Les polluants alimentaires font-ils grossir ?

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Lorsque des souris sont exposées, soit par voie orale, soit par voie respiratoire, soit par voie intra péritonéale, à de faibles quantités de polluants elles grossissent : ce résultat a été obtenu alors dans le cadre d'une étude sur le rôle du tissu adipeux dans la mise en réserve de polluants dioxiniques [1] ; mais d'autres travaux ont également rapporté un résultat analogue... même si cet apport était involontaire [2].

« Les polluants alimentaires font-ils grossir ? » - Crédit photo : www.cnrs.fr Ce dernier travail réalisé en collaboration par Claude MULLER au Luxembourg et par Henri SCHROEDER à la Faculté des Sciences de Nancy, nous a appris d’ailleurs que le phénomène était obtenu quand le polluant était administré à de « faibles doses » dans la mesure où pour les fortes doses de polluants les animaux « intoxiqués » maigrissaient.

Le modèle que nous avons développé est celui de la souris mâle C57bI/6J nourrie ad libitum et intoxiquée par voie intra péritonéale tous les deux jours avec du benzo[A]pyrène (B[a]P) à la dose de 0,5 mg par kg de poids. (Pourquoi deux jours ? Parce que le trouble lipidique objectivé lors d’une administration aiguë persiste pendant deux jours après l’administration). La prise de poids au bout de 12 jours est doublée par rapport à la croissance des souris « non polluées » . C’est à partir de ce modèle (souris, B[a]P) que nous allons poursuivre notre réflexion.

La mesure de la conductivité électrique du corps de l’animal au moyen du système TOBEC (EMScan/TOBEC SA-3000 modèle (EM-SCAN inc., Springfield, IL)) permet, moyennant l’utilisation d’un modèle mathématique validé, de mettre en évidence une augmentation progressive et significative du pourcentage de masse grasse chez ces animaux.

Par ailleurs, si la détermination de la lipacidémie plasmatique n’objective pas de différence entre les animaux sous B[a]P et ceux non exposés, il n’en est pas de même lorsque l’on mesure la réactivité à l’adrénaline des deux lots d’animaux : les libérations des acides gras et du glycérol sous l’effet de la lipolyse induite par l’adrénaline est significativement abaissée chez les animaux ayant reçu de petites quantités de polluants.

Une PCR quantitative, réalisée sur 16 gènes du tissu adipeux et sur 9 gènes du tissu musculaire a montré une diminution significative d’ARNm pour certaines protéines intervenant dans la cascade lipolytique au niveau des échantillons de tissu adipeux : c’est le cas des récepteurs β2 et (β3-adrénergiques, de la lipoprotéine lipase, du diacylglycérolacyl transférase.

Les échantillons de muscle traité de la même façon n’ont objectivé aucune différence entre les souris témoins et les souris ayant reçu du B[a]P.

La présence de polluant de type B[a]P semble provoquer au niveau du tissu adipeux des perturbations métaboliques. A partir de ce point nous avons travaillé sur des adipocytes de souris isolés selon la technique de RODBELL [3,4] : séparation des cellules au moyen de collagénase et maintien en vie de celles-ci dans un milieu Krebs Ringer Albuminé.

In vitro, la lipogenèse n’est pas altérée ; par contre la lipolyse, objectivée par les libérations de glycérol que d’acides gras, est inhibée significativement : ce phénomène est observé avec des doses de B[a]P de moins de 5pM et des temps d’incubation de moins de cinq minutes.

L’adrénaline est une molécule lipolytique qui agit en se fixant sur les récepteurs β-adrénergiques de façon non spécifique. Nous avons vérifié que le phénomène peut être reproduit à l’identique lorsque l’on substitue à l’adrénaline de la noradrénaline ou de l’isoprotérénol, agonistes non spécifiques puis des agonistes β spécifiques : dobutamine (β1-agoniste), salbutamol (β2-agoniste) et BRL 37344 (β3-agoniste). Le phénomène par contre n’a pu être reproduit lorsque la lipolyse est induite par la forskoline, molécule pharmacologique qui stimule directement la sous-unité catalytique de l’adénylate cyclase et la production d’AMPc et donc passe outre la signalisation adrénergique (Litosch et al., 1982) ou par le dibutyryl AMP, dérivé de l’AMPc capable de franchir la membrane plasmique et non hydrolysable par la PDE3B ; le dibutyryl AMP agit par stimulation directe de l’activité de la PKA

Entre les récepteurs et l’adénylate cyclase, sur le schéma métabolique de la lipolyse, la protéine G joue un rôle intermédiaire : l’activation de sa sous unité Gs ou l’inhibition de sa sous unité Gi agissent séparément sur la levée d’inhibition de l’adénylate cyclase. La sous unité Gs est sous le contrôle de β récepteurs adrénergiques alors que la sous unité Gi est sous celui des a récepteurs. La stimulation in vitro des activités respectives des protéines Gi et Gs par les toxines pertusiques et cholériques, en présence et en l’absence de B[a]P, ne montre pas d’effet de ce polluant.

Enfin, la lypolyse induite par activation des récepteurs aux peptides natridiurétiques n’a pas été affectée par la présence de polluants. Par contre, celle induite par l’AcTH (lypolyse qui met en jeu un autre type de récepteur, le M2R) est perturbée par la présence de B[a]P.

L’effet du polluant sur la lipolyse induite par l’adrénaline a été reproduit in vitro sur des adipocytes isolés humains. Le benzo[A]pyrène fait partie de la famille des hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP), présents dans la nature chaque fois qu’il existe un phénomène de combustion : aux abords des usines et en particulier des usines d’incinération, aux abords des routes et autoroutes, mais aussi dans les barbecues ménagers... Composés hydrophobes et volatils, ils se déposent sur les fourrages ; on en retrouve dans le lait et ils suivent la chaîne alimentaire des lipides. Leur taux d’émission n’a pas diminué dans les dix dernières années : le phénomène que nous venons de décrire peut être reproduit quand on substitue au B[a]P certains congénères tels que le chrysène, l’acénaphtène, le fluorenthène, le fluorène et l’anthracène ; par contre, nous n’avons pas pu le mettre en évidence avec trois autres HAP, le naphtalène, le pyrène, le phénanthrène, sans pour autant avoir pu avancer la moindre hypothèse sur l’explication de cette singularité.

D’autres polluants peuvent conduire aussi à une perte de la capacité lipolytique in vitro de l’adrénaline : nous avons pu reproduire le phénomène en substituant au B[a]P de la dioxine, l’un des 210 congénères de la famille des PCCD et PCDF, du PCB 126 de la famille des polychlorobiphényls, et, plus surprenant car n’appartenant pas à la famille des polluants, l’acétaldéhyde et l’acrylamide. Le mécanisme de cette altération a retenu notre attention... Le phénomène se produit au niveau des récepteurs β-adrénergiques : il est constaté chaque fois que l’on induit la lipolyse par un agoniste R que celui ci soit spécifique ou non. Un exception... la lipolyse induite sur l’adipocyte murin par l’AcTH. Or le récepteur MC2-R de cette hormone a comme point commun avec les récepteurs β-adrénergiques d’être porteur de structures protéiques trans membranaires reliées entre elles par des ponts protéiques soit intra soit extra cellulaires.

In vitro, l’inhibition par le B[a]P de la lipolyse semble procéder de l’inhibition directe au niveau de la première étape de signalisation des récepteurs adrénergiques et ACTH qui sont des récepteurs à protéines-G. L’effet inhibiteur du B[a]P s’est produit dans des temps faibles (5 minutes), indiquant qu’il ne procède pas par des changements d’expression de gène ni par des interférences au niveau des procédés de traduction. L’inhibition de la lipolyse par le B[a]P résulte très probablement de la perturbation physique de la bicouche phospholipidique de la membrane plasmique. Cette interprétation provient de l’observation au niveau d’expériences aiguës in vitro, où nous voyons le B[a]P empêcher fortement et rapidement la capacité de signalisation d’au moins 4 récepteurs distincts : β1, β2, β3-adrénergique et le récepteur à I’ACTH, dispositif commun dans le- sens où tous sont constitués de 7 domaines transmembranaires couplés aux protéines elles-mêmes ancrées dans la bicouche de la membrane plasmique. En revanche la lipolyse induite par l’ANP, par la stimulation de NPR-A, qui contient un seul domaine transmembranaire n’a pas été affectée par le B[a]P.

De plus, les études physico-chimiques, réalisées par l’équipe de Jimenez en 2002, utilisant la calorimétrie à balayage différentiel, la spectroscopie infrarouge, et des petites diffractions de rayon X, ont prouvé que le B[a]P incorporé aux bicouches phospholipidiques se retrouve dans la région la plus apolaire de la matrice de phospholipides, ayant pour résultat une membrane augmentée et gonflée. Nous pensons donc que la déformation des propriétés physicochimiques de la membrane plasmiques des adipocytes par le B[a]P diminue la capacité de signalisation des récepteurs couplés aux protéines-G intimement liés aux bicouches phospholipidiques par leurs 7 domaines transmembranaires. Nous même avons récemment pu établir que d’une part le B[a]P ne modifiait pas le « binding » entre les récepteurs β1 et β2 d’une part et leur ligand spécifique en présence de deux dose de B[a]P (10-5 et 10-8M) et que d’autre part la présence d’HAP perturbait dans des expériences de synthèses, l’apparition et le contenu membranaire de liposomes : ces études sont en cours d’exploitation. Nous retrouvons ainsi l’hypothèse formulée par Jimenez et coll [5].

Ceci fournit un nouveau mécanisme de toxicité du B[a]P. En effet, jusqu’ici la toxicité de B[a]P était attribuée à sa capacité d’induire la formation d’adduits d’ADN. Dans les expériences in vitro, les concentrations requises pour réaliser l’effet toxique du B[a]P sur des adipocytes étaient 2000 fois plus faibles que celles causant le cancer chez le rongeur. L’effet inhibiteur maximal sur la lipolyse induite par l’adrénaline a été réalisé in vivo avec le B[a]P à une dose de 0,4 mg/kg, dose 100 fois inférieure à celles employées pour induire la réponse tumoro-génique chez les souris (en général 50 mg/kg).

L’exposition chronique au B[a]P de souris mâles sous régime normal a causé un gain de poids qui n’a pas été corrigé suite au retrait du toxique. Les mécanismes moléculaires directement responsables du gain de poids induit par le B[a]P demeurent actuellement spéculatifs. Nous savons, cependant, que ce gain de poids corporel n’est pas dû à une augmentation de la prise alimentaire. En effet, dans 3 expériences séparées, nous avons observé ce gain significatif de poids sans aucun changement observable d’ingestion de nourriture.

L’interprétation la plus simple de ces résultats est que cette inhibition chronique par le B[a]P au niveau des récepteurs β-adrénergique et de la stimulation de I’ACTH a causé une réduction de la dépense énergétique suffisante pour entraîner un gain de poids chez les rongeurs. Jimenez et ses collaborateurs [6] ont montré que des souris triples bêta Knock Out qui n’expriment aucun de ces trois récepteurs β- adrénergique prennent du poids sans changement de prise de nourriture. En outre, les médicaments dit II- bloquant diminuent intensément la dépense énergétique chez les sujets humains normaux. Ceci entraîne une augmentation de la masse grasse si aucun changement n’est fait au niveau de la consommation de nourriture et/ou au niveau de l’activité.

En 1983, étudiant les facteurs de modification des taux de benzo[a]pyrène dans le plasma humain, Hutcheon et ses collaborateurs [7] identifiaient une corrélation positive entre le poids, l’obésité et le paramètre représentatif du contenu plasmatique en ce polluant liposoluble... Nos observations iraient dans le même sens... Mais corrélation n’est pas relation de cause à effet : il est un point sur lequel nous sommes d’accord avec ces auteurs.

Ce travail a fait l’objet de la thèse de Philippe IRIGARAY, du travail de Master de Housam HEIDI. Il a été en grande partie publié sous la référence [8].

Sources et Références :

  1. Irigaray P., Mejean L. and Laurent F. — Behavior of dioxin in pig adipocytes. Food Chem. Toxicol., 43 : 457- 460, 2005.
  2. Grova N, Valley A, Turner JD, Morel A, Muller CP, Schroeder H. -Modulation of behavior and NMDA-R1 gene mRNA expression in adult female mice after sub-acute administration of benzo(a)pyrene. Neurotoxicology. 28 : 630-6, 2007
  3. Rodbell M. - Metabolism Of Isolated Fat Cells. i. Effects Of Hormones On Glucose. Metabolism and Lipolysis. J. Biol. Chem., 239 : 375-380, 1964.
  4. Zalatan F., Krause J.A., Blask D.E. - Inhibition of isoproterenol-induced lipolysis in rat inguinal adipocytes in vitro by physiological melatonin via a receptor-mediated mechanism. Endocrinology, 142 : 3783-3790, 2001
  5. Jimenez M., Aranda F.J., Teruel J.A., and Ortiz A. - The chemical toxic benzo[a]pyrène perturbs the physical organization of phosphatidylcholine membranes. Environ. Toxicol.Chem., 21 : 787-793, 2002.
  6. Jimenez M, Leger B, Canola K, Lehr L, Arboit P, Seydoux J, Russell AP, Giacobino JP, Muzzin P, and Preitner F. - Beta(1)/beta(2)/beta(3)-adrenoceptor knockout mice are obese and cold-sensitive but have normal lipolytic responses to fasting. FEBS Lett., 23, 530: 37-40, 2002.
  7. Hutcheon D.E., Kantrowitz J., Van Gelder R.N., Flynn E. - Factors affecting plasma benzo[a]pyrene levels in environmental studies. Environ. Res., 32 :104-110, 1983.
  8. Irigaray P, Ogier V, Jacquenet S, Notet V, Sibille P, Mejean L, Bihain BE, Yen FT. - Benzo[a]pyrene impairs b-adrenergic stimulation of adipose tissue lipolysis and causes weight gain in mice. A novel molecular mechanism of toxicity for a common food pollutant. FEBS Journal, 273: 1362-1372, 2006.

(Luc MEJEAN, Philippe IRIGARAY, Balbine AMOUSSOU, Houssam HEIDI, Frances YEN - Nutrition Humaine ENSAIA-INPL et Laboratoire LIPIDOMIX MTM-INPL, Vandoeuvre lès Nancy - Xème Entretiens de Nutrition de l’Institut Pasteur de Lille, 5 juin 2008)

SOURCE : Institut Pasteur de Lille

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