PM et stress oxydant

Les PM peuvent augmenter le niveau intracellulaire d’EROs d’une part lors de leur internalisation et d’autre part selon leur composition chimique. La présence de métaux de transition va permettre par réaction de Fenton, la production de radicaux hydroxyl particulièrement réactifs et délétères pour les cellules et pour lesquels les moyens de défense sont limités. La métabolisation des composés organiques tels que par exemple les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) s’accompagnent de la production d’EROs et la génération de métabolites électrophiles susceptibles de dépléter le glutathion, principal acteur de la défense anti-oxydante (Baulig et al., 2003). Selon le niveau de stress oxydant, les réponses cellulaires évoluent. Ainsi lorsque celui-ci reste faible, la cellule réagit par l’activation de ses systèmes de défense anti-oxydante. On verra ainsi augmenter l’expression de gènes contrôlée par le facteur de transcription Nrf2 comme par exemple l’hème oxygénase ou encore la NADPH-oxydase et la glutathion-S-transférase (Val et al., 2011).

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A un niveau intermédiaire, d’autres voies de signalisation cellulaire sont activées conduisant à l’activation des voies responsables de la réponse pro-inflammatoire. Elle va contribuer à attirer et activer les cellules de l’inflammation qui libèrent des EROs.

Le stress oxydant joue un rôle prépondérant dans les mécanismes de toxicité des PM, il est donc intéressant de mener d’autres investigations notamment sur l’exploitation d’une mesure du potentiel oxydant (PO) intrinsèque des PM comme indicateur prédictif de leur toxicité.

De nombreux aspects impliqués dans la réactivité des particules atmosphériques notamment la biodisponibilité des métaux de transition pour la réaction rédox, l’activité rédox de ces métaux solubles ou liés aux PM, les interactions entre ces différents métaux, les cycles rédox des composés organiques complexes et la réactivité de surface des PM les plus fines font partir intégrante de l’indicateur PO. Des méthodes plus ou moins associées à certaines composantes des PM existent (Ayres et al., 2008). Quelques-unes d’entre elles sont présentées ci-dessous :

a) La technique de résonance paramagnétique électronique peut être utilisée pour

mesurer la production de radicaux libres. Le principal radical recherché est le radical hydroxyl dont la forte réactivité est associée à des adduits prémutagènes (formation de 8- hydroxydeoxyguanosine (8-OHdG) et des dommages oxydatifs (cassures de l’ADN) (Knaapen et al., 2002). Ce radical est produit lorsque les PM sont incubées sous l’influence

de H2O2 et est détecté après liaison avec un piégeur de radicaux. Cet indicateur a déjà été testé

à grande échelle (716 prélèvements de PM2,5 dans 20 villes européennes (Kunzli et al., 2006))

et a démontré lors d’une étude menée aux Pays-Bas que le PO de PM prélevées en site trafic était 3,6 fois plus élevé que pour des PM prélevées en stations urbaines de fond (Boogaard et al., 2012). Ce PO est apparu corrélé à certains composés métalliques.

b) Le test d’oxydation du dithiothréitol (DTT) a été développé par Kumagai qui a

montré que des composés à cycles rédox comme les quinones, présents sur les particules peuvent catalyser la réduction de l’oxygène en anion superoxyde par le DTT qui est alors oxydé en ion disulfide. La mesure de la consommation de DTT est suivie par spectrophotométrie. Le groupe de C. Sioutas a beaucoup utilisé cet indicateur pour caractériser les PM échantillonnées à Los Angeles. Il a montré une implication importante de la fraction ultrafine et une bonne corrélation avec le carbone organique et les HAP (Cho et al., 2005; Ntziachristos et al., 2007). L’interprétation de ce test peut être rendue délicate car à l’inverse des composés organiques qui induisent l’oxydation du DTT, il a été montré que des particules métalliques sont susceptibles de stabiliser le DTT prévenant alors son oxydation (Uzu et al., 2011).

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c) Un autre test ayant pour but de mimer les réactions à l’interface air-poumon est

basé sur la mesure de la déplétion en anti-oxydants d’un fluide péricilaire synthétique (RTLF pour respiratory tract lining fluid). En effet, dans l’appareil respiratoire les particules atmosphériques rencontrent d’abord un premier milieu biologique : il s’agit du fluide qui recouvre les cellules épithéliales respiratoires. Ce fluide est le premier niveau de défense compte tenu de son contenu en molécules (ascorbate, urate, GSH) et enzymes anti-oxydantes (superoxyde dismutase, glutathion peroxydase) qui ont la capacité de piéger ou inactiver les EROs avant d’accéder aux cellules sous-jacentes. Un RTLF synthétique est reconstitué de concentrations connues et physiologiques en molécules anti-oxydantes, dans le test développé. La baisse de teneur de ces molécules est quantifiée par HPLC (Ayres et al., 2008). Des travaux réalisés à Londres ont montré que le niveau de déplétion de ces différents anti-oxydants n’est pas identique pour un échantillon donné suggérant que ces anti-oxydants répondent chacun différemment à des composantes des PM (Godri et al., 2011). Le caractère prédictif de la mesure du potentiel oxydant intrinsèque des PM2.5 a été mis en exergue par l’évaluation de la déplétion d’anti-oxydants naturellement présents dans le fluide pulmonaire au regard des effets induits sur des cellules épithéliales bronchiques et des cellules endothéliales d’artères pulmonaires humaines (Crobeddu et al., 2017), dans le cadre d’un projet récent soutenu par l’Ademe (POTOX). Le profit du test PO réalisé, suffisamment sensible consiste à discriminer des prélèvements journaliers de PM2.5 pour des sites à fort et faible PO (discrimination intra et intersite) (Crobeddu et al., soumis).

De nombreux travaux épidémiologiques soutiennent l’intérêt d’utiliser un indicateur PO comme proxy de l’exposition. Dans ces études épidémiologiques des tests PO sont la plupart du temps utilisés dans le souci de rechercher des associations avec des effets sanitaires (Atkinson et al., 2016 ; Weichenthal et al., 2016a et 2016b ; Maikawa et al., 2016 ; Zhang et al., 2016a et 2016b).

Néanmoins à ce jour les résultats sont contradictoires, possiblement en lien sur le choix et les modalités de la mesure du PO qui mériteraient un travail de standardisation (Calas et al., 2017).

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I.3 Travaux antérieurs en Afrique de l’Ouest sur l’impact de l’aérosol sur