La glucose 6-phosphate déshydrogénase catalyse la première étape de la voie des pentoses : elle transforme le glucose 6-phosphate en 6-phosphogluconolactone, qui s'hydrolyse classiquement en 6-phosphogluconate. Lors de cette réaction, une molécule de NADP+ est réduite en NADPH+ H⁺. La seconde réaction de cette voie, transformation du 6-phosphogluconolactone en ribulose-6-phosphate, produit également du NADPH, mais, chez les sujets déficitaires en G6PD, elle est totalement perturbée par le ralentissement de la première étape. Le NADPH joue un rôle essentiel dans la réduction des agents oxydants, en permettant, en particulier, dans le globule rouge, de maintenir le pool de glutathion réduit à un niveau normal (Fig. 1). Normalement, le glutathion réduit est en très large excès par rapport au glutathion oxydé [9]. Des travaux récents montrent qu'un rôle protecteur du NADPH sur la catalase érythrocytaire serait tout aussi important dans la lutte contre les stress oxydants [10]. De plus, des études in vitro indiquent que, dans l'endothélium vasculaire et les muscles lisses, la G6PD module la réponse à un stress oxydant en formant du NADPH, qui intervient, d'une part, par la réduction du glutathion et, d'autre part, comme cofacteur de la NO-synthase [11].

La G6PD est une enzyme ubiquitaire présente dans toutes les cellules : Notaro et al. ont relevé en 2000 dans les banques de données plus d'une cinquantaine de séquences homologues à celle de l'enzyme humaine [12]. Cette enzyme est retrouvée dans la plupart des espèces, des micro-organismes à l'homme ; les quelques rares exceptions concernent des micro-organismes vivant dans des milieux pauvres en oxygène ou chez des parasites pouvant profiter de l'activité enzymatique de l'hôte. L'homologie de séquence entre les diverses enzymes est très forte : 94 % entre mammifères et 20 % entre mammifères et micro-organismes [12]. La G6PD humaine comporte 515 résidus, sa structure est identique à celle d'autres primates (chimpanzé ou gorille). Chez l'homme, cette protéine est codée par un gène constitué de 13 exons, situé sur le locus q28 du chromosome X (Fig. 2).

La G6PD de Leuconostoc mesenteroides a été la première qui fut cristallisée et étudiée par diffraction de rayons X : sa forme active est un homo-dimère [13]. L'établissement de cette structure a permis d'expliquer, sur le plan des relations entre structure et fonction, le comportement anormal d'un certain nombre de mutants de la G6PD humaine [14]. Plus récemment, un mutant de l'enzyme humaine, la G6PD Canton, où l'arginine 459 est remplacée par une leucine, a pu être cristallisée [15]. La forme active est également un homo-dimère, qui s'associe en tétramère en fonction du pH et de la force ionique (Fig. 3). On observe, dans chaque sous-unité, la présence d'une molécule de NADP+ faisant partie intégrale de la structure de l'enzyme et localisée à distance du site catalytique (Fig. 4a). Comme on le voit sur la Fig. 4b, plusieurs domaines impliqués dans la structure et la fonction de la molécule peuvent être individualisés. Comme on l'a représenté dans le Tableau 1, on peut distinguer 12 régions dans la molécule de G6PD [12]. Notons tout spécialement l'aire de contact entre les deux monomères, le site de fixation du coenzyme et la zone catalytique.

Toute cellule nucléée est capable en permanence d'adapter sa teneur en G6PD en réponse à un stress oxydant. Il en est tout autrement dans la lignée érythrocytaire, où la synthèse protéique cesse peu après l'énucléation. Dans un globule rouge, l'enzyme présente est celle qui a été synthétisée dans les précurseurs érythroïdes. Dans le sang périphérique, l'activité enzymatique est à son maximum dans le réticulocyte et le globule rouge jeune. Chez un sujet normal, cette activité initiale est 50 fois supérieure à celle qui est suffisante en l'absence d'un stress oxydant. Avec une demi-vie de 62 jours, le stock d'enzyme disponible diminue régulièrement avec l'âge de la cellule. Chez le sujet normal, cette activité reste largement supérieure aux besoins de l'érythrocyte, ce qui explique la bonne tolérance d'un déficit modéré [16,17].

La G6PD B est la forme sauvage, normale. Les études électrophorétiques ont mis en évidence un polymorphisme fréquent, d'activité normale, où l'asparagine en position 126 est remplacée par un aspartate. Cette variante est appelée G6PD A. On connaît plusieurs cas où une seconde mutation a été trouvée sur ce même allèle, entraînant une diminution modérée d'activité, ces variants sont appelés G6PD A–. La fréquence de la G6PD A– est voisine de 20 % dans les populations noires africaines [6]. On en connaît trois types, que l'on distingue par l'anomalie qui s'ajoute à la substitution Asn → Asp présente en position 126 [6]. Il s'agit des substitutions 68 Val → Met, 227 Arg → Leu, ou encore 323 Leu → Pro.

Dans le cas des G6PD A–, l'activité initiale de l'enzyme, mesurée dans les réticulocytes d'un sujet hémizygote, est très proche de la normale (8,8 U contre 9,7 U). Le phénomène majeur est une instabilité modérée de la protéine, qui réduit sa demi-vie à 13 jours (normale = 62 jours). Ainsi, au bout de 21 jours, l'activité résiduelle n'est plus que de 30 % de l'activité initiale et, au bout de 63 jours, de 3 %, ce qui est encore suffisant pour assurer les besoins de la cellule. Au bout de 90 jours, cette activité ne représente plus que 0,8 % de celle d'un globule jeune et la survie cellulaire est alors menacée par tout stress oxydant. Chez les porteurs hémizygotes d'une G6PD A–, l'activité enzymatique globale de la population érythrocytaire se situe entre 5 et 15 % de la normale [16,17]. Ce déficit peut être compensé par une légère stimulation de l'activité médullaire, ce qui se traduit par une réticulocytose environ double de la normale (entre 1 et 2,5 % versus 0,8 %), sans manifestation anémique. Une classification internationalement admise, établie en fonction de l'activité enzymatique et des effets cliniques, situe la G6PD A– dans le type III (Tableau 2) [18].

La variante « méditerranéenne » (188 Ser → Phe) est plus sévère que la variante A–. Son activité dans les réticulocytes se situe à 20 % de la normale et, dans le sang périphérique, à moins de 5 %. Sa demi-vie de 8 jours témoigne d'une instabilité nettement plus marquée que celle de la G6PD A– et entraîne sa classification dans le type II. Elle est trouvée dans le pourtour méditerranéen, le Proche- et le Moyen-Orient où, selon les régions, elle intéresse 10 à 25 % de la population, voire plus, localement. Cette variante, bien tolérée en l'absence de stress oxydant, peut conduire à des accidents hémolytiques graves sous l'effet de multiples facteurs déclenchants. La diminution d'activité G6PD de globules rouges normaux et anormaux en fonction de leur âge est représentée sur la Fig. 5.

Lors d'un stress oxydant, chez les sujets porteurs d'un déficit en G6PD, la transformation de l'hémoglobine en méthémoglobine est accélérée par la présence d'un excès de radicaux libres. D'autres dérivés oxydés d'hémoglobine, tels que les hémichromes, se forment et précipitent en corps de Heinz, qui se fixent à la membrane érythrocytaire. Ces derniers sont à leur tour à l'origine de radicaux libres oxygénés, particulièrement toxiques chez le déficitaire en G6PD, puisque les mécanismes de réduction sont défaillants. Les globules rouges fragilisés sont éliminés par les macrophages lors de leur passage dans le filtre splénique. Dans les accidents les plus graves, on observe une hémolyse intra-vasculaire parfois importante, avec alors des effets sévères sur la fonction rénale. Ces agressions oxydantes peuvent être provoquées par des aliments, des médicaments, ou divers produits chimiques, dont la liste, connue dans ses grandes lignes, s'accroît régulièrement [19]. Elles peuvent entraîner des accidents hémolytiques gravissimes chez les porteurs d'un déficit en G6PD. La prévention de ces accidents pourrait toutefois être facilement organisée par un diagnostic généralisé du risque, et une bonne information permet aux déficitaires en G6PD de mener une vie tout à fait normale, exempte de tout accident hémolytique. La question est toutefois de savoir si le principe de précaution doit exclure les porteurs d'un déficit en G6PD du bénéfice thérapeutique que pourraient leur apporter certaines molécules, sous le prétexte d'un accident exceptionnel rapporté dans la littérature.

Certaines variantes, comme les G6PD A–, méditerranéenne ou Canton sont, de par leur fréquence, de véritables polymorphismes, alors que d'autres, retrouvées dans les mêmes populations, sont plus rares. Des mutations privées, trouvées à l'occasion d'accidents hémolytiques, sont régulièrement décrites, affectant alors n'importe quelle population. Il s'agit parfois de néomutations.

La liste des 150 variants de la G6PD montre, dans tous les cas, sauf deux, qu'une anomalie de structure est à l'origine de la diminution d'activité enzymatique. Il s'agit, soit de mutations faux-sens (parfois plusieurs sur un même allèle), soit de courtes délétions, sans décalage du cadre de lecture, dans des régions répétitives. Les exceptions concernent un cas d'épissage anormal et un cas de décalage du cadre de lecture, toutes deux affectant la seule traduction de l'exon C-terminal, et permettant vraisemblablement la synthèse d'une protéine tronquée, encore pourvue d'un reliquat d'activité.

Dans certains cas, la protéine peut être instable, parce que mal repliée, ouvrant sa partie centrale hydrophobe au milieu aqueux environnant ; ailleurs, la substitution modifie les contacts au voisinage de l'interface entre les deux sous-unités, empêchant la réalisation de la structure dimérique active. Plusieurs mutants de type I concernent la région où se fixe la molécule de NADP+, qui fait partie de la structure de l'enzyme et stabilise la géométrie de l'aire de contact entre monomères. C'est dans la région X (Tableau 1) et son voisinage que se localise le plus grand nombre de variants de type I. Elle est codée par les exons 10 et 11, et correspond à la zone de contact entre sous unités.

Des anomalies génétiques aboutissant à un défaut total de synthèse, comme une mutation altérant les séquences consensus d'épissage, ou des délétions avec décalage du cadre de lecture, n'ont jamais été trouvées chez des sujets déficitaires en G6PD. Elles sont probablement létales [8].

Les manifestations hémolytiques des déficits en G6PD sont habituellement observées chez les sujets mâles, hémizygotes pour l'anomalie. En réalité de nombreux cas sont également trouvés chez des femmes, le plus souvent lorsqu'elles sont homozygotes pour un déficit ou hétérozygotes composites, et plus rarement lorsque l'inactivation d'un chromosome X par lyonisation s'effectue essentiellement au détriment du chromosome normal.

Les techniques de biologie moléculaires et en particulier le séquençage direct de l'ADN des sujets déficitaires en G6PD permet de caractériser aujourd'hui facilement un nombre croissant de nouveaux mutants. La sélection des sujets étudiés fait que, le plus souvent, ils se classent dans les types I ou II. Des listes de variants avec leurs principales propriétés sont disponibles sur Internet [19,20].

Les agents susceptibles de provoquer un accident hémolytique ont en commun la propriété d'être des substances ayant des propriétés oxydo-réductrices. C'est le cas des fèves, qui contiennent deux glycosides, la vicine et la convicine, dont l'hydrolyse conduit à la divicine et à l'isouramil, composés dont les propriétés oxydantes peuvent être rapprochées de celles de la quinine [21]. Les fèves sont en effet connues pour avoir un certain effet antipaludéen. Des accidents ont parfois été observés avec des boissons toniques contenant de la quinine.

Ces propriétés oxydantes sont partagées par une longue liste de médicaments. Les anti-paludéens ont été les premiers décrits comme responsables d'accidents hémolytiques. La chloroquine (4-aminoquinoline), par exemple, est un composé amphipatique légèrement basique qui pénètre dans les vacuoles alimentaires riches en catabolytes de l'hémoglobine produites par le parasite dans les érythrocytes impaludés. En diminuant le taux de glutathion disponible, ce médicament rend plus difficile leur détoxication et accroît l'effet toxique des radicaux oxygénés libérés. La primaquine (8-aminoquinoline) agit par un de ses métabolite hépatique qui, par le biais d'un stress oxydant sur l'erythrocyte, consomme du GSH [22]. L'utilisation de doses supérieures aux doses thérapeutiques entraîne même chez un sujet normal l'effondrement du GSH, phénomène évidemment majoré chez le déficient en G6PD. Sulfamides et chloramphenicol [23] font également baisser le taux de GSH d'une façon dose dépendante. Des accidents ont été décrits aussi bien avec des sulfamides bactéricides qu'hypoglycémiants [7,8,24].

Certains médicaments comme des anesthésiques ou des antibiotiques agiraient en inhibant l'activité de la G6PD [25]. Les accidents les plus graves que nous avons observé au cours de ces dernières années sont survenus lors de chimiothérapie d'induction comportant des générateurs de radicaux libres (F. Galactéros, observations personnelles).

Les médicaments qui sont de puissants oxydants sont dangereux à toutes doses, alors que d'autres ne le sont qu'au-dessus des doses thérapeutiques habituelles [7,8]. Les grandes différences de susceptibilité individuelle sont à rattacher à de multiples facteurs, comme les différences génétiques dans le métabolisme des médicaments. Un déficitaire en G-6PD, acétylateur lent, est sans doute plus sensible à l'effet hémolytique d'un sulfamide que ne l'est un acétylateur rapide [26]. L'effet d'agents oxydants environnementaux vient sans doute se surajouter et conduit à une réponse très variable d'un cas à l'autre [27,28].

Un aspect particulier au déficit en G6PD est la protection qu'il assure contre le paludisme. Ce déficit, comme nous l'avons déjà mentionné, se superpose à la zone d'infestation par P. falciparum. Plus curieusement il se superpose également aux régions de culture de la fève et peut se rencontrer dans des régions où d'autres facteurs oxydants sont d'usage courant, comme les teintures cutanées par le henné [27–29] ou une alimentation particulièrement épicée [30]. Cette situation témoignerait d'une co-évolution entre peuples, plantes et parasites [28]. Dans le cas de la G6PD A–, la coexistence d'un stimulus oxydant modéré augmenterait les résistances de la cellule au développement du parasite [31].

En réponse à toute infection, des composés oxydants sont libérés dans les cellules et conduisent, dans le globule rouge, à des altérations membranaires avec formation d'épitopes reconnus par le système immunitaire. Ces manifestations sont normalement atténuées par les systèmes réducteurs de l'hématie. En cas de déficit en G6PD, ces mécanismes de défense érythrocytaires sont défaillants et les cellules altérées sont hémolysées. Une telle situation est un avantage pour l'hôte lors de l'infestation palustre, puisque le parasite est particulièrement sensible aux agents oxydants : le globule rouge d'un sujet déficient en G6PD, plus riche en composés oxydants, est un milieu peu favorable à son développement. Les expériences de culture de parasites effectuées sur des globules de sujets déficients pour la variante méditerranéenne le montrent plus nettement que chez les porteurs de la variante A– [32,33]. Cet effet n'est cependant que transitoire, car le parasite s'adapte rapidement mais cette adaptation est toute relative, car il reste particulièrement fragile à tout nouveau stress oxydant [34]. La protection contre le paludisme à P. falciparum concerne aussi bien les femmes hétérozygotes que les hommes hémizygotes, alors que certaines études anciennes semblaient limiter cette protection aux seules femmes hétérozygotes [27].

Un nombre considérable d'allèles de G6PD déficiente est observé dans les zones tropicales ou sub-tropicales actuellement ou anciennement impaludées. Cette distribution se superpose à celle des hémoglobinopathies, Hb S, Hb C et Hb E, et surtout à la multitude des allèles thalassémiques. Le déficit en G6PD illustre peut-être un phénomène d'évolution convergente dans l'adaptation à un milieu hostile.