Perturbateurs endocriniens et nouveaux mécanismes de toxicité

SANTÉ & SOCIÉTÉ
Au cours des dernières décennies, de nombreuses observations ont montré que certaines substances exogènes pouvaient interférer avec le système endocrinien et provoquer des effets toxiques. Ces substances peuvent soit modifier la quantité d’hormones ou leur transport, soit interférer avec leurs modes d’action, par exemple en se liant à leurs récepteurs. Cela a conduit à l’identification de perturbateurs endocriniens il y a plus de 25 ans en tant que nouvelle classe d’agents toxiques.¹ Les systèmes hormonaux les plus ciblés par ces substances sont ceux des stéroïdes sexuels (estrogènes et androgènes) [fig. 1] et des hormones thyroïdiennes qui ont été particulièrement étudiés. Il est probable que d’autres systèmes hormonaux sont aussi concernés.
Les observations sur les effets des perturbateurs endocriniens ont été faites autant dans le cadre des études sur les écosystèmes que dans le cadre d’études humaines. Elles ont été particulièrement parlantes lorsque le développement des organes sexuels et la reproduction chez les animaux marins dans des lacs ou rivières polluées ont été étudiés. Si les effets des perturbateurs endocriniens sur les animaux marins ont surtout révélé des altérations de la fertilité et du développement des organes reproducteurs, les effets suspectés chez l’homme sont plus larges. En effet, les études toxicologiques et épidémiologiques ont révélé des associations entre l’exposition aux perturbateurs endocriniens et une augmentation du risque de nombreuses conditions ou pathologies chroniques, en particulier l’obésité et les maladies métaboliques, le développement neurologique et les maladies neurodégénératives, les maladies cardiovasculaires, certains cancers, les allergies et les maladies auto-immunes, ainsi que la réduction de la fertilité et les maladies du développement. Bien entendu, ces maladies ont des facteurs favorisants nombreux bien au-delà des contaminants chimiques, et il est difficile à l’heure actuelle de déterminer la part des perturbateurs endocriniens dans leur prévalence. Néanmoins, cette liste montre bien l’importance de la question et les coûts potentiellement associés qu’il est possible de calculer en tenant compte des incertitudes. Ces coûts ont été estimés par un groupe d’experts internationaux à plus de 150 milliards d’euros par an en Europe.²
Le tableau 1 donne quelques exemples de perturbateurs endocriniens classés soit par leur usage industriel, soit par leur nature chimique.
Ces substances, largement utilisées, correspondent à différentes classes chimiques ; elles ne sont pas identifiées par leur structure chimique ou par un type spécifique d’utilisation, mais plutôt par leurs mécanismes d’action (tableau 1) ; cela n’est pas sans précédent en toxicologie puisque les génotoxiques ont également été identifiés par leur mécanisme d’action, c’est-à-dire leur capacité à altérer la structure et la fonction de l’ADN. Il n’est pas exagéré de dire que la découverte des perturbateurs endocriniens a ouvert une nouvelle ère dans le domaine de la toxicologie. Des études sur les perturbateurs endocriniens ont remis en question certains dogmes de la toxicologie traditionnelle et ont modifié nos façons de voir les actions toxiques. Dans cet article, nous montrerons comment ces produits chimiques ont entraîné des changements à la fois conceptuels et pratiques dans notre approche de la toxicité.

L’une des conséquences les plus frappantes du travail sur les perturbateurs endocriniens est que la toxicologie et la physiologie ont été réunies à nouveau. L’histoire de la toxicologie nous a enseigné que le développement initial de cette science au XIX^e siècle a été réalisé par des physiologistes et des médecins illustres comme Claude Bernard et François Magendie.³ Il était en effet essentiel pour comprendre les effets systémiques de certaines substances toxiques telles que le curare d’avoir une vision intégrée de l’organisme et de son fonctionnement. Cependant, d’autres disciplines ont considérablement influencé les travaux en toxicologie. En effet, cette discipline a été étroitement associée aux sciences analytiques, ce qui a permis aux toxicologues fondamentalistes et réglementaires de détecter et de quantifier les substances toxiques et de répondre à des questions cruciales telles que la nature de l’exposition aux produits chimiques et leur niveau. Plus tard, les toxicologues ont commencé à utiliser des concepts et des outils chimiques, moléculaires et cellulaires, et ont pu développer des approches mécanistiques. Dans une certaine mesure, cela a détourné l’attention des approches physiologiques (comme pour beaucoup d’autres disciplines d’ailleurs). Cependant, avec l’identification des perturbateurs endocriniens, les toxicologues et les épidémiologistes ont commencé à s’attaquer à des questions telles que les conséquences de modifications subtiles des taux d’hormones sexuelles au cours du cycle menstruel ou les effets de l’exposition aux contaminants pendant les phases critiques du développement des organes. De toute évidence, une approche plus intégrée était nécessaire, et les toxicologues devaient donc revenir à leurs manuels de physiologie.
Par ailleurs, la perturbation du système endocrinien n’est qu’un aspect de ce que les substances exogènes peuvent faire pour modifier les systèmes physiologiques. Il existe des substances qui interfèrent avec les systèmes nerveux ou immunitaire et pas nécessairement en perturbant l’action des hormones. D’autres substances pourraient modifier les programmes de développement par des mécanismes qui ne sont pas nécessairement liés à l’action endocrinienne. Ces substances partagent avec les perturbateurs endocriniens un certain nombre de propriétés et, par conséquent, nous avons tendance à les appeler aussi des perturbateurs endocriniens, bien que ce ne soit pas strictement correct. Il serait plus exact de parler de composés perturbateurs de l’homéostasie physiologique. Cependant, désormais le nom de marque « perturbateurs endocriniens » est bien établi et il est probablement trop tard pour le modifier, mais nous devons reconnaître que dans le milieu académique du moins, nous étudions à la fois les perturbateurs endocriniens et les composés de type perturbateurs endocriniens. Notons cependant que sur le plan réglementaire, la définition de l’Union européenne (UE) concerne strictement les composés perturbant le système endocrinien et ne couvre pas les composés susceptibles d’interférer avec le système nerveux ou le système immunitaire.

La découverte des perturbateurs endocriniens a relancé la question ancienne des « faibles doses » en toxicologie. Les années 1950 et 1960 ont connu de fortes controverses entre différents groupes de toxicologues. Certains ont affirmé que pour la plupart des composés il n’y avait pas de dose sûre, même à de faibles concentrations, tandis que d’autres ont déclaré que, sous un certain seuil qui devrait être déterminé, la plupart des composés étaient sans danger. Ce dernier point de vue a prévalu, à l’exception importante des substances cancérogènes génotoxiques pour lesquelles on considère que même de très faibles doses peuvent entraîner des effets irréversibles (à savoir la mutagenèse et les effets à long terme). Ce compromis a permis le développement de la toxicologie réglementaire et des valeurs de référence réglementaires au-dessous desquelles les composés sont considérés comme pratiquement inoffensifs. Il convient de noter que les bases scientifiques du calcul de ces valeurs de référence sont, au mieux, controversées. Les travaux réalisés sur les perturbateurs endocriniens par certains laboratoires académiques représentent un nouveau défi pour l’établissement des valeurs de référence. Premièrement, il a été observé que de faibles doses, c’est-à-dire des doses similaires à une contamination environnementale habituelle, peuvent avoir des effets significatifs dans certains modèles expérimentaux, notamment lors de périodes de vulnérabilité développementale.⁴ Cela signifie que certaines valeurs de référence déterminées sur la base de tests réglementaires non exhaustifs peuvent ne pas être suffisamment protectrices. Il ne faut pas oublier que la plupart des effets toxiques liés aux perturbateurs endocriniens n’ont pas été découverts lors de tests réglementaires traditionnels, mais par des chercheurs universitaires qui ont exploré de nouveaux mécanismes de toxicité. Le second point important est que, dans certains cas, la courbe dose- réponse décrivant un effet toxique d’un produit chimique en fonction de sa dose peut ne pas être monotone. Intuitivement, la plupart d’entre nous pensent qu’un effet toxique devrait augmenter avec la dose. En réalité, il existe des cas où les effets sont plus puissants à des doses faibles qu’ils ne le sont à des doses plus élevées. Cela a été longuement discuté dans plusieurs conférences et articles.^{4, 5} Les mécanismes sont divers et pourraient être liés soit à l’existence de plusieurs modes d’action activés à des doses différentes, soit aux propriétés intrinsèques du système endocrinien. Récemment, l’Agence nationale de sécurité sanitaire de l’alimentation, de l’environnement et du travail (Anses) et d’autres agences de l’UE ont analysé de manière critique la littérature sur le sujet et ont conclu que le nombre de courbes dose-réponse non monotones était sans doute surestimé, mais qu’il en existe bien un certain nombre y compris chez l’homme.⁶ Une conséquence importante des courbes non monotones est que les tests réglementaires devraient désormais couvrir une gamme de doses beaucoup plus importante que précédemment afin de ne pas ignorer un effet spécifique à faible dose et que l’identification des valeurs de référence pourrait devenir encore plus difficile que par le passé.⁷ Une réévaluation des approches réglementaires en matière de détermination des valeurs de référence semble nécessaire.

L’une des tâches les plus difficiles en toxicologie consiste à comprendre les mécanismes des effets à long terme conduisant à des maladies chroniques et à trouver les bons modèles pour les étudier. Le long terme signifie des années, des décennies et peut-être des générations (effets transgénérationnels) ! À l’exception des mutagènes, on pensait traditionnellement que les effets à long terme étaient liés à une exposition continue, comme dans le cas de la pollution atmosphérique et du tabagisme. La toxicité liée à l’exposition continue à long terme présente en réalité des caractéristiques paradoxales. En effet, dans de nombreux cas, une toxicité à long terme est liée de manière inattendue aux voies métaboliques adaptatives déclenchées par l’exposition à des produits chimiques ; ces voies, en permettant l’élimination des produits chimiques, sont protectrices à court terme, mais elles entraînent également la production transitoire de composés intermédiaires très réactifs pouvant entraîner une toxicité à long terme.⁸ Ce que cela nous enseigne, c’est que la même voie pourrait être adaptative ou toxique en fonction de l’échelle de temps considérée.
Les effets à long terme pourraient également être dus à la persistance interne des produits chimiques, comme dans le cas des polluants organiques persistants qui sont mal métabolisés et éliminés, et qui sont stockés dans le tissu adipeux, ce dernier devenant à son tour une source interne d’exposition continue.⁹ Encore une fois, ce tissu a un effet paradoxal vis-à-vis des polluants organiques persistants. En stockant ces polluants, le tissu adipeux protège d’autres organes sensibles tels que le cerveau ou les gonades, mais, à long terme, il constitue une source interne d'exposition chronique.
Avec les perturbateurs endocriniens, un troisième mécanisme fondamental a été identifié (fig. 2). En effet, des études expérimentales et épidémiologiques ont montré que l’exposition à certains perturbateurs endocriniens à des stades de développement spécifiques était associée à une augmentation du risque de maladie plus tard dans la vie.¹⁰ Dans ce cas, l’exposition peut être continue ou limitée dans le temps, mais elle a lieu à un moment où l’organisme cible est dans un état de vulnérabilité. On pense que la vulnérabilité est due au remodelage des tissus et des organes pendant le développement et à des capacités de défense limitées. Le mécanisme le plus probable est sans doute lié aux régulations épigénétiques. En effet, les modifications épigénétiques comme la méthylation de l’ADN, les modifications des histones et certains ARN non codants sont sensibles à l’environnement (au sens général) et sont héritables en tout cas sur le plan somatique.¹¹ De telles altérations peuvent donc persister longtemps et pourraient conduire à des modifications subtiles de la physiologie des organes susceptibles d’accroître le risque de développement de la maladie plus tard dans la vie. À titre d’illustration, on pense que des perturbateurs endocriniens sont capables de modifier la méthylation de gènes critiques dans le tissu adipeux, augmentant ainsi le risque d’adiposité chez la souris.¹² Nous avons encore besoin de plus de données reliant la régulation épigénétique déclenchée par un perturbateur endocrinien aux effets sur la santé. Nous devons également développer le concept et apporter plus de preuves à l’appui de la toxicité de nature épigénétique. Les implications réglementaires sont importantes dans la mesure où la toxicité épigénétique pourrait se situer dans la catégorie des effets toxiques « sans seuil ».

Alors que la toxicologie traditionnelle s’est principalement concentrée sur la substance (« la dose fait le poison »), il est devenu clair que l’état de l’organisme ciblé est également critique. En effet, dans certaines conditions, les organismes peuvent être plus vulnérables à la toxicité des produits chimiques.¹³ Cela pourrait être dû, par exemple, au contexte génétique de l’individu contaminé, ce qui a conduit au développement d’interactions gène-environnement dans les études épidémiologiques. Le statut sanitaire et social est une autre source de vulnérabilité, par exemple si la personne souffre de diabète, d’une maladie rénale ou d’un faible statut socioéconomique. Mais, comme indiqué précédemment, la plupart des progrès récents ont été réalisés sur la vulnérabilité liée au stade du développement car certaines périodes de développement ont une probabilité de toxicité plus élevée en cas d’exposition à un produit chimique. De toute évidence, le remodelage épigénétique et la différenciation des cellules souches au cours du développement sont des causes probables de vulnérabilité, en particulier lorsque la toxicité est liée à une modification de la programmation.¹³

L’intérêt pour les effets de mélange précède la découverte de perturbateurs endocriniens. Il s’agit en fait d’un problème classique en pharmacologie et toxicologie et il est particulièrement pertinent lorsque l’identification des substances toxiques est liée au mode d’action. Par exemple, plusieurs dioxines, furannes et polychlorobiphényles (PCB) ont un mécanisme d’action similaire, c’est-à-dire l’activation du récepteur d’aryl d’hydrocarbone (AhR), mais avec des puissances différentes.¹⁴ De plus, ces composés hautement lipophiles ont tendance à s’accumuler ensemble dans les graisses, de sorte que la co-exposition est très fréquente. Le concept d’équivalence toxique a été développé pour prendre en compte ces expositions combinées, et la méthode de l’addition des doses a été développée en conséquence. Comme les perturbateurs endocriniens sont également identifiés par leur mécanisme d’action, il était également pertinent de les classer en conséquence (i.e. chaque classe correspondant à un mécanisme d’action). Les études se sont concentrées sur les mélanges de substances ayant un mode d’action similaire, par exemple les effets antiandrogéniques ou les effets xéno-estrogéniques et, dans ce cas, les données actuelles suggèrent que l’addition de dose devrait être utilisée pour prendre en compte les effets du mélange.¹⁵ L’étude de combinaisons des perturbateurs endocriniens ayant des modes d’action différents est moins avancée. Dans ces cas, les auteurs ont trouvé des résultats variables tels que des effets additifs, synergiques ou antagonistes. Il s’agit d’un défi majeur pour l’avenir, avec des implications à la fois dans les sciences fondamentales et les sciences réglementaires.

La découverte des perturbateurs endocriniens et l’étude de leurs modes d’action ont considérablement renouvelé nos concepts en toxicologie et plus généralement dans le champ santé-environnement (tableau 2). Couplé au concept de l’exposome, c’est-à-dire intégration de l’ensemble des expositions sur la vie entière,¹⁶ le concept de perturbation endocrinienne a conduit à une approche plus systémique de la toxicité, combinant des sources d’exposition environnementales, des effets sur la santé et une intégration de différents facteurs de stress. Sur le plan des sciences fondamentales, les implications sont nombreuses, car on assiste à des liens croissants entre la toxicologie, la physiologie, la physiopathologie, la biologie du développement et l’épigénétique. L’impact sur les sciences de la réglementation est aussi considérable, et on peut prévoir que le concept de perturbateur endocrinien (et plus généralement de perturbation de l’homéostasie physiologique) changera probablement le paysage de la réglementation dans l’UE et dans le monde entier. Il s’agit là d’un formidable exemple des défis et des opportunités engendrés par la traduction de la science en décision publique. V