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Définition et preuves de la cancérogénèse chimique
La cancérogénèse chimique peut être
définie comme l'ensemble des phénomènes conduisant à des tumeurs résultant de
l'exposition à un composé chimique, quelle que soit son origine.
L'implication des produits chimiques dans le développement de cancers a été
soupçonnée depuis fort longtemps puisque, dès le 18ème siècle, Pott et Hill avaient
fait la relation d'une part entre cancer et consommation tabagique et, d'autre part, entre
cancer du scrotum et exposition à la suie (ramoneurs) (Pott 1775, Hill 1761). La
démonstration scientifique d'une relation directe entre exposition à un produit chimique
et cancer est plus récente; elle repose sur deux types d'arguments:
- des modèles expérimentaux animaux; il
est possible de faire un lien direct entre un agent chimique et un type de cancer. Ce type
d'approche est scientifiquement irréprochable mais n'est pas toujours extrapolable à
l'homme. Ces modèles qui ont permis de bien connaître les mécanismes de la
cancérogénèse chimique seront décrits en détail dans la deuxième partie de cet
article. Quelques exemples cependant illustreront l'efficacité de cette démarche. Le
badigeonnage de peau de souris avec des hydrocarbures aromatiques comme le
diméthylbenzanthracène (DMBA) ou le benzo(a)pyrène (BaP), entraîne des tumeurs de la
peau dans lesquelles des mutations de l'oncogène ras ont été retrouvées (Bizub et
coll. 1986, Bremner et Balmain 1990 et références incluses). L'administration
d'aflatoxine BI ou de nitrosamines à des rats entraîne des carcinomes hépatocellulaires
dont les caractéristiques, dans le cas de l'aflatoxine au moins, ont pu être comparées
à celles rencontrées chez l'homme. La 1,2dimethylhydrazine (ou ses métabolites) est le
seul modèle connu à l'heure actuelle de cancer du côlon (Jacoby et coll. 1991,
Thurnherr et coll. 1973). De nombreux autres exemples ont ainsi démontré, chez l'animal
le lien de causalité directe entre l'exposition à un composé chimique et le
développement de tumeurs souvent spécifiques d'organe.
- des enquêtes épidémiologique ; elles ont clairement montré l'augmentation de
certains types de cancer lors de l'exposition à des produits chimiques (pollution,
consommation tabagique, alimentation par exemple). A la suite des exemples de Pott et
Hill, cités plus haut, de nombreuses publications ont démontré le rôle de la fumée de
tabac dans les cancers du poumon, des voies aérodigestives supérieures (en association
avec l'alcool), de la vessie, et plus récemment du côlon (Martinez et coll. 1995 le
facteur de risque est dans ce dernier cas beaucoup plus faible).Pour l'aflatoxine
également l'épidémiologie a clairement montré une corrélation entre adduits
d'aflatoxine (démontrant l'exposition) et le risque de carcinome hépatocellulaire (Mc
Glynn et coll. 1995) Enfin le rôle de l'alimentation dans le développement de divers
types de cancers a été largement évoqué (Sugimura et coll. 1996, Martinez et coll.
1996, Ames et coll. 1995)
Ces deux approches se renforcent mutuellement
et ont permis d'identifier de nombreux composés à risque. Ainsi, le Centre International
de Recherche sur le Cancer (CIRC ou IARC) publie des monographies et a classé environ 700
composés, mélanges et circonstances d'exposition en divers groupes (liste des
évaluation du CIRC, 1993):
I: cancérogène pour l'homme
IIA: probablement cancérogène chez l'homme
IIB peut-être cancérogène pour l'homme
III: ne peuvent être classés
IV: probablement pas cancérogènes pour l'homme.
Comme cela sera vu plus loin, de nombreux
agents chimiques ont été trouvés hépatocancérogènes chez le rat ou la souris et le
foie est le site principal de localisation tumorale dans les études de cancérogenèse
expérimentales. Cependant chez l'homme, il y a peu d'agents chimiques pour lesquelles un
rôle étiologique dans le cancer du foie ait été clairement établi (Tableau 1).
Retour
L'activation métabolique et ses conséquences
Comme il a été vu ci-dessus, les produits chimiques ayant
été identifiés comme cancérogènes certains ou probables, peuvent être classés selon
leur point d'impact, en cancérogènes génotoxiques et non génotoxiques (tableau 1). Nous n'étudierons dans cette section que les composés
génotoxiques. Pour la plupart, ils ne sont pas toxiques par euxmêmes mais doivent être
métabolisés dans l'organisme, pour générer, généralement à proximité de leur
cible, l'ADN, un métabolite réactif capable de former un adduit à l'ADN qui pourra
ensuite se transformer en une mutation stable, premier pas dans la chaîne d'événements
conduisant au cancer; cette étape est appelée initiation . Il existe cependant quelques
composés qui sont génotoxiques sans activation (tableau 1).
Pour se lier de façon covalente aux bases de l'ADN qui possèdent de nombreux centre
nucléophiles, il faut que les composés soient électrophiles. Les composés
spontanément électrophiles sont réactifs et vont réagir avec les nucléophiles de
l'organisme comme les protéines ou le glutathion sans pouvoir atteindre l'ADN. En
revanche de nombreuses substances peuvent être transformées par les enzymes du
métabolisme des xénobiotiques (EMX) en électrophiles qui, produits in situ, vont
pouvoir réagir avec lADN et former des adduits. La production de ces espèces réactives
à partir de produits non réactifs par eux-mêmes dépend donc de leur métabolisme et
c'est pourquoi il est nécessaire à ce point de bien connaître les enzymes qui en sont
responsables.
A. Le
métabolisme des xénobiotiques.
Les xénobiotiques, substances étrangères à l'organisme
de faible poids moléculaire, sont souvent hydrophobes et/ou chimiquement réactifs.
L'organisme doit donc disposer d'enzymes capables de neutraliser ces groupements réactifs
et surtout de rendre hydrophiles les substances hydrophobes pour pouvoir les éliminer
dans l'urine ou la bile. Ces enzymes sont rassemblés sous le nom d'enzymes du
métabolisme des xénobiotiques (EMX). Ils sont très nombreux afin de pouvoir catalyser
de nombreuses réactions chimiques; de plus chaque catégorie d'enzyme comporte souvent
plusieurs isoformes afin de pouvoir catalyser la même réaction sur des substrats
stériquement très différents. Pour simplifier la compréhension de ce métabolisme, ces
enzymes et leurs isoformes ont été classés en phase I, II, III et IV.
Les xénobiotiques étant généralement hydrophobes pénètrent facilement dans la
cellule à travers la membrane , elle-même hydrophobe.
La phase 1, est une phase de fonctionnalisation qui consiste à introduire une fonction
chimique sur les substrats. Les réactions les plus courantes sont des monooxygénations
dépendantes des cytochromes P450 (CYP). Ceux-ci représentent une super-famille d'enzymes
comprenant une grand nombre d'isoformes classées selon leur degré d'homologie de
séquences. (Neslon et coll. 1996) Chaque isoforme a une spécificité de substrat plus ou
moins étroite. Ces P450 sont principalement exprimés dans le reticulum endoplasmique des
hépatocytes mais se retrouvent dans pratiquement dans tous les tissus. En fait de
nombreuses cellules expriment des isoformes de P450 et présentent ainsi une capacité
métabolique spécifique. Il existe d'autres enzymes de phase I comme des réductases, des
hydrolases.
Les produits de la phase I ne sont pas toujours suffisamment hydrophiles pour pouvoir
être éliminés directement; ils sont donc métabolisés par des enzymes de phase I ,
enzymes de conjugaison, capables d'utiliser une fonction comme un hydroxyle pour ajouter
un groupement très hydrophiles: un glucuronate, un sulfate, du glutathion par exemple. Le
produit de cette réaction est maintenant très hydrophile et peut être éliminé dans la
bile et/ou dans l'urine. Les principaux enzymes catalysant ces réactions sont les UDP
glucuronosyl transférases (UGT), les glutathion-S -transférases (GST), les
sulfotransférases (ST), les époxide hydrolases (EH, conjugaison avec l'eau), les méthyl
transférases (MT), les N-acétyl transférases (NAT) (ces deux derniers enzymes servent
plutôt à neutraliser des groupements chimiques réactifs, amines, thiols ... ). Comme
pour les P450, de nombreuses isoformes de ces enzymes sont exprimées dans l'organisme ;
leur spécificité de substrat est également chevauchante. Les produits de ces réactions
sont très hydrophiles et souvent franchissent difficilement les membranes cellulaires
sans l'aide de transporteurs tels que MDR 1 et MRP (Bellamy 1996) (phase III) .
Les conjugués se retrouvant dans le sang, dans l'intestin, le côlon ou la vessie peuvent
ensuite être déconjugués chimiquement ou enzymatiquement régénérant ainsi le produit
de la phase I in situ dans l'organe. Cette étape peut être appelée phase IV, elle 'sera
discutée plus en détail à propos des cancers du côlon et de la vessie.
La plupart des produits ainsi formés sont moins toxiques que le composé de départ.
Cependant, dans de rares cas, le produit intermédiaire est réactif et peut se lier aux
protéines et/ou à l'ADN. C'est en quelque sorte "une bavure" d'un système
très efficace pour éliminer les xénobiotiques de l'organisme. Ces métabolites
réactifs peuvent être produit aussi bien par des enzymes de phase I, II ou IV. Il existe
donc pour chaque produit un équilibre entre métabolites toxiques et non toxiques qui
dépend, dans un cellule donnée, de la nature et de la quantité des différents EMX. Or
l'expression des EMX est très variable.
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B. La variabilité des enzymes du métabolisme des xénobiotiques.
L'expression hépatique de la plupart des CYP varie de 1 à
10 voire de 1 à 30 pour certains. Les autres EMX ont une variabilité inter et
intra-individuelle du même ordre de grandeur. Ces variations sont dues à des facteurs
génétiques, physiopathologiques ou environnementaux.
Facteurs
génétiques: plusieurs polymorphismes génétiques des enzymes du
métabolisme des xénobiotiques ont été décrits. Ainsi le CYP2D6 est absent chez
environ 5 % des individus des populations caucasiennes et surexprimé chez environ 2%, le
CYP2C 19 chez 5 % des même populations et chez 20% des j aponais. Le CYP 1 A 1 est très
inductible chez 10 à 30 % des individus. D'autres polymorphisme de CYP ont été décrite
sans que leur signification soit clairement établie. Des polymorphismes génétiques ont
été décrits également pour d'autres enzymes qui sont déficients dans des proportions
variables des populations, par exemple: GSTµ (50%), GSTO (30%), NAT2 (50%). Ces
polymorphisme modifient de façon importante les capacité métaboliques (équilibre
toxication / détoxication) des individus.
Facteurs environnementaux: les
phénomènes d'induction et d'inhibition sont connus depuis longtemps. Ainsi par exemple,
le phénobarbital, l'éthanol, les hydrocarbures aromatiques (fumée de tabac), la
rifampicine, augmentent chez l'homme la concentration hépatique des CYP 2B, 2E, IA et 3A,
respectivement. De plus certains composés sont capables de bloquer l'activité de
certains CYP: le kétoconazole inhibe de façon réversible les CYP 3A, la fluvoxamine le
CYPIA2, la quinidine le CYP 2D6. Il serait certainement trop long de faire la liste des
inducteurs et des inhibiteurs des EMX; il faut cependant savoir que l'expression des EMX
et leur activité peuvent être modifiées de façon importante par l'exposition à
d'autres xénobiotiques, rendant compte ainsi d'une partie de la variabilité intra et
inter individuelle.
Facteurs physiopathologiques:
comme il a été indiqué plus haut chaque tissu, chaque cellule possède son propre
équipement en EMX, la répartition entre ceux-ci variant de façon important selon le
type cellulaire. De plus l'expression de ces EMX varie en fonction de l'âge; en effet
l'embryon, le nouveau-né et l'adolescent exprime des P450 souvent différent et
généralement en quantité moindre. Enfin certaines pathologies modifient l'expression de
certains CYP: le diabète augmente le CYP 2El, l'insuffisance hépatique et la plupart des
cytokines diminuent l'expression des CYP (Abdel-Razzak et coll. 1993)....
Ces quelques exemples illustrent bien l'extrême variabilité inter- et intra-
individuelle d'expression des EMX. Cette variabilité va jouer un rôle important chez un
individu donné s'il est exposé à un xénobiotique potentiellement toxique. Selon
l'expression de ses EMX il pourra être plutôt à risque de développer une toxicité
(cancérogenèse par exemple) ou au contraire protégé contre la production de
métabolites toxiques. Nous verrons plus tard les relations étroite entre gènes et
environnement et les conséquences pour le sujet qui nous intéresse ici, la
cancérogenèse chimique.
C. Les interactions avec l'ADN, les adduits et la réparation.
Les électrophiles produits par le métabolisme sont donc
capables d'interagir avec les centres nucléophiles des bases et de former des adduits à
l'ADN (schéma 4 et 6). Ces adduits pourront ensuite être éliminés directement
lorsqu'un enzyme spécifique peut le faire (methyltransférase par exemple); les bases
altérées pourront être réparées par un des systèmes de réparation (excision de base
ou de nucléotides par exemple) . Lorsque ces systèmes sont débordés (trop forte
production ou défaut de réparation) les adduits s'accumulent et peuvent engendrer des
mutations qui pourront être le point de départ d'un processus tumoral. Il est bien connu
que les déficits dans les système de réparation, génétiques ou acquis, augmentent la
production d'adduits, la mutagénèse et le risque de cancer (Levy et coll. 1992). Les
bases altérées peuvent ensuite se retrouver dans l'urine et pourront ainsi être le
témoin de leur accumulation (biomarqueur, pour l'aflatoxine, Scholl et coll. 1995).
Les métabolites réactifs peuvent également se lier à d'autre nucléophiles comme le
glutathion (système de protection) ou les protéines qui pourront aussi être le témoin
de la formation d'adduits (biomarqueurs par exemple pour l'aflatoxine McGIynn et coll.
1995). La formation et la persistance des adduits est le résultat de l'équilibre entre
leur formation et leur élimination, ils sont représentatifs de l'exposition, de
l'activation/élimination des précancérogènes et de leur réparation (schéma 1). Comme
ils sont, dans le cas de la cancérogenèse chimique le point de départ du processus
cancéreux leur détermination dans l'ADN tissulaire peut apporter des informations
importantes sur les précancérogènes en cause et sur l'équilibre entre activation,
élimination et réparation. Il a été ainsi montré que la concentration des adduits à
l'ADN dans les tissus non tumoraux de sujets atteints de cancer du côlon ou du sein,
était plus élevée que dans du tissu équivalent de sujets sains (PfohlLesfkowicz et
coll. 1995, Li et coll. 1996). Ces résultats indiquent clairement que les adduits à
l'ADN jouent, in vivo chez l'homme, un rôle important dans le développement du processus
cancéreux.
D.
Quelques exemples de cancérogenèse chimique.
Cancer du poumon et du tabac: Il est connu depuis longtemps
que le tabac est une cause importante de cancer du poumon. Le benzo(a)pyrène, constituant
important de la fumée a été identifié comme l'un des agents responsables. Cet
hydrocarbure polycyclique n'est pas capable de réagir par lui-même avec l'ADN mais
après trois cycles d'activation (CYPIAI, EH, CYP3A4) il se transforme en un diol époxide
très réactif et très mutagène (schéma 4). Le formation de cet adduit est donc sous la
dépendance de l'expression de ces trois enzymes et de celle de la GSTµ qui neutralise
l'époxide intermédiaire. Il a été montré qu'un des génotype du CYP IAI induisait un
risque plus élevé de développer un cancer du poumon chez le fumeurs (Kawajiri et coll.
1995, 1996). De même le déficit en GSTµ est un facteur de risque (plus faible, 1,5 à 2
environ). Le CYP 2D6 a été également étudié dans cette perspective mais les
résultats sont très contradictoires et aucun précancérogène connu de la fumée de
tabac n'est métabolisé significativement par ce CYP (Stucker et coll. 1995, Bouchardy et
coll. 1996 et références incluses). De plus il a été trouvé plus d'adduits à l'ADN
dans les poumons de fumeurs que dans ceux de non-fumeurs, en particulier des adduits à
l'ADN. Enfin, plus récemment il a été montré que p53 était, comme dans les autres
types de cancer, fréquemment mutée. Les mutations le plus souvent rencontrées
correspondent bien à celles provoquées in vitro ou ex vivo par le diol du
benzo(a)pyrène (Denison et coll. 1995). En effet les adduits du benzo(a)pyrène à l'ADN
ont une spécificité de base et de séquence et peuvent induire des mutations en des
sites spécifiques de gènes comme celui de la p53. Le poumon et les voies aérodigestives
sont les cibles principales de ces toxiques puisque les toxiques sont inhalée et que les
systèmes d'activation sont présents dans ces organes. La vessie est un autre organe
cible par un mécanisme identique mais là le métabolisme se fait en deux étapes et le
précancérogène sont sans doute différents: ce sont des amines aromatiques de la fumée
de tabac; elles sont dans un premier temps transformées en un hydroxylamaine qui est
conjuguée en un métabolite soluble et non toxique. Ce métabolite intermédiaire est
transporté dans l'organisme et éliminé dans l'urine. Au pH acide rencontré dans ce
milieu Phydroxylamine est déconjuguée puis décomposée en un agent alkylant très
puissant, capable de former des adduits à lADN puis des mutations. Cette étape
correspond à la phase 4; un processus identique a été invoqué pour certains cancers du
côlon.
Cancer du foie et Aflatoxine B1: l'infection chronique par un virus de l'hépatite est un
facteur de risque important de carcinome hépatocellulaire. Cependant, dans certaine
régions du monde, Afrique, Asie du sud-est par exemple, il a été montré que
l'ingestion d'Aflatoxine Bl était également un élément déclenchant de cette
pathologie (Guengerich et coll. 1996, références incluses). Ce composé est produit par
un champignon du genre Aspergillus qui se développe sur les céréales et sur les
arachides lorsqu'elles sont mal conservées, en particulier dans les climats chauds et
humides. L'aflatoxine dont la structure est donnée dans le schéma 7 n'est pas réactive
ou mutagène par elle-même, mais, de la même façon que pour le benzo(a)pyrène, elle
peut être activée par un CYP (1A2, 3A4, ou même d'autres) en un époxide très
électrophile. Ce cancérogène ultime peut soit être détoxiqué par une GST soit former
des adduits à lADN sur une désoxyguanosine comme indiqué sur la figure. Ces adduits
s'ils s'accumulent pourront ensuite générer une mutation qui pourra être le point de
départ d'un processus de cancérogenèse hépatique. Dans ce cas, le foie est le plus
exposé puisque le toxique est ingéré et que les systèmes d'activation sont
essentiellement hépatiques. L'ensemble de ces résultats sont en bon accord avec les
observations faites chez l'homme. Ainsi dans les carcinomes hépatocellulaires africains
et du sud-est asiatique la mutation la plus fréquemment rencontrée se trouve sur le
codon 249 (AGG--->AGT). Des résultats in vitro récents ont montré que l'aflatoxine,
après activation métabolique, provoquait très fréquemment cette mutation dans le gène
p53 (Foster et coll. 1983, Aguilar et coll. 1993). Cette mutation n'est pratiquement pas
rencontrée dans les carcinomes hépatocellulaires des régions où l'exposition à
l'aflatoxine est négligeable (Europe et Amérique du Nord); dans ce cas l'hépatite est
le facteur de risque principal. Il semble que l'aflatoxine et l'hépatite puissent agir en
synergie; en effet des souris transgéniques exprimant un antigène du virus de
l'hépatite ont une expression plus élevée de certains CYP (Chemin et coll. 1996) tandis
que l'inflammation et l'infection par les virus de l'hépatite B ou C augmentent
l'expression des P4502A6 et 3A4 (Kirby et coll. 1996). Ces deux facteurs pourraient
indépendamment être la cause du carcinome hépatocellulaire mais, en plus, l'infection
par le virus de l'hépatite B induirait les enzymes activateurs de l'aflatoxine augmentant
ainsi son potentiel pouvoir cancérogène.
L'ensemble de ces résultats est corroboré par des études épidémiologiques comme celle
du groupe du CIRC (Mc Gwynn et coll. 1995). En effet; il a été montré que les adduits
de l'aflatoxine aux protéines (témoins de l'exposition à ce polluant alimentaire)
étaient en concentrations élevées dans les populations africaines et en Chine; les
sujets déficients en enzymes de détoxication comme (EH, GSTµ) sont à plus haut risque
de développer un hépatocarcinome et ce risque est encore augmenté chez les sujets
infectés par le virus de l'hépatite B. Ainsi cette enquête épidémiologique montre
bien que les voies d'activation démontrées in vitro sont fonctionnelles in vivo et
pertinentes dans la définition d'un risque.
Cancer du côlon et amines aromatiques:
l'origine du cancer du côlon est mal connue mais des études récentes montrent que la
cancérogenèse chimique pourrait jouer un rôle dans le développement de ces tumeurs
(Jacoby et coll. 1991, Gooderham et coll. 1989, Roberts-Thompson et coll. 1996). En
particulier les amines aromatiques seraient impliquées dans cette pathologie (Gooderham
et coll. 1989). Ces amines sont produites par pyrolyse des protéines comme par exemple
lors de la cuisson au barbecue de viande rouge. Ces amines aromatiques sont métabolisée
par le CYP1A2 en hydroxylamines toxiques qui sont ensuite glucuroconjuguées. Ces
conjugués sont ensuite retrouvés dans le côlon ou ils sont déconjuguës par une
glucuronidase bactérienne puis acétylées par la Nacétyl transférase2 (NAT2), enzyme
polymorphe, déficient chez 50 % des individus (Bock 1992). Il a été montré récemment
que les sujets qui consomment beaucoup de viande rouge, très cuite (well-done) au
barbecue, qui ont une concentration hépatique élevée en CYP1A2 (test à la caféine) et
qui sont acétyleurs rapides, ont un risque 6 à 8 fois plus élevé de développer un
cancer du côlon.
Retour
Modèles
expérimentaux
Historiquement le cancer du foie a été avec
le cancer de la peau l'un des modèles expérimentaux les plus utilisé pour comprendre
les mécanismes de la cancérogénèse. En effet de nombreux agents chimiques permettent
d'induire facilement et de façon reproductible des cancers du foie chez le rat et la
souris. En outre les tumeurs hépatiques se prêtent bien à la morphométrie quantitative
et permettent une étude fine de la relation entre la dose et l'effet cancérogène. Dans
cette partie nous passerons en revue les principales méthodes expérimentales qui
permettent d'induire des cancers du foie chez l'animal. (pour une revue complète des
modèles voir Farber 1980 et Goldworthy 1987).
A. Administration continue
d'un agent cancérogène.
L'administration continue à des rongeurs pendant la durée de vie des animaux d'un agent
chimique a été historiquement la première méthode expérimentale utilisée pour mettre
en évidence le potentiel hépatocarcinogéne d'une molécule (Sasaki et Yoshida, 1935).
C'est également la méthode utilisée pour réaliser des études réglementaires de
cancérogenèse chez le rat et la souris lors du développement d'un médicament. Le
produit peut être mélangé à la nourriture ou administré par gavage. En général au
moins 50 animaux par sexe et par dose sont utilisés. La durée d'administration doit
être d'au moins 2 ans à moins qu'une mortalité significative survienne. Trois doses
sont administrées de façon à pouvoir établir la courbe dose-réponse. La dose la plus
for-te doit être plus élevée que la dose thérapeutique chez l'homme de façon à
augmenter la "puissance" de l'étude et ainsi compenser la faible incidence
habituelle des tumeurs induites. Il est en général recommandé que la dose la plus forte
soit proche de la dose maximum tolérée ( MTD) c'est à dire de la dose la plus élevée
qui ne réduise pas la durée de vie de l'animal. Cette définition de la dose maximum
fait l'objet de très nombreuses critiques car elle est accusée d'induire une toxicité
chronique artificielle qui favorise de façon "non spécifique" l'apparition de
tumeurs à forte doses. C'est la raison pour laquelle l'établissement de la dose la plus
forte se base de plus en plus souvent sur des données pharmacocinétiques par exemple
dose donnant une AUC chez l'animal au moins 25 fois plus élevée que PAUC chez l'homme
aux doses thérapeutiques, ou dose pour laquelle commence à apparaître une saturation de
l'absorption et/ou du métabolisme.
Il est intéressant de constater que les tumeurs hépatiques sont les tumeurs les plus
souvent rencontrées dans les études de cancérogénèse. Sur 299 agents cancérogènes
chez la souris, 171 (57%) induisaient des tumeurs hépatiques et sur 354 agents trouvés
cancérogènes chez le rat 143 (40%) étaient hépatocancérogènes. L'incidence des
tumeurs hépatiques spontanées chez la souris ainsi que leur susceptibilité aux
cancérogènes hépatiques varient considérablement selon les espèces. Les souches
B6C3FI et C3H ont une incidence de tumeurs hépatiques spontanées qui peut atteindre 30
à 40% chez le mâle et sont particulièrement susceptibles aux cancérogènes
hépatiques. En revanche les souches BALB/c, B6D2F1 et C57BL/6 sont peu susceptibles à la
cancérogenèse hépatique. L'activation de l'oncogène H-ras est souvent retrouvée dans
les tumeurs hépatiques de la souris qu'elles soient spontanées ou induites mais est
rarement détectée dans les tumeurs hépatiques du rat. Ce point sera développé plus
loin.
B.
Administration séquentielle.
C'est l'administration séquentielle
d'agents chimique qui a permis de caractériser les différentes étapes de la
cancérogenèse et qui est l'approche la plus utilisée pour induire des tumeurs
expérimentales. Dans cette section nous décrirons les principaux modèles de
référence.
Modèle de
Peraino
Ce modèle utilise des rats nouveau-nés sevrés chez lesquels la prolifération
hépatocytaire est accrue. Les animaux sont exposés au 2-AAF mélangé à la nourriture
pendant 18 jours et après une période de récupération de 7 jours sont traités par du
phénobarbital à 0.05% dans la nourriture pendant plusieurs mois. Ce modèle a permis de
mettre en évidence l'effet promoteur. En effet les animaux recevant l'AAF et le PB ont un
nombre de tumeurs hépatiques considérablement supérieur aux animaux recevant l'AAF
seul. Quand le PB est administré en même temps que l'AAF, le nombre de tumeurs est très
significativement diminué mettant ainsi en évidence la nature critique de la séquence
d'administration du promoteur par rapport à l'agent initiateur.
Modèle
de Scherer et Emmelot
Dans ce modèle, une administration unique de DEN est faite chez le rat femelle 20 à 24
heures après une hépatectomie partielle. A la dose de 50 mg/kg des carcinomes
hépatocellulaires peuvent s'observer 1 à 2 ans après l'administration de DEN alors
qu'à des doses inférieures à 30 mg/kg il n'est possible d'obtenir que des foyers
cellulaires altérés. L'intérêt majeur de ce modèle est de mettre en évidence le
rôle favorisant de la prolifération cellulaire dans le processus d'initiation.
Modèle de Pitot
Le modèle de Pitot est une combinaison des deux modèles précédents. 24 heures après
une hépatectomie partielle on administre une dose unique de 10 mg/kg de DEN. Deux mois
après les animaux reçoivent du PB mélangé dans la nourriture à 0.05% pendant 6 mois.
Ce protocole permet d'obtenir des foyers cellulaires altérés, des nodules hyperplasiques
et des carcinomes hépatocellulaires. Les animaux traités uniquement par hépatectomie
partielle et DEN ou par PB seul n'ont qu'un nombre limité de foyers et pas de tumeurs. Le
modèle montre également clairement que les cellules initiées gardent "en
mémoire" la capacité à être stimulées par un promoteur. Peraino a montré que
dans ce modèle, l'utilisation de rats nouveaux nés sevrés (ayant une prolifération
hépatocytaire accrue) pouvait remplacer l'hépatectomie.
Modèle
de Solt et Farber
Après administration d'une dose unique et cytotoxique de DEN (200 mg/kg), les animaux
reçoivent 2 semaines après de l'AAF mélangé à la nourriture à la dose de 0.02%
pendant 2 semaines. Après 1 semaine d'AAF, les animaux subissent une hépatectomie.
Lorsque les animaux sont sacrifiés à la fin de l'administration d'AAF on observe des
foyers et des nodules hyperplasiques. En dépit de la précocité de ces lésions, des
carcinomes hépatocellulaires ne s'observent qu'au bout de 9 mois. Dans ce modèle PAAF
est utilisé pour inhiber la prolifération des hépatocytes normaux et ainsi favoriser la
"sélection" des hépatocytes initiés par l'hépatectomie.
Déficit en
choline
Dans ce protocole, la phase d'initiation consiste en une administration de DEN seul à
dose cytotoxique ou de DEN à dose non cytotoxique 18 heures après une hépatectomie
partielle. La phase de promotion est provoquée par l'administration d'un régime carencé
en choline. Des foyers sont identifiables au bout de 2 mois. Le déficit en choline induit
des lésion de stéatose, de nécrose et de fibrose hépatique mais le mécanisme par
lequel ce régime exerce un effet promoteur n'est pas clair.
Il a également été montré que des animaux soumis uniquement à un régime dépourvu de
choline et de méthionine pendant 18 mois développaient des carcinomes
hépatocellulaires. Des régimes carencés uniquement en choline ou en méthionine sont
également efficaces bien que leur effet cancérogène soit moindre. L'administration de
L-ethionine, qui ne diffère de la méthionine que par un groupement méthyle, provoque
également l'apparition de carcinomes hépatocellulaires. Le mécanisme de l'effet
cancérogène de ces régimes carencés en donneurs de méthyle n'est pas connu.
C.
Modèles transgéniques
Les modèles de souris transgéniques sont utilisés depuis plusieurs années pour
l'étude de la cancérogénèse. Deux types de modèles sont utilisés. Une première
approche consiste à conférer une susceptibilité accrue et générale au développement
tumoral en plaçant un oncogène muté sous le contrôle d'un promoteur ubiquitaire (par
exemple v-Ha-ras ("souris TG-AC"» ou en inactivant un gène suppresseur (par
exemple souris p53+/p53- ou p53-/p53-) ou intervenant dans la réparation de l'ADN
(Goldworthy 1994, Tennant 1995) Cette approche permet de mettre clairement en évidence le
rôle d'un gène particulier dans la cancérogenèse spontanée ou induite par un agent
chimique. Bien que la validation de ces modèles soit encore à son début, les données
montrent que les tumeurs induites par les agents chimiques apparaissent en général en
quelques mois et sont plus rapidement invasives. La localisation et le type histologique
des tumeurs sont le plus souvent identiques aux tumeurs spontanées observées chez des
animaux non modifiés. De ce fait il a été proposé d'utiliser ces modèles en
remplacement des études de cancerogenèse traditionnelles pour évaluer le potentiel
cancérogène de nouvelles molécules en développement. Il est intéressant de constater
que l'incidence des tumeurs hépatiques spontanées ne semble pas accrue dans ces
modèles. Les souris homozygotes p53-/p53- développent spontanément des lymphomes et des
angiosarcomes et meurent en quelques mois. En revanche les souris hétérozygotes p53/p53+
développent moins de tumeurs et ont une durée de vie accrue. Après administration de
DMN en continu dans l'eau de boisson, les animaux meurent en 29 semaines par
hémopéritoine secondaire à un hémangiosarcome hépatique (Harvey 1993). En revanche,
il a été rapporté qu'aucune tumeur hépatique n'est observée après une administration
unique de DEN (Kemp 1995). De même, des souris transgéniques pour l'oncogène H-ras
humain ne développent pas de tumeurs hépatiques après administration unique de DEN
(Yamamoto 1996). Une autre approche consiste à favoriser sélectivement la
cancérogenèse hépatique en plaçant l'oncogène sous le contrôle d'un promoteur
exprimé sélectivement au niveau du foie comme l'albumine (ras, myc), la metallothionine
1 (TGF alpha) ou l'alpha- 1 -antitryp sine (rnyc) (Adams 1991, Gonzalez 1996). Dans ces
conditions des tumeurs hépatiques peuvent se développer en quelques mois. Cette approche
permet d'étudier l'influence d'un gène ou d'une combinaison de gènes sur la
cancérogenèse hépatique mais ne peut être utilisée à titre systématique pour la
recherche du potentiel cancérogène d'un agent chimique.
Retour
Les étapes de la cancérogénèse
Les modèles expérimentaux ont permis
d'établir clairement que la cancérogénèse chimique est un processus dynamique qui
comporte plusieurs phases ( Dragan 1992, Pitot 1994 ). Trois étapes ont ainsi été
individualisées: initiation, promotion et progression.
Initiation
L'initiation est la première étape de la cancérogenèse et peut se définir
par l'acquisition par une cellule de modifications génétiques irréversible lui
conférant la propriété de proliférer de façon monoclonale sous l'effet d'agents
promoteurs. Il est important de comprendre que l'avantage sélectif qu'à une cellule
initiée par rapport aux cellules normales ne s'exprime qu'en présence d'agents
promoteurs. Les promoteurs pourraient stimuler sélectivement la prolifération et/ou
empêcher le déclenchement de l'apoptose des cellules initiées.
Les hépatocytes initiés ne se distinguent pas des hépatocytes normaux sur le plan
morphologique . Cependant des travaux récents ont montré que des hépatocytes initiés
pouvaient être détectés dès ce stade par la mise en évidence histochimique de
l'isoenzyme placentaire de la GSTir. Ces expériences ont permis de montrer que, sous
l'effet d'un promoteur, seule une faible fraction des cellules GSTn + donne naissance à
des foyers hépatocytaires altérés.
D'une façon schématique on peut considérer que les agents initiateurs sont
généralement des composés chimiques mutagènes comme la di éthy Initro s amine (DEN),
le dirnethylberizanthracène (DMBA) ou l'aflatoxine B1. Comme cela a été décrit
auparavant la plupart de ces agents ne sont pas mutagènes par eux-mêmes mais doivent
être activés par les enzymes du métabolisme en métabolite(s) réactif(s) pour exercer
leur effet génotoxique. Pour qu'une mutation soit fixée de façon irréversible il est
nécessaire qu'elle soit suivie d'un cycle de division cellulaire. Cette donnée explique
que l'efficacité d'un agent initiateur est considérablement accrue lorsqu'il est
administré après hépatectomie partielle ou chez le rat nouveau né où la
prolifération cellulaire est augmentée.. Assez souvent c'est l'agent initiateur
lui-même qui en raison de sa cytotoxicité (le plus souvent observée à forte dose)
stimule la prolifération cellulaire. Il est généralement admis que la relation
dose-réponse du phénomène d'initiation ne présente pas de seuil mesurable c'est à
dire qu'il n'y a pas de dose sans effet. Ce point est particulièrement important à
considérer pour évaluer le risque cancérogène chez l'homme.
Promotion
La promotion est un processus réversible qui permet la prolifération et
l'expression sélective des cellules initiées. Au cours de la cancérogénèse
hépatique, la phase de promotion se caractérise par l'apparition d'abord de foyers
hépatocytaires altérés puis de nodules hyperplasiques.
Les foyers hépatocytaires altérés sont généralement détectables sur des coupes
colorées à l'hematoxyline-éosine. Les hépatocytes apparaissent le plus souvent clairs
et acidophiles en raison de leur richesse en glycogène et de leur pauvreté en réticulum
endoplasmique rugueux. Une cinquantaine de marqueurs détectables par histochimie ont
été individualisés permettant de préciser les caractéristiques phénotypiques de ces
foyers et leur identification facile dés qu'ils atteignent la taille de 3 à 5 cellules.
Les foyers hépatocytaires se caractérisent par une augmentation de l'expression de la
GSTn et de la GGT. En règle générale, il existe une diminution des enzymes de phase 1
impliquées dans le métabolisme des xénobiotiques et une augmentation parallèle de
l'expression des enzymes de phase Il. Ces modifications phénotypiques pourraient
conférer un avantage aux hépatocytes en présence d'agents toxiques. Ainsi
l'augmentation de l'activité de la GGT pourrait entraîner une élévation du contenu
intracellulaire de glutathion et l'augmentation de l'expression de la GSTn pourrait
permettre une meilleure détoxification des substrats toxiques. Une diminution de l'ATPase
canaliculaire et de la G6Pase a également été mise en évidence dans les foyers. Ces
modifications pourraient accélérer le métabolisme intra-cellulaire des sucres et ainsi
permettre une prolifération plus rapide des hépatocytes modifiés. De nombreuses autres
modifications phénotypiques des hépatocytes dans les foyers ont été rapportées en
particulier une accumulation du glycogène, une diminution du contenu en fer, des
altérations du cytosquelette et des systèmes de jonction inter-cellulaire de type gap.
D'une façon générale il est admis que ces modifications peuvent varier en fonction de
la nature du promoteur utilisé et qu'elles confèrent un avantage sélectif aux cellules
initiées par rapport aux cellules normales pour survivre et se répliquer sous l'effet
d'un promoteur.
L'accroissement de la taille des foyers conduit à la formation de nodules hyperplasiques
( également appelés "adénomes", "nodule de régénération" ou
"nodules néoplasiques" ) détectables à l'examen macroscopique. Les
hépatocytes qui forment les nodules sont comparables en tous points aux hépatocytes des
foyers. Ils sont souvent disposés en travées hyperplasiques de plus de deux cellules
d'épaisseur.
Comme cela a été souligné plus haut, une caractéristique fondamentale du processus de
promotion est d'être réversible. Ainsi, lorsque l'administration du promoteur est
interrompue les foyers et/ou les nodules régressent. L'équipe de Schulte-Hermann a
clairement montré que ce phénomène s'accompagne d'une mort cellulaire massive par
apoptose. Les cellules initiées conservent leur sensibilité à la stimulation par les
promoteurs-, ainsi la réintroduction du promoteur entraîne la réapparition des foyers
et/ou des nodules. Une autre caractéristique importante des promoteurs est que la courbe
dose-réponse se caractérise par un seuil de dose en dessous duquel l'effet promoteur
disparaît.
Les agents promoteurs de la cancérogenèse hépatique appartiennent à des familles de
produits très diverses telles que les stéroïdes sexuels, le phénobarbital, les
biphenyls polychlorés (PCB) comme l'aroclor, la dioxine (TCDD) et les produits
appartenant à la classe des inducteurs de prolifération de peroxysomes tels que les
hypolipémiants dérivés des fibrates et les phtalates présents dans les matières
plastiques. Beaucoup de ces produits sont également des inducteurs enzymatiques.
Les mécanismes moléculaires par lesquels ces agents exercent leurs effets promoteurs
sont également très divers ( voir plus loin cancérogenèse non-génotoxique ) cependant
il est maintenant bien établi qu'une propriété qui leur est commune est de stimuler la
prolifération cellulaire et/ ou d'inhiber l'apoptose. Comme cela sera développé plus
loin, les promoteurs ont également une certaine spécificité d'espèce et de nombreux
agents actifs chez le rongeur ne le sont pas chez l'homme.
Il est important de souligner que l'administration prolongée d'un promoteur, comme par
exemple le phénobarbital, peut aboutir à la formation de tumeurs hépatiques malignes
après 18 à 24 mois chez le rat en l'absence de toute exposition à un agent initiateur.
Ce phénomène est attribué à la présence dans le foie de cellules
"spontanément" initiées qui sont secondairement promues par l'agent chimique.
Cependant d'autres mécanismes pourraient également intervenir (voir cancérogenèse
non-génotoxique).
Progression
La phase de progression est définie par l'apparition de nodules hyperplasiques non
réversibles et de tumeurs malignes. La filiation nodule irréversible-cancer repose sur
l'observation que des foyers de cellules "atypiques" ou d'allure franchement
maligne peuvent être mis en évidence au stade de nodule irréversible.
A ce stade les hépatocytes apparaissent basophiles du fait de leur richesse en réticulum
endoplasmique granuleux. Le contenu en glycogène est en général diminué. Une
caractéristique fondamentale de cette phase est l'existence d'une instabilité
chromosomique aboutissant à l'activation de proto-oncogènes ou à l'inactivation de
gènes suppresseurs et fréquemment associée à des anomalies du karyotype par exemple
une aneuploidie. Cette phase se caractérise par l'acquisition du phénotype malin
classique c'est à dire la capacité à envahir les tissus et à métastaser.
Une notion importante est que l'entrée dans la phase de progression est spontanée dans
les modèles expérimentaux d'initiatîon-promotion et est probablement la conséquence de
mitoses anormales ellesmêmes favorisées par l'augmentation de la prolifération
cellulaire qui caractérise la phase de promotion. Cependant ces dernières années il a
été montré que certains agents clastogénes non mutagènes tels que le benzène ou
l'hydroxyurée pouvaient sélectivement déclencher l'entrée dans la phase de progression
(Pitot et coll. 1994). De ce fait il a été proposé de classer ces produits dans une
nouvelle classe d'agents favorisant la progression.
Classification des agents cancérogènes.
Il est possible de classer les agents cancérogènes en fonction de la phase à laquelle
ils interviennent c'est à dire en agent initiateur, promoteur ou déclenchant la
progression. Les cancérogènes "complets" sont des agents capables à eux seuls
d'induire des cancers c'est à dire à la fois des initiateurs, des promoteurs et des
agents déclenchant la progression. La plupart des agents cancérogènes sont des
cancérogènes complets à forte dose. Cependant à doses faibles de nombreux agents se
comportent comme des promoteurs purs et à doses non cytotoxiques les agents mutagènes
peuvent se comporter comme des agents initiateurs spécifiques.
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Cellules
ovales (Sell 1993, Thorgeirsson 1993)
Après administration d'un agent hépatocancérogène, il est habituel d'observer dans les
zones periportales une prolifération de petites cellules de forme ovoïdes à noyau
diploïdes et à cytoplasme peu abondant appelées "cellules ovales". Ces
cellules ont un phénotype comparable aux hépatocytes foetaux et expriment
L'alphafoetoprotéine ainsi que des protéines spécifiques à la fois des hépatocytes
adultes et des cellules biliaires. L'origine de ces cellules n'est pas claire. Certaines
données suggèrent que les cellules ovales proviendraient des cholangiocytes des ductules
biliaires terminaux (canaux de Hering). Selon d'autres auteurs elles proviendraient d'un
compartiment de cellules souches situé dans la région periportale ayant une double
potentialité de différentiation hépatocytaire ou biliaire. Le rôle de ces cellules
dans la cancérogenèse hépatique est très débattu. Selon certains auteurs ces cellules
pourraient se différencier en hépatocyte ou cholangiocyte tumoral évoluant vers le
carcinome hépatocellulaire ou le cholangiocarcinome. Selon d'autres auteurs la
prolifération de ces cellules ne serait qu'un épiphénomène sans lien avec la
cancérogenèse hépatique.
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Altération des gènes au cours de la cancérogénèse hépatique
C'est l'oncogène ras qui a été le plus
étudié au cours de la cancérogenèse hépatique expérimentale. Ces gènes comprennent
trois familles, Harvey-ras (situé sur le chromosome 11), Kirsten-ras (situé sur le
chromosome 12) et N-ras (situé sur le chromosome 1). Les gènes de la famille ras codent
pour des protéines qui se lient au GTP et au GDP et ont une activité GTPase. Le gène
peut être transformé en oncogène actif soit par amplification du gène sauvage soit par
une mutation sur le codon 12, 13, 59, ou 61 (Harris 1996).
Un peu plus de 50% des carcinomes hépatocellulaires qui surviennent spontanément chez la
souris B6C3FI ont une activation de H-ras (Maronpot 1995, Stanley 1995). La majorité des
mutations identifiées sont localisées au niveau du codon 61 ( CAA--->AAA (60%), CGA
(30%) ou CTA (10%». Dans les autres souches, l'activation de H-ras s'observe dans 12 à
40% des tumeurs. Chez la souris BALBc l'activation de H-ras n'est pratiquement jamais
retrouvée. L'activation de K-ras dans les tumeurs spontanées de la souris semble
beaucoup plus inconstante. Dans les tumeurs induites par les agents chimiques chez la
souris, la fréquence de mutation de H-ras est plus élevée et a un spectre différent.
Ainsi, le N-hydroxy-2 AAF induit des tumeurs présentant une mutation de H-ras au codon 61
de type CAA--->AAA dans 100% des cas. Après administration de
1-hydroxy-2,3-dehydroestragole, H-ras est constamment muté au codon 61 avec une
fréquence égale de mutations de type CAA--->CGA et CAA---->CTA. L'uréthane et le
carbamate de vinyle induisent principalement des mutations de H-ras de type
CAA---->CTA. Ces données suggèrent que de nombreux cancérogènes génotoxiques
donnent un spectre de mutation spécifique. Ceci est renforcé par l'observation que bien
souvent le type de mutation observé est en accord avec le site de fixation de l'adduit
sur les paires de base. Dans les tumeurs induites par les cancérogènes non-génotoxiques
comme le chloroforme, le phénobarbital et le chlordane, la fréquence de mutation de
H-ras est beaucoup plus faible de 0 à 21%. Certains cancérogènes non-génotoxiques
comme le furane induisent des mutations de H-ras au codon 117. Les différences de
fréquence et de spectre de mutation entre les tumeurs spontanées et les tumeurs induites
par certains cancérogènes nongénotoxiques suggèrent que ces agents ne stimulent pas la
croissance de cellules spontanément initiées par un effet promoteur non spécifique. En
revanche, d'autres cancérogène non-génotoxiques comme le TCDD ont un profil de mutation
comparable à celui des tumeurs spontanées ce qui suggère que pour certains produits les
mécanismes mis enjeu pourraient être identiques à ceux de la cancérogenèse
spontanée.
La spécificité des mutations de ras en fonction des agents cancérogènes suggère que
dans le cas des molécules mutagènes l'activation de ras pourrait être un mécanisme
d'initiation. Ceci est cohérent avec l'observation que l'activation de ras peut être
détectée dès le stade de foyer cellulaire altéré. Ainsi après administration de DEN,
10% des foyers ont un ras muté alors que la fréquence atteint 50% au stade de l'adénome
et du carcinome hépatocellulaire. Selon une autre conception, les mutations de ras
apparaîtrait plus tardivement et ne joueraient un rôle qu'au stade de progression
tumorale.
Contrairement à la souris, l'activation de ras a rarement été détectée chez le rat
après administration d'agents hépatocancérogènes (Stanley 1995). La seule exception
est la fréquence élevée de mutations de K- et de N-ras au niveau des codons 12 et 13
détecté dans les tumeurs hépatiques chez le rat après administration d'aflatoxine BI
(le rat est une espèce sensible à l'aflatoxine BI contrairement à la souris). Après
administration de chlorure de vinyle, des mutations de H-ras ont été détectées au
niveau du codon 61 dans les tumeurs de type carcinome hépatocellulaire et des mutations
de N-ras ont été observées dans les codons 13 et 36 dans les tumeurs de type
angiosarcome (Froment 1994).
Le rôle joué par d'autres oncogènes que ras dans les tumeurs hépatiques
expérimentales n'est pas connu (Stanley 1995, Nelson 1996). En effet, à l'exception de
ras, la plupart des oncogènes sont difficiles à détecter dans le test de transformation
des cellules M. D'autre part, alors que les mutations de ras peuvent être détectées
facilement par PCR, le mécanisme d'activation des autres oncogènes est beaucoup plus
complexe. C'est pourquoi les études se sont souvent limitées à l'étude de l'expression
du gène. Ainsi il a été établi que l'expression de mye est souvent augmentée dans les
tumeurs hépatiques expérimentales mais ceci ne pourrait être que l'expression d'une
augmentation du turn-over cellulaire et ne signifie pas nécessairement que le gène a
été activé de façon irréversible.
Le gène suppresseur p53 a également été
étudié dans les tumeurs hépatiques du rat et de la souris (Stanley 1995, Nelson 1996).
A ce jour aucune mutation de p53 n'a été détectée chez la souris aussi bien dans les
tumeurs spontanées qu'après administration d'agents hépatocancérogènes. En revanche,
après administration d'aflatoxine BI chez le rat des mutations de p53 ont été
détectées dans plus de 90% des tumeurs hépatiques induites. Bien que peu de données
soient disponibles sur la fréquence des mutations de p53 après administration d'autres
agents hépatocancérogènes chez le rat, il apparaît que le plus souvent aucune mutation
n'est retrouvée (Tamano 1996). Cependant il a été rapporté que des mutations de p53
peuvent apparaître secondairement dans des lignées cellulaires établies à partir de
tumeurs hépatiques induites chimiquement (Pitot 1994). Ces données suggèrent qu'à
l'exclusion de l'aflatoxine BI, p53 ne semble pas être impliqué dans les phases
précoces de la cancérogenèse hépatique expérimentale chez les rongeurs.
Chez l'homme une activation de ras ou
d'autres oncogènes est rarement retrouvée dans le carcinome hépatocellulaire. En
revanche des mutations dans les gènes suppresseurs ont été rapportées. Ainsi comme
cela a déjà été mentionné plus haut, 30 à 67% des carcinomes hépatocellulaires
observés dans les régions contaminées par l'aflatoxine BI ( Chine, sud-est asiatique et
Afrique) ont une mutation spécifique de p53 sur le codon 249 (AGC--->AGT, arg--->
ser) (Harris 1996). La même mutation est retrouvée dans le foie non tumoral. In vitro
l'exposition d'hépatocytes humains à l'aflatoxine BI induit la mutation spécifique de
p53 sur le codon 249. Enfin, la transfection de lignées d'hépatocytes par le gène muté
augmente la prolifération cellulaire mais ne confère pas aux cellules le phénotype
transformé. Ceci indique que la mutation de p53 est probablement un événement précoce
et important de la cancérogénèse hépatique liée à l'exposition à l'aflatoxine BI
mais n'est certainement pas suffisante à elle seule pour permettre le développement
tumoral. p53 est très rarement muté dans les carcinomes hépatocellulaires observés en
Europe et en Amérique du Nord et les mutations détectées siègent le plus souvent sur
un autre codon. D'autres anomalies de gènes suppresseurs ont été rapportées telles que
des mutations dans le gène Rb ainsi qu'une perte d'hétérozygotie sur les chromosomes
4q, 8p, 13q, 16q et 17p (Hui 1996). En conclusion, à l'exception de la mutation de p53
liée à l'exposition à l'aflatoxine BI, les altérations génétiques ne sont
détectées qu'à une phase tardive du carcinome hépatocellulaire et n'apparaissent jouer
un rôle qu'au stade de progression tumorale.
Ces données montrent qu'il existe des différences importantes selon les espèces entre
les oncogènes et les gènes suppresseurs impliqués dans la cancérogenèse hépatique et
rendent difficile l'extrapolation à l'homme des données de cancérogénèse
expérimentale.
Cancérogènes non génotoxiques
Comme cela a été souligné à plusieurs
reprises, de nombreux agents non-génotoxiques ( c'est à dire non mutagènes et non
clastogènes dans les test de génotoxicité in vitro et in vivo) sont capables d'induire
des tumeurs chez l'animal de laboratoire et sont de ce fait considérés comme des
cancérogènes complets. La plupart des composés chimiques qui appartiennent à ce groupe
étaient auparavant classés dans la catégorie des promoteurs mais la capacité qu'ont
ces produits de pouvoir induire des cancers lorsqu'ils sont administrés longtemps et à
forte dose les fait considérer actuellement comme des cancérogènes à part entière.
Ces produits appartiennent à des familles chimiques très diverses dont quelques exemples
sont sur le tableau 1. Lorsque ces produits sont administrés plusieurs jours chez le rat
ou la souris il est fréquent d'observer une augmentation du volume et du poids du foie
qui peut atteindre 50 à 100% selon les produits, la dose et la durée d'administration.
Sur le plan histologique on observe à la fois une hypertrophie et une hyperplasie des
hépatocytes et ces modifications s'accompagnent généralement d'une induction des EMX.
Les mécanismes par lesquels ces produits sont cancérogènes sont mieux connus depuis
quelques années. Ainsi les hydrocarbures polycycliques chlorés comme la dioxine (TCDD)
ou les biphenyls polychlorés (PCB) ou polybromés (PBB) sont des puissants inducteurs du
CYP 1 A 1, 1 A2 et 1 B 1 et sont hépatocancérogènes chez le rat et la souris. Il est
établi que ces produits se fixent sur un récepteur spécifique appelé récepteur Ah
(aryl hydrocarbon) (Denison et coll. 1995) . Le récepteur Ah est un facteur de
transcription distinct de la superfamille des récepteurs aux stéroïdes. Des souris
rendues déficientes en récepteur Ah par recombinaison homologue (Ah-/Ah-) ou de façon
spontanée (souris DBA/2N) ne répondent pas à la dioxine ainsi qu'aux autres inducteurs
du CYPIA (Fernandez-Salguero et coll. 1995). Il est maintenant clairement établi que
l'activation du récepteur Ah est non seulement responsable de l'induction des EMX mais
également des autres effets pleiotropiques induits par cette classe de produits. Il est
vraisemblable que les propriétés cancérogènes de la dioxine résultent plus de sa
capacité à stimuler la prolifération cellulaire hépatique que de son effet inducteur
enzymatique (Huff 1994). Cependant un métabolisme accru des oestrogènes endogènes par
le CYPIA2 et le CYPIBI conduisant à la formation de dérivés catechols pourrait
également contribuer à l'effet cancérogène (Huff 1994)(voir plus loin). Le risque
cancérogène de la dioxine et des biphenyls halogènés chez l'homme est extrêmement
débattu. En ce qui concerne la dioxine, les études épidémiologiques ont mis en
évidence un risque accru pour plusieurs types de cancer ( y compris le cancer du foie)
dans les populations exposées à des niveaux élevés notamment en cas d'exposition
accidentelle (par exemple après l'accident de Seveso) (Huff 1994).
Une autre catégorie de produits est représentée par les inducteurs de prolifération
des peroxysomes. Ces produits appartiennent à des familles chimiques très variées (qui
ont souvent en commun de posséder une fonction carboxylique) qui incluent notamment les
hypolipémiants de la classe des fibrates, certains antagonistes des leucotriènes ou la
dehydroepiandrostrerone (DEHA) et ont la propriété d'induire de façon considérable le
nombre et la taille des peroxysomes dans le foie et d'autres organes (Reddy et coll.
1995). Parallèlement, l'activité des enzymes peroxysomales comme la catalase ou celles
impliquées dans la béta-oxydation des acides gras (non mitochondriale) ainsi que celle
des CYP4A est augmentée. Ces composés induisent des carcinomes hépatocellulaires dans
80 à 100% des cas chez le rat ou la souris en 18 à 24 mois. Les deux principaux
mécanismes avancés pour expliquer l'effet cancérogène de ces produits sont (Reddy et
coll. 1983, Lake 1995) (1) une augmentation de la production d'espèces réactives
oxygénées et de radicaux libres liée à l'augmentation du métabolisme des peroxysomes
conduisant à des lésions de l'ADN et/ou (2) une augmentation de la prolifération
cellulaire. Récemment, il a été établi que les effets de ces produits sont médiés
par un récepteur spécifique appelé PPAR ( peroxysome proliferator activated receptor)
agissant comme un facteur de transcription qui fait partie de la superfamille des
récepteurs aux stéroïdes (Issemann et coll. 1990). Le rôle de ce récepteur a été
confirmé par l'utilisation de souris "knock-out" PPAR-/- (Lee et coll. 1995) .
Dans ce modèle, aucune prolifération de peroxysome ni d'augmentation du poids du foie
n'a été observée après administration de clofibrate ou d'autres composés du même
groupe . Il est important de souligner que l'effet des inducteurs de prolifération de
peroxysomes semble être spécifique des rongeurs. En effet, aucun effet n'est observé
chez le cobaye ou les primates comme le marmouset (Reddy et coll. 1983). Chez l'homme, les
données épidémiologiques n'ont pas mis en évidence de risque accru de cancer du foie
chez les patients traités par les fibrates. Enfin, les études in vitro montrent que les
hépatocytes humains ne répondent pas aux composés de cette classe. Dans la mesure où
le récepteur PPAR est exprimé chez l'homme ainsi que dans les autres espèces non
sensibles, le mécanisme de cette spécificité d'espèce n'est pas clair (Lake, 1995).
Les oestrogènes de synthèse comme l'ethinyl estradiol ou le mestranol induisent des
adénomes et des carcinomes hépatocellulaires chez le rat ainsi que dans certaines
lignées de hamster mais non chez la souris (Yager, 1996). Chez la femme on admet que la
prise de contraceptifs oraux augmente le risque de survenue d'adénome hépatique. Leur
responsabilité dans le développement du carcinome hépatocellulaire n'est pas établie.
Contrairement aux notions classiques, le mécanisme de cet effet cancérogène ne semble
pas être un effet de promotion pur. Dans les tests de promotion sur des animaux déjà
initiés par une dose unique de cancérogène, l'EE apparaît clairement comme un
promoteur beaucoup plus puissant que le phénobarbital (mais moins que la dioxine). A
faibles doses les oestrogènes de synthèse stimulent la prolifération cellulaire
hépatique. Cet réponse est médiée par le récepteur aux oestrogènes et est inhibée
par les anti-oestrogènes. Cependant, selon Yager (Yager, 1996), en l'absence de toxicité
hépatique cette réponse est uniquement transitoire, le foie restant hyperplasique tant
que le stimulus hormonal persiste. En revanche à fortes doses l'administration
d'oestrogènes entraîne une toxicité hépatique qui stimule secondairement la
prolifération cellulaire de façon durable. C'est cette réponse prolongée qui jouerait
un rôle central dans la cancérogenèse hépatique. Certains métabolites d'oxydation des
oestrogènes comme les dérivés catechols ou les métabolites 16a-OH, peuvent se fixer de
façon covalente aux protéines ou à l'ADN ou déclencher un stress oxydatif à l'origine
de phénomènes de cytotoxicité et de génotoxicité. Ainsi, l'effet promoteur des
oestrogènes de synthèse pourrait résulter de leur capacité à induire une
prolifération cellulaire prolongée lorsqu'ils sont administré à doses cytotoxiques. De
plus, les métabolites des oestrogènes de synthèse peuvent former des adduits à l'ADN
et / ou léser l'ADN par stress oxydatif ce qui pourrait expliquer qu'ils se comportent à
fortes doses et dans les espèces sensibles comme des cancérogènes complets.
Retour
Conclusion
Les exemples ci-dessus illustrent bien
l'intérêt des études chimiques et biochimiques fondamentales pour comprendre les
mécanismes de la cancérogenèse chimique et montrent que les progrès dans la
compréhension de la maladie et éventuellement de sa prévention viendront de
l'association d'études fondamentales, cliniques et épidémiologiques. Cette approche est
résumée dans la figure. Les données expérimentales et d'épidémiologie descriptive
permettent d'identifier des composés potentiellement cancérogènes et d'évaluer le
risque cancérogène chez l'homme. L'épidémiologie moléculaire permettra ensuite de
cerner l'exposition et les populations à risque. La partie gauche du schéma indique les
différentes approches permettant d'évaluer l'exposition générale ou individuelle. De
nouvelles méthodes plus sensibles, utilisables dans de larges populations ont été
développées (adduits à l'ADN, modification de l'ADN La partie droite du schéma montre
également que les populations peuvent être explorées en terme de prédisposition
(anomalies des systèmes de métabolisation et de réparation d'oncogène ou de gènes
suppresseurs de tumeurs). C'est l'association de ces deux approches qui permettra ensuite
de définir un risque réel dans une population et de donner des informations utilisables
pour définir des politiques de santé publique efficaces.
Retour
Bibliographie
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