Perturbateurs endocriniens: quels risques pour la santé?CNAMCNAM

Les jeudis de l’environnement

Le 13 Décembre 2012

Robert BaroukiINSERM UMR-S 747

Toxicologie Pharmacologie et Signalisation CellulaireUniversité Paris Descartes

La part des gènesLa part des gènes 

é d l lnématode, le ver 20 000 gènes

Danny, le vert 25 000 gènes

les gènes n’expliquent pas tout

Définitions

définition très large :Environnement = tout ce qui n’est pas génétiqueinclut alimentation, tabagisme actif, alcool …

défi iti l t i ti définition plus restrictive:Environnement = essentiellement ce qui est subipollution, tabagisme passif, contamination alimentaire…pollution, tabagisme passif, contamination alimentaire…

Selon la définition, la part de l’environnement en pathologiechange considérablement

Pathologies liées à l’environnement

Pathologies aiguës : infections, intoxications

Pathologies Chroniques

All i Allergies Cancers Altération de la fertilité Altération de la fertilité Maladies Neurologiques Maladies métaboliquesq Maladies du développement

Epidémie d’obésité: projections pour les 20-30 é à iannées à venir

5050

4040

(%) USA

UKAustralia

1Kuczmarski RJ et al. JAMA 1994

3030

2020MI

30 Australia

BrazilJAMA. 19942Mokdad AH et al. JAMA. 19993NIH. Obes Res. 1998

1010

BM

0019601960 19701970 19801980 19901990 20002000 20102010 20202020 20302030

yearyAugmentation parallèle à l’augmentation de l’exposition aux polluants. Comme elle est rapide, l’hypothèse d’une origine environnementale est avancée. Concomitance ne vaut pas CausalitéConcomitance ne vaut pas CausalitéMais elle impose la vigilance et l’exploration

Toxicité des polluants et contaminantsLe poids des preuves

Deux grands types d’approches:

t i l i ( é i t ti i l ll l i- toxicologiques ( expérimentation animale, cellulaire et biochimique, rarement chez l’homme).Ex: on injecte une substance et on mesure les effets sur le poids, le métabolisme, les hormones…

- épidémiologique: corrélation entre une pathologie p g q p get la présence dans le sang ou les urines d’un contaminant ou de ses dérivés.

- combinaison des deux (voir plus loin)

L ti l é l t i l iLes questions soulevées par la toxicologiePrincipes et incertitudes

Les poisons « modernes »

Définition classique de la toxicologie: la science des poisonsMais il y a poison et poisonMais il y a poison et poison

Poisons « historiques » Poisons « modernes »

quelques familles de composés effet aigu

nombreuses famillesdistinctes effets chroniques effet aigu

effet visible et dramatique doses fortes

effets chroniques effets souvent peu spécifiques doses faibles mélanges doses fortes doses faibles, mélanges

La toxicologie, c’est dans les deux sens

Effet toxique de l’agent Organisme cibleEffet toxique de l agent

réactivité

i éti / t b ti

Organisme cible

métabolisme

t mimétisme/perturbation

persistance

stress

vulnérabilité

Dogmes et Principes

la dose fait le toxique“All things are poison and nothing is without poison, only theg p g p , ydose permits something not to be poisonous.”

Phillip von Hohenheim “Paracelsus”

La dose dépend du contexte (vulnérabilité)(vulnérabilité)

le risque dépend du danger et dele risque dépend du danger et de l’exposition

Les bases de l’incertitude: doses et seuils

Transposition dose expérimentale‐dose environnementale

Les bases de l’incertitude: temps

Les expositions longues (20 ans) sont impossibles à reproduire é i lexpérimentalement

Transposition à partir de temps courts

L’intégration dose x temps (doses cumulées) est parfois  validée (tabagisme),mais rien n’indique que c’est une règle générale.mais rien n indique que c est une règle générale.

Cette notion peut conduire à surestimer un risque en cas de seuilou à le sous estimer (en cas de vulnérabilité au cours d’une fenêtreou à le sous estimer (en cas de vulnérabilité au cours d une fenêtreprécise (ex: alcool et femme enceinte)

Les bases de l’incertitude: pertinence des modèles

d b ff i bl lde nombreux effets toxiques sont transposables, par exemple les effets génotoxiques et mutagènes

D’autres effets toxiques ne le sont pas

Ex 1: fibrates cancérigènes chez le rongeur, pas chez l’humain

E 2 h lid id i h l’h i h lEx 2: thalidomide toxique chez l’humain pas chez le rongeur

Les bases de l’incertitude: pertinence des modèlestoxicité aiguë de la dioxine selon l’espècetoxicité aiguë de la dioxine selon l espèce

Différence principalement due à la nature du récepteur de la dioxineLa connaissance du système biologique permet de prédire

Adaptation à un monde chimique diversifiép qcocktails

100 000molécules chimiques

20 CYP 3 récepteurs

Complexité et diversité de l’univers chimiqueComplexité et diversité de l univers chimiqueEconomie de l’adaptation

Les grandes voies de toxicité

XénobiotiqueXénobiotique

Toxicité parToxicité par

réactivitéhi i

Toxicité par persistance(surcharge,

ll t chimiquepolluants persistants)

Toxicité par adaptation ou

stress

Toxicité par mimétisme et perturbationstress

(récepteursmétabolisme)

perturbation (Endocrinienne,

métabolique, développementale)développementale)

L t b t d i iLes perturbateurs endocriniens

Perturbateurs endocriniensécotoxicologie et toxicologieécotoxicologie et toxicologie

Carson 1962: « Silent Spring »p g

Colborn 1991, Wingspread conference« A large number of man-made chemicals as well as a few natural« A large number of man made chemicals as well as a few natural ones have the potential to disrupt the endocrine system of animals, including humans »

EPA, 1995« an exogenous agent that interferes with the synthesis,

ti t t bi di ti d li i ti f t lsecretion, transport, binding, action and elimination of natural hormones in the body that are responsible for the maintenance of homeostasis, reproduction, development and/or behavior »

Contributions européennes importantes, années 90 et 2000 (fertilité, syndrome de dysgénésie testiculaire)( , y y g )

Perturbation endocriniennequelques ciblesquelques cibles

Hormones et récepteurs des stéroïdes, surtout œstrogènes get androgènes

Hormones thyroïdiennes: disponibilitéHormones thyroïdiennes: disponibilité

Récepteurs et transporteurs des neurotransmetteurs

Signaux à l’interface endocrinologie-métabolisme (PPAR, insuline)

Signaux impliqués dans le développement (TR, ER,…)

Il serait sans doute plus exact de parler de perturbation physiologique plus large (métabolisme, développement, neurologie,…)plus large (métabolisme, développement, neurologie,…)

La perturbation endocrinienne est un modèle

Les multiples mécanismes de la perturbation endocrinienneLes multiples mécanismes de la perturbation endocrinienneVoie des œstrogènes

Activation/inhibition des récepteurs des stéroïdes: effet de type agoniste partiel

Activation indirecte par l’intermédiaire des récepteurs des xénobiotiques: ex. interaction AhR-ER

Altération de la synthèse et du métabolisme: ex. aromataseet cytochromes P450

Altération du transport: déplacement de l’hormone

Mét b lit é t i

Stéroïdes E2

Métabolites génotoxiquesAromatase

CYPMétabolites non génotoxiques

ER

Les patrons du CAC 40 ne croient pas aux perturbateurs endocriniens

Et pourtant!!

Di tilbè t Bi hé l ADistilbène et Bisphénol A

Le cas du DES

DiEthyStilbestrol: médicament mimant les effets des oestrogènes;DiEthyStilbestrol: médicament mimant les effets des oestrogènes; cancérigène à distance.Traitement de souris pendant la période néonatale (1µg/kg/jour).

Effet obésogène et perturbation métabolisme glucidiqueDES: forte affinité pour le récepteur de l’œstradiolDifférences selon les doses utiliséesDifférences selon les doses utilisées

Newbold, MCE, 2009

Toxicologie du BPAToxicologie du BPA

Le BPA est un moins bon œstrogénomimétique que le DESLe BPA est un moins bon œstrogénomimétique que le DES

Il s’agit avant tout d’un SERM (modulateur sélectif desrécepteurs des œstrogènes): les effets varient selon lesrécepteurs des œstrogènes): les effets varient selon lestissus, le stade du développement et la présence ou absencede l’hormone naturelle

Attention au modèle étudié, à l’alimentation et aux doses;effets en U inversé, multiplicité des récepteurs cibles

Richter, Reprod Toxicol 2007

Toxicologie du BPA: Vulnérabilité de la période périnatale

Effets toxiques à long terme suite à une exposition périnatale BPA (f ibl d )au BPA (faibles doses)

Soto et al, Mol Cell Endocri,nol, 2009

BPA: exemple de courbe en U inversé

Effet du BPA sur la prolifération des cellules JKT1(lignée de séminome humain

Courbe en U inverséCourbe en U inversé

Deux mécanismes Bouskine et al, EHP, 2009

BPA et analyse de cohortes

Cohorte du NHANES 2003-2006: population généraleCohorte du NHANES 2003 2006: population générale

Taux urinaires du BPA (libre et conjugué) sont associés à uneprévalence significativement plus élevée de maladiesprévalence significativement plus élevée de maladiescardiovasculaires (coronariennes) et de diabète

Les effets métaboliques et cardiovasculaires semblent êtreLes effets métaboliques et cardiovasculaires semblent êtreles plus significatifs dans des études en population générale

P blè d l i ll l dProblème de relation temporelle entre le dosage etl’exposition

Lang et al , JAMA, 2008

Melzer et al, Plos One, 2010

Contaminants perturbateurs métaboliques Etude longitudinale: BPA et maladie coronarienne

Melzer et al, circulation, 2012, online

Pht l t t bèPhtalates et parabènes

Les phthalates: effets antiandrogènes

Plastifiants: passage dans les aliments ou dans le sang (tubulures p g g (de perfusion)

Effet antiandrogène (inhibe production d’androgènes, bien identifié dans les culture organotypiques de testicules de rat

Des effets sont retrouvés dans des cultures organotypiques de testicules humains mais les cellules touchées sont distinctes (spermatozoïdes mais d’effet sur le taux d’hormones).

Mê é i ?Même mécanisme?

Effets in vivo sur la gamétogenèse chez le rat (faibles doses)

Les phthalates: effets antiandrogènes

Etude épidémiologique: relation entre le taux de certains phtalates chez la mère et l’altération de la distance ano-génitale chez les enfants mâles (Swan et coll., EHP, 2005 )

Les parabènes

Différents types de parabènesDifférents types de parabènes

Largement retrouvés dans des échantillons humains

Arguments toxicologiques: certains sont des xéno-œstrogènes à assez forte concentration: effetutérotrophique pour certains parabènes

Epidémiologie: retrouvés dans des échantillons graisseuxp g gde cancers mammaires.

Ce sont clairement des PE qui nécessitent une vigilance. ACe sont clairement des PE qui nécessitent une vigilance. A ce stade, peu d’arguments de toxicité aux doses habituelles d’exposition

L P ll t O i P i t tLes Polluants Organiques Persistants

Polluants Organiques Persistants

Dioxines PCB et pesticides organochlorés:Dioxines, PCB et pesticides organochlorés:

arguments expérimentaux

quelques études épidémiologiques:- cohortes nutritionnelles américaines: (Relationdose effet entre certains POP et diabète)- vétéran américain Vietnam- accidents industriels

Concentrations élevées dans les études expérimentales

(L DH t l 2006 2007 2008)(Lee DH et al, 2006, 2007, 2008)

Polluants Organiques PersistantsMécanismes

O

O

Cl

Cl

Cl

Cl

Résistance à l’insulineGlut4; TNF; lipides

AhR

O ClCl

DifférenciationARNT Différenciation adipocytaire

Perturbation endocrine t ét b liet métabolique

ER, PPAR, RARDéveloppement pancréas endocrine

L ff t kt ilLes effets cocktails

Perturbateurs endocriniens Les effets cocktailLes effets cocktailUn perturbateur, ça va; c’est quand il y en a plusieurs…

Seuil toxique

Tableau théoriqueKortenkamp, EHP, 2007

Tableau théorique

L ff t t é é ti lLes effets transgénérationnels

Les effets transgénérationnels

Jirtle and Skinner, Nature reviews genetics 2007

Polluants et contaminants obésogènes

Exposition de rats in utero: suivi de la courbe de croissance

le cas du TBT

Exposition de rats in utero: suivi de la courbe de croissance et du poids du TA épidydimaire

Grun et al , EHP, 2008

Chamorro-Garcia et al , EHP, sous presse

L i i d l l é bilitéLes origines de la vulnérabilité

Les origines multiples de la vulnérabilité

Origine endogèneOrigine endogène

facteurs génétiques ou épigénétiquesâge: période fœtale, enfance, prépuberté, vieillissementfacteurs physiologiques: hormones, grossessepathologies: diabète, hépatites, inflammation…p g , p ,

Origine exogène

alimentationcomportement et habitudesili i é imilieu socio‐économique

environnement physique et chimique

Early Prenatal Mid Late Prenatal PostnatalyEarly Prenatal Mid-Late Prenatal PostnatalCentral nervous system (3wks - 20 years)

Ear (4-20 wks)

Kidneys (4-40 wks)

Heart (3-8)

Limbs

Immune system (8-40 wks; competence & memory birth-10yrs)

Limbs (4-8wks)

Sk l t (1 12 k )

Lungs (3-40 wks; alveoli birth-10yrs)

Reproductive system (7-40wks; maturation in puberty)

Skeleton (1-12 wks)

yWeek 1-16 Week 17-40 Birth – 25 yearsSource: Altshuler, K; Berg, M et al. Critical Periods in Development, OCHP Paper Series on Children's Health and the Environment, February 2003.

Developmental Origins of Disease: Developmental Exposures p g p pLead to Disease Throughout Life

L’épigénétique: un mécanisme biologique, enfin!p g q g q ,

Non-protein codingRNA transcription

E i tiEpigenetics

DNAmethylation

Histonemodification

Zachary,ESBRA 2007

Epigénome: modifications relativement stables de l’ADN et de la chromatine, potentiellement héritable, sans modification de séquence

Nombreux remaniement pendant la période fœtale et l’enfance

Effets épigénétiques du BPALeLe modèlemodèle agoutiagoutiLe Le modèlemodèle agoutiagouti

Feil and Fraga, 2012

La méthylation de l’élément IAP conditionne la couleur du pelage

Effets épigénétiques du BPALe modèleLe modèle agoutiagoutiLe modèle Le modèle agoutiagouti

La couleur du pelage est contrôlé par la méthylation du gène agoutiagouti

L’exposition périnatale au BPA modifie la couleur dumodifie la couleur du pelage de la portée et la méthylation du gène

Ce phénomène est prévenu par l’addition de d d éth ldonneurs de méthyle

Bernal and Jirtle, 2010

Sur l’influence de la petite enfanceUne toxicologie freudienneUne toxicologie freudienne

Mamma?Papa??

BPA!BPA!