Mycotoxines et Cancers

Mycotoxines et Cancers Isabelle P. SWALD Institut National de la Recherche Agronomique Unité de Toxicologie Alimentaire - Toulouse, FRANCE A L I M E N T A T I N A G R I C U L T U R E E N V I R N N E M E N T

Qu est ce qu une mycotoxine? Aflatoxine B1 Toxine produite par un champignon Plus de 1000 mycotoxines décrites, une trentaine avec des effets préoccupants Structure chimique très diversifiée Structure chimique et propriétés toxiques conservées au cours du stockage et de la transformation/cuisson des aliments Me H 3 C H HC H CH 3H HC H CH 3 H Déoxynivalénol - DN H H CH H 3 C 3 CH 3 CH 3 H NH 2 HC Fumonisine B1 H Zéaralénone HC

Mycotoxines et Champignon La même toxine peut être élaborée par diverses espèces fongiques De même une souche fongique peut produire plusieurs mycotoxines La présence du champignon ne prouve pas la présence de mycotoxines Une toxine peut persister alors que le champignon a disparu

Mycotoxines, vieilles comme le monde Naissance de Jésus Christ 500 400 Av JC Moyen Age 850 1129 1950 aujourd hui Empoisonnement avec des toxines de Fusarium Guerre du Péloponnèse Déclin de la civilisation Etrusque Empoisonnement avec des toxines de Claviceps Ergotisme ou Feu de Saint Antoine plus de 50000 morts en France Autres empoisonnements aux mycotoxines Néphropathie endemique des Balkan chratoxine A? Hépatites aigues Aflatoxines

Importance et diversité des mycotoxines Champignons Aspergillus Fusarium Gibberella Penicillium Byssochlamys Claviceps Alternaria Mycotoxines Aflatoxines chratoxine A Patuline Trichothécènes, zéaralénone Fumonisines, fusarine C Patuline, citrinine, chratoxine A, acide cyclopiazonique Patuline Alcaloïdes de l ergot Alternariol Acide ténuazonique Matières premières Maïs, arachides, coton, semences, riz, haricots, lait, tissus animaux, ensilage Blé, maïs, orge, riz, seigle, avoine, noix Fruits, jus de fruits, blé, riz Fromage, noix, tissus animaux, ensilage, fromage Fruits et jus de fruits, ensilage Seigle, blé Fruits, légumes Pommes et tomates

Les mycotoxines : un problème mondial Amérique du Nord AF 20%; ZEA 34%; DN 79%; FB 65%; TA 35% Europe du Nord AF 0%; ZEA 3%; DN 57%; FB 0%; TA 50% Europe Centrale AF 6%; ZEA 20%; DN 54%; FB 29%; TA 41% Asie du Nord AF 11%; ZEA 59%; DN 68%; FB 40%; TA 16% Amérique Centrale AF 20%; ZEA 0%; DN 80%; FB 100%; TA 0% Europe du Sud AF 16%; ZEA 17%; DN 74%; FB 81%; TA 30% Moyen-rient AF 16%; ZEA 14%; DN 37%; FB 39%; TA 67% Asie du Sud-Est AF 55%; ZEA 44%; DN 30%; FB 64%; TA 33% Asie du Sud AF 79%; ZEA 40%; DN 18%; FB 66%; TA 63% South America AF 47%; ZEA 51%; DN 9%; FB 87%; TA 9% Afrique AF 85%; ZEA 44%; DN 52%; FB 80%; TA 86% céanie AF 7%; ZEA 17%; DN 19%; FB 6%; TA 11% 70 % des denrées sont contaminées

Les mycotoxines: un problème d actualité dans tous les pays Les enquête mondiales indiquent que 70% de la production mondiale est contaminée par les mycotoxines (Schatzmayr et Streit, 2013) Dans les pays développés, les niveaux de mycotoxines peuvent dépasser les valeurs toxicologiques de référence (deuxième étude alimentation totale, Sirot et al., 2013) En 2014, les niveaux élevés de mycotoxines ont conduit les autorités françaises à demander pour le maïs une dérogation temporaire à la limite maximale (EFSA J, 2014) Le climat influence les niveaux de mycotoxines. Quels sont les conséquences du réchauffement climatique

La contamination mycotoxique contamination fongique (mycotoxinogenèse) VEGETAL Santé animale HMME Santé publique ANIMAL (élevage) PRDUIT (origine animale) Mais également une exposition aérienne

Toxicité et cancérogénicité des mycotoxines

Multiples effets toxiques des mycotoxines : effets reproduits expérimentalement chez les animaux EFFETS Hépatoxique Néphrotoxique Neurotoxique Cardiotoxique Diabétogène Immunotoxique Trémorigène Œstrogénique Tératogène Cancérogène MYCTXINES Aflatoxines chratoxine, Citrinine Ergot de seigle Acide pénicillique Acide terrique Aflatoxine, chratoxine, Trichothécènes Trichothécènes Zéaralénone Aflatoxine, chratoxine Aflatoxine, Fumonisine, chratoxine

Les mycotoxines règlementées en France et en Europe Aflatoxines : règlementation (homme & animal) chratoxine A : règlementation (homme), recommandation (animal) Fumonisines : règlementation (homme), recommandation (animal) Zearalenone : règlementation (homme), recommandation (animal) Deoxynivalenol : règlementation (homme), recommandation (animal) Toxines T2 et HT2 : recommandation (homme & animal) Patuline : règlementation (homme) Alcaloïdes de l ergot : législation sur les sclérotes (homme & animal)

Carcinogénicité des principales mycotoxines groupe 1 carcinogène pour l homme aflatoxine B1 groupe 2B carcinogène possible aflatoxine M1 (évidences chez l animal) fumonisine B1 griséofulvine ochratoxine A stérigmatocystine groupe 3 non classées carcinogènes citrinine (évidences insuffisantes) patuline acide pénicillique Fus. graminearum Fus. sporotrichioides

L aflatoxine B1, l un des plus puissants cancérogènes naturels La mycotoxine de loin la plus étudiée: plus de 9900 articles scientifiques Exposition à de fortes doses (toxicité aigüe) : Hépatotoxicité léthale: épidemie au Kenya (125 morts en 2004) Exposition chronique à faible doses : Retard de croissance Effets immunosuppresseurs (atteinte du système immunitaire) tératogènes (affecte les fonctions de reproduction) mais l organe cible demeure le foie Hépatomégalie chez les enfants Carcinogène (Classe 1, Centre International de Recherche sur le Cancer) Développement du cancer primitif du foie Effet synergique de l AFB1 avec le virus de l hépatite B dans les zones endémiques (X30) Me

Voies d'activation métabolique de l'aflatoxine B 1

IMPRTANCE DE LA BI-ACTIVATIN Le danger mycotoxique n est pas due seulement aux mycotoxines mais peut aussi être due aussi à leur(s) métabolite(s) Ces métabolites peuvent être produits au niveau de champignon mais également chez l hôte (bio-activation)

Preuves de la carcinogénicité de l aflatoxine B 1 Preuves expérimentales : carcinomes hépato-cellulaires induits par l administration orale chez le rat et la truite (la souris est moins sensible) formation in vivo d adduits à l ADN de l époxyde d AFB1 corrélation entre le nombre d adduits à l ADN et le nombre de tumeurs hépatiques (animaux de laboratoire) Preuves moléculaires : activation de l oncogène ras par mutation sur le codon 12 inactivation du gène suppresseur de tumeur p53 (mutation sur le codon 249) Preuves épidémiologiques : association de la consommation d aliments contaminés par l AFB1 et la survenue de cancers primitifs du foie (régions endémiques : Afrique, Asie) effet synergique de l AFB1 avec le virus de l hépatite B dans les zones endémiques.

Passage de l aflatoxine M1: exemple des ruminants AFM1 dans le lait (mg/l, ppb) AFM1 dans le lait (mg/l, ppb) Cinétique de passage de l AFM1 dans le lait CH 3 0,9 1,25 ppm AFB1 dans l aliment aflatoxine B1 B1 0,5 0,25 ppm AFB1 dans l aliment 0 4 8 12 jours ALIMENTATIN (tourteaux) Relation AFM1 ( lait) et AFB1 (aliments) 0,9 LAIT H 0,5 CH 3 aflatoxine M1 0 0,5 1 AFB1 dans l aliment (mg/kg, ppm)

La fumonisine B1 : une mycotoxine dont les effets toxiques diffèrent selon l espèce - Principale mycotoxine produite par Fusarium verticillioides. - Contamine principalement le maïs et sous produits - Très résistante aux traitements technologiques. Metabolisme : - Métabolisation et distribution limitées, élimination rapide. Toxicité : HC HC CH H 3 C 3 CH 3 CH 3 H NH 2 HC - Manifestations pathologiques variées et spécifiques : Equidés : leucoencéphalomalacie Porcs : hépatotoxicité et/ou œdème pulmonaire Rongeurs : atteinte hépatique et rénale Homme : cancer de l œsophage, défaut de fermeture du tube neural - Mécanisme d action - altération du métabolisme des lipides - altération du cycle cellulaire HC H H

Mécanisme d action de la Fumonisine B1 Serine + palmitoyl CoA dihydroceramide CERAMIDE Ceramide Synthase FB1 3 cetosphinganine SPHINGANINE Sphingosine Glycosphingolipides sphingomyeline Sphingosine 1P Sphingolipides complexes lipides Phosphatidyl ethanolamine

Fumonisin, and Esophageal Cancers in humans - South Africa. Comparison of Bizana and Centane, two populations in Transkei region with low and high incidence of EC (Marasas 2006; Shephard et al. 2007) - China. Comparison of different counties. Huantai showing low incidence of both EC and HCC versus Huaian & Fusui showing highest incidences of these cancers. (Sun et al. 2007; Sun et al. 2011) - Iran. Mazandaran, with high EC incidence, and Isfahan, with low EC incidence (Shephard et al. 2002).

Fumonisin, and Cancers in rodents Chronic dietary exposure to FB1 is carcinogenic to rodents: hepatocarcinogenic and/or nephrocarcinogenic Genotoxicity does not appear to contribute to FB1 carcinogenicity FB1 is a tumor promoter, it induces necrosis as well as apoptosis that could determine the outcome of cancer initiation

L ochratoxine, une toxine néphrotoxique - Mycotoxine produite par Penicillium et Aspergillus - Contamine de nombreux produits végétaux tels que les céréales, les grains de café, le cacao et les fruits séchés. - Peut également être présente dans le vin CH N H H Metabolisme : - Metabolisée en ochratoxine alpha dans l intestin - Très longue durée de demi-vie chez les humains. Cl Toxicité : - Connue pour sa néphrotoxicité. - Chez l homme, elle serait l un des facteurs potentiels à l origine de troubles rénaux chez l homme connus sous le nom de Néphropathie Endémique des Balkans (NEB), mais des études récente suggèrent aussi l implication de l acide aristolochique - S avère également immunotoxique, tératogène et neurotoxique. - Pouvoir cancérogène est établi chez l'animal, mais les preuves sont encore insuffisantes chez l'homme (groupe 2B).

Sequence of proposed key events in renal tumor formation by TA Key event 1 Uptake into the proximal tubule epithelium Key event 2 Inhibition of histone acetyl transferase Key event 3 Disruption of mitosis Key event 4 Cell proliferation Key event 5 Genetic instability RENAL TUMR

chratoxin and renal tumor in animals Potent renal carcinogen in several animal species, it induces renal adenomas or carcinomas and decreases kidney function and enzymatic concentrations ther adverse effects have also been observed: cardiac and hepatic histological abnormalities, lesions of the gastrointestinal tract, and lymphoid tissues in the hamster. TA is also immunotoxic TA is not a genotoxic carcinogen

chratoxin and renal tumor in humans No documented cases of adverse effects in humans. Potential cause of Balkan endemic nephropathy (BEN), a chronic, wasting kidney disease associated with a high incidence of urinary tract tumors in Eastern Europeans living near tributaries of the Danube River. Increasing evidence that the etiologic agent in BEN is more likely to be aristolochic acid than chratoxin A

Le problème des co-contaminations

Les co-contaminations, une réalité - Les champignons produisent plusieurs mycotoxines simultanément - Les aliments peuvent être contaminés par plusieurs champignons - Les rations sont composées de plusieurs matières premières 48% inf. LD 1 mycotoxin >1 mycotoxin 19% 33% La co-contamination par plusieurs mycotoxines est la REGLE, pas l'exception Source: Biomin s mycotoxin survey, 2011 2727 échantillons La plupart des études ont analysé les effets des mycotoxines présentes individuellement Il est important d étudier les effets des co-contaminations et de les prendre en compte par la réglementation

Plans expérimentaux pour analyser la toxicité des mélanges Une approche en deux étapes est recommandée D'abord une analyse dose-effet de chaque toxique afin de prédire des effets des mélanges non- interactifs. Ensuite, une comparaison des données expérimentales et des données prédites afin de conclure sur le type d interaction : effet additif (pas d'interaction), synergique ou antagoniste. De nombreuses études portant sur l'interaction des mycotoxines sont difficiles à interpréter, en raison du manque d'expériences dose-réponse.

DN (µm) Toxicité combinée des mycotoxines Approche graphique: Isobolograme Diagramme montrant les différentes combinaisons de toxiques ayant une toxicité constante 2 2.0 Approche mathématique: Index de combinaison DN - 3-ADN 1 1.5 Index de combinaison Combination Index (CI) Inférieur à 0.9 1.0 Antagonistic Additive Synergistic 0.90 1.10 Additive 0.5 Supérieur à 1.10 Type d interaction Synergique Antagonisme 0 0 2.5 5 3-ADN (µm) 0.0 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 Fraction affected Synergie observées sur lignées cellulaires (cytotoxicité) et sur explants intestinaux (inflammation) Synergie observée à faibles concentrations de toxines

Toxicité combinée des mycotoxines avec d autres contaminants Protocole experimental - Rats, traitement ip avec acide aristolochique, ochratoxine A, les deux - Mesure des adduits à l ADN et des enzymes de detoxification Augmentation des adduits à l ADN corrélé avec une dimunition des activités de cytochromes P450 (1A1/2 et 2C11)

CNCLUSIN Les mycotoxines sont des contaminants très répandus qui contaminent toutes les denrées. Elles présentent des profils toxicologiques très variés L aflatoxine B1 est le plus puissant cancérigène naturel. L aflatoxine M1, la fumonisine B1 et l ochratoxine sont des cancerigènes possibles (classée 2B par le CIRC) Le réchauffement climatique peut augmenter la contamination mycotoxique (canicule 2003 et AFB1) Les co-contaminations sont fréquentes et peuvent conduire à une synergie

Merci pour votre attention A L I M E N T A T I N A G R I C U L T U R E E N V I R N N E M E N T