Régulation du développement du système nerveux central par le système thyroïdien

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Différenciation et maturation

Le traitement de rates gestantes avec un agent antithyroïdien induit un retard et un prolongement de la différenciation cellulaire dans les couches granulaires moléculaire et interne du cervelet des ratons 119. Sur un modèle rat présentant une hypothyroïdie sévère induite par un traitement pharmacologique, la prolifération et la différenciation des précurseurs des inter-neurones GABAergiques sont ralenties dans le cervelet des nouveau-nés entrainant une accumulation de ces précurseurs neuronaux et une diminution du nombre d’inter-neurones GABAergiques 135. Les hormones thyroïdiennes agissent également sur la différenciation des précurseurs de cellules gliales en oligodendrocytes ou en astrocytes. Ainsi, la différenciation de la glie de Bergmann, constituée de cellules astrocytaires de la couche granulaire interne du cervelet, est retardée chez des souris mutées pour les récepteurs aux hormones thyroïdiennes 123. Par ailleurs, chez des rates gestantes, le traitement au propylthiouracile induit chez les ratons une diminution dose-dépendante des concentrations sériques de T4 totale, associée à une diminution de l’expression du facteur MAG (Myelin-Associated Protein, marqueur des oligodendrocytes) et à une augmentation de l’expression GFAP (Glial Fibrillary Acidic Protein, marqueur des astrocytes) dans le corps calleux et la commissure antérieure (Figure 18) 136.

Myélinisation

Compte-tenu de l’implication des hormones thyroïdiennes dans la différenciation des cellules gliales et du rôle essentiel des oligodendrocytes dans la production de myéline 137, il n’est pas surprenant qu’une hypothyroïdie soit associée à une myélinisation retardée et plus faible 138. Ainsi, suite à une hypothyroïdie périnatale, le nombre d’axones myélinisés dans le corps calleux et la commissure antérieure est anormalement faible chez le rat adulte 116. Sur un modèle de souris présentant un récepteur aux hormones thyroïdiennes muté et ne pouvant pas fixer la T3, une diminution de l’expression ARNm de la MBP (Myelin Basic Protein) a été notée 130. Par ailleurs, le défaut de maturation axonale observé chez des animaux hypothyroïdiens empêche un grand nombre d’axones d’avoir un diamètre suffisant pour être myélinisés 116.

Altérations biochimiques

Les modifications histologiques sont associées à des altérations des concentrations en neurotrophines, des facteurs impliqués dans la croissance et la survie neuronale. Ainsi, l’exposition périnatale de rats au propylthiouracile (agent antithyroïdien) réduit de façon dose–dépendante l’expression d’ARNm du facteur Ngf (Nerve Growth Factor)139. L’exposition de rats adultes à cet agent induit une hypothyroïdie sévère (fT4 diminuée de 71% et TT3 de 44%) et augmente l’expression ARNm du facteur BDNF (Brain-Derived Neutrophin Factor) dans l’hippocampe 140. Par ailleurs, les hormones thyroïdiennes modulent le système GABAergique comme en témoigne la suppression de l’inhibition GABAergique chez des rats adultes présentant une hypothyroïdie périnatale sévère (T4 diminuée de 70% ou plus et T3 réduite de 30 à 70%) 141. Les études semblent plutôt converger vers une diminution des concentrations de GABA dans le SNC d’animaux hypothyroïdiens 142. Celle-ci pourrait s’expliquer par une diminution de l’expression de la GAD (Glutamic Acid Decarboxylase), l’enzyme responsable de la synthèse de GABA à partir du glutamate, comme montré dans l’hippocampe de rats exposés durant la période périnatale au méthimazole (0,0025% dans l’eau), un inhibiteur de la synthèse d’hormones thyroïdiennes 143. Toutefois, toutes les études ne convergent pas puisque certaines mettent en évidence au contraire une augmentation de la concentration de GABA dans le SNC d’animaux hypothyroïdiens 142,144,145.
Les concentrations de dopamine et de sérotonine sont également modulées par un contexte d’hypothyroïdie. La dopamine est augmentée dans la substance noire et diminuée dans le striatum d’un modèle de rat génétiquement modifié pour présenter une hypothyroïdie gestationnelle (T3 et T4 respectivement diminuées de 60 et 80%) 124. Ces résultats suggèrent une altération du transport nigro-striatal de la dopamine. L’administration de propylthiouracile à des rats de 3 semaines entraine une hypothyroïdie marquée (T3 et T4 diminuées de 70-90% ; TSH augmentée de 240-400%) et une diminution de la dopamine et de la sérotonine dans le cortex, le complexe thalamus-hypothalamus, le pons et le cervelet des animaux 146.
Le système cholinergique représente également une cible des hormones thyroïdiennes. L’acétylcholine est synthétisée à partir de choline et d’acétate par l’acétylcholine-transférase et est dégradée par l’acétylcholinestérase. L’activité de l’actéylcholinestérase est diminuée dans le striatum, le cortex cérébral, le cortex préfrontal, l’hippocampe et le cervelet de rongeurs nouveau-nés issus de mères traitées par différents agents antithyroïdiens 147–149. L’activité de l’acétylcholine transférase est également diminuée dans un contexte d’hypothyroïdie. Suite à l’exposition périnatale de rats au propylthiouracile (15-25 mg/L) ou à l’Aroclor 1254® (mélange de PCB ; environ 1 mg.kg-1.j-1), les rats développent une hypothyroïdie associée à une diminution de l’activité de l’acétylcholine transférase respectivement dans le cortex et l’hippocampe 150 ou dans le prosencéphale basale et l’hippocampe 151. L’activité de l’acétylcholine transférase est restaurée après l’arrêt du traitement au propylthiouracile 150.
Malheureusement, la très grande majorité des effets sur le développement du SNC d’un déficit en hormones thyroïdiennes a été mise en évidence pour des hypothyroïdies sévères. Les données décrivant les effets d’une hypothyroïdie plus modérée sont beaucoup plus rares. C’est là une lacune pour l’évaluation des perturbateurs thyroïdiens qu’il s’agit de combler de façon urgente.

Modèles mammifères d’étude de la relation SNC – thyroïde

Les différences inter-espèces décrites pour l’ontogenèse du système thyroïdien sont également présentes pour le développement du SNC.
Chez le mouton, la chronologie des principales étapes de la neurogenèse est relativement proche de celle observée chez l’homme. En effet, chez ces deux espèces dites « précoces », le développement du SNC est essentiellement in utero. Ainsi, la synaptogenèse et la myélinisation sont déjà bien avancées à la naissance (Figures 19 et 20). Cette similitude favorise l’extrapolation à l’espèce humaine des effets observés sur le SNC du fœtus ovin.
L’extrapolation du rat à l’homme est quant à elle plus délicate. En effet, chez le rat, le développement du SNC est plus tardif et se déroule majoritairement après la naissance (Figure 20). Selon Legrand (1984) 116, « le nouveau-né raton peut être comparé à un fœtus humain au deuxième trimestre de grossesse, et un nouveau-né humain à un rat âgé de 6-10 jours ». Chez le rat, l’influence maternelle sur les mécanismes de neurogenèse tardifs est donc plus limitée que pour les espèces précoces. De nombreux processus du développement du SNC ne sont régulés que par la fonction thyroïdienne du nouveau-né. En outre, cela pose un problème du point de vue de l’exposition aux perturbateurs endocriniens du fœtus à ces stades tardifs critiques puisque, chez les rongeurs, elle sera affranchie de la barrière placentaire.

Principaux effets du bisphénol A

Le BPA a été très étudié pour ses propriétés perturbatrices endocriniennes. En raison de son activité œstrogénomimétique 159,160, les scientifiques se sont particulièrement attachés à l’exploration des effets du BPA sur le développement et la fonction de reproduction.
Chez l’animal, il est avéré que l’exposition périnatale au BPA induit des troubles du système reproducteur femelle. Ainsi, le traitement au BPA (100 µg.kg-1.j-1 ; SC) de souris du 1er jour de gestation au 7ème jour post-natal entraine une hyperplasie endométriale et augmente la survenue de kystes ovariens chez les nouveau-nés 161. Chez la rate, l’exposition périnatale au BPA à une dose de 100 µg.kg-1.j-1 via l’eau de boisson induit des modifications du cycle ovarien 162. Le traitement par voie orale de jeunes souris à une dose de BPA de 50 µg.kg-1.j-1 est associé à une baisse des capacités de fertilité de l’ovocyte 163. Ceci est en accord avec la diminution des capacités de reproduction de souris femelles exposées durant la période périnatale (25 ng.kg-1.j-1 ; SC) 164.
Il est avéré chez l’animal que la glande mammaire présente une sensibilité importante au BPA. Ainsi, l’exposition prénatale au BPA induit des altérations du développement de la glande mammaire chez le singe (400 µg.kg-1.j-1 ;VO) 11 et chez la souris (0,25 µg.kg-1.j-1 ; SC) 12. L’exposition périnatale au BPA est également suspectée d’induire sur la glande mammaire le développement de lésions de type néoplasique au regard des résultats obtenus chez le rat à une dose de 2,5 – 1000 µg.kg-1.j-1 (SC) 165,166.
Elle est également suspectée d’augmenter chez l’animal la susceptibilité des glandes mammaires à développer ultérieurement des tumeurs mammaires lors de co-expositions avec un agent cancérigène.
Outre ses effets sur la fonction de reproduction, il est suggéré chez le rongeur que l’exposition périnatale au BPA (10- 100 µg.kg-1.j-1) altère le métabolisme énergétique et favorise la survenue chez l’adulte de syndromes métaboliques tels que l’obésité 167,168, la résistance à l’insuline voire le diabète (Figure 22) 169–171.
Figure 22 : homéostasie glucidique sanguine (A) après un test de tolérance à l’insuline intra-péritonéale et (B) un test de tolérance au glucose intra-péritonéale chez des souris âgées de 6 mois et exposées in utero au BPA 10 (F1 BPA10) ou 100 (F1 BPA100) µg.kg-1.j-1 (S.C.) ou au contrôle (F1-C) .
Le système nerveux central et la fonction thyroïdienne constituent également des cibles du BPA. Les conséquences d’une exposition au BPA sur ces deux systèmes sont développées plus loin dans les parties E et F.
Alors que chez l’animal de nombreux effets du BPA sont désormais avérés, ces effets restent controversés chez l’homme. En effet, de nombreuses incertitudes existent quant à la transposabilité à l’homme des différents effets mis en évidence chez les rongeurs dans la majorité des cas. Des corrélations entre l’exposition au BPA et l’apparition d’effets néfastes ont été observées chez l’homme au travers d’études épidémiologiques 172–174. Toutefois, compte-tenu des nombreux facteurs de confusion possibles, les véritables liens de causes à effets restent difficiles à établir. Des incertitudes relèvent également de la composante « exposition ». En effet, alors que les voies parentérales sont souvent utilisées pour exposer les animaux, peu de données permettent de comparer la biodisponibilité de ces voies par rapport à la voie alimentaire principalement décrite chez l’homme.
Dans ce contexte, l’évaluation du risque par les agences de santé publique est délicate et les résultats de ces expertises sont quelque peu controversés eu égard aux incertitudes quant à la plausibilité de ces effets chez l’homme.
En 2015, l’EFSA (European Food Safety Authority) a réalisé une évaluation du risque sanitaire du BPA. Elle a notamment fait état d’effets probables du BPA sur le rein et la glande mammaire 175 et a proposé de diminuer la dose journalière tolérable (DJT) de 50 à 4 µg.kg-1.j-1.
Parallèlement à l’établissement de ces valeurs toxicologiques de référence, les experts de l’EFSA ont mené un travail d’évaluation de l’exposition de la population humaine au BPA. Bien que des voies d’exposition annexes (cutanée, respiratoire) aient été identifiées, la contamination par voie orale, plus particulièrement par voie alimentaire, reste majoritaire (80% de l’exposition humaine externe). En croisant les données de contamination des denrées en BPA avec les fréquences de consommation humaine, l’exposition externe au BPA a été estimée à 0,388 µg.kg-1.j-1 pour une femme enceinte. Les adolescents constitueraient la tranche d’âge la plus exposée au BPA (1,449 µg.kg-1.j-1) dans les scénarii les plus extrêmes 176.
La comparaison de la DJT temporaire avec ces données d’exposition a conduit l’EFSA à déclarer comme négligeable le risque pour la santé humaine de l’exposition au BPA.
On peut imaginer que les données de l’EFSA surestiment l’exposition humaine retrouvée dorénavant en France. En effet, ces estimations ont été réalisées à partir de données de contamination des denrées antérieures à janvier 2015, date à partir de laquelle l’utilisation du BPA dans les conditionnements alimentaires a été interdite en France. Malheureusement, aucune étude d’épidémio-surveillance n’a été menée en France depuis cette interdiction, empêchant d’évaluer l’impact de cette mesure sur l’exposition interne de la population française.
En France, l’agence nationale de sécurité sanitaire de l’alimentation, de l’environnement et du travail (Anses) s’est montrée plus réservée que l’EFSA quant au risque représenté par l’exposition de la population humaine au BPA 155. Le groupe de travail dédié à l’étude des perturbateurs endocriniens a ainsi considéré que « certaines situations d’exposition de la femme enceinte au BPA présentent un risque pour la glande mammaire de l’enfant à naître ». Le niveau de confiance attaché à ces résultats a été jugé comme « modéré ».

Données d’exposition interne humaine

De nombreuses publications décrivent les niveaux d’exposition au BPA retrouvés au sein de cohortes. Outre par la population observée (homme/femme, patients sains/hospitalisés) et la matrice biologique analysée, ces études se différencient par la nature même de l’analyte mesuré. En effet, au sein de l’organisme, le BPA peut subir principalement des biotransformations de phase II et être métabolisé en BPA-glucuronide (BPA-G) sous l’action de la glucuronotransférase ou en BPA-sulfate (BPA-S) sous l’action de la sulfotransférase (Figure 23). Ainsi, certaines techniques analytiques mesurent séparément le bisphénol A non-conjugué et ses métabolites conjugués tandis que d’autres méthodes mesurent conjointement l’ensemble des composés (BPA total : BPA non-conjugué et BPA conjugué) généralement suite à une étape de déconjugaison enzymatique. Cette information est à prendre en compte dans l’interprétation des données d’exposition puisque les métabolites du BPA, en particulier le BPA-G (principal métabolite formé chez l’homme), sont considérés comme biologiquement inactifs pour l’organisme 160. Ils constituent néanmoins une information importante car ils sont le reflet d’une exposition de l’organisme à la molécule parent.

Données urinaires

Les données urinaires obtenues dans les études d’épidémio-surveillance humaine correspondent le plus souvent aux concentrations de BPA total puisque seule une très faible fraction de la dose d’exposition au BPA est retrouvée sous forme de BPA non-conjugué dans les urines, la majorité étant sous forme de BPA-G.
La détection de BPA total dans les urines de 93% des participants de la cohorte américaine NHANES témoigne du caractère ubiquitaire de l’exposition humaine au BPA 178. Ceci est en accord avec la détection de BPA total dans les urines de respectivement 75 – 82 et 96% des participants de cohortes d’hommes coréens 174, de femmes enceintes 172 et d’étudiants américains consommant des boissons contenues dans des conditionnements en polycarbonate 179. La Figure 24 décrit les concentrations urinaires moyennes de BPA total ainsi que les concentrations maximales mesurées dans différentes études d’épidémio-surveillance humaine américaines, européennes et asiatiques menées entre 2001 et 2012. La concentration moyenne de BPA total est généralement comprise entre 1 et 5 ng/mL 155. De très fortes concentrations (parfois supérieures à 100 ng/mL) sont reportées dans certaines études, toutefois de façon assez anecdotique 180,181.
En théorie, la mesure des concentrations urinaires permet de calculer l’exposition externe des individus au BPA en raison d’une élimination du BPA quasi exclusivement urinaire chez l’homme. Néanmoins, la cinétique d’élimination du BPA étant particulièrement rapide, les concentrations urinaires mesurées au cours de la journée varient considérablement au sein d’un même individu. Par conséquent, l’estimation de l’exposition humaine au BPA à partir d’un seul prélèvement journalier d’urine peut être très imprécise. L’estimation peut être améliorée lorsqu’elle est basée sur la concentration en BPA mesurée sur des urines collectées pendant 24 heures.

Données sanguines chez l’adulte

Si les données urinaires permettent d’estimer l’exposition globale, la mesure des concentrations sanguines en BPA apporte un élément essentiel dans l’analyse du risque. En effet, d’après un principe fondamental en pharmacodynamie / pharmacocinétique, ce sont les concentrations circulantes d’un composé qui déterminent les effets observés.
De nombreuses études d’épidémio-surveillance se sont focalisées sur l’évaluation de l’exposition interne au cours de la grossesse. Les récentes études menées sur des cohortes de femmes enceintes décrivent des concentrations sanguines maternelles en BPA non-conjugué allant de plusieurs centaines de pg/mL (voire des valeurs indétectables) 182 à 4,8 ± 1,6 ng/mL (moyenne ± SD) 183 (Tableau 4). Il est à noter que des concentrations sanguines très élevées ont été mesurées. Néanmoins, ces fortes concentrations sont à prendre avec précaution puisqu’il pourrait s’agir de contaminations dues au relargage de BPA depuis les dispositifs médicaux 184.

Données sur le sang de cordon et le liquide amniotique

En raison de la sensibilité accrue du fœtus aux perturbateurs endocriniens, le transfert placentaire du BPA a particulièrement été étudié.
In vitro, le BPA est capable de transférer rapidement et de façon bidirectionnelle à travers la monocouche de cellules BeWo (lignée cellulaire de choriocarcinome placentaire humaine) 188. Similairement, il a été montré dans des études ex vivo, sur des placentas humains à terme collectés au moment de l’accouchement, que le BPA diffuse passivement à travers le placenta dans les sens materno-fœtal et fœto-maternel 188,189.
Dans des études d’épidémio-surveillance, le BPA non-conjugué et le BPA total ont été dosés dans le liquide amniotique de femmes aux 2ème et 3ème trimestres de grossesse. Avec une limite de détection analytique de 0,1 ng/mL, le BPA total a été détecté dans 16 des 20 échantillons du 2ème trimestre (médiane de 0,47 ng/mL ; [ND ; 0,75 ng/mL]) et le BPA non-conjugué dans 9 des 20 échantillons (médiane de 0,38 ng/mL ; [0,31 – 0,43] ng/mL) 190. Sur les 20 prélèvements du 3ème trimestre, le BPA total a été détecté sur 2 échantillons et le BPA non-conjugué sur 1 échantillon (0,42 ng/mL). Sur une cohorte de 40 femmes indiennes, le BPA non-conjugué a été détecté (LOD 0,52 ng/mL) respectivement dans 70 et 65% des prélèvements de sang maternel et de liquide amniotique avec une moyenne géométrique de 4,6 et 4,8 ng/mL 187.
Les concentrations de BPA (total ou non-conjugué) ont également été mesurées dans le sang de cordon (Tableau 5). Ces différentes études confirment que le BPA est capable de franchir la barrière placentaire. Une corrélation positive a été mise en évidence entre les concentrations de BPA total mesurées dans le sang de cordon et le sang maternel 191. Malheureusement, la relation entre les concentrations de BPA non-conjugué dans le sang de cordon et le sang maternel n’a été que très peu étudié. On peut toutefois noter que les concentrations en BPA non-conjugué mesurées dans le sang de cordon sont du même ordre que les concentrations sériques décrites dans la population générale.

BPA et système nerveux central

L’exposition périnatale au BPA est associée, in vitro et in vivo, à de nombreuses altérations du développement du SNC.
Des troubles de la synaptogenèse ont été rapportés au sein de l’hippocampe de fœtus primates issus de mères exposées au BPA durant les 2 derniers mois de gestation via un implant sous-cutané permettant de délivrer une dose de 50 ou 400 µg.kg-1.j-1 221,222. Une inhibition de la synaptogenèse a également été observée chez des souris exposées au BPA (40 et 400 µg.kg-1.j-1 ; VO) durant la période périnatale 223. Cette inhibition était associée à une diminution de l’expression de la synapsine chez des souris (40 µg.kg-1.j-1) 224 et de la synaptophysine chez des rats (500 µg.kg-1.j-1) 225 exposés oralement au BPA durant la période périnatale. De plus, l’exposition de rates gestantes au BPA (40 µg.kg-1.j-1 ; VO) du 6ème jour de gestation au 21ème jour post-partum a entrainé des troubles de la myélinisation des oligodendrocytes dans l’hippocampe de leur progéniture à 21 et 90 jours post-natal 226.
En parallèle de ces altérations histologiques, les concentrations de neuromédiateurs dans l’hippocampe ont été modulées par le BPA. Ainsi, le traitement de souris durant la période de gestation et de lactation à une faible dose de BPA (250 ng.kg-1.j-1 ; SC) a induit, dans l’hippocampe des ratons, une diminution du métabolisme de la sérotonine 227 et une augmentation de la concentration de dopamine associée à une réduction du ratio DOPAC / dopamine 228. Ceci était en accord avec l’altération du nombre de neurones dopaminergiques retrouvée chez des fœtus primates exposés au BPA 50 µg.kg-1.j-1 durant la période prénatale 221.
La voie de l’acétylcholine représente également une cible du BPA comme en témoigne la diminution de l’immunoréactivité de l’acétylcholine transférase dans l’hippocampe de souris mâles exposées durant la période périnatale au BPA (dès 30 ng/g de nourriture) 229. Les modifications histologiques et biochimiques observées convergent vers l’hypothèse d’une altération par le BPA de la plasticité neuronale au sein de l’hippocampe. Cette hypothèse est renforcée par la diminution de l’expression de gènes codant pour les récepteurs au glutamate et au NMDA décrite chez les rats mâles issus de mères traitées oralement au BPA (respectivement à 50 et 500 µg.kg-1.j-1) 225. Ce mécanisme pourrait être à l’origine de modifications comportementales apparaissant chez des animaux exposés, à savoir des troubles de la mémorisation 225,229,230 et une augmentation de l’anxiété 228,230.
Similairement aux troubles décrits dans l’hippocampe, l’exposition prénatale au BPA a entrainé des altérations de la synaptogenèse dans le cortex préfrontal de nouveau-nés primates 221. Au vu des résultats d’une étude complémentaire également menée sur le modèle primate, le mécanisme impliqué résiderait, au moins en partie, sur l’inhibition par le BPA de la synaptogenèse induite dans le cortex par l’œstradiol 231.
Par ailleurs, l’exposition prénatale de souris au BPA (20 et 200 µg.kg-1.j-1 ; VO) a été associée à une mise en place anormale des différentes couches cellulaires corticales 232. Une accélération de la différenciation et de la migration neuronale a été observée dans le cortex de souris exposées pendant la gestation (20 µg.kg-1.j-1 ; SC) 233. En parallèle, l’expression des ARNm codant pour les récepteurs THRα et THRβ et pour L1CAM, un facteur impliqué dans la régulation cellulaire et la croissance neuronale et régulé par les hormones thyroïdiennes, a été modulée. Suite à une exposition à des doses de BPA de 20 et 200 µg.kg-1.j-1 (VO), les souris ont également présenté des modifications de la projection des neurones dopaminergiques ainsi qu’un comportement apparenté à de l’hyperactivité 232.
Au sein de l’hypothalamus, l’exposition périnatale au BPA se traduit par des altérations de différents médiateurs et voies neuronales. Ainsi, une modification de l’expression génique du récepteur β à l’œstrogène a été observée dans l’hypothalamus de ratons exposés in utero au BPA (2,5 µg.kg-1.j-1 ; VO) 234. L’exposition de larves de zebrafish au BPA (de 1,5 à 200 ng/mL) a également induit une augmentation de la synaptogenèse 235,236 associée à une augmentation de l’expression de neurones GnRH3 237. In vitro, l’expression des marqueurs neuronaux MAP2 et synapsine I a été augmentée sur des cultures de cellules hypothalamiques exposées au BPA (2 – 20 ng/mL) 238,239. Enfin, les concentrations hypothalamiques de neuromédiateurs (GABA, glutamate, norépinéphrine) ont été modifiées chez les souris femelles issues de mères traitées au BPA (500 µg.kg-1.j-1 ; VO) entre le 1er jour de gestation et la 3ème semaine post-partum 240.
Au sein des amygdales, l’exposition au BPA (2 µg.kg-1.j-1 manifesté chez les rats âgés de 28 jours, par une; SC) de rats durant la période périnatale s’est modification de la transmission synaptique caractérisée par une diminution de l’effet inhibiteur GABAergique et un renforcement des neurones dopaminergiques 241. Cette dernière observation était en accord avec l’augmentation du ratio des concentrations DOPAC / dopamine dans les amygdales 228 et des concentrations de dopamine et de sérotonine au sein des noyaux caudés 242, sur des souris de 3 ou 14-15 semaines exposées par voie sous cutanée au BPA (doses respectives de 0,25 et 20 µg.kg-1.j-1) durant la période périnatale.
Le développement du cervelet est aussi modulé par l’exposition au BPA. Ainsi, des modifications histologiques telles qu’un épaississement de la couche granulaire externe du cortex cérébelleux ont été observées chez des souriceaux exposés à de très fortes doses de BPA (14 et 39 mg/kg respectivement pendant la gestation et la lactation, via l’eau de boisson) 243. Ces altérations ont été associées à une augmentation de l’expression de Pax6, un facteur de transcription régulant la migration neuronale au sein du cortex cérébelleux. Par ailleurs, suite à une administration pendant 4 jours dans le LCR de nouveau-nés rats, le BPA (500 µg.kg-1.j-1) a augmenté la croissance dendritique des neurones de Purkinje selon un mécanisme estrogéno-dépendant 244. Le BPA a altéré la phosphorylation E2-dépendante du facteur ERK1/2 (facteur régulant la croissance et la mort neuronale) au niveau de cortex cérébelleux de ratons exposés 245. In vitro, un traitement au BPA (de l’ordre du µg/mL) a aussi perturbé la croissance dendritique des cellules de Purkinje induite par la thyroxine sur des modèles de cellules de cervelet murin en culture 132.

Bisphénol A et perturbation thyroïdienne

Malheureusement, les effets du BPA sur le développement du SNC n’ont que rarement été étudiés en relation avec une potentielle perturbation thyroïdienne. Pourtant, au cours des dernières années, de nombreuses données mettent en évidence qu’outre ses effets sur la fonction de reproduction, le BPA perturbe également le système thyroïdien.
Des données épidémiologiques obtenues sur une cohorte d’hommes (consultant pour des problèmes de fertilité de couple) ont fait apparaître une corrélation positive entre la concentration urinaire en BPA et la concentration sanguine en TSH 246. Par ailleurs, les données issues de la cohorte NHANES (n=1346 adultes sains) suggèrent une relation inverse entre la concentration urinaire en BPA et la concentration sanguine en T4 totale 247. Dans une autre étude, une relation inverse entre les concentrations sériques en BPA et en T4 libre a été mise en évidence chez des adultes masculins 248. Sur une cohorte regroupant des femmes enceintes et leurs enfants (étude CHAMACOS), la concentration urinaire maternelle en BPA était négativement corrélée à la concentration sanguine maternelle de T4 totale lorsque les prélèvements d’urine maternelle et de sang de cordon étaient rapprochés dans le temps 249. La concentration urinaire moyenne en BPA mesurée chez la mère était également corrélée à une diminution de la TSH chez les enfants de sexe masculin. Au sein de la cohorte HOME, l’augmentation par un facteur 10 de la concentration urinaire maternelle en BPA a été associée à une concentration 36 % plus faible de la TSH dans le sang de cordon des nouveau-nés de sexe féminin 250. L’ensemble de ces données épidémiologiques suggèrent un effet inhibiteur du BPA sur la fonction thyroïdienne mais des facteurs de confusion restent possibles.
Les travaux étudiant l’effet du BPA sur la fonction thyroïdienne chez les mammifères sont encore rares. Dans une étude menée chez le rat, l’augmentation physiologique des concentrations sériques de T4 totale observée 15 jours après la naissance était amplifiée chez les ratons issus de mères traitées au BPA par voie orale du 6ème jour de gestation au sevrage à une dose de 1 mg.kg-1.j-1, soit une dose 5 fois plus faible que la dose sans effet (NOAEL = 5 mg.kg-1.j-1) 251. Cet impact sur les concentrations circulantes de T4 était associé à des modifications, dans le gyrus denté de l’hippocampe, de l’expression de la neurogranine, un biomarqueur de la différenciation neuronale régulé par les hormones thyroïdiennes. Dans une autre étude, chez des rates gestantes, l’exposition au BPA 0,1 mg/L via l’eau de boisson (soit approximativement 10 µg.kg-1.j-1) entrainait une diminution transitoire de la concentration maternelle de T4 libre aux jours 0 et 7 post-partum 252. Chez les rats mâles issus des mères traitées, une augmentation de la concentration de T4 libre à J7 et une diminution à J21 ont été observées. Par ailleurs, l’administration à des brebis gestantes de BPA (5 mg.kg-1.j-1 ; S.C.), du 28ème jour à la fin de la gestation, a été associée à une hypothyroxinémie maternelle avec une diminution de 30% de la concentration de T4 totale en moyenne (Figure 26). Les nouveau-nés issus des mères traitées présentaient une diminution des concentrations sériques en T4 libre et en T3 totale dans le sang de cordon et/ou le sang jugulaire (Figure 27) 61.
Figure 26 : décours temporel des concentrations moyennes (± SEM) de T4 totale dans le sang jugulaire de brebis gestantes traitées par du BPA (5 mg.kg-1.j-1 ; S.C.) ou par le véhicule du 28ème au 145ème jour de gestation .
Parallèlement, des études à visée plus mécanistique ont été réalisées sur des modèles de larves de xénopes ou de zebrafish. L’exposition au BPA (30 µM) de stades larvaires de xénopes entrainait un ralentissement de la métamorphose de ces organismes 253. Le BPA inhibait les modifications métamorphiques de l’intestin et bloquait la résorption de la queue induite par la T3 81,254. De plus, sur des modèles transgéniques de larves de xénopes ou de zebrafish exprimant la GFP sous le contrôle du TRE (Thyroid hormone Response Element), le promoteur des gènes cibles des hormones thyroïdiennes, l’exposition au BPA diminuait la fluorescence induite par la T3 suggérant un effet antagoniste du BPA sur les récepteurs aux hormones thyroïdiennes 74,83. Le BPA inhibait également l’effet inducteur de la T3 sur l’expression des gènes TRα, TRβ et RXR (un facteur formant un dimère avec le récepteur thyroïdien et contrôlant son activité) 253–255. Sur des embryons de zebrafish, le traitement au BPA 10-8 M augmentait, en l’absence de T3 dans le milieu, la transcription des gènes tg et pax8 respectivement impliqués dans la synthèse des hormones thyroïdiennes et dans le développement des cellules folliculaires thyroïdiennes 256.
Différents modèles cellulaires semblent confirmer les effets antagonistes du BPA sur l’expression de gènes impliqués dans la synthèse des hormones thyroïdiennes 257–260. L’inhibition par le BPA des effets induits par la T3 passerait par le recrutement des corépresseurs nucléaires des récepteurs aux hormones thyroïdiennes N-Cor (Nuclear Receptor Corepressor) et SMRT (Silencing Mediator of Retinoid and Thryoid hormone receptors) 258,261. A forte dose (Ki = 112,3 µM), le BPA agirait comme un compétiteur non-compétitif des transporteurs NIS (Sodium Iodine Symporter) responsables du transport de l’iode à l’intérieur des follicules thyroïdiens 257.
Le tableau 6 présente les résultats de différentes études décrivant les effets d’une exposition pré- ou périnatale sur le développement du SNC et/ou de ses effets sur la fonction thyroïdienne, en parallèle ou non de l’exploration de l’exposition interne au BPA. Malheureusement, ces 3 composantes ne sont jamais étudiées conjointement, et c’est là une lacune pour l’évaluation du risque que représente l’exposition humaine au BPA.

La spectroscopie de résonance magnétique nucléaire (RMN)

La RMN est basée sur l’absorption puis le relâchement d’énergie par des noyaux atomiques en réponse à une impulsion radiofréquence en présence d’un champ magnétique directeur. Ces atomes entrent en résonance avec une fréquence dépendante du champ magnétique et de leur environnement nucléaire. Cette propriété n’est accessible qu’aux noyaux atomiques possédant un spin nucléaire non nul (1H, 13C, 19F, 31P) 278,279. La RMN renseigne sur la structure chimique des composés puisque les pics (ou multiplets) et la fréquence de résonance (ou le déplacement chimique) sont fonction de l’environnement chimique (Figure 30) 266,280. Elle permet de distinguer des isomères et d’obtenir des informations sur la conformation d’un composé. La 1H-RMN apporte également des informations quantitatives puisque l’aire sous le pic est directement proportionnelle à la concentration du composé dans le mélange. Il est donc possible d’effectuer une quantification relative (par exemple par rapport à un autre signal ou par rapport à l’intensité totale du spectre) ou même absolue via l’ajout d’un standard interne dans l’échantillon 265,268,270 environnement chimique différent. Les protons appartenant à certaines fonctions chimiques présentent des déplacements chimiques caractéristiques. Le TSP (1,1,2,2-d4-triméthylsilylpropionate) représente un standard interne permettant d’obtenir un déplacement chimique de référence 266
En raison du grand nombre d’atomes d’hydrogène constituant les molécules biologiques et compte-tenu que le proton est le noyau le plus sensible pour les molécules organiques, les études de métabolomique reposent généralement sur la spectroscopie RMN du proton (1H-RMN). Toutefois, pour faciliter l’identification de certains composés, celle-ci peut être combinée à de la RMN 13C, 31P ou 15N lors d’analyses RMN en 2 dimensions 265,268,280. La RMN haute résolution est bien adaptée à la détection de modifications métaboliques puisqu’un grand nombre de métabolites peut être quantifié simultanément. Par ailleurs, cette méthode est robuste et reproductible 270 et l’analyse est relativement rapide (de l’ordre de 30 min) et automatisable 266. De plus, cette méthode est adaptable à de nombreuses matrices. Un de ses plus grands avantages est d’être non destructive, ce qui offre la possibilité de réutiliser les échantillons pour d’autres analyses (à condition que ces dernières soient compatibles avec l’eau deutérée utilisée pour reprendre les échantillons en RMN). Cette propriété est particulièrement appréciée pour l’étude de tissus précieux tels que les biopsies, d’autant que la technique de MAS (magic angle spinning) permet désormais d’acquérir un signal RMN haute résolution directement à partir de tissus de petite taille (pas de pré-traitement) 269,270,281.
En revanche, la RMN n’est pas réputée pour sa sensibilité analytique 262,279. En effet, bien que celle-ci varie en fonction de la classe biochimique des molécules, la sensibilité est estimée en moyenne à 10-6 M 266. Par conséquent, la RMN ne permet pas d’obtenir des informations sur des métabolites faiblement exprimés tels que certains neuromédiateurs dans le cerveau. De plus, elle nécessite une quantité importante de tissus 265.

La spectrométrie de masse (MS)

La spectrométrie de masse est une technique analytique qui permet l’identification de composés grâce au rapport masse / charge (m/z) de molécules chargées (ions) 268. Elle est généralement couplée à une technique séparative telle que la chromatographie liquide (couplage LC-MS) ou gazeuse (couplage GC-MS) 269,272. Ces dernières sont basées sur l’interaction des métabolites avec les matériaux adsorbants contenus dans la colonne et permettent de séparer les composés selon un premier facteur, le temps de rétention. On obtient alors un spectre à 3 dimensions correspondant au temps de rétention, au rapport m/z et à l’intensité du signal 270. La Figure 31 présente un spectre typique obtenu par LC-MS.

Table des matières

 CHAPITRE 1 : ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE 
I. Les perturbateurs endocriniens
A. Définitions
B. Des effets à faibles doses
C. Relation dose-réponse non-monotone
D. Fenêtres critiques de sensibilité – Exposition périnatale
II. Les perturbateurs thyroïdiens
A. Mécanismes d’action des perturbateurs thyroïdiens
1. Perturbation de la régulation centrale de l’axe thyroïdien
2. Perturbation de la synthèse des hormones thyroïdiennes
3. Interaction avec les protéines sériques de liaison des hormones thyroïdiennes
4. Perturbation des voies de désiodation
5. Perturbation du métabolisme hépatique des hormones thyroïdiennes
6. Perturbation du transfert intracellulaire des hormones thyroïdiennes
7. Modulation de la liaison des hormones thyroïdiennes à leurs récepteurs
B. Modèles d’étude des perturbateurs thyroïdiens
1. Modèles in vitro
2. Modèles amphibiens et zebrafish
3. Modèles mammifères
III. Régulation du développement du système nerveux central par le système thyroïdien
A. Origines des hormones thyroïdiennes chez le fœtus
B. Conséquences d’une perturbation thyroïdienne sur le développement du SNC
1. Critères régissant la nature et l’intensité des altérations du SNC
2. Altérations de l’ontogenèse du SNC
C. Modèles mammifères d’étude de la relation SNC – thyroïde
IV. Le bisphénol A
A. Présentation et principales utilisations
B. Principaux effets du bisphénol A
C. Données d’exposition interne humaine
1. Données urinaires
2. Données sanguines chez l’adulte
3. Données sur le sang de cordon et le liquide amniotique
D. Données pharmacocinétiques et controverse
E. BPA et système nerveux central
F. Bisphénol A et perturbation thyroïdienne
V. Apport de l’approche métabolomique
A. Généralités
1. Définitions
2. Avantages et inconvénients de la métabolomique
B. Outils technologiques et statistiques
1. Outils analytiques
2. Outils statistiques
C. Application de la métabolomique à l’étude des perturbateurs endocriniens
1. Un outil complémentaire aux approches classiquement utilisées
2. Application à l’étude des perturbateurs thyroïdiens
3. Application à l’étude des effets au bisphénol A
VI. Objectifs et stratégie de la thèse 
CHAPITRE 2 : ETUDE EXPERIMENTALE 
I. Voies d’administration et exposition interne au BPA
A. Introduction et objectifs
B. Article 1
C. Comparaison de l’exposition interne au BPA attachée aux voies alimentaire et SC
D. Conclusion
II. Exploration des effets du BPA sur la fonction thyroïdienne
A. Introduction et objectifs
B. Article 2
C. Conclusion
III. Exploration des effets d’une exposition prénatale au BPA sur le développement du SNC
A. Introduction et objectifs
B. Article 3
C. Conclusion
DISCUSSION GENERALE ET PERSPECTIVES 

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