Physiologie des androgènes chez l'homme adulte

25 novembre 2004

Mots clés : andropause, fertilite, vieillissement
Auteurs : J. TOSTAIN, D. ROSSI, P.M MARTIN
Référence : Prog Urol, 2004, 14, 639-660
Et que derrière un voile, invisible et présente,
J'étais de ce grand corps l'âme toute puissante.
Jean Racine (Britannicus)

Le système endocrinien de l'homme adulte trouve son unité dans le vecteur de ses messages : l'hormone [87]. Un androgène est une hormone stéroïdienne capable d'induire la différentiation et la maturation des organes reproducteurs masculins, de stimuler les caractères sexuels secondaires pour aboutir à un phénotype masculin normal [114] et d'entraîner les modifications comportementales nécessaires au rôle de l'homme dans la reproduction [23]. La testostérone, hormone mâle sécrétée par le testicule, est l'androgène majeur qui exerce une action quasi-ubiquitaire dans l'organisme de l'homme, directement ou par l'intermédiaire de sa bioconversion en un androgène plus puissant, la dihydrotestostérone (DHT) ou en un oestrogène puissant, l'oestradiol (E2). Le maintien d'un niveau approprié d'androgènes impose une production qui équilibre l'épuration métabolique et l'excrétion.

I. LA TESTOSTERONE : synthese, regulation, transport et metabolisme

1- Biosynthèse des androgènes

a) Testostérone

La testostérone est le principal androgène circulant. Elle est produite de façon quasi-exclusive (plus de 95%) par les cellules de Leydig du testicule, situées autour et entre les tubes séminifères, qui représentent 5% du volume de la glande [153]. Le nombre maximum de cellules de Leydig, atteint peu après 20 ans, est de 500 millions par testicule [121]. La sécrétion globale de testostérone est de 5 à 7,5 mg/24h chez l'homme adulte normal [185]. Des androgènes sont également synthétisés en faibles quantités par la surrénale et en quantités infinitésimales par le cerveau [10, 83] où l'action locale pourrait cependant être importante. Le contenu en testostérone du testicule de l'homme adulte est d'environ 1µg/g de testicule, ce qui montre que la quasi-totalité de la testostérone secrétée est libérée dans la circulation [193].

Le précurseur des androgènes est le cholestérol. Les cellules de Leydig peuvent en assurer la synthèse à partir de l'acétate, mais elles utilisent surtout le cholestérol extrait des lipoprotéines plasmatiques, et notamment de la fraction de faible densité (LDL) [140], mais aussi celui des membranes cellulaires (Figure 1).

Le cholestérol (C27) est transporté vers les mitochondries par un mécanisme dépendant de la LH régulé par une protéine de transfert dite protéine activatrice de la stéroïdogénèse (StAR ou steroidogenesis activator protein) [169] dont le rôle essentiel a également été décrit dans la surrénale et l'ovaire [170] ainsi que le cerveau [83]. Ce transfert intra-mitochondrial du cholestérol est l'étape limitante de la stéroïdogenèse. PBR (peripheral benzodiazepine receptor) y participe de façon minoritaire [96]. L'absence de StAR par mutation du gêne est responsable de l'hyperplasie surrénale congénitale lipoïde, caractérisée par une accumulation de cholestérol dans les cellules de Leydig et de la surrénale et une quasi-impossibilité de synthétiser des stéroïdes [168]. Dans la mitochondrie, le début de la cascade de la stéroïdogenèse est marqué par le clivage du cholestérol (C27) en prégnénolone (C21) par le cytochrome P450scc (side-chain clivage). La prégnénolone, biologiquement inactive, est éjectée dans le réticulum endoplasmique où elle est métabolisée, notamment sous l'action d'enzymes oxydatifs du groupe des cytochromes P450. La prégnénolone est alors convertie en une variété de stéroïdes C19. Deux voies sont possibles avant d'aboutir à la testostérone, désignées sous les termes de voie D4 ou D5, suivant que les composés intermédiaires sont des 3-céto, D4 stéroïdes ou des 3-hydroxy, D5 stéroïdes (Figure 2) :

- la voie préférentielle dans le testicule est la voie D5 qui fait intervenir en premier P450C17 qui est codé par le gène CYP17 [213] dont l'expression est sous le contrôle de la LH. Le premier composé intermédiaire est la 17a-hydroxyprégnénolone. Le clivage de la chaîne latérale fait apparaître le premier stéroïde C19, la déhydroépiandrostérone ou DHEA. L'action du complexe 3b-hydroxystéroide déshydrogénase/D5-D4-isomérase (3bHSD) la transforme en D4-androstènedione, puis celle de la 17-b-hydroxystéroide déshydrogénase (17bHSD réduisant le groupe cétonique 17 en OH) aboutit à la formation de testostérone.

- la voie accessoire est la voie D4 qui fait intervenir en premier le complexe 3b-hydroxystéroïde déshydrogénase D5-D4-isomérase pour former la progestérone qui est hydroxylée en 17a-hydroxyprogestérone. L'action de clivage de P450C17 la transformera en D4-androstènedione, premier C19 de cette voie minoritaire.

La LH intervient donc dans la régulation de la stéroïdogenèse à deux niveaux :

- transfert du cholestérol de la membrane externe vers la membrane interne de la mitochondrie faisant intervenir StAR dans un processus de régulation à court terme

- activité des systèmes enzymatiques du réticulum endoplasmique assurant la transformation de la prégnénolone pour une régulation à long terme.

La capacité du système enzymatique ne lui permettant pas de transformer la totalité de la prégnénolone en testostérone, la cellule de Leydig élimine des composés intermédiaires : DHEA, progestérone, 17a-hydroxyprogestérone et androstènedione [176].

b) DHEA et Sulfate de DHEA (SDHEA)

La DHEA et l'androstènedione sont également produits par la surrénale. Ce sont des androgènes dits faibles en raison de la modestie de leur action androgène et/ou de leur conversion possible en androgènes forts. Par exemple, moins de 1% de la testostérone sérique provient de la DHEA. Cependant, à l'intérieur même des cellules (intracrinologie), 30 à 50% de la synthèse des androgènes proviendraient de la transformation de la DHEA [89], avec une formation pratiquement ubiquitaire de stéroïdes sexuels [51, 77, 107], notamment dans le foie, la peau, la prostate, l'os et le cerveau qui possèdent le matériel enzymatique nécessaire à cette transformation. La DHEA est en outre un neurostéroïde associé à des interactions avec les neurotransmetteurs cérébraux [9, 90, 179]. La présence d'un possible récepteur périphérique membranaire dans les cellules endothéliales [97] et dans les cellules musculaires lisses de la paroi artérielle [188] a été récemment suggérée.

Le SDHEA n'a pas de rôle spécifique mais, en en raison de sa demi-vie longue (7-8h contre 15-30 minutes pour la DHEA) et de son interconversion continuelle avec la DHEA [5], elle constitue une réserve importante de DHEA.

2- Régulation des androgènes

La quantité d'androgènes du sérum utilisable par les tissus est principalement régulée par l'axe hypothalamo-hypophysaire par l'intermédiaire de l'action de la LH sur les cellules de Leydig. Durant la période foetale vers la 14e semaine, on observe une augmentation très importante du nombre et de l'activité des cellules de Leydig sous l'influence de l'hCG maternelle [118]. Avant cette période, le contrôle des cellules de Leydig et le début de la stéroïdogenèse seraient sous la dépendance d'un autre mécanisme [140]. Dans la période néo-natale, l'action des gonadotrophines amène les taux de testostérone au niveau de ceux observés durant la puberté, puis les cellules de Leydig régressent. Durant la puberté, l'augmentation des taux de LH entraîne une deuxième phase de prolifération et de différentiation conduisant au nombre de cellules de Leydig de l'adulte [148]. La diminution de la testostérone liée à l'âge est pour partie liée à l'atrophie progressive et à la disparition des cellules de Leydig mais également au déclin des capacités de stéroïdogenèse [125].

La fonction principale des cellules de Leydig est la production d'androgènes, mais elles produisent également de l'IGF-1 et des facteurs de croissance qui interviennent dans la régulation autocrine et paracrine du testicule [141].

a) L'axe hypothalamo-hypophysaire

L'hypothalamus siège à la base du cerveau juste au dessus de l'hypophyse et possède des liens très fournis avec les autres régions cérébrales utiles aux fonctions viscérales, autonomes et comportementales. L'éminence médiane et l'infundibulum, richement vascularisées, assurent la communication neurologique et humorale entre l'hypothalamus et l'hypophyse (Figure 3).

La partie postérieure de l'hypophyse (posthypophyse ou neurohypophyse) joue le rôle de réservoir pour la vasopressine et l'oxytocine qui sont sécrétées par l'hypothalamus. La partie antérieure de la glande pituitaire (antéhypophyse ou adénohypophyse) sécrète plusieurs hormones : les gonadotrophines, FSH (follicle-stimulating hormone ou hormone folliculo-stimulante) et LH (luteinizing hormone ou hormone lutéinisante), l'ACTH, la prolactine, la GH et la TSH. 1. Les gonadotrophines

Les cellules gonadotropes antéhypophysaires sécrétent les gonadotrophines LH et FSH. Ce sont des glycoprotéines qui interviennent dans la régulation de la production d'androgènes. La majorité des cellules gonadotropes peuvent sécréter les deux gonadotrophines qui contiennent toutes les deux une chaîne a et une chaîne b. Les chaînes a sont composées de 96 acides aminés et sont identiques pour FSH, LH, TSH et hCG. La chaîne b est par contre spécifique à chacune de ces hormones. Schématiquement, la FSH favorise la spermatogenèse alors que la LH stimule la sécrétion d'androgènes par les cellules de Leydig. 2. Régulation de la sécrétion de LH

Elle fait intervenir une boucle de contrôle complexe équilibrant les actions stimulantes des sécrétions hypothalamiques et l'action frénatrice des stéroïdes sexuels (Figure 4).

* Stimulation par les hormones hypothalamiques

La LHRH (luteinizing hormone-releasing hormone) ou GnRH (gonadotropin-releasing hormone ou gonadoréline) est sécrétée par l'hypothalamus et stimule les cellules gonadotropes hypophysaires par l'intermédiaire d'un récepteur (GnRH-R) [155] pour sécréter de la LH et, à un moindre degré, de la FSH. La LHRH est un décapeptide libéré par l'hypothalamus sur un mode pulsatile, donnant un caractère pulsatile et rythmique à la sécrétion de gonadotrophines hypophysaires [120]. La baisse de la testostérone après castration ou lors de l'insuffisance leydigienne primitive, stimule la sécrétion de GnRH, principalement en augmentant la fréquence des pulses [27]. A l'inverse, une stimulation continue par la LHRH ou un analogue (du type de ceux utilisés pour le traitement palliatif du cancer de prostate) entraîne une « désensibilisation » des récepteurs avec une suppression des ARNm de la LH-b et de la FSH-b [37].

Dans le sang périphérique, l'aspect pulsatile de la libération de LH est plus clairement évident que pour la FSH dont la 1/2 vie est plus longue. Les pulses sont irrégulièrement espacés et d'amplitude variable (Figure 5). L'existence d'un rythme circadien marqué par une élévation de l'amplitude des pulses de LH durant le sommeil et une augmentation de la testostérone aux premières heures du matin, est bien établi chez l'adolescent [19]. Par contre chez l'adulte on observe bien un rythme similaire pour la testostérone, mais il est beaucoup moins évident pour la LH [173], ce qui semblerait indiquer l'existence d'un autre mécanisme régulateur. Le rythme diurne de la testostérone est perturbé par la fragmentation du sommeil [103] et s'émousse lors du vieillissement [20]. L'influence de ces rythmes diurne et pulsatile sur la régulation des protéines est inconnue.

3. Inhibition par les stéroïdes sexuels

L'action frénatrice (feedback négatif) des stéroïdes sexuels sur la libération des gonadotrophines s'exerce au niveau hypothalamique et hypophysaire. La LH et la FSH plasmatiques s'abaissent en quelques heures [151] après administration de testostérone ou d'oestradiol alors que la castration les élèvent. La testostérone diminue l'expression de la sous-unité du gène de la LH [195], mais l'inhibition la plus importante est exercée par la testostérone, la DHT et l'oestradiol au niveau de l'hypothalamus en ralentissant le générateur de pulses hypothalamique et donc la libération de LH [151, 197]. La castration chirurgicale, faisant disparaître le rétro-contrôle négatif, entraîne une augmentation marquée de FSH et de LH.

Il est possible qu'une grande partie de l'action inhibitrice de la testostérone s'exerce au travers de sa bioconversion en oestradiol [151, 158], d'autant que l'oestradiol réduit également l'amplitude des pulses de LH chez l'homme [151] et a un effet inhibiteur direct sur les cellules gonadotropes hypophysaires [81].

La testostérone inhibe préférentiellement la sécrétion de LH, alors que les oestrogènes, dont l'action frénatrice globale est plus marquée que celle de la testostérone [39], inhibent de façon identique la LH et la FSH. L'inhibine, une protéine produite par les cellules de Sertoli, est aussi capable d'inhiber la production de FSH, mais n'a que peu ou pas d'effet sur la sécrétion de LH [24]. 4. Autres facteurs de régulation

Le système nerveux central pourrait réguler la sensibilité des cellules de Leydig à la LH [42, 154]. Chez le rat, les hormones thyroïdiennes stimulent l'expression de StAR et la production de stéroïdes [106], alors que les glucocorticoïdes ont plutôt une action inhibitrice de la stéroïdogenèse en induisant l'apoptose des cellules de Leydig, ce qui pourrait contribuer à l'abaissement des androgènes lors du stress [57].

L'effet de la prolactine sur les cellules de Leydig est débattu [105]. L'abaissement de la testostérone observée chez les hommes présentant un adénome hypophysaire à prolactine est principalement dû à la suppression de la sécrétion pulsatile de LH [198].

L'ACTH stimule la sécrétion d'androgènes surrénaliens faibles. En retour, ceux-ci n'exercent aucun rétrocontrôle sur la sécrétion d'ACTH qui est régulée par le cortisol.

b) Mode d'action de la LH

La LH agit sur les cellules de Leydig par l'intermédiaire de récepteurs (LH-R) qui font partie de la superfamille des récepteurs couplés à la protéine G (GPCR) [109]. Le ligand naturel du récepteur à la LH est la LH, mais en raison d'analogies structurelles, la gonadotrophine chorionique humaine (hCG) peut également l'activer. En pathologie clinique, des mutations de ces récepteurs affectent la production d'androgènes : activation responsable d'une puberté précoce ou, à l'inverse, inactivation entraînant un pseudo-hermaphrodisme masculin.

L'activation des récepteurs de la LH au niveau de la membrane des cellules de Leydig stimule l'adényl-cyclase et entraîne la formation d'AMP cyclique (cAMP). Le cAMP active les protéines kinases qui favorisent la conversion du cholestérol en prégnénolone. Il est possible que le calcium et la calmoduline puissent aussi intervenir comme second messager de l'action de la LH [141] (Figure 1).

A côté cette action rapide sur la stéroïdogenèse, la LH possède également une action trophique à long terme sur les cellules de Leydig, destinée à entretenir le niveau enzymatique ainsi que la fonction et le volume des mitochondries et du réticulum endoplasmique indispensables à cette synthèse [82, 192].

c) Autres facteurs intervenant dans la stéroïdogenèse

La FSH et les interactions cellulaires locales participent à la régulation des cellules de Leydig. Les récepteurs à la FSH n'étant présents que dans les cellules de Sertoli, la FSH n'intervient qu'indirectement, par l'intermédiaire de facteurs sécrétés par les cellules de Sertoli [124] et par interactions paracrines, notamment par IGF-1 qui stimule la stéroïdogenèse et TGF-b qui l'inhibe [47, 54].

3- Sécrétion et transport des androgènes

a) Libération et diffusion

Les stéroïdes comme la prégnénolone, la progestérone et la testostérone diffusent librement à travers la membrane des cellules de Leydig et équilibrent rapidement les différents compartiments testiculaires [111]. Les protéines de liaison étant rapidement saturées, ces compartiments sont exposés à de fortes concentrations de testostérone libre. La plus grande partie des stéroïdes contenus dans le liquide interstitiel diffuse alors dans le sang veineux. La concentration de testostérone dans les veines spermatiques (100-600 ng/ml) est approximativement 75 fois plus élevée que celle du sang veineux périphérique (3-10 ng/ml) [34]. On retrouve de la DHT dans le sang du cordon spermatique, mais comme il n'y a pratiquement pas de 5a-réductase dans le testicule humain [112], cette DHT est probablement d'origine épididymaire. Au contraire, le 17b-oestradiol est produit par les cellules de Leydig qui assurent 20% de la production totale d'oestrogènes, les 80% restants étant produits par aromatisation périphérique. Le testicule sécrète également des précurseurs hormonaux : DHEA, progestérone, 17a-hydroxyprogestérone et androstènedione [176].

Dans le plasma, la testostérone circule sous 3 formes : 2% sous forme libre, seule forme utilisable directement par les tissus, 45-75% sont liés à la protéine de transport des stéroïdes sexuels appelée TeBG (testosterone binding-globulin) ou SHBG (sex hormone binding globulin) et 30 à 55% sous forme liée à l'albumine [49, 144, 145]. La testostérone liée à la SHBG, à l'inverse de la fraction liée à l'albumine, se dissocie difficilement et n'est pas disponible pour l'utilisation tissulaire. La testostérone biodisponible représente la somme de la testostérone libre et de la testostérone liée à l'albumine, soit 40 à 50% de la testostérone totale. Les protéines de liaison servent de réserve de stéroïdes qui, autrement, seraient rapidement métabolisés par le foie.

A la périphérie, les stéroïdes libres s'équilibrent rapidement entre le sang et les viscères, assurant un taux uniforme. La concentration de testostérone libre dans les tissus-cibles et les fluides corporels dépend donc principalement des concentrations de SHBG et d'albumine.

b) La SHBG

La SHBG est une protéine produite par le foie qui se lie à la testostérone, à la DHT et plus faiblement à l'oestradiol [49]. Elle agit comme un réservoir amortisseur des variations du taux de testostérone [161], régulant d'un côté la disponibilité tissulaire et prolongeant de l'autre la clairance métabolique des hormones liées qui seraient autrement rapidement catabolisées par le foie [64]. L'expression du gène de la SHBG dans les cellules de Sertoli aboutit à la production d'ABP (androgen-binding protein) qui possède la même séquence d'amino-acides que la SHBG mais en diffère par la glycosylation [65]. Lorsque la testostérone libre baisse, une partie de la fraction liée se dissocie de l'albumine et de la SHBG pour maintenir un taux constant de testostérone libre. La SHBG diminue dans les deux sexes depuis l'enfance jusqu'à la puberté [8, 12], puis son taux augmente chez l'homme avec le vieillissement [3]. Du fait de sa forte affinité pour la testostérone, le taux de SHBG est un prédicteur fort du taux de testostérone plasmatique des hommes normaux ; dans ces conditions, la testostérone est basse lorsque la SHBG est basse [193] (Figure 6). Environ 45% de la testostérone circulante de l'homme adulte est liée à la SHBG [49]. La SHBG pourrait exercer une action paracrine influençant l'action androgène dans certains tissus [72] et dans le cancer de prostate [73].

Le taux normal de SHBG chez l'homme adulte varie dans des limites assez larges de 13 à 71 nmol/l [178]. Des facteurs hormonaux influencent le taux de SHBG. Globalement, les oestrogènes et la thyroxine l'augmentent, l'insuline, la GH, les glucocorticoïdes, les androgènes et les progestatifs l'abaissent. Par exemple, chez l'homme obèse la SHBG est abaissée [60], en partie du fait de l'élévation de l'insulinémie [130], et la testostérone est également abaissée ; à l'inverse la SHBG et la testostérone totale sont augmentées chez l'homme hyperthyroïdien [3]. Certaines drogues, comme le danazol, déplacent la testostérone de la SHBG, ce qui entraîne des modifications de la testostérone totale pour maintenir constant le taux de testostérone libre [131]. L'augmentation de la SHBG lors du vieillissement a été attribuée à un déficit en GH [181].

4- Métabolisme de la testostérone

La testostérone libre, après son passage transmembranaire, peut agir directement sur le récepteur aux androgènes. C'est le cas dans certains tissus dépourvus de 5a-réductase comme le muscle. Mais elle a aussi des effets indirects par le biais de métabolites actifs qui augmentent et diversifient ses effets biologiques. Elle joue alors le rôle de pro-hormone et doit être métabolisée en androgène plus puissant, la dihydrotestostérone (DHT) qui activera le récepteur des androgènes (RA), ou en oestrogène, l'oestradiol qui activera un récepteur différent. L'action globale de la testostérone reflète ainsi la réponse intégrée de chaque tissu à la testostérone, la DHT et l'oestradiol. Elle peut enfin être transformée et éliminée. De cet équilibre entre système de synthèse et systèmes de transformation et de dégradation dépend la stabilité du taux de testostérone.

a) Action pro-hormonale

La testostérone a des métabolites actifs qui gardent une action hormonale puissante. La réduction de la liaison D4 ou l'aromatisation aboutissent à la formation de stéroïdes sexuels, respectivement 5a-dihydrotestostérone et 17b-oestradiol, d'actions totalement différentes qui renforcent et diversifient les effets biologiques de la testostérone (Figure 7).

1. Transformation en DHT

La transformation en DHT, androgène deux fois plus puissant que la testostérone, s'effectue dans certaines cellules cibles sous l'action des 5 a-réductases de type 1 et 2, localisées principalement dans la peau et la prostate [147, 162, 163] (Tableau 1). La 5a-réductase de type 2, inhibée par le finastéride, est la plus importante ; son absence entraîne des formes particulières de pseudo-hermaphrodisme masculin [191]. Comme l'affinité de la DHT pour le récepteur aux androgènes est 5 fois celle de la testostérone, l'action androgène est potentialisée dans ces tissus. Dans la circulation, la DHT se lie avec une plus grande affinité que la testostérone à la SHBG.

2. Transformation en 17b-oestradiol

La testostérone est métabolisée par l'aromatase en un oestrogène puissant, l'oestradiol (E2). Cette aromatisation transforme également l'androstènedione en estrone dont l'activité oestrogène est réduite. Chez l'homme, l'aromatase ou cytochrome P450arom est codée par un gène unique CYP19 [141]. Cette aromatisation, source de 75-90% des oestrogènes sériques de l'homme, a lieu dans les tissus périphériques, principalement la graisse, mais aussi en quantité moins importante dans la peau, le rein, l'os et le cerveau [194]. Une petite quantité d'oestrogènes est également sécrétée dans le sang directement à partir du testicule (15%) et probablement aussi à partir des cellules de Sertoli [48]. L'homme produit approximativement 40 µg d'oestradiol et 60 µg d'estrone par jour [194]. Il existe deux formes de récepteur aux oestrogènes encodés par deux gènes distincts : ER-a et ER-b. ER-a prédomine dans l'hypothalamus et l'hypophyse, alors qu'ER-b est présent dans le testicule et l'épididyme [40].

L'importance de l'oestradiol chez l'homme a été amplement confirmée par les explorations d'hommes présentant une mutation de l'ER-a [165] ou du gène de l'aromatase [116]. Ces hommes présentent des taux élevés de LH et de testostérone, une grande taille en raison d'un retard de soudure des cartilages de croissance épiphysaires, mais aussi une ostéopénie, ainsi qu'une hyperinsulinémie chez le patient présentant une mutation de l'ER-a. La conversion tissulaire de la testostérone en oestrogènes est par ailleurs essentielle pour la fertilité masculine.

b) Catabolisme

Dans les tissus, les voies de dégradation des androgènes dépendent du profil enzymatique local. La majorité des réactions cataboliques se font dans le foie, mais aussi dans la peau et la prostate pour aboutir à une élimination dans l'urine ou par la peau. C'est la testostérone elle-même qui induit les enzymes hépatiques responsables de son propre catabolisme. La plupart des métabolites sont inactifs, mais des exceptions sont possibles (métabolites 5b-androgènes qui stimulent la formation de l'hème dans la moelle osseuse et le foie [15]). La testostérone est convertie en androgènes faibles et inactifs : DHEA (androgène surrénalien faible), androstérone (par 5a-réduction hépatique) et étiocholanolone (par 5b-réduction hépatique) éliminés dans l'urine et la bile. L'androstérone et l'étiocholanolone (17-cétostéroïdes) sont les métabolites urinaires les plus abondants.

Certains métabolites des androgènes sont excrétés sous forme de stéroïdes libres, d'autres sous forme sulfo ou glucuro-conjuguée. La DHT peut être transformée en androstènediol, à la fois forme de stockage, car la conversion est réversible, et forme d'élimination stéroïdienne. Le glucuronide d'androstènediol, mesuré sur un recueil urinaire de 24 heures, sera ainsi un reflet de l'utilisation tissulaire des androgènes. A l'inverse, le glucuronide de testostérone, issu de la transformation hépatique du stéroïde, sera le témoin de la production testiculaire de l'androgène [87].

Cet ensemble métabolique est très actif puisque la 1/2 vie de la testostérone est de 12 minutes, ce qui implique une fabrication permanente par le testicule [141]. Lors du vieillissement, on observe une diminution de la clairance métabolique de la testostérone [182], qui résulte de la diminution du débit cardiaque, hépatique et tissulaire et de l'augmentation de la liaison à la SHBG.

II. LE RECEPTEUR DES ANDROGENES ET LES VOIES MOLECULAIRES ASSOCIEES

Les stéroïdes libres peuvent diffuser aisément jusqu'au noyau des cellules, mais seules certaines cellules sont capables de les retenir grâce à des récepteurs spécifiques. La testostérone et son métabolite la DHT, qui assurent l'essentiel de l'action androgène chez l'homme, peuvent ainsi activer des gènes spécifiquement sensibles qui augmentent l'expression de certaines protéines sous contrôle androgène.

Bien que la testostérone soit l'androgène prédominant dans la circulation périphérique avec une concentration 10 à 12 fois supérieure à la DHT, la concentration tissulaire locale de DHT, dont l'action androgène est plus forte, peut être plus élevée.

1- Le récepteur des androgènes (RA)

L'action des androgènes sur l'expression génomique passe par un capteur spécifique unique: le récepteur aux androgènes (RA). Le RA est largement distribué dans l'organisme. Les concentrations les plus élevées sont présentes dans les organes sexuels (prostate, testicules, ovaires) mais aussi dans le coeur, le muscle et le foie, alors que les concentrations dans les autres tissus androgéno-sensibles, comme l'os par exemple, sont beaucoup plus basses. Ce facteur de transcription dépendant d'un ligand (ici la testostérone ou la DHT) appartient à la super-famille des récepteurs nucléaires qui comprend le récepteur des hormones stéroïdes (récepteur aux androgènes [RA], récepteur à la progestérone [PR], récepteur aux glucocorticoïdes [GR] et récepteur aux minéralo-corticoïdes [MR]), des hormones thyroïdiennes, de la 1-25 di-hydroxy-vitamine D et les récepteurs de l'ecdysone et des proliférateurs des peroxisomes activés [138, 207]. De plus, de nombreuses protéines nucléaires ont une structure analogue au récepteur nucléaire sans ligand identifié (récepteurs orphelins). Des analyses comparatives de la structure et de la fonction des récepteurs stéroïdes nucléaires ont montré une grande homologie avec une organisation structurale commune comprenant quatre domaines différents : domaine de transactivation NH2 terminal, domaine de liaison à l'ADN, domaine de liaison du ligand COOH terminal et une région charnière (Figure 8). Bien que les domaines soient distincts, ils interagissent entre eux [93]: par exemple, tant que le domaine de liaison du ligand n'est pas occupé par un androgène, il bloque la transactivation par le domaine amino-terminal qui lui-même empêche la liaison avec l'ADN [133]. L'interaction entre les extrémités amine et carboxyl est nécessaire à la stabilisation du RA activé par un androgène et la disposition spatiale du dimère RA [14, 92, 93], ainsi qu'au recrutement des protéines coactivatrices (SRC1, TIF2, CBP) [149].

La forme la plus fréquente du RA est une protéine de 110-114 kDa composée de 910-919 acides aminés [79, 189]. Les variations de longueur tiennent au nombre variable des répétitions de triplets dans l'exon 1 du gène du RA [32, 33, 101, 102]. En effet, si les domaines de liaison à l'ADN et de liaison au ligand domaine ont une très forte homologie, il n'en est pas de même pour le domaine NH2 terminal qui possède un allongement polyglutamine de longueur variable.

a) Domaine amino-terminal

Cet important domaine du RA représente plus de la moitié de la protéine. Il intervient de façon prédominante dans la régulation de la transcription [78, 159] La totalité du domaine est requis pour une action complète du récepteur [46, 67]. Une zone fonctionnelle spécifique, dénommée AF-1 et regroupant deux régions à fonction puissante appelées t-1 et t-5, possède toutefois un pouvoir activateur de la transcription particulièrement marqué [78]. L'interaction entre le domaine amino-terminal et le domaine de liaison du ligand carboxy-terminal est responsable de la conformation tridimensionnelle stable du récepteur [93].

Le domaine amino-terminal est porteur d'une chaîne polymorphique de résidus glutamines codé par une répétition polymorphe (CAG)nCAA [204]. Dans la population normale, le nombre de résidus glutamine varie de 9 à 38 [36] et rend compte du polymorphisme du gène du RA.

b) Domaine de liaison à l'ADN

Dans ce domaine situé au centre du récepteur, 2 anses protéiques maintenues à leur base par 4 résidus cystéine liées à un ion zinc portent le nom de « zinc fingers » [55]. Cette structure est commune aux différents récepteurs des stéroïdes [56]. Le premier doigt est responsable de la reconnaissance de la séquence de l'ADN-cible, trois amino-acides à sa base étant particulièrement critiques (glycine, serine, valine) [13, 175]. Cette association de trois amino-acides, également présente dans les autres récepteurs des stéroïdes, entre en contact direct avec les éléments de réponse hormonale (HREs) des gènes-cibles. Le second doigt, très basique, favorise la formation de l'homodimère [23] et stabilise l'interaction ADN-récepteur [133].

c) Domaine charnière

Il serait impliqué dans les changements conformationnels entraînés par la liaison avec les androgènes et les anti-androgènes [88] et est porteur d'un site de phosphorylation nécessaire pour une activité transcriptionnelle optimale du RA [205]. En l'absence du ligand, le RA est localisé dans le cytoplasme alors que l'activation par un androgène entraîne sa translocation rapide dans le noyau au travers des pores nucléaires, débutant en quelques minutes et apparement complète en 30 minutes [79]. Une séquence située à la jonction de la région charnière et du domaine de liaison à l'ADN est responsable du signal de transfert [206]. Ce domaine serait aussi responsable d'interactions avec des protéines de modulation, essentiellement inhibitrices, de l'activité transcriptionnelle du récepteur [94, 98, 128].

d) Domaine de liaison du ligand

Une des fonctions principales de ce domaine carboxyl-terminal est la très haute affinité spécifique de liaison avec les androgènes. Cette affinité est favorisée par les protéines chaperonnes de choc thermique Hsp90 et Hsp70 qui maintiennent le RA dépourvu d'hormone (apoRA) dans une conformation inactive, favorable à la liaison avec le ligand [26, 53, 71] mais empêchant sa liaison avec l'ADN. Il intervient aussi probablement dans les autres fonctions du récepteur comme la dimérisation et la régulation transcriptionnelle [79, 113, 159, 201]. La liaison avec un androgène active une zone spécifique, dénommée AF-2 où les coactivateurs peuvent se lier au RA [16].

2- Le gène du récepteur des androgènes

Le gène du récepteur androgène est localisé sur le bras long du chromosome X en q11-12 [22], proche du centromère, et code pour une protéine de masse moléculaire 110 kdaltons. Le gène est constitué par 8 exons [100] qui sont les parties d'ADN du gêne possédant l'information finale codante transcrite en ARNm puis secondairement en séquences d'amino-acides. Le terme d'exon indique que cette information quittera le noyau. Les exons sont séparés dans le gène par des introns qui sont aussi transcrits en ARNm mais sont ensuite enlevés du message terminal à l'intérieur du noyau. L'organisation structurelle est identique à celle des gènes codant pour les autres récepteurs de stéroïdes. Deux espèces différentes d'ARNm (8,5 et 11kb) ont été identifiées dans différentes lignées cellulaires et on peut présager que des facteurs tissulaires spécifiques déterminent lequel est préférentiellement utilisé dans un tissu donné. Dans la prostate, c'est le transcript de 11 kb qui est principalement exprimé.

Les androgènes interviennent dans la régulation de la régulation de l'expression du RA. La relation est cependant complexe et dépend de l'âge, des tissus ou des cellules étudiées. De plus, pour une même cellule, on peut constater un effet opposé sur les protéines et le niveau d'ARNm. En expérimentation animale, les androgènes diminuent la dégradation de la protéine du récepteur [52, 86], aboutissant à une augmentation du niveau de RA. A l'inverse, ils abaissent généralement le niveau d'ARNm du gène du RA [86, 132, 156] bien qu'ils entraînent une surexpression dans certaines cellules comme les cellules de cancer de prostate PC3 et les ostéoblastes [45, 200].

3- Mécanisme d'action du RA

Le mécanisme moléculaire de l'action androgène est représenté dans la Figure 9. Le RA cytoplasmique inactif n'est qu'une partie d'un complexe macromoléculaire qui se dissocie lors de la liaison de la testostérone ou de la DHT au récepteur, entraînant un changement conformationnel (allostérique) qui l'active. Le RA migre alors dans le noyau et s'unit à un autre pour former un homodimère qui se lie avec une très haute affinité à des sites de liaison spécifiques de la chromatine nucléaire contigus aux gènes androgéno-dépendants.

a) Actions génomiques

L'action androgène n'est pas seulement une fonction de l'expression du RA dans les tissus-cibles et du nombre de répétitions CAG, mais implique une interaction complexe de la testostérone, du RA, et des co-activateurs et co-répresseurs spécifiques du tissu avec les éléments de réponse androgène dans les gènes spécifiques [91, 146]. Ce mode d'action général a été particulièrement étudié dans la prostate. 1. Liaison du ligand aux androgènes L'action des androgènes passe par de nombreuses étapes. Le RA non lié, probablement situé dans le cytoplasme, est maintenu dans un état conformationnel favorable à la liaison avec un androgène par les protéines de choc thermique [28, 53, 129]. Seule la fraction libre de la testostérone entre dans la cellule cible des androgènes par diffusion. Elle se lie alors au récepteur (RA) directement ou après sa transformation irréversible par la 5a-réductase isoforme de type 2 (SRD5A2) [150] en son métabolite plus actif, la 5a-dihydrotestostérone (DHT).

La liaison hormone-RA conduit à la dissociation des protéines du choc thermique (HSP), suivie d'une phosphorylation et d'un changement de configuration allostérique du récepteur [95] qui se combine à un autre pour former un dimère. Celui-ci est alors stabilisé dans le noyau et se fixe par ses domaines de liaison à des séquences spécifiques de l'ADN, les éléments de réponse aux androgènes (androgen response elements ou AREs) [31, 157].

L'homo-dimère rassemble des molécules additionnelles dont :

1. Des co-facteurs type co-activateurs : tels SRC-1 (Steroid Receptor Coactivator-1) [16], TIF2 (Transcription Intermediary Factor 2) [14] ou des co-répresseurs tel : AES (Amino-terminal Enhancer of Split) [203] qui interagissent principalement avec la région AF-1 [16].

2. Des facteurs de transcription,

3. L'ARN polymérase II.

Cet ensemble multi-moléculaire active ou supprime spécifiquement la transcription de gènes spécifiques androgéno-régulés à des endroits précis de la chromatine [134]. Le récepteur aux androgènes peut également activer son propre gène de fabrication [38]. La translation des ARNms sur les ribosomes cytoplasmiques dirige la synthèse des protéines responsables des modifications cellulaires androgéno-induites, sur la fonction, la croissance ou la différenciation. 2. Interaction avec les cofacteurs De nombreuses autres protéines interagissent avec le récepteur sur différents domaines [63]. La Figure 9 en représente schématiquement une : l'ARA70 (AR-associated protein, 70 kDa) qui joue un rôle de co-activateur du RA et augmente la transcription [202]. D'autres interviennent également, telles l'ARA55 dont la surexpression entraîne un changement de spécificité pour le ligand, le Bag-1L et la protéine 14-3-2 qui stimulent la fonction androgénique, la b-caténine qui augmente l'activité androgénique en présence de différents ligands (oestradiol, androgènes surrénaliens), molécule qui peut être mutée dans les cancers de prostate [35], la cavéoline1 qui stimule la transcription et est surexprimée après castration pour cancer de prostate [99], ou PDEF (Prostate Derived Ets Factor) qui augmente l'expression du PSA en l'absence d'androgènes [123].

On compte à ce jour plus de 70 molécules interagissant avec le récepteur aux androgènes. Beaucoup interagissent dans plusieurs classes de récepteurs, récepteurs aux estrogènes, aux progestatifs et glucocorticoïdes tels HMG1, HMG2 (High Mobility Group protein 1 et 2) ou également avec d'autres molécules modulatrices, telle OCT 1-2 (octamer transcription factors 1 et 2) qui interagit avec les récepteurs RP, RG et SRC1.

La Figure 10 schématise la distribution des molécules co-activatrices ou co-répressives relatives à l'activité agoniste ou antagonistes des ligands. Les molécules dénommées molécules modulatrices spécifiques des récepteurs nucléaires (SRM), dont les SARMs qui sont sélectives du récepteur aux androgènes, sont par contre des molécules ambivalentes.

En présence d'un ligand agoniste dans le site de liaison, le récepteur des androgènes se transforme spatialement, interagit avec les molécules co-activatrices et ce complexe supramoléculaire active la transcription spécifique androgéno-régulée. En présence d'un ligand antagoniste (antiandrogène pur) dans le site de liaison, le récepteur adopte une conformation spatiale qui interagit préférentiellement avec les molécules co-répresseurs avec comme conséquence l'impossibilité d'activer la transcription. Le flutamide, le nilutamide et le bicalutamide sont des anti-androgènes purs avec, pour le bicalutamide, une affinité 4 fois plus grande pour le RA que l'hydroxyflutamide qui est le métabolite actif du flutamide, et 2 fois plus grande que celle du nilutamide [23]. Les interactions des antiandrogènes non stéroïdiens avec les coactivateurs et les corépresseurs du RA ne sont pas identiques. Par exemple, le bicalutamide active le corépresseur N-Cor et inhibe le coactivateur SRC-1 ; l'action du flutamide et du nilutamide sur ce système est beaucoup moins marquée. L'acétate de cyprotérone possède une action anti-androgène, mais c'est aussi un antiprogestatif puissant avec une action antigonadotrope centrale, ainsi qu'un glucocorticoïde faible. En présence de molécules modulatrices spécifiques du récepteur des androgènes (SARM) dans le site de liaison, le récepteur adopte une conformation intermédiaire entre forme active ou inactive et de ce fait peut interagir également avec les molécules co-activatrices ou co-répressives dont dépend une forme supra-moléculaire intermédiaire (partiellement activée ou inactive). De ce fait, l'activité des récepteurs des androgènes liés aux SARMs dépend essentiellement de la relative expression tissulaire environnementale des co-activateurs ou co-répresseurs (Figure 10). L'expression et la localisation des molécules co-activatrices/co-répressives conditionnent en cascade les changements d'activité cellulaire dépendants des récepteurs aux androgènes.

En plus des interactions intermoléculaires au sein d'un complexe supramoléculaire, certaines de ces molécules possèdent une activité enzymatique spécifique (acétylase, kinase, méthylase, phosphatase, sumoilase, ubiquitinase...) dont les cibles sont d'autres molécules co-répressives, co-activatrices ou des séquences spécifiques des récepteurs eux-mêmes.

Les études des animaux dépourvues d'expression (knock out) de co-activateurs ou co-répresseurs des récepteurs aux hormones stéroïdes montrent des différences dans l'action biologique des co-activateurs qui sont par ailleurs associés à une expression tissulaire spécifique. 3. Autres voies de signalisation

La phosphorylation du récepteur sur les résidus sérine augmente les capacités de liaison. Une deuxième activation a lieu après la liaison des agonistes, mais pas des antagonistes [21].

Une activation du récepteur indépendant des androgènes par HER-2/neu et des effets synergiques à de faibles concentrations de testostérone ont été mis en évidence dans la lignée cellulaire LNCaP [41]. Comme pour HER-2 /neu, IL6 potentialise l'activité du récepteur androgène. De la même manière IGF-1, KGF et EGF activent le récepteur androgène en l'absence d'androgènes [43]. L'activation par ces peptides s'avérant synergique, le taux minimal d'androgènes nécessaire pour une activité complète du RA s'en trouve abaissé. Cette activation s'exerce par le biais d'une phosphorylation hormono-indépendante du RA et est une des voies activées dans le phénomène d'échappement thérapeutique abordé dans le chapitre « Androgènes et prostate ».

b) Matrice nucléaire

C'est un élément fondamental complémentaire des voies d'action génomique des hormones stéroïdiennes. La matrice nucléaire associe les éléments moléculaires et structuraux des pores nucléaires, de la lamina des réseaux intra nucléaires et nucléoles. Ces éléments déterminent l'organisation et la forme tridimensionnelle du noyau. Ainsi, bien que l'ADN contenu dans chaque cellule d'un organisme soit identique, sa disposition spatiale peut être différente dans les noyaux de tissus différents d'un même organisme et expliquer une spécificité et une régulation proprement tissulaires de l'action des hormones stéroïdiennes.

La matrice nucléaire joue un rôle important dans l'organisation spatiale de l'ADN, sa réplication et la transcription. Dans l'ADN nucléaire il y a approximativement 50 000 boucles d'ADN contenant 60 000 paires de bases (60 kbp). Chacune de ces boucles est attachée par ses bases à la matrice nucléaire et interagit avec les enzymes associés à la matrice nucléaire, telles la topoisomérase II, la DNA polymérase, etc... La matrice nucléaire fixe les sites de réplication de l'ADN. Par ailleurs, les gènes activement transcrits sont associés à la matrice nucléaire, alors que les gènes inactifs ne le sont pas. La régulation des macromolécules associées à la matrice nucléaire se fait par phosphorylation.

Barrack et Coffey [6, 7] furent les premiers à montrer que la matrice nucléaire était une cible majeure pour la liaison des récepteurs des hormones stéroïdiennes dont fait partie le récepteur androgène. Dans la prostate, plus de 60 % de l'ensemble des récepteurs nucléaires aux androgènes sont associés à la matrice nucléaire [6]. Cette association intermacromoléculaire spécifique est une des étapes capitales de régulation de l'action hormonale, via les récepteurs nucléaires [58, 190], sur l'expression génomique spécifique.

Ces interactions récepteurs/matrice moléculaire peuvent être perturbées par de multiples modifications d'activation ou pertes de fonctions (mutations) des molécules interactives et être une des étapes précoces importantes de la transformation cellulaire cancéreuse.

c) Voies d'actions non génomiques des hormones stéroïdiennes

Si la voie des activations génomiques décrite plus haut contrôle l'expression des gènes et la synthèse de novo des protéines, elle le fait avec un temps de latence certain entre son activation et la réalisation effective du produit. Elle contrôle également les programmes cellulaires à moyen et long terme, ainsi que l'organisation et les réseaux cellulaires pour des fonctions complexes.

Une voie alternative d'activation cellulaire non génomique existe et s'exerce au travers d'interactions beaucoup plus rapides (secondes ou minutes) que l'activation du RA (30-60mn) qui nécessite le transfert dans le noyau et la transcription [30]. Ces voies non génomiques interviennent sur l'activation ou la répression de molécules présentes dans la cellule (phosphorylation/déphosphorylation ­ méthylation/déméthylation ­ acétylation-déacétylation) [29]. L'activation rapide de cette voie vers son produit effectif permet une adaptation cellulaire au micro-environnement et une modulation des programmes cellulaires à long terme.

Décrites pour la première fois dans les années 70 par Szego [126], les voies d'action non génomique des hormones stéroïdiennes ont été confirmées par des techniques indirectes pour leurs actions sur les canaux membranaires ioniques [62] et pour l'interaction directe des récepteurs avec des macromolécules des voies de signalisation ou transmission du signal intracellulaire [160], puis leur participation à des activités tissulaires globales intégrées telle la résorption osseuse [85]. Certains de ces récepteurs membranaires aux hormones stéroïdiennes ont été récemment clonés [208]. La présence et la fonctionnalité de récepteurs androgéniques membranaires, pouvant faire intervenir un type spécifique de ligand androgène [104], ont été récemment décrits dans les lignées cellulaires prostatiques humaines androgéno-sensibles [167].

Les voies de transduction intracellulaires du signal peuvent être actives, soit par les hormones stéroïdiennes via les récepteurs membranaires couplés aux protéines G ou Src-Kinases, soit par les facteurs de croissance via leurs récepteurs spécifiques, le TNFa ou une élévation intracellulaire de l'AMP cyclique consécutive à une stimulation par neurotransmetteurs ou agent pharmacologique. Ces voies activées peuvent interagir avec les co-activateurs ou les co-répresseurs du récepteur des androgènes en les activant par phosphorylation dans leur localisation cytoplasmique ou nucléaire. La phosphorylation cytoplasmique, entre autre pour SRC3, a pour conséquence sa localisation nucléaire et l'interaction avec le RA et les autres facteurs de transcription.

Ces voies d'action cellulaire directes non génomiques, introduisant un concept plus global et coordonné de l'action cellulaire des stéroïdes [69], pourraient jouer un rôle physiopathologique important mais restent mal évaluées à l'heure actuelle.

4- Influence du polymorphisme du RA

Si le domaine de liaison à l'ADN et le ligand domaine ont une très forte homologie, il n'en est pas de même pour le domaine NH2 terminal. Un allongement poly-glutamine, codé par une répétition polymorphe (CAG)nCAA, est présent dans le domaine NH2 terminal ; sa variation (de 9 à 38 résidus glutamine) a été observée dans une population normale (Figure 11).

En fonction du nombre de répétitions, on observe des différences dans l'activité de transcription, avec un effet modulateur linéaire sur la transcription au niveau des gènes androgéno-dépendants, probablement par une affinité différentielle des protéines co-activatrices comme ARA24 et p160 (La famille p160 des co-activateurs a été subdivisée en trois sous-groupes : SRC-1 [steroid-receptor coactivator-1], SRC-2 qui comprend TIF-2 [transcriptional intermediary factor 2] et GRIP-1 [glucocorticoid-receptor interacting protein 1], et SRC-3 qui comprend TRAM-1 [thyroid-receptor activator molecule 1], ACTR et AIB1 [amplified in breast cancer 1]) [74, 76]. La répartition ubiquitaire mais non uniforme de ces protéines participe à la variabilité de l'expression du RA suivant les tissus. Un nombre plus faible de répétitions est associé à une activité plus forte du RA et possiblement à une action androgène globale plus forte [11]. Une différence raciale a été rapportée, la longueur moyenne des répétitions étant de 18 à 20 dans la population noire, de 21 à 22 dans la population blanche [50] et de 22 à 23 chez les asiatiques [75], ce qui pourrait rendre compte des différences observées dans l'incidence du cancer de prostate, mais aussi dans certains aspects physiques comme la densité et la pousse de la barbe.

Des altérations du gène du RA sont responsables des syndromes d'insensibilité totale (phénotype génital externe féminin) ou partielle (phénotype génital externe ambigu) aux androgènes, de l'atrophie musculaire bulbo-spinale (Maladie de Kennedy), de certaines formes d'infertilité masculine [4, 70] et de l'échappement hormonal du cancer de prostate (Figure 12).

La testostérone à des taux normaux sature les RA et son effet marque un plateau à partir d'une certaine valeur spécifique à chaque tissu [17, 209, 210]. Chez le patient eugonadique, il faut atteindre des taux nettement supra-physiologiques pour observer un effet significatif. Il est donc probable que l'androgénicité dépend du niveau de testostérone chez le patient hypogonadique, alors que chez le patient eugonadique le niveau du plateau dépend de l'activité du RA génétiquement déterminée (Figure 13). Il est possible que dans l'avenir ce polymorphisme doive être pris en compte dans le traitement de l'homme hypogonadique.

III. explorations de la fonction androgenique : examens de laboratoire

Les molécules d'intérêt dans le cadre du vieillissement masculin sont des hormones ou des protéines qui montrent une décroissance avec l'âge : stéroïdes sexuels (testostérone et oestradiol dans le cadre du DALA), DHEA et son dérivé sulfo-conjugué le SDHEA (adrénopause, bien que l'hormone surrénalienne la plus importante, ne diminue pas avec l'âge), enfin la GH et son effecteur hépatique IGF-1 (somatopause).

1-

Testostérone

La plus grande partie de la testostérone circulante est liée à des protéines de transport, TeBG (testosterone-estradiol-binding-globulin) également dénommée SHBG (sex hormone-binding globulin) (environ 45%) et CBG (corticosteroid-binding globulin) (environ 1-2%), mais aussi à l'albumine (environ 50%). La testostérone a peu d'affinité pour l'albumine mais, en raison de sa très forte concentration, cette dernière représente une capacité de liaison quantitativement importante. Cette fraction de testostérone liée aux protéines n'est pas utilisable directement par les tissus mais, à l'inverse de la liaison avec la SHBG, la liaison avec l'albumine s'avère facilement et rapidement dissociable permettant d'enrichir rapidement la fraction libre (environ 2%) [49] (Figure 14).

Les valeurs normales de l'adulte jeune sont mentionnées dans le Tableau 2. Les valeurs de référence des laboratoires sont plus larges que pour la plupart des autres hormones en raison des variations interindividuelles, diurnes et saisonnières.

Le couplage étroit, avec un décalage d'environ 30 minutes, entre les pulses de LH et les épisodes de libération de testostérone est bien identifié chez l'animal, mais bien que plus difficile à mettre en évidence chez l'homme [177], a été démontré dans le sang veineux du cordon spermatique [199]. On observe également une variation circadienne des taux de testostérone de l'homme adulte, avec les taux les plus élevés dans les premières heures de la matinée suivis d'une descente progressive vers des valeurs minimales le soir et durant les premières heures de sommeil [137]. En raison de la variabilité diurne, des taux inférieurs à la normale peuvent se voir chez des hommes par ailleurs normaux [166]. Les dosages doivent donc être effectués le matin et répétés lorsqu'une valeur anormale est mise en évidence. Enfin, les techniques de laboratoire elles-mêmes sont sujettes à des biais et variations qui élargissent considérablement la fourchette d'incertitude (Figures 15 et 16). C'est ce qui rend difficile la définition d'une valeur normale ou anormale.

a) Testostérone totale

C'est un dosage facile et automatisé, représentant la somme de la testostérone libre et de la testostérone liée aux différentes protéines. La fourchette de normalité chez l'adulte évolue entre 3 à 10ng/ml (10-40nmol/l). Les valeurs obtenues par Vermeulen chez 150 hommes en parfaite santé âgés de 20 à 40 ans mon-trent une testostérone matinale (8h00 ­ 10h00) dont la limite inférieure de normalité est de 11 nmol/l ou 3,2 ng/ml (moyenne ­ 2,5 DS) ; moins de 1% des hommes jeunes normaux ont des valeurs inférieures à ces limites [180, 184]. Dans une cohorte d'hommes de 20 à 49 ans à spermogramme normal et gonadotrophines normales, les 5e et 95e percentiles sont à 3,4 et 10ng/ml respectivement [25].

Cependant, pour un niveau donné de testostérone totale, les variations du taux des protéines de liaison sont susceptibles de modifier de façon sensible le niveau de testostérone libre, seule biologiquement efficace. Par exemple, une élévation de la SHBG diminue le taux de testostérone libre. Il faudrait donc, pour interpréter correctement le dosage de testostérone totale, disposer d'un dosage simultané de SHBG qui augmente avec l'âge et l'obésité. Chez l'homme jeune, les fractions liées à la SHBG et à l'albumine sont à peu près équivalentes. A 70 ans, 60% de la testostérone en moyenne est liée à la SHBG, 39% à l'albumine et 1% seulement est libre [25]. En pratique, il est indispensable de recourir à la mesure de la testostérone biodisponible ou libre, ou aux valeurs calculées [180].

b) Testostérone biodisponible

La testostérone biodisponible correspond à la testostérone non liée à la SHBG. Les fluctuations de la CBG et de l'albumine étant de faible amplitude, sa mesure donne un bon reflet de l'androgénicité plasmatique. C'est un dosage plus complexe, réalisé par des laboratoires de référence, comportant un premier temps de précipitation de la testostérone liée à la SHBG par le sulfate d'ammonium, puis un second temps d'extraction de la testostérone libre et liée à l'albumine dans le surnageant, suivie de la séparation chromatographique des stéroïdes et d'un dosage radio-immunologique [44, 122]. Cette méthode, considérée comme la meilleure, est consommatrice de temps et n'est pas aisément automatisable [180]. Ce dosage est utile dans les cas d'hypogonadisme modéré accompagné d'une augmentation de la SHBG et éventuellement d'une baisse de l'albumine comme dans le DALA [117, 187].

Dans l'étude de Vermeulen déjà citée [180], la testostérone biodisponible représente 45 à 50% de la testostérone totale et la limite inférieure de la normale (moyenne ­2,5 DS) est de 5,2 nmol/l ou 1,5 ng/ml [184].

Une nouvelle méthode de dosage biologique, utilisant l'interaction androgéno-dépendante entre le domaine du ligand et le domaine amino-terminal du RA modifié par transfection, est encore du domaine expérimental [135, 136].

c) Testostérone libre

La fraction immédiatement bioactive est la testostérone libre qui peut diffuser aisément dans les cellules-cibles, comme le démontre le taux identique de testostérone libre dans tous les liquides corporels. C'est cette diffusion générale homogène qui permet, dans certains essais cliniques, de la doser dans la salive. Certains sites internet offrent au surfeur la possibilité de se procurer des kits de dosage salivaire dont la fiabilité est évidemment douteuse. Le dosage de la testostérone libre serait sans discussion le « gold standard », s'il ne s'avérait consommateur de temps et très délicat [180], nécessitant une technique de dialyse à l'équilibre suivie d'un dosage radio-immunologique inaccessible en dehors des laboratoires de recherche ou très spécialisés. Dans l'étude de Vermeulen [180], la limite inférieure de la normale (moyenne ­2,5DS) est de 0,225 nmol/l ou 0,065 ng/ml [184]. Chez l'homme jeune, la testostérone libre obtenue par dialyse à l'équibre à 37°C correspond à 2% de la testostérone totale [180]. Chez l'homme plus âgé, ce pourcentage descend à 1-1,5% en raison de l'augmentation de la capacité de liaison de la SHBG.

Les techniques de dosage en kit s'avèrent extraordinairement infidèles [139]. Même la mesure radio-immunologique directe utilisant un analogue donne des valeurs qui ne représentent qu'une fraction de la testostérone libre obtenue par dialyse à l'équilibre (coefficient de corrélation de 0,67) [59, 142, 143, 184, 196]. Ils ne doivent pas être utilisés [1, 171] car, trop sensibles à la nature de l'échantillon et notamment à sa teneur en SHBG [196], ils ont tendance à sous-estimer le déficit androgène réel et, à l'inverse, à le surestimer chez les hommes avec une SHBG basse, par exemple chez les hommes avec obésité modérée [108].

d) Valeurs calculées

1. Testostérone libre et biodisponible Sous réserve qu'aucun stéroïde compétitif pour les sites de liaison de la SHBG ne soit présent en quantité significative, la testostérone libre peut être calculée par une équation du second degré utilisant la loi d'action de masse à partir de la testostérone totale, de la SHBG mesurée par dosage radio-immunologique et de l'albumine [184]. Le site internet de l'ISSAM (http://www.issam.ch/freetesto.htm) permet l'accès à un calculateur instantané (Figure 17). Sous réserve que le patient ne soit pas soumis à un traitement par DHT transdermique ou à un traitement oral par testostérone ou mestérolone ou danazol [131] responsable d'une interférence majeure avec les stéroïdes se liant à la SHBG, les résultats sont comparables à ceux obtenus par les méthodes de référence [184]. La mesure de l'albumine, qui intervient dans le calcul, n'est nécessaire que dans les rares affections affectant sa concentration.

Il faut cependant connaître l'existence d'autres facteurs d'interférence, détaillés dans une revue de Vermeulen [180], dont :

- la constante d'association de la testostérone pour la SHBG

- le traitement du sang avec l'héparine, l'EDTA ou le citrate, alors qu'il faut préférer le dosage de la SHBG sur le sérum

- les décongélations répétées qui altèrent la SHBG, ou la congélation prolongée qui élève artificiellement la testostérone endogène [66]

- alors que l'influence des liaisons compétitives avec les autres stéroïdes endogènes, aux concentrations rencontrées chez l'homme, n'interféreraient pas de façon significative sur la valeur calculée de la testostérone libre [49].

- les acides gras libres. Si certains auteurs [110, 152] n'ont pas observé d'influence aux concentrations physiologiques, ceci n'exclut pas la possibilité que, chez des hommes présentant des acides gras libres très élevés, le calcul puisse donner des valeurs de testostérone plus basses que les méthodes de référence. De ce fait, il est souhaitable d'effectuer le prélèvement à jeun [180]. 2. Index de testostérone libre Cet index est obtenu en divisant la testostérone totale (nmol/L) par la SHBG (nmol/L) [66]. Ce rapport est déconseillé comme méthode d'estimation de la testostérone libre chez l'homme, car il est corrélé négativement avec le nombre de sites de liaison libres sur la SHBG [80, 180].

2- Oestradiol

Le dosage, difficile en raison des très faibles concentrations, est d'utilité contestable car les taux sériques ne rendent pas compte de l'action intracrine développée sous l'action de l'aromatase.

3- DHEA et SDHEA

Le SDHEA est facile à doser car sa concentration sérique est élevée (ordre du µg/ml). Son taux plasmatique résulte essentiellement de la synthèse et de la sécrétion surrénalienne. Le dosage de DHEA libre, beaucoup plus délicat (ordre du ng/ml), n'apporte pas d'avantage en pratique clinique.

4- Hormones hypophysaires

a) LH, FSH et Prolactine

Dans les fourchettes usuelles (5-35 UI/L pour LH ; 6-42 UI/L pour FSH ; environ 0,6 UI/L pour la prolactine), les variations interlaboratoires peuvent être importantes, notamment pour LH et prolactine, mettant à nouveau l'accent sur la nécessité pour le laboratoire de déterminer ses propres normes.

b) GH et IGF-1

En raison des variations circadiennes importantes de la GH, qui nécessiteraient des prélèvements multiples ou des tests dynamiques, il est habituel de doser l'IGF-1 plasmatique. Bon reflet du niveau de GH, l'IGF-1 montre peu de variations circadiennes en raison de ses liaisons à ses protéines spécifiques.

IV. QUELLE VALEUR ACCORDER AUX DOSAGES DE TESTOSTERONE?

Certains auteurs soulignent la fiabilité insuffisante des kits commerciaux [18, 172], ce qui a pu faire dire que le dosage de testostérone n'est souvent rien de plus qu'une devinette... Chaque laboratoire doit donc veiller à utiliser une technique validée sur des échantillons eux-mêmes validés par une technique de référence et déterminer ses propres limites de normalité [180]. Les variations d'un laboratoire à un autre peuvent donner des résultats sensiblement différents pour un même échantillon (Figures 15 et 16) [2] et ceci d'autant plus que la valeur est basse, comme dans le cas de l' hypogonadisme [84]. Les contrôles de qualité de la Société Allemande de Chimie Clinique en 2000, rapportés par Thijssen [174], montrent que les taux de testostérone donnés par les 5 kits les plus utilisés sous-estiment en moyenne la concentration vraie dans la fourchette 5-30 nmol/l, parfois dans des proportions atteignant 25%. Il est vrai que la tolérance admise était de ± 40% par rapport à la valeur « vraie » déterminée par spectrométrie de masse ! Une étude récente montre que les mesures immuno-enzymatiques courantes de la testostérone totale offrent pour 60% des échantillons situés dans la fourchette normale une concordance à ± 20% avec une méthode de référence, ce qui leur permet de distinguer les hommes adultes hypogonadiques des eugonadiques si les valeurs de références ont été établies par chaque laboratoire utilisateur [186]. Les méthodes non isotopiques ne sont toutefois bien adaptées qu'aux valeurs supérieures à 1 ng/ml ou 4 nmol/l. Des contrôles de qualité 2004 en Rhône-Alpes confirment l'ensemble de ces données (Figure 16).

La valeur d'un dosage unique de testostérone peut être discutée à l'échelle du moment, du jour, des semaines et du moyen terme car la sécrétion est pulsatile et montre par ailleurs un rythme circadien avec les valeurs les plus hautes le matin et un rythme circannuel avec les valeurs les plus hautes au printemps. Ces fluctuations diminuent avec l'âge [127, 173] :

Comme les taux plasmatiques de LH, les taux de testostérone montrent des variations pulsatiles avec un intervalle entre les pulses d'environ 2h [180]. Ceci contribue à la variabilité des taux [119, 166, 177]. L'amplitude des pulses est cependant moindre que pour la LH et s'avère très faible chez l'homme âgé. Idéalement, il faudrait donc prélever 2 échantillons sanguins à 20 minutes d'intervalle.

Les valeurs de référence sont les valeurs matinales. L'amplitude des variations de la testostérone, entre le plus haut du matin et le plus bas de la fin d'après-midi, représente environ 35% chez l'homme jeune et 15-20% chez l'homme âgé [180]. Il est donc conseillé d'effectuer le prélèvement le matin entre 8h00 et 10h00.

Dans une étude sur 169 hommes âgés de 40 à 80 ans dont la testostérone était mesurée 8 fois sur une période de 12 mois, les auteurs ont observé un coefficient de variation moyenne de 16,9 ± 7,7% [183]. En fait sur les premières semaines aussi bien que l'ensemble de la période considérée, les passages d'une valeur normale à une valeur inférieure à la normale ou vice-versa n'ont concerné que de rares patients, et uniquement ceux dont les dosages étaient au départ situés au voisinage de la limite inférieure. Globalement, un dosage unique de testostérone chez un homme en bonne santé reflète assez bien le statut androgène à long terme [183]. Toutefois, en raison des incertitudes des dosages et du caractère à priori définitif d'un éventuel traitement substitutif, on doit confirmer une valeur anormale par un second dosage après 2 à 4 semaines [115, 180]. Au total, il existe une forte corrélation positive entre les taux de testostérone libre dosée par dialyse à l'équilibre et la testostérone libre calculée à partir de la testostérone totale et de la SHBG. Le clinicien aura donc tout avantage à se fier au taux de testostérone libre calculé plutôt qu'au taux de testostérone biodisponible dont la reproductibilité n'est pas assurée par tous les laboratoires [68]. Il devra de toutes façons garder à l'esprit le fait que les taux plasmatiques d'hormones fournissent au mieux une information sur la force du signal et non sur les évènements au niveau du récepteur ou au-delà, en d'autres termes comment ce signal hormonal sera transformé en action biologique [61]. L'exemple le plus souvent donné est celui de la DHT formée dans la cellule prostatique, qui ne modifiera pas le taux périphérique. Il faut y ajouter le polymorphisme du RA qui déterminera la puissance réelle du signal androgène. Le taux de testostérone ne donne qu'une partie de l'information sur le statut androgène. Bien d'autres facteurs sont susceptibles d'intervenir et doivent rendre l'interprétation des dosages, y compris ceux donnés dans les articles de recherche clinique, modeste et nuancée.

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