QUELLE PLACE POUR LA CONTAMINATION RADIOACTIVE DANS LA GENÈSE DU CANCER DU SEIN RADIO INDUIT?

A.BEHAR (université Paris VI), Communication faite dans le cadre d’un séminaire à Alger « Cancer du sein chez la femme jeune », centre Pierre et Marie Curie, Alger.

La radio induction de certains cancers du sein est une notion familière pour les praticiens. Il existe un consensus sur la réalité du “2^ème cancer” après radiothérapie et la profession a su très tôt dégager une population à haut risque (HR) dans le dépistage par mammographie radiologique (1). Mais il s’agit dans tous les cas d’irradiation externe par rayonnement X ou g, quelque soit la dose délivrée aux patientes.

Il en va tout autrement pour la contamination interne par des radionucléides, pour des raisons physiques en particulier;

- D’abord, à cause de leur spécificité métabolique. Chaque radionucléide est capté par un organe particulier: l’iode*(radioactif) par la thyroïde, le strontium* par les os, etc. avec un temps de séjour dans le corps humain caractéristique pour chacun d’entres eux, lié à leur décroissance physique et biologique ( on parle de demi-vie effective).

- Ensuite parce que la contamination interne est souvent chronique, à l’inverse des irradiations X ou Gamma. Les doses délivrées sont en général faibles (mais notable en dose cumulée), et les risques très différents selon l’age, le sexe, le mode de vie.

- Enfin, parce que l’absorption par les tissus des rayonnements particulaires ou photoniques issus des radioéléments est toujours inhomogène à tous les échelons, cellules, tissus, organes, individus. Par exemple, une dose uniforme de 100 mCi d’iode 131 injectée par voie parentérale, va se retrouver dans les cellules de la thyroïde avec une variabilité de 0 à 100!

Comme il est de règle dans notre profession, la première démarche pour comprendre le lien entre la contamination radioactive et l’apparition d’un cancer du sein, est obligatoirement épidémiologique. L’étude princeps, valable pour tous les cancers radio induits, reste l’étude vie entière (life span study) d’une cohorte de survivants d’Hiroshima et Nagasaki. Ce travail

colossal américano-japonais, effectué par la “radiation effects research fondation” fut  publié pour la première fois de façon exhaustive en 1994, sous la direction de E. THOMSON (2).

On doit en extraire le cas du cancer du sein, singulier à bien des égards.

Il faut noter que :

- les effectifs les plus importants sont pour les jeunes filles entre 10 et dix neuf ans au moment de l’explosion de la bombe.

- la dose moyenne estimée la plus élevée: 2,17 Sv, se trouve dans le groupe des femmes de 30 à 39 ans.

- L’excès de risque relatif pour les cancers du sein est le plus élevé parmi tous les autres cancers: 1.59, avec un intervalle de confiance  de 1.09 à 2.19.

- Ce sont les fillettes de 0 à 9ans (au moment du bombardement) qui ont l’ERR le plus élevé (plus de trois fois l’incidence des cancers du sein dans la population témoin), alors quelles ont été les moins irradiées et contaminées.

Dans l’étude des populations contaminées après l’accident de Tchernobyl (3), le cancer du sein radio induit arrive en deuxième position, après le cancer de la thyroïde. Il faut cependant prendre en compte 2 réalités:

-          L’ancienneté de l’événement n’est que de 25 ans, ce qui est très insuffisant pour comptabiliser les cancers solides.

-          Le cancer papillaire radio induit de la thyroïde est ici très majoritairement juvénile, et il est apparu très tôt avec les lésions non cancéreuses, ce pic rapide a donc dominé les données statistiques. Actuellement, l’incidence est en pleine décroissance alors que celle du cancer du sein est au contraire en croissance.

On retrouve par contre la première place pour le cancer du sein dans la population contaminée chronique autour de la rivière “TECHA” en Sibérie (4). Il s’agit des suites de l’accident nucléaire militaire du site interdit de MAYAK. On estime la dose cumulée moyenne de cette contamination radioactive à dominante de Césium 137, à  470 mSv au cours de la période 1956/2004. La méthode statistique utilisée dite “cas/témoins” s’est révèlée plus puissante que les statistiques conventionnelles de THOMSON: On arrive à un résultat ahurissant pour l’ERR/Sv à  4.99 et un intervalle de confiance entre 0.80 et 12.76.

Les données épidémiologiques sont toutes convergentes en faveur d’une radio induction majeure pour le cancer du sein. Il reste à proposer un mécanisme crédible qui relie la radioactivité déposée dans le corps humain et l’éclosion tardive du cancer du sein, le consensus est fait sur des mécanismes UNIQUEMENT BIOLOGIQUES, on parle “d’effets non ciblés”.

Ces mécanismes vont être décrits dans l’ordre historique des découvertes en radiobiologie, et donc différents de la séquence in vivo des évènements.

1- L’ACTIVATION ONCOGÉNIQUE:

La piste du déséquilibre du système oncogène/antioncogène a été explorée la première, et elle a été revisitée à l’occasion de la découverte de l’instabilité des microsatellites: Il s’agit d’une réponse adaptative face à un agent exogène, où une protéine dite de régulation va activer un gène qui a son tour va entraîner la fabrication de protéines ad hoc en grande quantité. Que se passe-t-il quand le mini satellite est connecté avec un proto oncogène comme le locus HRAS1 VNTR?  Rappelons d’abord le rôle majeur de l’expression des oncogènes  dans la genèse du cancer. Le risque est la création d’allèles liés à cet expression d’oncogènes ou simplement que le mini satellite muté dans un sens pathologique, rompt le lien avec la création de protéines protectrices et donc entraîne une plus grande fragilité du noyau à des agents génotoxiques comme les radicaux libres. Le stress oxydatif dans ce cas peut représenter le “ 2^ème événement déclencheur”. Il faut rappeler ici que ces allèles anormaux sont retrouvés dans 10% des cancers (5).

2- L’INSTABILITÉ GÉNOMIQUE:

L’instabilité génomique, c’est à dire l’instabilité des chromosomes: Ce que J.B. Little a magnifiquement démontré (6). l’induction, par irradiation, d’un type d’instabilité génomique transmissible dans la descendance des cellules. Elle conduit a une augmentation persistante du taux auxquels des altérations génétiques, incluant des mutations et des aberrations chromosomiques, surviennent chez les descendantes des cellules irradiées originellement après plusieurs générations de réplication cellulaire (5). Toute cellule qui se divise, si elle est indemne de toute lésion chromosomique, va donner naissance a une population de descendants de même type, on dit qu’elle a un phénotype « sauvage ». S’il s’agit d’une cellule mutée après irradiation, cette mutation sera transmise à sa descendance. Le problème commence quand, ce qui est le cas le plus fréquent, des cellules irradiées réparées ou des cellules voisines,  et qui ont donc un phénotype sauvage, se divisent normalement dans une première étape. Mais, au cours des divisions successives des descendants, à la 12^ème voire à la 30^ème génération, la fréquence des mutations s’élève brusquement au sein de la population monoclonale dérivée de cellules irradiées. On  va retrouver 10% de mutations  c’est à dire une augmentation significative de  fréquence, comparées à un clone de cellules non irradiée.

Tout se passe comme si la réparation des lésions directes ou liées au voisinage, n’était pas stable au cours des générations successives et que la probabilité de revoir une cellule fautive augmentait au cours du temps. Cette instabilité dans la transmission sur une durée longue expliquerait le délai de plusieurs dizaines d’années entre la contamination initiale et l’apparition du cancer du sein.

3- L’EFFET DE PROXIMITÉ (BYSTANDER EFFECT):

Sans remettre en cause les effets ciblés, que se passe-t-il en plus au moment de l’irradiation ou de la contamination radio active ? La découverte fondamentale, cohérente avec les concepts de la biologie moléculaire sur le rôle des protéines et l’existence de réseaux cellulaires, c’est le ” bystander effect” ou « effet de proximité ». Il s’agit, selon la définition de l’UNSCEAR de ” l’effet de proximité décrit la capacité des cellules affectées par un agent extérieur, de transmettre les manifestations du dommage à d’autres cellules qui ne constituent pas la cible directe de l’agent causal ou qui est susceptible de l’exprimer ” (5)

Les preuves expérimentales sont nombreuses, mais l’auteur principal de ces travaux est sans conteste JOHN B. LITTLE (6). Voici un exemple convaincant réalisé par l’équipe  de Little en 2001 (5).

Cette expérience n’aurait pas été possible sans la mise au point de micro faisceaux de particules a ou de rayons g capables d’irradier une ou quelques cellules.

Il s’agit d’une culture de fibroblastes humains normaux diploïdes examinée en immunofluorescence in situ pour la détection de la protéine P 21  :

Sur la figure de gauche, la culture de cellules non irradiée n’exprime que très peu la protéine P21. Sur la figure du centre, une irradiation très faible, 0,3 cGy, conduisent de nombreuses cellules à exprimer la P21, alors que 1 à 2% seulement de noyaux ont été traversé par une particule a. Si cette culture irradiée est incubée avec du lindane, inhibiteur de la communication inter cellulaire, alors, sur la figure de droite, l’expression de la P21 redevient modeste.

De tels faits sont aussi constatés après l’utilisation de micro faisceaux g ou par des rayons ultra violets (5)

–Cette propagation du signal vers des cellules voisines non irradiées concerne au premier chef la P53 (signal majeur pour la mort programmée) mais aussi la CDC2, la cycline B, rad 51,(protéines du même type) etc. cela conduit d’abord à l’extension de l’apoptose mais aussi à l’extension de la transmission du signal à des cellules filles devenant “ fautives ”.

Il s’agit donc d’un “ effet de champ ” lié à la communication cellulaire, avec des conséquences biologiques majeures: Car la transmission des effets de la radiation sur une cellule vers les cellules non touchées va entraîner un bouleversement  du métabolisme oxydatif et des cytokines.Résultat: mutation et modulation de gènes spécifiques (anti-oncogène) (7), et

la transformation maligne par accumulation des dommages du stress oxydant (surtout dans le cancer du sein) (8). Il nous faut insister sur ce phénomène indépendant de la dose délivrée car les radio biologistes mettent en tête cette hypothèse de cancérisation surtout pour les cancers solides et tout particulièrement le cancer du sein, car “la cancérisation s’explique plus par un effet de champ et de communication intercellulaire que par l’irradiation d’un seul gène ou d’une seule cellule. A l’échelle cellulaire, la taille de la cible nécessaire pour acquérir l’instabilité semble incompatible avec la taille d’un gène.” (documentation du service de radioprotection d’EDF)

On peut maintenant revenir sur la description actuelle des mécanismes biologiques qui relient la contamination radioactive initiale et le cancer radio induit:

La séquence complète pourrait être: Effet de proximité®Instabilité génomique (+ des mini satellites)®activation oncogénique.Tous ces processus sont uniquement biologiques, il s’agit bien d’effets “non ciblés”. Mais dans tous les cas, un phénomène très particulier est régulièrement évoqué: il s’agit du stress oxydatif , mis en avant par de nombreux auteurs (9,10,11,12). La question centrale devient: quel est la genèse du stress oxydatif, son lien avec la contamination radioactive, son rôle dans la cancérisation? la réponse renvoi systématiquement à un seul agent: les radicaux libres.

LA GENÈSE DU STRESS OXYDATIF LIÉE AUX RADICAUX LIBRES

Il s’agit pour l’essentiel, des radicaux libres en biologie, de quoi s’agit-il? Un radical libre est une entité chimique, molécule ou atome, possédant à sa périphérie un ou plusieurs  électrons (particule électriquement négative) non apparié avec les charges positives (protons) du noyau. Ces électrons célibataires sont très instables et très réactifs dans leur recherche de l’âme sœur positive, d’où leur agressivité sur toute molécule ou atome à leur portée(12). PARMI EUX, UN RADICAL LIBRE OXYGENE, comme le radical hydroxyle: OH• ou peroxyde O2• sont des oxydants redoutables capable d’attaquer de nombreuses molécules comme les acides gras ou les protéines. S’ils se forment dans la cellule, ils sont vite neutralisés dans le cytoplasme, ils peuvent rarement interagir avec l’ADN, par contre ils peuvent être délétère pour la membrane des mitochondries. Cela peut entraîner des dysfonctionnement de ces organites intracellulaires dans leur fonction principale qui est de fournir de l’énergie à la cellule.?Le rôle des rayonnements ionisants dans la genèse des radicaux libres?est connu depuis 60 ans, la capacité d’induction de radicaux libres par irradiation du cytoplasme, en fait de tout liquide y compris l’eau, est automatique même si les lésions secondaires sur l’ADN sont rares eu égard à la vie ultra brève de ce type de radicaux  (milliardième de millisecondes).?Cette action particulière est restée une curiosité physique pendant longtemps. En 2003, de nombreux auteurs (9,10) vont réfuter cette hypothèse de fugacité en montrant le caractère prolongé de la création des radicaux libres au pourtour du noyau cellulaire  jusqu’à dix heures après l’irradiation. Ils ont  la surprise de constater qu’en outre il n’y a pas de corrélation avec la dose radiative utilisée. En radiobiologie, les radicaux libres sont revenus à l’ordre du jour.?De plus en plus de radio biologistes se focalisent sur les mitochondries, ces organites intra cellulaires si important pour l’énergie interne, et ce qui est nouveau, sur la membrane mitochondriale: Leach et al en 2001 irradient différentes cellules humaines en culture avec des doses de rayons gamma échelonnées entre 1 et 10 Gray et ils mesurent la perméabilité de la membrane mitochondriale. Celle ci est perturbée en fonction de la création de radicaux libres, mais ils sont surpris aussi devant l’absence d’effet doses/dépendant; Autrement dit,quand on augmente les doses rien ne change dans la cellule il y a uniquement un recrutement de cellules concernées plus important. Un pas de plus est fait pour déplacer le phénomène de stress oxydatif du cytoplasme et des noyaux vers les membranes internes. Ray G et Kumaraguparan Ral (13,14) franchissent le pas suivant: sur des cellules cancéreuses (du sein) humaines en culture, ils démontrent que la production de radicaux libres oxygénés par irradiation dépend étroitement du milieu extérieur, en l’occurrence du sérum sanguin. Selon eux, le phénomène majeur est extérieur à la cellule, il dépend de la perméabilité de la membrane externe de la cellule, seule à faire rentrer ces espèces à l’intérieur. En ce qui concerne les effets  de la radioactivité on ne peut pas y répondre simplement, parce que le temps de séjour dans le sang des particules radioactives est complexes avant capture par les organes, et après relargage. Cette difficulté explique le choix habituel de l’irradiation externe parfaitement contrôlée.

SINHA (9) résume ainsi la carcinogenèse liée aux radicaux libres:” leur activité est majorée dans le cancer du sein. Avec une augmentation de la sévérité du cancer au delà du stade TNM”

Plus catégorique encore STRZELCZYK (10): “Les ROS sont considérés comme une classe significative de carcinogènes, car ils participent à l’initiation, la promotion et la progression du cancer du sein”

On peut donc intégrer le stress oxydatif dans la séquence précédente. Mais cela ne répond pas à la question des praticiens; Pourquoi et comment, ce long processus biologique ce traduit de façon aléatoire a l’éclosion d’un cancer en général et du sein en particulier?

C’est à ce moment qu’apparaît l’hypothèse du deuxième événement, comme starter de la phase clinique pour les cancers radio  induits.

Un certains nombres de toxiques comme le tabac, l’alcool, certaines substances chimiques jouent leur rôle comme facteur de promotion, ce qui explique la notion de cancérogenèse multifactorielle. Mais cela n’éclaire pas sur le mode opératoire du 2^ème événement.

LE DEUXIÈME ÉVENEMENT:

Nous avons voulut en savoir plus (12) , en procédant à une simulation expérimentale à partir de rats GK génétiquement diabétiques (de type II) porteur supposé d’un stress oxydatif chronique sans traduction clinique, et une 2^ème événement, le refroidissement itératif  jusqu’à 32° C (température centrale), générateur de radicaux libres. Le marqueur utilisé est ici la fuite d’albumine marquée par du technétium 99m  transcapillaire, proportionnelle au stress oxydatif de l’endothélium vasculaire (11) . Dans une première phase, et grâce aux dosages dans le sang du  rapport glutathion/ glutathion réduit lié au stress oxydatif , il a fallut valider notre l’hypothèse:

Les résultats confirment:

1-      Il y a bien un stress oxydatif chronique, puisque le niveau élevé (très significatif) du rapport oxydation/réduction est stable sur un mois pour la population de rats GK diabétiques (GK0-GK1)

2-      Il y a bien un effet surajouté par le refroidissement central itératif (jusqu’à 6 fois) dans GK2, très significatif p<0.001

Dans une deuxième phase, nous avons mesuré les effets sur la paroi des capillaires par la mesure de la fuite d’albumine marquée au technétium, avec une attention particulière au retour de la température centrale des rats à 37°C, car cette récupération de la situation antérieure est en faveur d’un trouble transitoire, la non récupération, à l’installation de l’endothéliopathie irréversible.

Les résultats confirment:

1- Qu’il y a bien une récupération des valeurs antérieures chez les rats témoins non diabétiques et chez les rats GK refroidi une à deux fois, avec une fuite d’albumine réelle mais compensée, cohérente avec le stress oxydatif chronique (control et W1)

2- Par contre pour les rats diabétiques refroidi à 32°C six fois (W3), la fuite d’albumine est plus élevée, mais surtout il n’y a pas récupération des valeurs initiales après retour à 37°. La lésion de la paroi capillaire est installée, et de plus cliniquement visible.

Cette simulation conforte l’hypothèse d’un deuxième signal déterminant pour l’éclosion  de la pathologie, ici celle de l’endothélium vasculaire, et aussi par hypothèse dans le cancer du sein.

Reste à répondre à la dernière interrogation: pourquoi le cancer du sein serait plus radio induit que les autres? Quelle malédiction s’abattrait sur les malheureuses femmes contaminées par la radioactivité?

LES ARGUMENTS EN FAVEUR DE L’HYPOTHÈSE D’UNE SENSIBILITÉ PARTICULIÈRE POUR L’ÉPITHÉLIOMA DU SEIN.

Pour valider celle-ci il faut d’abord se rappeler les faits épidémiologiques, très nets dans la cohorte LSS (2): L’ERR la plus forte est pour les fillettes de moins de dix ans, donc avant leur puberté (3.21 vs 1.59 pour toutes les femmes). L’idée est la suivante: les dommages liés à la radioactivité seraient latents, le bouleversement hormonal à la puberté et au delà interviendrait comme deuxième évenement.

Si on se réfère à la chaîne des évenements de la radio induction: L’effet de voisinage considéré comme principal par certains auteurs (3,5) serait décisif pour le sein avec l’importance du renouvellement et de la croissance de ce tissus. De même l’instabilité génomique à plus de chances de s’exprimer dans ce contexte. Plus encore, l’activation oncogénique et le stress oxydatif ont pour conséquences la sécretion de cytoquines messagères d’un message erroné et d’un message hormonal tronqué. Le raisonnement serait le suivant: comme tous les cancers solides, la radio induction des cancers du sein est lié à la même cascade d’évenements cytokines et deuxième évenement compris. Mais le facteur spécifique serait le rôle majeur de l’imprégnation hormonale et de son altération. Nous avons encore beaucoups de recherche à faire pour valider cette hypothèse.

EN CONCLUSION:

Pusque la prédominance de l’incidence des cancers du sein radio induits dans les situations de contamination chronique même à faibles doses est établie, cela en fait un marqueur épidémiologique de première importance, comme pour la population autour de la rivière Techa (3). Si l’Algérie décide de faire une étude épidémiologique dans la willaya d’Adrar et à IN ECKER, eu égard aux considérations ci-dessus, le meilleur marqueur serait donc le cancer du sein.

BIBLIOGRAPHIE:

1- Colin C et al,DNA damage in mammographic screening in human mammary epithelial cells, Int J Rad Biol,87,11,p 1103/1112, 2011

2- Cancer incidences in atomic bomb survivors, Radiation research,137,2, 1994

3- Ostroumova E et al,Breast cancer incidence following low-dose rate . Techa river cohort, 1956,2004. BJC,99(11), p 1940/1945, 2008

4- Williams D,radiation carcinogenesis: lessons from Chernobyl,ONC. S9-18,2008

5- Behar A, la radiobiologie a changé de bases,Bul Ac Roy Bel, 163,3-4,               p 133/143,2008

6- Azzam EI, Little JB et al, Intercellular communication is involved in the bystander regulation of gene expression in human cells exposed to very low fluencies of alpha particles, Rad. Res, 150,p 497/504, 1998

7- Datta K et al, Exposure to ionizing radiation induced persistent gene expression changes in mouse mammary gland, Radiat Oncol.205, 5,7, 2012

8- Calaf GM et al, Differential expression of cell adhesion molecules in radio induced breast cancer model system, Oncol Rep,30,1,p 295/301, 2013

9- Sinha RJ et al, Implications of free radicals and anti oxidant levels in carcinoma of the breast: A never-ending battle for survival, Ind J Canc, 46, 2, p 146/150, 2009

10- Strzelczyk JK, et al,Oxidative damage and carcinogenesis, Wsp Onk. 16,3,p 230/233,2012

11- Cosson E, Behar A et al, Capillary endothelial but not lymphatic function is restored under rosiglitazone in Zucker diabetic fatty rat, Microvac. Res. 2,77, p 220/226, 2009

12- Behar A, Chronic low dose radiation. Why induced reactive oxygen species have a role in cardiovascular diseases, Med Gue Nucl. 25,2,    p 8/13, 2010

13- Ray G, et al, Lipid per oxidation, free radical production and antioxidant status in breast cancer. Brest Canc Res Treat. 59,2,             p 163/170, 2000

14- Kumaraguparan R, et al, Tissue lipid per oxidation and antioxidant status in patients with adenocarcima of the breast, Clin Chim Acta, 1-2, 325,p 165/170, 2002.