (lié aux déficits en guanosine triphosphate cyclohydrolase [GTPCH], pyruvoyl-tétrahydrobioptérine synthase [PTPS] et sépiaptérine réductase [SR]) ou de recyclage (lié au déficit en ptérine-4a-carbinolamine déhydratase [PCD] et dihydroptéridine réductase [DHPR]) de la BH4 (tétrahydrobioptérine) entraîne une hyperphénylalaninémie, mais également un déficit en certains neurotransmetteurs. Une molécule chaperonne (DNAJC12) est également nécessaire au bon fonctionnement de ces trois hydroxylases.

La PCU est diagnostiquée en France par le dépistage néonatal depuis le début des années 1970 [ 12 ]. Le dépistage de la PCU est fondé sur le dosage de la phénylalanine sanguine entre 48 et 72 heures après la naissance [ 11 ]. Ce délai est indispensable car avant la naissance, la phénylalanine insuffisamment métabolisée par le fœtus atteint est en effet épurée par le foie de sa mère ; quelques jours sont alors nécessaires en post-natal avant de pouvoir détecter son accumulation chez le nouveau-né. Initialement, le dosage de la phénylalanine était réalisé par une technique bactériologique fondée sur la restauration de la croissance, en présence d’une tache de sang séché sur buvard, des bactéries d’une souche de Bacillus subtilis cultivées sur un milieu pauvre en phénylalanine ; les diamètres des colonies bactériennes ayant crû sont alors proportionnels aux concentrations de phénylalanine contenues dans la tache de sang [ 6 ]. Cette technique a rapidement été remplacée par des techniques fluorimétriques [ 13 ] qui seront utilisées pendant une trentaine d’années jusqu’à ce que le dépistage évolue (enfin !) en France, le 1 ^er décembre 2020, avec l’extension du dépistage néonatal à d’autres maladies métaboliques, au premier rang desquelles le déficit en MCAD (acyl-coenzyme A déshydrogénase des acides gras à chaîne moyenne) [ 14 ]. Le métabolite marqueur de ce dernier déficit, l’octanoylcarnitine, est désormais dosé conjointement à la phénylalanine par une technique de spectrométrie de masse en tandem qui permet la quantification simultanée de nombreux métabolites (acylcarnitines et acides aminés). Cette technique produit des taux de phénylalanine inférieurs de 30 % à la technique fluorimétrique pour un même échantillon, ce qui a entraîné une diminution du seuil de dépistage positif, qui est passé de 180 à 120 µmol/L.

Le dépistage de la phénylcétonurie a été instauré en France à partir de 1966 grâce à des initiatives privées (à Lille, Paris et Lyon), puis en bénéficiant d’un soutien de la société Évian qui l’a promu. Ce dépistage a été généralisé sur l’ensemble du territoire français à partir de 1972. Le dépistage a ensuite été géré par l’Association française pour le dépistage des handicaps de l’enfant (AFDPHE) à partir de 1978. Le financement du dépistage a été assuré par la CNAMTS (Caisse nationale d’assurance maladie des travailleurs salariés). En 2018, l’organisation a été remaniée et dépend maintenant de la Direction générale de la santé (DGS) à travers les Agences régionales de santé. Depuis 1970, plus de 35 millions d’enfants ont bénéficié de ce dépistage. Il a permis de dépister 1 895 enfants porteurs de PCU et 2 037 porteurs d’hyperphénylalaninémie modérée permanente (HPM).

Le dépistage de la PCU est fondé sur le dosage par LC/MSMS ( liquid chromatography coupled to tandem mass spectrometry ) de la phénylalanine sur un carton buvard. Un dépistage est dit positif si la concentration de phénylalanine est supérieure à 2 mg/dL ou 120 µmol/L. Ce seuil a été actualisé récemment en raison du changement de la méthode de dosage ; il était de 3 mg/dL ou 180 µmol/L lorsque le dosage était réalisé par fluorimétrie. Le seuil de 120 µmol/L correspond aux recommandations actuelles, à la fois américaine et européenne [ 15 , 16 ]. Lorsque la concentration de phénylalanine est supérieure à 120 μmol/L (2 mg/dL), un prélèvement de contrôle est réalisé. Si la concentration de contrôle est inférieure à 120 μmol/L, le dépistage est classé comme faux positif. En revanche, si la concentration de phénylalanine reste supérieure à 120 μmol/L, le dépistage est considéré comme positif et le nouveau-né rejoint le groupe des enfants pris en charge médicalement [ 11 ]. Cette prise en charge comportera l’élimination des diagnostics différentiels et la confirmation du diagnostic de PCU (aminogramme plasmatique, génotypage et étude de la sensibilité à la BH4).

Grâce aux données collectées par l’AFDPHE, il a été possible d’établir la répartition des concentrations de phénylalanine au dépistage (dosée par méthode fluorimétrique) sur plus de 3 000 nouveau-nés dépistés pour hyperphénylalaninémie ( Figure 3 ) . En fonction de ces concentrations de phénylalanine, on peut considérer 3 groupes d’enfants. Dans le premier groupe, le plus grand, les nouveau-nés avaient un taux de phénylalanine aux alentours du seuil de dépistage (soit 3 mg/dL ou 180 µmol/L). Ces enfants n’ont pas été traités pendant des décennies ; les recommandations françaises de traiter au-dessus de 6 mg/dL (ou 360 µmol/L) ne datent en effet que de 2018 [ 11 ]. Un certain nombre de ces enfants sont hétérozygotes pour des variants pathogènes du gène PAH , comme cela a été montré dans une étude française réalisée sur plus de 700 génotypes de patients PCU [ 24 ]. Le deuxième groupe comprend les patients dont les taux sont entre 6 et 15 mg/dL (360 et 900 µmol/L). Ces enfants, qui ont des formes partielles de PCU, seront les plus susceptibles d’être traités par la BH4 [ 17 ]. Le troisième groupe est constitué des enfants ayant des concentrations de phénylalanine aux alentours de 20 mg/dL (ou 1 200 µmol/L). Ces enfants sont majoritairement ceux qui portent deux mutations sévères du gène entraînant une activité PAH nulle. Les quelques enfants qui ont des taux supérieurs à 20 mg/dL correspondent à ceux qui ont deux mutations sévères et qui avaient probablement un état de catabolisme important qui a majoré le taux de phénylalanine à J3.

Figure 3. Concentrations de la phénylalanine sanguine à J3 (en mg/dL) chez les 3 321 nouveau-nés dépistés positifs depuis le début du dépistage en France. n : nombre de patients ; mg/dL : unité de dosage de la phénylalanine.

Figure 3. Concentrations de la phénylalanine sanguine à J3 (en mg/dL) chez les 3 321 nouveau-nés dépistés positifs depuis le début du dépistage en France. n : nombre de patients ; mg/dL : unité de dosage de la phénylalanine.

Le devenir des patients PCU a été radicalement modifié grâce au dépistage néonatal. Avant sa mise en place, les patients présentaient un retard mental et un tableau neurologique sévère dont la gravité était proportionnelle au retard du diagnostic [ 15 ].

Initialement, les traitements étaient arrêtés pendant l’enfance ou au début de l’adolescence. L’apparition de complications neurologiques [ 25 , 26 ] et/ou psychiatriques [ 27 ] chez ces patients ayant arrêté leur régime, a conduit à une évolution de leur prise en charge. Ces atteintes sont réversibles après un retour à un contrôle métabolique strict. Il est maintenant recommandé de poursuivre le régime toute la vie durant afin d’éviter les complications à long terme chez ces patients [ 15 ]. Grâce à ces recommandations, le devenir des patients est très bon : ils accomplissent leurs études et s’insèrent dans une vie professionnelle et familiale proche de la normale. Une étude est actuellement en cours pour évaluer les comorbidités qui surviennent chez les patients PCU en France, comme cela a été réalisé aux États-Unis [ 28 ] et en Allemagne [ 29 ]. Cette étude permettra de déterminer l’efficacité de la prise en charge dans notre pays, celle-ci étant liée au dépistage, mais également à la qualité des centres spécialisés et du système national de soins.

La phénylcétonurie est à l’origine de la mise en place du dépistage néonatal, grâce à plusieurs médecins et biologistes qui ont découvert la maladie, puis les moyens de la traiter et de la dépister à l’échelle d’une population. Cela a été le début de la merveilleuse histoire du dépistage néonatal, qui permet désormais, chaque année et dans le monde entier, la prise en charge en pré-symptomatique de milliers d’enfants, évitant ainsi les conséquences délétères des maladies dépistées.

Les auteurs déclarent n’avoir aucun lien d’intérêt concernant les données publiées dans cet article.