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Sa prévalence est estimée à 1/36 000 naissances.

La maladie débute typiquement chez le nourrisson de moins d'un an mais il existe de rares cas de début tardif, jusqu'à l'âge adulte. Parmi les premiers signes de la maladie on note souvent une hypotonie avec mauvaise tenue de la tête, une régression des acquisitions motrices, et des vomissements. Une atteinte pyramidale et/ou extrapyramidale, un nystagmus, des troubles de la commande ventilatoire, une ophtalmoplégie et une neuropathie périphérique sont ensuite fréquents. Les convulsions sont rares.

Les causes du syndrome de Leigh sont multiples, mais dans tous les cas, impliquent un défaut de la production énergétique aérobie allant de la pyruvate déhydrogénase à la chaîne des oxydations phosphorylantes. Les gènes altérés sont le plus souvent nucléaires ; ils codent pour l'une des sous-unités du complexe de la pyruvate déhydrogénase ou des complexes respiratoires I ou II, ou encore pour une protéine intervenant dans l'assemblage du complexe IV. Dix à 30 % des syndromes de Leigh sont dus à des mutations portées par l'ADN mitochondrial. Les mutations les plus fréquentes sont les mutations 8993T>G ou 8993T>C du gène MTATP6, codant pour l'une des sous-unités de l'ATP synthase. La maladie provoquée est souvent appelée MILS (Maternally Inherited Leigh Syndrome). Lorsque ces mutations sont présentes en moindre proportion, elles donnent des maladies moins sévères dont le syndrome NARP (Neurogenic Ataxia and Retinitis Pigmentosa). Enfin, la cause génétique d'un certain nombre de syndromes de Leigh reste inconnue, même dans les cas où un déficit biochimique spécifique a été identifié.

Le diagnostic de syndrome de Leigh repose sur l'imagerie cérébrale montrant la topographie spécifique des lésions qui atteignent le tronc cérébral et les noyaux de la base, particulièrement le putamen et la protubérance. Les taux de lactate sont toujours trop élevés dans le liquide céphalorachidien, et souvent dans le sang. Le diagnostic étiologique repose sur la mise en évidence du déficit enzymatique. Le complexe de la pyruvate déhydrogénase est analysé dans les leucocytes circulants ou les fibroblastes cutanés en culture alors que les activités des oxydations phosphorylantes sont mieux étudiées dans le muscle ou le foie.

Un diagnostic prénatal peut être proposé en cas d'altération d'un gène nucléaire identifiée. Il est beaucoup plus difficile en cas de mutation de l'ADN mitochondrial du fait de l'hétéroplasmie. Lorsque seul le déficit biochimique a été identifié, le diagnostic prénatal est compliqué par les difficultés éventuelles de l'analyse biochimique des amniocytes et par l'incertitude quant à l'expression par ces cellules du défaut mis en évidence sur les fibroblastes cutanés.

Le syndrome de Leigh est le plus souvent transmis selon le mode récessif autosomique. Cependant les déficits en sous-unité E1alpha de la pyruvate déhydrogénase sont liés au chromosome X et les mutations de l'ADN mitochondrial sont transmises selon les lois de l'hérédité maternelle. Le conseil génétique dépend de l'identification de la cause de la maladie.

Il n'y a pas de traitement spécifique du syndrome de Leigh. Différentes vitamines et cofacteurs ont été proposés, notamment les vitamines B1 (thiamine) et B2 (riboflavine), et le coenzyme Q10. Il est utile de les prescrire systématiquement en début de maladie quoique leur efficacité dépende directement de la cause sous-jacente à la maladie. Un régime cétogène a été proposé pour les patients présentant un défaut de la pyruvate déhydrogénase.

Le pronostic du syndrome de Leigh est très sévère avec une survie qui dépasse rarement quelques années après le début des symptômes.