Etude des modifications du métabolisme des hydrocarbures aromatiques polycycliques en mélanges sur un modèle murin

Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) are environmental pollutants produced in complex mixtures whose composition varies depending on the source of emission. High molecular weight (HMW) PAHs are classified as probable or possible human carcinogens by the International Agency for Research on Cancer (IARC) and benzo[a]pyrene (B[a]P) is the only PAH classified as a definite carcinogen. To exert their carcinogenic effect, PAHs must be metabolized. Biomonitoring of PAH exposure, which is very important for estimating health risks in populations, is done by analyzing urinary PAH metabolites. However, due to a lack of epidemiological data, there are no toxicological reference values (TRV) for these pollutants. Hence the importance of animal models to establish these TRVs.Thus the question arises: How to choose the right animal protocol to study the toxicokinetics of PAH in mixtures? Can genetic and environmental factors impact the results of these studies?To answer these questions and to be able to extrapolate our results to humans, two animal protocols were carried out with realistic exposures (low doses, real mixture, short or repeated exposure). The first protocol consisted in exposing Sprague Dawley (SD) rats by gavage to low doses (0.02 and 0.2 mg.kg-1.d-1) of B[a]P alone or included in an industrial mixture of PAHs (adjusted to 0.2 mg.kg-1.d-1of B[a]P) 5 times.week-1 during 10 weeks. The second protocol consisted in exposing Wistar (W) rats by gavage to B[a]P alone (0.2 mg.kg-1.d-1) or included in an industrial mixture of PAHs (adjusted to 0.2 mg.kg-1.d-1 B[a]P) for 4 days. In addition to the determination of urinary metabolites of B[a]P and HMW PAHs, we developed the analysis of PAHs and/or their metabolites in blood, feces and organs (liver and kidneys) by HPLC-Fluo and GC-MSMS-NCI after different types of extraction depending on the matrices and compounds.No difference in the toxicokinetics of B[a]P was found with the two doses used.The mixture or cocktail effect was: increased absorption of B[a]P, altered intestinal metabolism with increased bioactivation pathway, decreased hepatic metabolism due to enzyme saturation/competition.The effect of repeated exposure for 10 weeks was: increased PAH absorption after exposure to B[a]P and PAH mixture without change in intestinal metabolism, increased hepatic metabolism only after exposure to B[a]P alone at low dose (0.02 mg.kg-1.d-1).The inter-strain variability between SD and W showed that the absorption and intestinal metabolism of fluoranthene and pyrene were identical between the 2 strains. However, absorption of HMW PAHs was lower in SD with intestinal metabolism of B[a]P directed toward the bioactivation pathway. Hepatic metabolism was higher in SD.A large inter-individual variability was observed between W rats exposed to the PAH mixture in the intestinal absorption of HMW PAHs and their hepatic metabolism. There were different patterns of metabolite formation at the liver, whereas intestinal metabolism was comparable between rats.Fasting increased the absorption of B[a]P but intestinal and hepatic metabolism were decreased and/or modified with an increase in the bioactivation pathway.This work contributes to the reflection on the choice of the animal model and the exposure conditions for the determination of TRVs and the risk assessment of populations in a context of poly-exposures which is much more complex than a simple additive effect.Les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) sont des polluants environnementaux produits en mélanges complexes dont la composition varie selon la source d’émission. Les HAP à haut poids moléculaires (HPM) sont classés comme cancérigènes probables ou possibles pour l’homme par le Centre International de Recherche sur le Cancer (CIRC) et le benzo[a]pyrène (B[a]P) est le seul HAP classé comme cancérigène certain. Pour exercer leur effet cancérigène, les HAP doivent être métabolisés. La biosurveillance de l’exposition aux HAP qui est très importante pour estimer les risques sanitaires des populations se fait par l’analyse des métabolites urinaires des HAP. Cependant, par manque de données épidémiologiques, il n’existe pas des valeurs toxicologiques de référence (VTR) pour ces polluants. D’où l’importance des modèles animaux pour fixer ces VTR. Ainsi la question qui se pose : Comment choisir le bon protocole animal pour étudier la toxicocinétique des HAP en mélange? Est-ce que les facteurs génétiques et environnementaux peuvent impacter les résultats de ces études?Pour répondre à ces questions et pouvoir extrapoler nos résultats à l’homme, 2 protocoles animaux ont été réalisés avec des expositions réalistes (faibles doses, mélange réel, exposition courte ou répétée). Le premier consistait à exposer par gavage des rats Sprague Dawley (SD) à de faibles doses (0,02 et 0,2 mg.kg-1.J-1) de B[a]P seul ou inclus dans un mélange industriel de HAP (ajusté à 0,2 mg.kg-1.J-1 de B[a]P) 5 fois.semaine-1 pendant 10 semaines. Le deuxième consistait à exposer par gavage des rats Wistar (W) au B[a]P seul (0,2 mg.kg-1.J-1) ou inclus dans un mélange industriel de HAP (ajusté à 0,2 mg.kg-1.J-1 de B[a]P) pendant 4 jours. En plus du dosage des métabolites urinaires du B[a]P et des HAP à HPM, nous avons mis au point l’analyse des HAP et/ou de leurs métabolites dans le sang, les fèces et les organes (foie et reins) par HPLC-Fluo et GC-MSMS-NCI après différents types d’extraction selon les matrices et les composés.Aucune différence dans la toxicocinétique du B[a]P n’a été trouvée avec les deux doses utilisées.L’effet mélange ou l’effet cocktail était : augmentation de l’absorption du B[a]P, modification du métabolisme intestinal avec augmentation de la voie de bio-activation, diminution du métabolisme hépatique suite à une saturation/compétition enzymatique.L’effet de l’exposition répétée pendant 10 semaines était : augmentation de l’absorption des HAP après exposition au B[a]P et au mélange de HAP sans modification du métabolisme intestinal, augmentation du métabolisme hépatique uniquement après exposition au B[a]P seul à faible dose (0,02 mg.kg-1.J-1).La variabilité inter-souche entre les SD et les W a montré que l’absorption et le métabolisme intestinal du fluoranthène et du pyrène étaient identiques entre les 2 souches. Cependant, l’absorption des HAP à HPM était plus faible chez les SD avec un métabolisme intestinal du B[a]P orienté vers la voie de bio-activation. Le métabolisme hépatique était plus élevé chez les SD.Une grande variabilité inter-individuelle était observée entre les rats W exposés au mélange de HAP au niveau de l’absorption intestinale des HAP à HPM et de leur métabolisme hépatique. Il existait des profils différents de formation des métabolites au niveau hépatique alors que le métabolisme intestinal était comparable entre les rats.Le jeûne augmentait l’absorption du B[a]P mais le métabolisme intestinal et hépatique étaient diminués et/ou modifiés avec une augmentation de la voie de bio-activation.Ce travail contribue à la réflexion sur le choix du modèle animal et des conditions d’exposition pour la détermination des VTR et l'évaluation des risques des populations dans un contexte de poly-expositions qui est beaucoup plus complexe qu’un simple effet additif