Identification du danger

L'identification du danger fait référence au processus qui vise à déterminer si l'exposition à une substance donnée (p. ex., un produit chimique) peut causer un effet indésirable précis sur la santé. Les dangers peuvent être identifiés au moyen d'enquêtes épidémiologiques, d'études toxicologiques ou d'autres moyens.

Épidémiologie
L'épidémiologie désigne l'étude des populations qui a pour but de déterminer la fréquence et la répartition des maladies et de mesurer les risques. Les études épidémiologiques peuvent varier de simples observations cliniques sur les effets nocifs chez des groupes de patients, à des études descriptives sur les taux de mortalité et de morbidité ou à des études analytiques plus poussées visant à valider des hypothèses précises concernant des liens de causalité. Les études épidémiologiques ont l'avantage de renseigner sur les dangers pour la santé évalués directement chez les humains. Ce type d'études comporte toutefois des limites qui ont trait notamment à la sensibilité limitée de certains protocoles d'étude, ainsi qu'à la difficulté de déceler les effets mineurs. Il devient en outre de plus en plus difficile de faire des études sur les toxiques environnementaux, car on ne peut exposer délibérément des sujets humains à des substances toxiques pour observer les effets nocifs qui pourraient en résulter. De fait, la majeure partie des données empiriques qui établissent un lien entre des perturbateurs chimiques endocriniens et des effets nocifs sur la santé proviennent d'études sur des populations humaines qui ont été accidentellement exposées à des substances toxiques (p. ex., contamination par les BPC à Seveso, en Italie) ou sur de petits groupes de la population qui y sont exposés à cause de leur travail (opérateurs antiparasitaires) ou de leur régime alimentaire (poisson contaminé).

Parmi les autres limites des études épidémiologiques, mentionnons la difficulté créée du fait qu'il peut y avoir exposition simultanée à une variété de dangers, les effets de confusion potentiels dus à la présence dans l'environnement de dangers insoupçonnés, la pertinence des données sur l'exposition, ainsi que l'incapacité relative des études même de taille modérée de déceler des effets mineurs. Contrairement aux expériences contrôlées, les humains sont exposés de façon continue à une abondance de substances toxiques, et non pas à une seule. Aussi devient-il difficile de déterminer qu'une substance toxique précise est la cause d'un problème de santé, car l'exposition à d'autres substances toxiques pourrait aussi y avoir contribué.

Une autre difficulté majeure associée à l'étude des toxiques environnementaux a trait à la longue période qui précède souvent la manifestation d'une maladie. Comme il doit y avoir eu exposition quelconque avant d'entreprendre une étude épidémiologique, il est impossible de prévoir les effets nocifs d'une nouvelle substance avant son introduction dans l'environnement. Les études épidémiologiques ne suffisent donc pas, à elles seules, à étayer un modèle réglementaire purement préventif et elles servent sans doute plus souvent à appuyer des décisions en matière de santé publique qu'à les initier.

Toxicologie
On a souvent recours aux essais toxicologiques menés dans des conditions contrôlées en laboratoire pour identifier les dangers potentiels pour la santé humaine. La toxicologie consiste en l'étude de substances toxiques chez les humains, ou chez des animaux de laboratoire utilisés à la place d'humains. Bien qu'il existe un grand nombre de tests hautement sensibles pouvant servir à l'évaluation d'un large éventail d'effets nocifs, incluant la toxicité, le métabolisme des substances chimiques et les effets cancérogènes, il demeure difficile de déterminer si une substance perturbera la physiologie normale du système endocrinien, et ce pour plusieurs raisons. Premièrement, les essais toxicologiques sont réalisés sur des animaux de laboratoire qui servent de " modèles " du système humain. Certes, les modèles animaux sont utiles pour évaluer les effets toxiques et cancérogènes potentiels d'une substance chimique. Cependant, pour évaluer adéquatement l'interaction entre une substance chimique et le système endocrinien, la physiologie du modèle animal doit être très similaire à celle des humains. Deuxièmement, bon nombre des effets attribués à la perturbation endocrinienne - y compris la stérilité, le cancer et les troubles neuro cognitifs - peuvent difficilement être extrapolés ou transposés de l'animal à l'humain en raison de leur étiologie multifactorielle. Troisièmement, bien qu'il existe des tests sur les animaux pour évaluer les anomalies du comportement, aucun test ne permet de déterminer les effets de substances chimiques sur le développement cognitif.

Même si les études toxicologiques menées en laboratoire ne présentent que des renseignements indirects sur les risques pour la santé humaine, elles peuvent fournir de précieux renseignements sur le potentiel toxique des substances chimiques présentes dans l'environnement. Il faut néanmoins poursuivre le développement de modèles animaux appropriés, pouvant servir à l'étude des maladies et des perturbations endocriniennes.

Écologie
Un grand nombre de substances ont été qualifiées de perturbateurs endocriniens potentiels, sur la base d'études écologiques réalisées sur la faune, et de nombreux exemples témoignent d'effets nocifs chez des espèces fauniques vivant dans des milieux pollués par des substances toxiques. Et comme ces effets nocifs sont absents chez des espèces fauniques similaires qui vivent des milieux non pollués, on présume que ces effets sont dus à l'exposition au polluant. Cependant, dans bon nombre de ces études sur la faune, les milieux pollués contiennent un mélange de produits chimiques, dont quelques-uns seulement sont qualifiés de " perturbateurs endocriniens ". Il est donc difficile d'associer les effets nocifs observés à l'exposition à un agent chimique précis.

Identification des perturbateurs endocriniens
La classification d'un groupe de toxiques environnementaux comme étant des perturbateurs est une des tâches les plus difficiles dans ce domaine. Un perturbateur endocrinien est une substance, ou un mélange de substances, exogènes qui altèrent une ou plusieurs fonctions du système endocrinien et provoque de ce fait des effets indésirables sur la santé d'un organisme intact ou de ses descendants, ou de populations ou sous populations. Cependant, les toxiques environnementaux soupçonnés d'avoir des effets nocifs en perturbant le système endocrinien (c. à d., les BPC, les dioxines et les phtalates) sont en fait un groupe diversifié de substances chimiques dont la structure, les propriétés biochimiques et les mécanismes d'action proposés diffèrent. De plus, alors que le terme BPC fait référence à tout groupe d'hydrocarbures aromatiques chlorés toxiques, utilisés dans diverses applications commerciales, les congénères des BPC ne sont pas tous des perturbateurs endocriniens. On ne peut donc pas se fier à la catégorie chimique pour déterminer les substances toxiques susceptibles d'être des perturbateurs endocriniens, et l'identification de ces substances doit s'appuyer sur une démarche systématique séquentielle basée sur les critères fréquemment utilisés pour identifier les substances chimiques ayant des propriétés toxiques ou cancérogènes (par exemple le mécanisme d'action, l'analyse structure activité, le métabolisme, la pharmacocinétique et le poids de la preuve).

Mécanisme d'action
Les perturbateurs endocriniens agiraient de plusieurs façons sur les récepteurs des hormones endogènes. Les substances toxiques peuvent ainsi se fixer aux récepteurs hormonaux et avoir un effet inhibiteur compétitif avec les hormones endogènes. En se liant ainsi aux récepteurs hormonaux, les substances toxiques peuvent déclencher la cascade habituelle de signaux intracellulaires à l'origine de l'expression des gènes et de la synthèse de protéines. Ces substances toxiques, ou agonistes, sont qualifiés de façon générale de composés œstrogéniques, car ils jouent le même rôle que les hormones endogènes en se liant aux récepteurs des œstrogènes. Au nombre des substances toxiques œstrogéniques, mentionnons les pesticides, le bisphénol A et B, le chlordécone, le méthoxychlore, l'octylphénol et le nonylphénol. Différents tests in vitro peuvent être utilisés pour mesurer l'activité œstrogénique, par exemple le test de liaison aux récepteurs œstrogéniques (RE), le test de prolifération des cellules du cancer du sein et l'activation transcriptionnelle. Les phytoestrogènes, qui sont présents dans une variété de végétaux dont le soja (isoflavanoïdes), des baies, des fruits, des grains, des légumes et des noix (lignans), constituent une autre source d'exposition à des produits chimiques œstrogéniques.

Certaines substances toxiques à action œstrogénique semblent agir sur le système endocrinien d'une manière fort complexe. Les récepteurs hormonaux se divisent en fait en familles de récepteurs dont chaque membre se distingue par des propriétés légèrement différentes. Ainsi, la famille des récepteurs œstrogéniques compte deux principaux membres, ou isoformes, à savoir les récepteurs ER- et ER- r, lesquels sont répartis dans différents tissus à travers l'organisme. Certaines substances toxiques déclencheront différents effets, selon l'isoforme sur laquelle elles agissent. À titre d'exemple, un des métabolites du méthoxychlore a une activité œstrogénique et agit sur le récepteur ER- mais c'est aussi un puissant antagoniste du récepteur ER- de sorte qu'il inhibe l'activité œstrogénique. Le méthoxychlore est également un antiandrogène, car il peut inhiber les récepteurs des androgènes (AR).

Les mammifères semblent posséder un seul récepteur des androgènes (AR). La vinclozoline, un fongicide, est un antiandrogène et ses métabolites (M1 et M2) inhibent de façon compétitive la liaison des androgènes endogènes aux récepteurs androgéniques. Contrairement au méthoxychlore, la vinclozoline et ses métabolites n'agissent pas en plus sur les récepteurs des œstrogènes, bien qu'il soit possible que la vinclozoline puisse avoir une faible affinité pour le récepteur de la progestérone. D'autres substances toxiques affichent une activité antiandrogénique; c'est le cas notamment du p,p' DDE (un métabolite du DDT), d'un métabolite du méthoxychlore, du fénitrothion (un organophosphate) et du fongicide procymidone.

Certains BPC, PCDF et dioxines (p. ex. la TCDD) agissent sur le récepteur des arylhydrocarbures (AhR) et stimulent les voies de signalisation, l'expression du facteur de croissance et l'activité enzymatique. Le AhR est un récepteur protéique situé dans le cytoplasme des cellules. Comme les agonistes des AhR peuvent interagir avec de multiples voies de transduction de signaux, et induire ou inhiber une variété de produits géniques, ils peuvent provoquer un large éventail d'effets biologiques.

Cependant, ce ne sont pas toutes les substances toxiques qui perturbent le système endocrinien en agissant directement sur les récepteurs hormonaux; d'autres en effet inhibent la synthèse, le transport ou le métabolisme des hormones. L'aromatase est une enzyme importante dans la synthèse des hormones, qui transforme les androgènes en œstrogènes. Donc, l'inhibition de l'aromatase augmenterait le rapport androgènes-œstrogènes et il a été démontré que certains fongicides causent la stérilité en inhibant l'aromatase.

D'autres substances toxiques déclenchent des cascades signalétiques qui ont pour effet de modifier la structure biochimique du récepteur hormonal. La " phosphorylation " fait référence à l'ajout d'un groupement phosphate par une enzyme nommée protéine kinase. Or la phosphorylation d'un composé, par exemple un récepteur hormonal, modifie les propriétés biochimiques de ce composé, y compris ses interactions avec les autres molécules, ses propriétés de liaison et ses fonctions. Certaines hormones ont également besoin de composés ou de complexes accessoires pour fonctionner normalement, et la perturbation de la libération de ces complexes cellulaires nécessaires à l'activité hormonale est un autre mécanisme d'action possible des substances chimiques toxiques.

Comme on peut le constater, il est difficile de classer les perturbateurs endocriniens en fonction de leur mécanisme d'action, car les substances toxiques peuvent perturber le système endocrinien à plusieurs niveaux et modifier de ce fait les fonctions hormonales normales de l'organisme. Cependant, la désignation " perturbateur endocrinien " devrait s'appliquer aux substances toxiques dont le mécanisme d'action, similaire à ceux décrits dans la présente rubrique, est susceptible de provoquer des effets indésirables en perturbant le système endocrinien.

Analyse structure-activité
L'analyse structure activité repose sur le fondement voulant que la structure chimique d'un composé peut servir de paramètre pour prévoir l'activité du composé ou sa fonction. Dans certains cas, la structure chimique d'un composé peut permettre d'en prévoir la toxicité ou la cancérogénicité. À titre d'exemple, le nombre d'anneaux aromatiques dans les hydrocarbures polycycliques, ou le nombre d'atomes de chlore dans les hydrocarbures chlorés, a été utilisé pour établir la puissance relative de certains produits chimiques. Cependant, la structure en soi ne suffit pas à prévoir le degré potentiel de perturbation endocrinienne et plusieurs catégories de produits chimiques (organochlorés, phtalates, dioxines, etc.) aux structures très différentes ont été qualifiées de perturbateurs endocriniens potentiels.

De même, les substances toxiques qui imitent ou bloquent l'activité hormonale n'ont pas toujours une structure similaire à l'hormone endogène. De fait, une des caractéristiques des toxiques environnementaux est leur absence de motif structural commun. Même si les composés chimiques contiennent généralement un anneau aromatique et que bon nombre d'entre eux possèdent des atomes de chlore, il est en général difficile d'attribuer des particularités structurales génériques à un perturbateur endocrinien " type " (structures).

Structurales génériques à un perturbateur endocrinien

Les dosages par liaison compétitive servent à déterminer si un composé peut faire concurrence au ligand endogène pour le récepteur hormonal. La constante de liaison (Kb) mesure l'affinité du ligand pour le récepteur et peut être utilisée pour comparer la puissance d'un composé à celle d'autres ligands, y compris l'hormone endogène, étant donné que la perturbation endocrinienne résulterait de la liaison du présumé toxique endocrinien au récepteur hormonal. Les essais de liaison peuvent être réalisés avec les récepteurs ER ou AR du rat, de la souris ou de l'humain. Ce type d'essais comporte toutefois des limites qui ont trait notamment à la solubilité dans le milieu de culture, à l'incapacité de faire la distinction entre les agonistes et les antagonistes, à l'absence de capacité métabolique et au risque de dégradation du récepteur.

Pour leur part, les dosages fonctionnels sont sans doute plus utiles pour prévoir le degré de perturbation endocrinienne que la structure chimique. Ces dosages visent d'abord à identifier et à caractériser les effets qui intensifient, imitent ou inhibent les processus hormonaux de type œstrogénique ou androgénique. Idéalement, il faudrait que les dosages fonctionnels puissent déceler de multiples interactions hormonales, évaluer les paramètres chez de multiples espèces et prévoir les effets à long terme ou à retardement, pour être en mesure caractériser les substances toxiques endocriniennes potentielles.

Le dosage du gène rapporteur est un autre test, qui sert à déceler l'activité transcriptionnelle provoquée par la liaison du produit chimique au récepteur hormonal. Normalement, la liaison du ligand endogène au récepteur hormonal déclenche la transcription, ou la synthèse, de l'ARN, laquelle est suivie de la traduction de l'ARNm pour produire une protéine. Il peut toutefois être difficile de détecter la transcription endogène estrogéno dépendante, car il est possible que la transcription et la traduction du produit génique fassent intervenir de multiples voies hormonales. Donc, la détection de la protéine induite par l'activation du récepteur se fait en transfectant (introduisant) un gène " rapporteur " dans le génome de la cellule. La transcription et la traduction de ce gène rapporteur produisent une protéine identifiable et facile à détecter, qui permet de confirmer l'activation fonctionnelle du récepteur hormonal. Ces tests utilisent le récepteur œstrogénique humain des cellules MCF-7 pour évaluer la régulation de la transcription d'un gène rapporteur codant pour une enzyme exogène facile à mesurer dans un lysat cellulaire. La luciférase et la bêta-galactosidase sont deux produits souvent utilisés, qui sont issus de gènes rapporteurs. Au moment de la traduction, l'enzyme luciférase - une protéine luminescente - réagit avec le substrat et les cofacteurs ajoutés au milieu de culture, en émettant un faisceau de lumière facile à détecter. La bêta-galactosidase, une autre enzyme, réagit elle aussi avec le substrat et les cofacteurs présents dans le milieu de culture pour produire une substance pouvant être décelée par un changement de couleur.

Enfin, le test de prolifération des cellules MCF-7 est un autre dosage biologique qui peut être utilisé pour déceler la présence de produits chimiques à action œstrogénique. Les cellules MCF 7 contiennent en effet divers gènes régulés par les œstrogènes, qui stimulent la prolifération (augmentation de la réplication des cellules) sous l'action des œstrogènes. Les présumées substances toxiques sont ajoutées au milieu de culture, et les changements dans le nombre de cellules sont évalués après six jours. Comme elles stimulent la croissance cellulaire, les substances œstrogéniques provoquent la prolifération des cellules MCF-7 en culture. Cependant, en raison des risques d'interactions au niveau des voies de transduction des signaux, il peut arriver qu'il y ait induction de la prolifération même si le composé à l'étude n'a pas d'effet œstrogénique.

L'évaluation du risque comporte aussi les étapes suivantes :évaluation dose-réponse, évaluation de l'exposition et caractérisation du risque.