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Immunotoxicité des composés chimiques : un impact écotoxicologique sous-estimé

24. novembre 2017, Catégorie: Ecotoxicologie aquatique

Immunotoxicité des composés chimiques : un impact écotoxicologique sous-estimé

De nombreuses substances interfèrent avec la capacité des animaux sauvages à lutter contre les germes pathogènes. Il n'existe pourtant pas encore, dans le domaine de l'écotoxicologie, de tests biologiques reconnus pour le screening des effets immunotoxiques de l'environnement et des composés chimiques. Le Centre Ecotox souhaite pallier ce manque. 

Les polluants présents dans l'environnement ne se contentent pas de menacer directement la survie des organismes biologiques mais peuvent également avoir une influence indirecte plus subtile sur leur santé et sur leur résistance. Ces effets ne sont alors pas directement visibles mais affectent la capacité des animaux à réagir aux autres stress et donc, in fine, à se développer et à sa reproduire. Le système immunitaire est souvent une cible privilégiée de cette action indirecte : de nombreuses études de laboratoire et de terrain démontrent que la pollution chimique influe sur les défenses immunitaires des animaux sauvages. La régression planétaire des populations d'amphibiens en est un exemple édifiant. Les agents pathogènes (parasites, virus, champignons) sont tenus pour principaux responsables de ce déclin. Or il a été démontré qu'une exposition concomitante à une pollution chimique pouvait induire une répression du système immunitaire des amphibiens et, de ce fait, augmenter leur sensibilité aux infections. Les épidémies de « rougeole » qui ont décimé par milliers les mammifères marins tels que les marsouins, les dauphins, les phoques et les otaries en sont un autre cas bien étudié. Une relation a été mise en évidence entre le déclenchement de la maladie et l'accumulation dans les tissus de polychlorobiphényles à l'action immunodépressive. La conjonction de l'action immunotoxique des polluants chimiques et des effets immunomodulateurs d'autres facteurs de stress est au cœur du phénomène. De tels effets cumulatifs pourraient expliquer la progression sans précédent des maladies infectieuses observée actuellement dans la faune sauvage. 

Besoin de tests pour les screenings

Malgré le danger de l'immunotoxicité, il n'existe pas encore, en écotoxicologie, de tests reconnus pour ce type d'action toxique. Pour pallier ce manque, une première démarche pourrait consister à développer de simples tests de screening pour évaluer le potentiel immunotoxique des substances chimiques et des matrices environnementales. Dans cette optique, le Centre Ecotox a lancé un projet en collaboration avec le Centre pour la médecine des poissons et des animaux sauvages de l'université de Berne, le FIWI, afin d'évaluer la qualité de certains paramètres immunologiques pour la détection des substances chimiques ayant un potentiel immunomodulateur. Les résultats montrant des faux positifs sont alors tolérés mais pas ceux montrant des faux négatifs. Les composés mis en évidence par les tests de screening peuvent ensuite être caractérisés plus en détail à l'aide de tests plus spécifiques. 

Après une étude bibliographique, un essai in vitro avec des cellules immunitaires (leucocytes) isolées de truite arc-en-ciel a été retenu comme candidat potentiel pour les screenings immunotoxicologiques. « Pour les tests de screening, nous avons décidé d'étudier les paramètres qui avaient jusqu'à présent été le plus fréquemment utilisés pour évaluer l'immunotoxicité chez les poissons », explique Kristina Rehberger du FIWI. Trois aspects sont à prendre en compte pour caractériser le test. (I) Tout d'abord, il doit permettre de faire la distinction entre les effets relevant d'une cytotoxicité générale et ceux dus à une action immunotoxique spécifique. Pour chaque composé testé, le domaine de concentration cytotoxique a donc été déterminé afin de définir un domaine de non-cytotoxicité pour le test. (II) Ensuite, il convient de faire la différence entre la réaction du système immunitaire au repos et celle du système immunitaire activé par la présence d'antigènes ou de pathogènes. Les modalités de réponse entre ces deux situations peuvent être très différentes. (III) Enfin, la sélection des composés chimiques à tester a une grande importance : il convient d'étudier aussi bien des substances dont l'action immunotoxique sur les poissons a déjà été démontrée que des substances non-immunotoxiques. Par ailleurs, les composés immunotoxiques doivent être représentatifs de plusieurs modes d'action moléculaires. 

Différents paramètres

Dans ce projet, trois paramètres sensibles aux polluants chimiques ont été retenus pour évaluer l'action des composés sur le fonctionnement des leucocytes. Le premier est l'activité de phagocytose des cellules. La phagocytose des corps étrangers comme par exemple les bactéries ou les constituants corporels dégradés comme les cellules cancéreuses est un élément essentiel de la réponse immunitaire innée. C'est par ce processus, par exemple, que les germes pathogènes sont absorbés par les cellules immunitaires pour être ensuite digérés. Les polluants chimiques peuvent affecter cette capacité de phagocytose des cellules. Pour pouvoir mesurer simplement l'intensité de ce processus, les leucocytes de truite isolés sont mis en présence de billes de latex portant un marqueur fluorescent au lieu de pathogènes. La proportion de cellules ayant absorbé des billes de latex est ensuite déterminée par cytométrie en flux. 

Le deuxième paramètre est l’activité du stress oxydatif des leucocytes. Les germes pathogènes phagocytés doivent en effet être digérés dans les cellules immunitaires. Pour ce faire, les phagocytes produisent des espèces réactives de l'oxygène (« radicaux oxygénés »). Le stress oxydatif des leucocytes peut aussi être influencée par la pollution chimique. Pour mesurer cette activité des cellules, un test colorimétrique avec le NBT peut être utilisé : il se base sur la transformation par les espèces réactives de l'oxygène du chlorure de nitro-bleu de tétrazolium (NBT), un composé jaune soluble, en un colorant bleu insoluble, le di-formazan qui peut ensuite être dosé par photométrie. 

Le troisième paramètre immunologique évalué est l'expression génique (ARN) de certaines cytokines. Les cytokines sont des protéines de signalisation cellulaire essentielles à la communication intercellulaire dans le système immunitaire. Dans le projet, l'expression génique (ARN) de trois cytokines souvent considérées dans les études d'immunotoxicité chez les poissons est mesurée par qRT-PCR (« quantitative reverse transcription polymerase chain reaction ») dans les leucocytes de truite arc-en-ciel. Les trois cytokines retenues sont l'interleukine IL 1β et le facteur de nécrose tumorale TNF α deux facteurs d'inflammation ainsi que l'IL 10 à l'action anti-inflammatoire. 

Les tests sur leucocytes de poisson se prêtent-ils aux screenings immunotoxicologiques ?

Pour savoir si les paramètres immunologiques retenus conviennent bien aux screenings, des tests ont été effectués avec cinq substances immunotoxiques pour les poissons et trois substances non-immunotoxiques. Les composés immunomodulateurs présentent des modes d'action connus mais différents : la dexaméthasone, un anti-inflammatoire, agit à travers le récepteur aux glucocorticoïdes ; l'éthinylestradiol, une hormone de synthèse utilisée en contraception orale, agit à travers le récepteur aux œstrogènes ; le bisphénol A, un composant de certains plastiques, agit également par le récepteur aux œstrogènes mais peut aussi activer d'autres voies de signalisation touchant au système immunitaire ; le benzopyrène, un hydrocarbure aromatique, agit sur ce système à travers le récepteur ArH ; enfin, le diclofénac, un antalgique, interfère avec les défenses immunitaires en inhibant une enzyme, la cyclo-oxygénase. Les substances non-immunotoxiques choisies présentent une action non spécifique de type narcotique : l'éthylène glycol, un antigel, ainsi que le butanol et le 1, 2, 4-trichlorobenzène, deux produits chimiques utilisés dans l'industrie. En complément, la moitié des cellules de poisson isolées ont été exposées à des lipopolysaccharides de la bactérie E. coli pour stimuler leurs défenses immunitaires avant l'exposition aux substances chimiques. 

Les premiers résultats sont prometteurs : les cinq composés immunomodulateurs, la dexaméthasone, l'éthinylestradiol, le bisphénol A, le benzopyrène et le diclofénac, ont provoqué des effets, notamment au niveau de la phagocytose et de la poussée oxydative. La dexaméthasone, par exemple, a non seulement inhibé ces deux activités de façon significative mais a également modifié l'expression des gènes des cytokines IL 1β et TNF α. Les résultats détaillés seront prochainement publiés dans un rapport.

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