Neurobiologie du trouble déficit de l’attention/ hyperactivité

Le trouble déficit de l’attention/hyperactivité (TDAH) : définition, aspects cliniques

Le trouble déficit de l’attention/hyperactivité (TDAH) : définition, aspects cliniques

Le TDAH se caractérise par la combinaison de troubles de l’attention et de difficultés de contrôle sur le plan cognitif, émotionnel et comportemental. Cliniquement, il se manifeste par une impulsivité, des problèmes dans l’anticipation et l’organisation des tâches, des difficultés de maintien de l’attention, et une instabilité motrice de degré variable. La prévalence calculée à partir d’une revue systématique de la littérature incluant 102 études épidémiologiques provenant de tous les continents est de 5,29 % [ 1]. Il s’agit d’un trouble chronique, associé à un retentissement scolaire, social et familial chez l’enfant, et dont la gêne fonctionnelle est encore repérable chez plus de 60 % des adultes concernés [ 2]. Le TDAH est souvent associé à une comorbidité psychiatrique (troubles oppositionnels et des conduites, troubles anxieux), à des difficultés d’apprentissage et constitue un facteur de risque pour l’abus et la dépendance aux substances psychoactives [ 3]. Le retentissement sur l’entourage familial et les trajectoires scolaires et professionnelles ainsi que les coûts sanitaires et sociaux sont des conséquences indirectes du TDAH [ 4, 5].

La classification américaine DSM-IV-TR^1, définit le « trouble déficit de l’attention/hyperactivité » comme une entité diagnostique multidimensionnelle, regroupant trois formes cliniques : le TDAH mixte (inattention et impulsivité/hyperactivité), le TDAH avec inattention prédominante et le TDAH avec hyperactivité/impulsivité prédominante. L’ICD-10² propose une définition plus restreinte du syndrome, celle du « trouble hyperkinétique » [F 90] qui exige la présence concomitante de symptômes d’inattention, d’impulsivité et d’hyperactivité (Tableau I).

Tableau I.

Classification des maladies mentales DSM-IV-TR - Critères diagnostiques du trouble : déficit de l’attention-hyperactivité.

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Hypothèses physiopathologiques

Les facteurs de risque potentiels

La surreprésentation du TDAH dans les familles de sujets atteints est bien étayée. Les études de jumeaux ont permis d’estimer que l’héritabilité du TDAH est de 76 %, le reste de la variance étant essentiellement attribuable à l’environnement non partagé [ 6]. L’héritabilité comprend l’ensemble des facteurs génétiques additifs, c’est-à-dire le poids des différents gènes, de leur interaction mutuelle et de leur interaction avec l’environnement. Cette estimation ne donne aucune indication sur les causes du TDAH. Les dimensions telles que l’impulsivité, l’inattention et l’activité motrice sont influencées par des facteurs génétiques communs à la population normale et aux sujets ayant un TDAH. Les facteurs environnementaux incriminés dans la vulnérabilité au TDAH concernent en premier lieu la période périnatale. Les études cas-contrôles montrent que l’exposition prénatale au tabac est associée à un risque deux fois plus important de TDAH chez les enfants exposés, sans que les différents facteurs confondants (niveau socioéconomique, QI, TDAH parental, abus d’alcool, poids de naissance, etc.) n’expliquent complètement ce résultat [ 7]. Une étude de jumeaux a montré que si la majeure partie de la variance du TDAH est en rapport avec des facteurs génétiques communs, l’association avec l’exposition au tabac reste toutefois significative [ 8]. Parmi les autres facteurs incriminés figurent l’exposition prénatale à l’alcool et à d’autres substances psychoactives, la prématurité et le faible poids de naissance, le stress et les carences alimentaires maternelles pendant la grossesse, l’exposition aux polychlorobiphényls (PCB), à l’hexachlorobenzène et au plomb [ 9]. Les lésions cérébrales acquises (traumatiques ou post-encéphalitiques) peuvent également s’accompagner de symptômes de TDAH. Des facteurs psychosociaux ont également été associés au TDAH (attitudes parentales hostiles, dépression maternelle), mais la direction de la causalité n’est pas établie du fait de multiples facteurs confondants (par exemple l’existence d’un TDAH chez le parent peut influencer son style éducatif).

Les endophénotypes neuropsychologiques

Le TDAH étant un trouble hétérogène du point de vue clinique et probablement étiologique, la recherche d’endophénotypes (voir glossaire) cliniques et cognitifs pourrait faciliter les rapprochements entre l’expression des symptômes et leurs mécanismes biologiques sous-jacents. Dans le TDAH, cette approche a surtout été utilisée avec des caractéristiques neuropsychologiques, du fait des déficits exécutifs et d’inhibition motrice associés à ce trouble. Selon un modèle récent, le TDAH serait le produit de trajectoires neurodéveloppementales différentes. L’une serait sous-tendue par un dysfonctionnement du système de régulation top-down fronto-exécutif³, se traduisant par un déficit des capacités d’inhibition, l’autre mettrait en jeu des processus motivationnels et émotionnels appartenant à la régulation bottom-up illustrés par l’intolérance au délai de récompense (delay aversion) dans les épreuves neuropsychologiques [ 10]. Une étude de screening du génome a récemment montré deux liaisons significatives pour des traits cognitifs ; le premier lie une tâche de temps de réaction avec un locus en 2q21.1, le second une épreuve de mémoire de travail verbale et un locus situé en 13q12.11 [ 11].

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Les mécanismes neurobiologiques

Le rôle des catécholamines dans les syndromes hyperkinétiques de l’enfant a été mis en avant dès les années 1970, après la découverte de l’effet thérapeutique des psychostimulants, principaux traitements médicamenteux du trouble déficitaire de l’attention/hyperactivité. Ainsi, le méthylphénidate (Ritaline^®, Concerta^®) augmente la concentration de dopamine dans la fente synaptique par l’intermédiaire du blocage du transporteur de la dopamine (DAT). Les données d’imagerie fonctionnelle montrent que cette augmentation de dopamine extracellulaire est plus grande après exposition à un stimulus environnemental ayant une valeur de renforcement (test mathématique) qu’après un stimulus neutre [ 12]. L’hypothèse proposée par les auteurs serait que l’augmentation extracellulaire de dopamine au niveau des neurones striataux diminuerait leur activité de base aléatoire et permettrait aux afférences cortico-striatales liées aux stimulus pertinents d’être plus efficaces (Figure 1).

Figure 1.

Représentation schématique des régions cérébrales impliquées dans le TDAH. A. Illustration des connexions cortico-striatales, sensori-frontales et des interactions thalamo-cingulaires. De plus, les structures corticales sont modulées par des afférences noradrénergiques et dopaminergiques provenant du tronc cérébral (respectivement locus coeruleus et aire tegmentale ventrale). B. Illustration de la localisation du cortex cingulaire avec les aires corticales cingulaires dorsales et ventrales qui interagissent avec d’autres structures du système limbique, en particulier l’amygdale et l’hippocampe.

Les études neuropharmacologiques successives et la découverte de l’action thérapeutique des agonistes noradrénergiques ont conduit à affiner l’hypothèse de déplétion dopaminergique incriminée dans le défaut d’inhibition et dans les anomalies du système de renforcement décrits dans le TDAH [ 13]. La noradrénaline, via les récepteurs postsynaptiques alpha2A localisés sur les épines dendritiques des neurones glutamatergiques, augmente les réponses synaptiques du réseau préfrontal. Les molécules noradrénergiques telles que l’atomoxétine et la guanfacine, en dehors d’une amélioration des capacités attentionnelles et de mémoire de travail via leur action sur le cortex préfrontal, faciliteraient l’action inhibitrice de ce dernier sur le cortex moteur et les régions sous-corticales [ 14]. Comme l’ont montré les études d’imagerie du striatum, on s’attend à ce que la dopamine augmente le rapport signal pertinent/bruit de fond au niveau des neurones glutamatergiques du cortex préfrontal via l’activation des récepteurs D1 [ 15]. L’ensemble de ces données suggère une base neurobiologique complexe, dépassant une hypothèse dopaminergique exclusive (pour une revue critique de l’hypothèse dopaminergique voir [ 16]) et impliquant une diversité de cibles moléculaires (Figures 2A et 2B).

Figure 2.

Bases fonctionnelles des synapses clés impliquées dans le TDAH. Représentation de deux neurones corticaux respectivement localisés dans le cortex frontal ou le cortex cingulaire (A) et le cortex sensoriel (B) et d’un neurone épineux de taille moyenne du striatum (C) (medium spiny neuron du striatum). Ces neurones épineux du striatum correspondent à plus de 95 % des neurones totaux du striatum. Les neurones frontaux et cingulaires reçoivent des afférences noradrénergiques du locus coeruleus (D). Les neurones striataux reçoivent des afférences de l’aire tegmentale ventrale (E). Deux synapses clés sont schématisées : une synapse glutamatergique du cortex frontal ou cingulaire, correspondant aux afférences corticales sensorielles sur ces deux aires, et une synapse glutamatergique du striatum, correspondant aux afférences corticales sur le striatum. Au niveau de la synapse corticale (F), des récepteurs NMDA et AMPA sont localisés dans la membrane de l’épine dendritique. La noradrénaline est libérée au niveau de varicosités localisées à proximité de la tige des épines dendritiques et agit sur des récepteurs métabotropiques (récepteur A2). La NA est recaptée par des transporteurs localisés dans la membrane des varicosités (NET). L’enzyme de dégradation des catécholamines, la catécholamine-O-méthyl-transférase (COMT) est localisée dans les astrocytes. Au niveau de la synapse striatale (G), des récepteurs NMDA et AMPA sont localisés dans la membrane de l’épine dendritique. La dopamine est libérée au niveau de varicosités localiséees à proximité de la tige des épines dendritiques et agit sur des récepteurs métabotropiques (récepteur D1 à D4). La dopamine est recaptée par des transporteurs localisés dans la membrane des varicosités (DAT). Ces varicosités libérant la dopamine présentent également des récepteurs-canaux cholinergiques ayant en particulier des sous-unités de type β2.

Figure 2.

Les modèles animaux

Les modèles animaux illustrent la participation de multiples systèmes de neurotransmission dans des phénotypes analogues au TDAH. Van der Kooij et al. [ 17] rapportent leur analyse de 14 modèles animaux présentant une hyperactivité. Cependant, la description phénotypique des animaux reste parcellaire et la réponse aux psychostimulants est variable. Nous avons choisi 5 modèles animaux génétiques pour illustrer la diversité des mécanismes neurobiologiques qui ont été proposés comme sous-jacents aux TDAH. Ils impliquent les récepteurs dopaminergiques, noradrénergiques et nicotiniques. Notons que ces récepteurs peuvent être dérégulés d’une façon très indirecte comme c’est le cas pour les souris Snap25 (synaptosomal-associated protein 25) et Fmr1 (fragile X mental retardation 1) (Tableau II).

Tableau II.

Modèles animaux. Une hyperactivité peut être obtenue via des modifications du transcrit du gène DAT1 codant le transporteur de la dopamine (rat SHR) [ 36], par des modifications de la libération noradrénergique (souris Snap25^−/− )[ 37], par l’invalidation (KO) du gène Dat codant le transporteur de la dopamine [ 38] des récepteurs nicotiniques β2 (souris β2^−/− ) [ 39] et par dérégulation des récepteurs dopaminergiques (souris Fmrp ^−/−) [ 40].

Excepté les modèles basés sur des manipulations génétiques, des modifications de l’environnement peuvent induire une hyperactivité chez l’animal. Par exemple, l’exposition post-natale aux PCB entraîne une hyperactivité chez le rat. Les modifications transcriptionnelles induites par les PCB sont similaires à celles retrouvées chez le rat SHR (spontaneously hypertensive rat) (Tableau II) et concernent des gènes codant des protéines impliquées dans le remodelage de la chromatine [ 18].

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Études de génétique moléculaire

Études d’association

Compte tenu des données pharmacologiques, les premiers gènes candidats sélectionnés dans les études d’association sont impliqués dans la neurotransmission catécholaminergique. Les données des études d’association figurent dans le Tableau III. Il faut noter que les polymorphismes dont l’association avec le TDAH est répliquée ne rendent compte que d’une faible proportion de la variance du phénotype, ce qui plaide pour un modèle multigénique dans lequel certains gènes pourraient être associés à des formes cliniques particulières. Par exemple, l’influence du gène SLC6A3/DAT1 (solute carrier family 6) semble plus importante pour les sujets TDAH sans trouble des conduites associé [ 19]. La récente étude collaborative IMAGE ne montrant pas d’association au-delà du seuil de significativité défini pour les études d’association sur le génome entier (p < 5 × 10⁻⁸), il semble prématuré de conclure de façon définitive à l’implication de certains gènes candidats, même en présence d’une méta-analyse positive [ 20] (Tableau III).

Tableau III.

Liste des gènes associés sur la base d’une étude d’association positive, répliquée au moins une fois en précisant si cette association a été confirmée par une méta-analyse (en choisissant les plus récentes). La plupart des gènes étudiés sont impliqués dans les systèmes de neurotransmission catécholaminergique et sérotoninergique. Un certain nombre de ces gènes ont fait l’objet de modèles animaux (voir Tableau II). DBH : dopamine-béta-hydroxylase ; MAO-A : monoamine oxidase A ; COMT : catéchol-O-méthyltransférase ; ADRA2A : récepteur adrénergique alpha-2-A ; ADRA2C : récepteur adrénergique alpha-2-C ; TPH-2 : tryptophane hydroxylase ; SNAP 25 : protéine synaptosomale de 25kD ; CHRNA4 : récepteur nicotinique alpha 4 ; GRIN2A : glutamate receptor, ionotropic, N-méthyl D-aspartate 2A ; NMDA : N-méthyl D-aspartate ; BDNF brain-derived neurotrophic factor.

Études de criblage du génome

Cette approche examine de nombreux marqueurs de l’ADN afin de déterminer si certaines régions chromosomiques sont plus souvent partagées par des membres atteints dans les familles TDAH. Les sept études de criblage du génome réalisées chez des paires de germains, des familles multiplex ou dans des isolats génétiques, montrent des données convergentes pour certaines régions (notamment 5p13, 9q22 et 16q23), mais aucune n’a montré de liaison statistiquement significative dans l’ensemble des échantillons. Une méta-analyse de ces études a néanmoins mis en évidence une liaison significative pour une région de 64 à 83 Mb sur le chromosome 16 [ 21].

Une discordance entre héritabilité élevée et faible proportion de risque attribuable aux gènes identifiés dans les études d’association, notamment celles qui concernent le génome entier, est identifiée dans le TDAH, mais aussi dans d’autres maladies dont l’étiologie est complexe. Une discussion approfondie de la notion d’« héritabilité perdue » et des propositions de nouvelles stratégies d’études génétiques ont été publiées par Manolio et al. [ 22].

Mécanismes épigénétiques

Dans toutes les maladies neuropsychiatriques, comme d’une façon plus générale dans les comportements, l’intervention de mécanismes moléculaires liés à l’empreinte parentale génomique (voir glossaire) a été envisagée (voir synthèse de C. Proudhon et D. Bourchis, ce numéro), en rapport avec des modifications chromatiniennes entraînant des modifications d’expression des gènes [ 23]. Une transmission préférentielle de l’allèle paternel a été mise en évidence pour le gène SNAP25 qui code une protéine impliquée dans la libération du neurotransmetteur [ 24]. Le modèle murin d’invalidation du gène homologue murin SNAP25 présente des traits phénotypiques rappelant la maladie (Tableau III). Les modifications épigénétiques liées au remodelage de la chromatine qui ont été identifiées dans certaines maladies neuropsychiatriques ainsi que dans l’addiction n’ont pas été documentées à ce jour dans le TDAH. Cette voie de recherche est une piste prometteuse, comme le soulignent Mill et Petronis [9].

Études pharmacogénétiques

Les études des facteurs génétiques impliqués dans les variations individuelles de tolérance et d’efficacité des médicaments se sont principalement centrées sur les polymorphismes des gènes dopaminergiques. Ainsi, le VNTR (variable number of tandem repeat) 3’UTR du gène DAT1 (SLC6A3) a été le premier polymorphisme impliqué dans l’efficacité du méthylphénidate [ 25]. Les études ultérieures n’ont pas toutes répliqué ces résultats, probablement du fait de la grande diversité des méthodes employées. Les données issues de notre cohorte clinique d’enfants et d’adolescents ont cependant confirmé l’association du génotype 10-R/10-R (R pour répétitions) du VNTR 3’UTR du DAT1 avec une réponse thérapeutique de moins bonne qualité, selon deux critères de réponse thérapeutique [ 26]. Une méta-analyse des études pharmacogénétiques ayant étudié ce polymorphisme retrouve également l’association du génotype 10-R/10-R et d’une moindre réponse au traitement avec un OR (odds ratio) de 0,46 (IC95 % 0,28-0,76) [26]. Bien que moins étudiés, d’autres polymorphismes tels que le VNTR DRD4*7 (dopamine D4 receptor), seul [ 27] ou en interaction avec le variant L de la région promotrice du transporteur de la sérotonine (5-HTTLPR) [ 28], ont été associés à la réponse au méthylphénidate.

Interactions gène-environnement

Une difficulté majeure dans l’étude de gènes impliqués dans des troubles comportementaux provient de l’interaction de ces gènes avec l’environnement. Par exemple, le risque de TDAH pour des enfants exposés à la nicotine in utero est plus important si l’enfant a hérité de l’allèle 10-répétitions de DAT1 [ 29]. La nicotine, en exposition prénatale, interagirait avec le génotype au niveau d’au moins trois locus (CHRNA4, cholinergic receptor nicotinic alpha 4, DAT1 et DRD4) comme le propose le modèle synaptique de Todd et Neuman [ 30]. La nicotine favoriserait la libération de DA dans le cortex préfrontal. Or, lors du développement cortical, la dopamine possède des effets morphogénétiques médiés par le récepteur dopaminergique D4, induisant des modifications de la maturation neuronale chez le fœtus.

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Études d’imagerie

Imagerie structurale

Des études morphométriques réalisées chez les enfants atteints de TDAH montrent des atteintes plus généralisées que ce qui était attendu selon les données physiopathologiques impliquant les circuits fronto-striataux [ 31]. Des diminutions de volume du cerveau (les différents lobes ; le noyau caudé) ainsi que du cervelet ont été mises en évidence dans de nombreuses études. Une méta-analyse basée sur 22 études individuelles a confirmé cette donnée [ 32]. Des études récentes sur une cohorte importante (223 enfants présentant un TDAH et 223 enfants contrôles) ont mis en évidence un retard de maturation corticale chez les patients TDAH, particulièrement prononcé au niveau du cortex préfrontal [ 33]. Ce retard de maturation est estimé à 3 ans : l’épaisseur corticale chez les patients TDAH de 10,5 ans est similaire à celle observée chez les enfants contrôles âgés de 7,5 ans. Cette étude montre l’existence d’anomalies développementales d’un type particulier, puisque s’il n’y a pas de déviance démontrée dans la maturation corticale, il y a cependant un délai de maturation très significatif (le temps moyen nécessaire pour atteindre 50 % du maximum d’épaisseur est de 7,5 ans chez les témoins contre 10,6 ans chez les enfants atteints de TDAH, p < 1,0 × 10⁻²⁰).

Imagerie fonctionnelle

Les études d’imagerie fonctionnelle ont principalement étudié des tâches cognitives liées au contrôle de l’attention, à la mémoire de travail et à l’inhibition de réponse. Une méta-analyse récente de ces travaux montre un défaut d’activation significatif du cortex préfrontal gauche, du cortex cingulaire antérieur, du lobe pariétal droit, du cortex occipital et du thalamus chez des sujets TDAH comparés aux contrôles [ 34]. Généralement, les sujets ayant un TDAH montrent des dysfonctionnements frontaux au cours des tâches impliquant l’inhibition de réponse et temporo-pariétaux pour celles impliquant l’attention. Par ailleurs, les sujets TDAH ont généralement une activation réduite du striatum en IRM (imagerie en résonance magnétique) fonctionnelle et montrent également une moindre activation d’un réseau striato-cingulaire ventral au cours de tâches de motivation mettant en jeu un renforcement [ 35]. L’étude en imagerie des effets du traitement montre dans certains cas une normalisation de l’excès de densité striatale du DAT, une caractéristique mise en évidence chez des sujets TDAH avant l’exposition aux psychostimulants, mais dont les tentatives de réplication ont donné des résultats variables. L’imagerie fonctionnelle couplée à l’étude des génotypes montre que certains allèles de vulnérabilité du TDAH seraient impliqués dans les performances aux tests de mémoire de travail et dans les patrons d’activation chez les sujets sains. Ainsi, une baisse d’activité dans le cortex cingulaire antérieur a été trouvée en IRM fonctionnelle chez les sujets sains, en fonction du nombre d’allèles Met du gène codant pour l’enzyme responsable de la dégradation des catécholamines (polymorphisme Val158Met du gène COMT). Des résultats similaires ont été observés pour l’allèle 10-R de DAT1. Les données issues de l’imagerie structurale et fonctionnelle ouvrent des pistes intéressantes pour l’exploration de nouveaux mécanismes étiopathogéniques du TDAH (par exemple le rôle possible des neurotrophines dans le délai de maturation corticale) mais ne permettent pas seules de conclure à une implication causale. En effet, les anomalies observées peuvent être primaires ou secondaires à des processus adaptatifs.

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Conclusion

Les approches neurobiologiques du TDAH vont dans le sens d’une hétérogénéité étiologique du trouble. Si les facteurs génétiques y tiennent une place importante, les données actuelles sont en faveur de l’existence de locus multiples, chacun associé à un risque faible, mais aussi d’effets génétiques additifs et d’interactions gène-gène et gène-environnement. Il est probable que, dans un futur proche, les réseaux collaboratifs et le perfectionnement des techniques permettent de corréler des données morphologiques et fonctionnelles avec les polymorphismes des gènes de vulnérabilité du TDAH et de recueillir des données intégrant les différents niveaux d’expression clinique ainsi que la dimension développementale du trouble.

Conflit d’intérêts

Les auteurs déclarent n’avoir aucun conflit d’intérêts concernant les données publiées dans cet article

Footnotes

¹ Diagnostic and statistical manual, fourth edition, text revision ; le DSM est la classification des maladies mentales la plus importante et la plus utilisée. Elle est réalisé par l’American psychiatric association. Le DSM-IV a été publié en 1994, et le texte est corrigé lorsque de nouvelles données ont fait l’objet de publications.

² Le chapitre 5 (F) de la « dixième révision de la classification internationale des maladies et des problèmes de santé connexes » (CIM-10/ICD-10) consiste en une classification détaillée de plus de 300 troubles mentaux et troubles du comportement ; section F90 : perturbation de l’activité et de l’attention.

³ Il existe deux systèmes d’attention. L’un, top down, est endogène (donc volontaire) et dirigé vers un but. Il implique le système dorso-fronto-pariétal. Le second, bottom up, exogène (automatique et involontaire), part des stimulus (informations sensorielles) vers les aires supérieures du cerveau.

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