Le but de ce protocole était de développer un modèle murin d’exposition toxique de bas niveau qui ne cause pas des dommages manifestes de foie mais exacerbe plutôt les dommages préexistants de foie. Ce paradigme récapitule mieux l’exposition humaine et les changements subtils qui se produisent lors de l’exposition à des concentrations toxiques qui sont considérées comme sûres.
Le chlorure de vinyle (VC), un contaminant environnemental abondant, cause la stéatohépatite à des niveaux élevés, mais est considéré comme sûr à des niveaux inférieurs. Bien que plusieurs études aient étudié le rôle du VC en tant qu’hépatotoxicant direct, le concept que VC modifie la sensibilité du foie à d’autres facteurs, tels que la maladie de foie gras non alcoolique (NAFLD) provoquée par le régime à haute teneur en graisses (HFD) est nouveau. Ce protocole décrit un paradigme d’exposition pour évaluer les effets de l’exposition chronique à faible niveau au VC. Les souris sont acclimatées à un régime faible en gras ou riche en matières grasses une semaine avant le début de l’exposition par inhalation et restent sur ces régimes tout au long de l’expérience. Les souris sont exposées au VC (niveau sous-OSHA : 1 ppm) ou à l’air de la pièce dans les chambres d’inhalation pendant 6 heures/jour, 5 jours/semaine, jusqu’à 12 semaines. Les animaux sont surveillés chaque semaine pour la prise de poids corporelle et la consommation alimentaire. Ce modèle d’exposition au VC ne cause aucune lésion manifeste au foie avec l’inhalation de VC seule. Cependant, la combinaison de VC et de HFD améliore de manière significative la maladie de foie. Un avantage technique de ce modèle de co-exposition est l’exposition du corps entier, sans retenue. En outre, les conditions ressemblent plus étroitement à une situation humaine très commune d’une exposition combinée au VC avec la maladie hépatique non alcoolique fondamentale et soutiennent donc l’hypothèse originale que VC est un facteur de risque environnemental pour le développement des dommages de foie comme complication de l’obésité (c.-à-d., NAFLD). Ce travail remet en question le paradigme selon lequel les limites actuelles d’exposition du CR (professionnel et environnemental) sont sûres. L’utilisation de ce modèle peut jeter un nouvel éclairage et des préoccupations sur les risques d’exposition au CR. Ce modèle de lésions hépatiques induites par des substances toxiques peut être utilisé pour d’autres composés organiques volatils et pour étudier d’autres interactions qui peuvent avoir un impact sur le foie et d’autres systèmes d’organes.
De nombreux substances toxiques sont présentes dans l’air que nous respirons à des niveaux très bas. Le chlorure de vinyle (VC) est un gaz monomérique utilisé par l’industrie pour créer des produits en plastique en polyvinyle chlorure (PVC)1. Il s’agit d’un hépatotoxicologique environnemental prédominant, cancérogène connu, et est classé #4 sur la liste des substances dangereuses ATSDR2. Pour mieux comprendre les effets toxiques sur la santé humaine et les interactions avec les comorbidités existantes, il est crucial d’établir des modèles d’exposition qui imitent l’exposition humaine. L’intérêt principal de ce groupe est d’étudier les effets hépatiques de l’exposition chronique de VC à de faibles concentrations. VC exerce ses principaux effets sur le foie, où il a été montré (à des concentrations élevées) pour causer la stéatose, et la stéatohépatite toxicant-associée (TASH) avec nécrose, fibrose, cirrhose3,4, ainsi que le carcinome hépatocellulaire (HCC) et l’hémangiosarsarcome hépatique par ailleurs extrêmement rare5. TASH a probablement existé dans la population pendant des décennies, mais est resté non caractérisé et sous-estimé par les enquêteurs4,6. À la suite de recherches démontrant les préoccupations directes en matière de toxicité de l’exposition au CR, l’Administration de la sécurité et de la santé au travail (OSHA) a abaissé le seuil d’exposition acceptable à 1 ppm au cours d’une journée de travailde 8h 7 . Bien que le seuil d’exposition ait été abaissé, l’effet de cette concentration de CR sur la santé humaine n’est pas clair7. En outre, l’effet de l’exposition au CR sur les comorbidités existantes, comme les maladies du foie, est largement inconnu8. Ce manque de connaissances est particulièrement important aujourd’hui en raison de la prévalence mondiale croissante de la stéatose hépatique non alcoolique (NALFD)4,7,9,10,11,12. Fait important, vc de vc a récemment été montré pour être un facteur de risque indépendant pour l’affection hépatique d’autres causes13. L’objectif de ce protocole était donc de développer un modèle d’inhalation pertinent pour l’exposition au substance toxique volatile de l’environnement, le VC dans le contexte des lésions hépatiques sous-jacentes, afin d’imiter l’exposition humaine et d’identifier les mécanismes potentiels et nouveaux des lésions hépatiques induites par le VC ou améliorées par le VC.
La principale voie d’exposition pour de nombreux substances toxiques et polluants environnementaux est l’inhalation. Une fois inhalé, le composé peut entrer dans la circulation systémique à travers les poumons, Voyage au foie, et devenir métaboliquement activé par des enzymes hépatiques avant d’être excrété14,15,16. Ce sont souvent ces métabolites actifs qui causent la toxicité et les dommages dans le corps. Des études antérieures menées par ce groupe et d’autres ont utilisé des métabolites de VC comme substituts pour l’exposition au gaz VC17,18. D’autres groupes ont utilisé des modèles d’inhalation de CR; cependant, des niveaux d’exposition extrêmement élevés (à partir de 50 ppm) ont été mis en œuvre pour induire une toxicité aigue, des lésions hépatiques graves et le développement tumoral19. Bien que ces études aient fourni des informations et des mécanismes cruciaux de cancérogénicité induite par le VC, elles ne récapitulent pas les effets subtils et les interactions complexes avec d’autres facteurs contributifs et sont donc moins pertinentes pour l’exposition humaine.
Le modèle d’inhalation de VC et de régime riche en graisses (HFD) décrit ici (voir la figure 1 pour la chronologie), est le premier modèle d’exposition chronique à faible dose de VC (c.-à-d., concentration de sous-OSHA), dans lequel les souris sont exposées au toxique dans des conditions qui imitent l’exposition humaine beaucoup plus étroitement. En effet, les données de ce modèle ont récapitulé les résultats observés chez l’homme exposés au VC, tels que l’impact sur les voies métaboliques20, le stress oxydatif et le dysfonctionnement mitochondrial4. D’autres modèles murins d’inhalation, tels que les modèles de tête seulement et de nez seulement21,exigent que l’animal soit retenu, causant le stress à l’animal. Ici, cette méthode d’exposition du corps entier ne nécessite pas d’injection ou de stress inutile pour les animaux. Les animaux ont un accès ad libitum à la nourriture et à l’eau et sont placés dans la plus grande chambre d’inhalation pour un nombre déterminé d’heures par jour et jours par semaine. De plus, le concept selon lequel le VC modifie la sensibilité à un autre hépatotoxique est une conclusion nouvelle, démontrée pour la première fois par ce groupe12 et a des répercussions sur l’exposition au VC à des concentrations bien inférieures à celles nécessaires à l’hépatotoxicité directe.
Cette méthode d’exposition par inhalation peut être utilisée pour imiter l’exposition à une variété de substances toxiques gazeuses, y compris d’autres composés organiques volatils, présents dans notre environnement. En effet, les composés organiques volatils constituent un grand groupe de substances toxiques pour l’environnement et sont plus répandus dans les régions industrialisées, ce qui fait que certaines populations sont plus à risque d’exposition chronique22. Ce protocole peut être modifié en fonction de différentes questions expérimentales. La durée et la concentration des composés administrés peuvent être modifiées. Bien qu’initialement développé pour la détermination des lésions hépatiques, d’autres systèmes d’organes peuvent et ont été étudiés avec ce modèle23. Les chercheurs qui visent à étudier les expositions chroniques avec des animaux, mais qui souhaitent minimiser le stress chez les animaux, devraient envisager d’utiliser ce modèle.
Ce modèle de NAFLD amélioré par LE VC est une nouvelle méthode pour évaluer l’effet de l’exposition au VC limite la sous-OSHA dans un paradigme d’inhalation de tout le corps. Ce modèle permet aux chercheurs d’étudier les effets sous-hépatotoxiques et sensibilisants par de faibles niveaux de VC seul. En effet, ce modèle de co-exposition permet d’améliorer les lésions hépatiques, l’élévation du plasma ALT et AST et l’inflammation modérée, tout en n’affectant pas en grande partie d’autres systèmes d’organes, tels que le cœur, à cette concentration23. Ce modèle chronique nécessite des chambres d’inhalation de tout le corps, mais minimise les concentrations de stress et d’exposition. Bien que le protocole présenté ici soit une approche axée sur le logiciel, notre expérience a montré que l’approche manuelle est également une méthode précise et cohérente d’exposition12,24. En outre, il est facilement applicable à plusieurs domaines de recherche, y compris d’autres dommages aux organes23 causés par l’exposition volatile composé organique22. Notamment, ce modèle peut ressembler plus étroitement à la pathogénie des co-expositions humaines aux produits chimiques environnementaux et à la maladie sous-jacente5.
Afin d’obtenir des résultats similaires, certaines étapes critiques de l’optimisation du protocole doivent être réalisées. Par exemple, les chercheurs doivent établir que la concentration de VC ou d’autres substances toxiques dans les chambres se situe dans la plage d’exposition souhaitée (c.-à-d. faible niveau, sous-OSHA ou niveaux aigus). L’optimisation de cette étape de la chambre d’inhalation est essentielle pour un modèle réussi de l’exposition humaine d’intérêt. Deuxièmement, l’ajustement de l’heure d’exposition par jour et de la durée de l’expérience peut également être modifié. Selon les intérêts de ce groupe, un cadre d’exposition professionnelle a été atteint, et un paramètre supplémentaire de l’alimentation a également été étudié. Cependant, les expositions environnementales et aigues peuvent également être modélisées avec ce protocole.
Ce travail remet en question le paradigme selon lequel les limites actuelles d’exposition du CR (professionnel et environnemental) sont sûres. En effet, bien que la limite d’exposition actuelle à l’OSHA pour le VC soit de 1 ppm, ce modèle a prouvé que les concentrations de VC inférieures à cette limite sont suffisantes pour améliorer les lésions hépatiques causées par la DHH chez les souris. Ce protocole permet aux chercheurs d’étudier et de caractériser un nouveau paradigme d’exposition aux substances toxiques et de modéliser le TASH.
Il s’agit du premier modèle d’exposition chronique au VC à faible dose. Les travaux antérieurs utilisaient des concentrations de bolus très élevées, des expositions aigues ou des métabolites actifs comme substituts pour l’exposition au VC. Toutes ces approches diminuent la pertinence des résultats pour l’exposition humaine. Par conséquent, ce nouveau modèle d’interaction TASH-NAFLD fournit la plate-forme nécessaire pour que les chercheurs examinent les interactions complexes de l’exposition de CR de bas niveau.
Ce modèle de lésions hépatiques induites par des substances toxiques peut être utilisé pour d’autres composés organiques volatils et aussi pour étudier d’autres interactions qui peuvent avoir un impact sur le foie et d’autres systèmes d’organes8,22,23. En outre, ce modèle a été, et peut être utilisé davantage, pour étudier les thérapies d’intervention et des études mécanistes approfondies du mode d’action pour ce toxique prévalent24. Comme le VC est un cancérogène connu26,27,28, ce paradigme d’exposition peut également être modifié pour l’étude du cancer induit par le VC. D’autres comorbidités comme l’affection hépatique alcoolique peuvent également être améliorées par la co-exposition de VC. En outre, il serait intéressant d’étudier différents types de graisses, telles que les graisses polyinsaturées18,29,30, ou différents types de glucides31 et leur co-exposition avec VC dans ce modèle. En effet, tous ces facteurs sont connus pour avoir des effets différentiels sur le développement des dommages de foie et peuvent jouer un rôle dans la maladie hépatique VC-induite.
En conclusion, il s’agit d’un nouveau modèle d’inhalation de lésions hépatiques induites par les substances toxiques pour l’environnement et établit un paradigme d’exposition pour l’exposition chronique au VC de faible niveau. La concentration de VC utilisée dans ce modèle est sous-hépatotoxique en soi, alors qu’elle améliore les lésions hépatiques causées par un autre facteur (HFD) chez la souris. Ce modèle permettra aux chercheurs d’étudier les mécanismes et les interventions pour la toxicité chronique du VC et peut être utile pour les études translationnelles portant sur les sujets humains exposés et le plus à risque d’exposition.
The authors have nothing to disclose.
Cette étude a été financée par des prix des National Institutes of Health (K01 DK096042 et R03 DK107912) à Juliane Beier. La recherche a également été soutenue par un Prix de développement institutionnel (IDeA) de l’Institut national des sciences médicales générales des National Institutes of Health sous le numéro de subvention P20GM113226 et l’Institut national sur l’abus d’alcool et l’alcoolisme de la National Institutes of Health sous le numéro de prix P50AA024337. Le contenu est uniquement de la responsabilité des auteurs et ne représente pas nécessairement les vues officielles des National Institutes of Health.
ALT/AST reagents | Thermo Fisher | TR70121, TR71121 | |
C57Bl/6J mice | The Jackson Laboratory | 000664 | Animal studies must conform to all relevant ethics and animal welfare regulations and must be reviewed and approved by the appropriate governmental and institutional animal care and use committees. Since this is a chronic study, we recommend using male or female mice 4-6 weeks of age. |
CO2 Monitor | IEStechno | Ex-Sens | |
Eosin | Sigma | E6003 | |
Hematoxylin | Sigma | HHS16 | |
Inhalation exposure chamber system | IEStechno | GasExpo | The inhalation exposure chamber system includes custom software, interface and controller hubs |
Saturated fat (13%) control diet | Teklad Diets | TD.120336 | |
Saturated fat (42%) diet | Teklad Diets | TD.07511 | |
Sodium citrate | Sigma | 71497 | |
Vinyl Chloride | MATHESON TRI-GAS | Series 3590-CGA* | Handle gas with caution |