Abstract
L’étiologie des maladies neurodégénératives (MN) semble impliquer des gènes de susceptibilité et des facteurs environnementaux. Les métaux toxiques sont considérés comme des polluants environnementaux majeurs. Suite à notre étude d’un cas d’amélioration de la sclérose en plaques (SEP) due à l’élimination de l’aluminium (Al) et d’autres métaux toxiques, nous avons examiné la relation possible entre l’intoxication à l’Al et la MN. Nous avons utilisé le traitement intraveineux lent avec l’agent chélateur EDTA (calcium disodium ethylene diamine tetraacetic acid) (test de chélation) pour éliminer l’Al et l’avons détecté dans l’urine recueillie auprès des patients pendant 12 heures. Les patients atteints de SEP représentaient 85,6 % du total des MN. L’Al était présent dans 44,8% des cas complets de MN et de patients sains. Les niveaux d’Al étaient significativement plus élevés chez les patients atteints de MN que chez les sujets sains. Nous montrons ici que le traitement des patients affectés par la charge en Al avec dix thérapies de chélation par EDTA (administration intraveineuse d’EDTA une fois par semaine) était capable de réduire significativement l’intoxication à l’Al.
1. Introduction
L’exposition des populations humaines à des métaux toxiques peut entraîner des dommages à divers systèmes organiques.
L’un des métaux toxiques les plus couramment étudiés, l’aluminium (Al), est impliqué dans de nombreuses maladies. L’Al est très abondant et distribué de manière ubiquitaire en tant que toxique environnemental et industriel et est également contenu dans de nombreux produits alimentaires, étant impliqué dans les maladies squelettiques, hématologiques et neurologiques . La toxicité de l’aluminium est causée par la perturbation de l’homéostasie de métaux tels que le magnésium, le calcium et le fer (Fe) : en fait, l’aluminium imite ces métaux dans leurs fonctions biologiques et déclenche de nombreuses altérations biochimiques. En particulier, l’aluminium exerce une génotoxicité directe dans les cellules neurales humaines primaires et induit une neurodégénérescence, par le biais d’une augmentation de l’accumulation de fer et de la production d’espèces réactives de l’oxygène (ROS). Les dommages oxydatifs à l’ADN induits par l’aluminium ont déjà été associés à la neurodégénérescence dans différentes régions du cerveau de rat. En outre, plus récemment, il a été démontré que l’Al3+ provoque une dégénérescence des neurones dopaminergiques médiée par le transporteur chez le nématode Caenorhabditis elegans .
L’élimination des métaux toxiques du corps humain peut représenter un outil utile pour éviter le début ou la progression de nombreuses maladies liées à l’intoxication métallique.
Les méthodes utiles pour déterminer certaines teneurs en métaux dans les échantillons biologiques à des fins de surveillance ont été développées il y a quelques années. En effet, les métaux toxiques et essentiels ont été dosés dans le sang, l’urine et les cheveux par spectroscopie d’absorption atomique . Par la suite, des méthodes d’analyse des éléments traces dans le matériel biologique humain ont été mises au point et la spectrométrie de masse à plasma à couplage inductif (ICP-MS) a été jugée préférable pour le dépistage de plusieurs éléments . Cependant, il semble difficile de mettre en évidence un excès de métaux dans le sang et l’urine dans des conditions différentes de l’intoxication métallique aiguë. En fait, l’augmentation des métaux toxiques dans le sang ne reflète qu’une exposition récente aux métaux . Après une exposition aiguë, les métaux toxiques passent rapidement du sang à de nombreux tissus, où ils sont séquestrés, comme dans le système nerveux central (SNC). La seule façon d’éliminer les métaux toxiques accumulés dans les organes humains est de lier ces métaux au moyen d’agents chélateurs, dans le but de former des complexes pouvant être excrétés dans l’urine. Les niveaux de métaux toxiques peuvent être examinés dans les échantillons d’urine prélevés chez les patients, après avoir été « stimulés » par un agent chélateur (« test de chélation »). Nous avons choisi, parmi les agents chélateurs connus, l’acide disodique éthylènediamine tétraacétique de calcium (CaNa2EDTA ou EDTA), qui a été administré par voie intraveineuse. Les constantes de stabilité de l’aluminium et d’autres métaux d’intérêt biochimique avec divers agents chélateurs, dont l’EDTA, ont été étudiées précédemment. Le développement d’un ensemble de constantes de complexes métalliques a servi à corréler les propriétés chimiques et fonctionnelles des métaux et a suggéré que l’EDTA était capable de mobiliser l’aluminium.
Dans le passé, des niveaux toxiques d’Al ont été associés à des maladies neurodégénératives (ND). Un lien possible entre l’Al et la maladie d’Alzheimer a été mis en évidence . En 1991, un traitement avec une faible dose intramusculaire de desferrioxamine (DFO), un chélateur trivalent qui peut éliminer l’excès de fer et/ou d’aluminium de l’organisme, a été signalé pour ralentir la progression de la maladie d’Alzheimer .
Dans le présent travail, nous avons décidé d’étudier si l’Al était impliqué dans la neurotoxicité. En effet, nous avons évalué la charge corporelle en Al chez des patients affectés ou non par la MN. Nous avons également étudié la réduction éventuelle de cette charge suite à des traitements avec l’agent chélateur EDTA.
2. Matériel et méthodes
2.1. Conception de l’étude et recrutement des patients
Sur 471 sujets consécutifs qui avaient subi un examen médical dans un centre médical ambulatoire, seuls 211 ont été sélectionnés et inscrits pour cette étude en raison de la preuve de leur charge en Al et de leur conformité à suivre le protocole, par exemple, en recevant un traitement par chélation une fois par semaine par choix personnel. Les MN examinées dans cette étude étaient la sclérose en plaques (SEP), la sclérose latérale amyotrophique (SLA), la maladie de Parkinson (MP) et la maladie d’Alzheimer (MA). De nombreux patients atteints de SEP avaient déjà été traités avec des médicaments conventionnels utilisés dans ce type de pathologie (par exemple, des agents immunosuppresseurs, comme la mitoxantrone et l’azathioprine, des agents immunomodulateurs à large spectre, comme l’acétate de glatiramère et l’interféron, et des anticorps monoclonaux, comme le rituximab et le natalizumab). Certains patients atteints de SEP n’avaient jamais été traités auparavant par des médicaments. Des patients non affectés par des maladies connues (sujets sains ou témoins) ainsi que des patients affectés par des pathologies non neurodégénératives (non ND, qui désigne des maladies non classées comme ND comme la fibromyalgie) ont également été recrutés. Certains patients sains ayant été préalablement exposés à des métaux toxiques environnementaux ou professionnels ont préféré examiner leur éventuelle intoxication en évaluant la présence de ces métaux dans les échantillons de cheveux. De fait, ils ont été exclus de la présente étude. Tous les patients ont donné leur consentement éclairé pour participer à cette étude. Ils étaient âgés de 18 à 75 ans.
2.2. Test de chélation et évaluation de l’Al urinaire
Les patients ont été soumis au test de chélation pour mettre en évidence une éventuelle intoxication à l’Al. En effet, ils ont été invités à recueillir les échantillons d’urine avant et après le traitement intraveineux avec l’agent chélateur EDTA (acide éthylènediamine tétraacétique, par exemple l’édétate disodique de calcium, 2 g/10 mL dilués dans 500 mL de sérum physiologique, Farmax srl, Brescia, Italie). L’EDTA a été administré lentement par voie intraveineuse (la perfusion a duré environ 2 heures) aux patients. Le temps de collecte des urines après chélation a duré 12 h. Les échantillons ainsi collectés ont été enveloppés avec précision dans des flacons stériles et transportés au laboratoire de toxicologie (Doctor’s Data Inc., St. Charles, IL, USA), où ils ont été traités. Les échantillons ont été soumis à une digestion acide avec des acides certifiés exempts de métaux ; la digestion a eu lieu dans un système de digestion par micro-ondes à récipient fermé. Pour la dilution des échantillons, de l’eau ultrapure a été utilisée.
Pour éviter toute contamination, seuls des matériaux en plastique ont été utilisés. Toute la vaisselle de laboratoire (embouts de pipettes, fioles jaugées, etc.) a été immergée pendant au moins 48 h dans une solution de HNO3/éthanol à 10 % (v/v) et, peu de temps avant son utilisation, lavée avec de l’eau purifiée Milli-Q. Pour éviter la contamination par l’air, toutes les étapes de la préparation des échantillons et des réactifs ont été réalisées sur un banc propre de classe 100 .
Les tests ont été réalisés par spectrométrie de masse à plasma à couplage inductif (ICP-MS) en utilisant des méthodes de cellules de collision/réaction couplées à la chimie des molécules ioniques, une nouvelle méthode fiable pour la réduction des interférences. Cette méthode a été récemment utilisée pour la biosurveillance de 20 éléments traces dans le sang et l’urine de travailleurs exposés professionnellement. Des normes d’urine certifiées et des normes internes ont été utilisées pour le contrôle de la qualité et pour valider les résultats. Pour éviter la marge d’erreur potentiellement importante qui peut résulter de la prise de liquide et du volume de l’échantillon, les résultats ont été rapportés en microgrammes (μg) par g de créatinine. La créatinine a été mesurée par chromatographie liquide haute performance en phase inverse et a été utilisée pour corriger le volume total d’Al urinaire en fonction des différences dans les taux de filtration glomérulaire des individus au moment de l’échantillon ponctuel . Le programme de recherche intitulé « Effets de la thérapie de chélation avec l’EDTA chez les patients affectés par des pathologies liées à l’exposition (aiguë ou chronique) à des métaux toxiques » a été approuvé par le comité d’éthique de l’Université de Milan (Italie) (numéro 64/2014).
2.3. Évaluation clinique de l’amélioration des symptômes du patient dans la SEP
En l’absence d’un test de diagnostic spécifique à la SEP, la communauté neurologique a adopté des critères de diagnostic qui ont été remplacés dans le temps . L’imagerie par résonance magnétique (IRM), l’analyse du liquide céphalo-rachidien et le potentiel évoqué visuel, ajoutés au diagnostic clinique, ont été considérés comme présentant des limites de sensibilité et de spécificité. Successivement, l’IRM a gagné en importance. Cependant, le diagnostic de l’amélioration des symptômes du patient est actuellement basé sur des critères cliniques, comme la réduction du handicap neurologique (paresthésie, ataxie de la marche, spasticité, névrite optique et dysfonctionnement de la vessie) et de la fatigue. Parfois, les symptômes de la SLA, comme la parésie, l’atrophie musculaire et la dysarthrie, sont associés à des anomalies de l’IRM et du liquide céphalo-rachidien typiques de la SEP. En effet, nous avons considéré l’amélioration des symptômes du patient le recouvrement de l’incapacité clinique, par exemple, la capacité de travailler, la réduction de la spasticité, le retard des rechutes, et/ou la disparition de la fatigue.
2.4. Effet de la thérapie par chélation à l’EDTA sur l’intoxication à l’Al
Les patients qui ont révélé une intoxication à l’Al (par l’examen de ses niveaux dans les échantillons d’urine) ont été soumis à une thérapie par chélation à l’EDTA. L’EDTA (2 g dans 500 ml de sérum physiologique) a été perfusé par voie intraveineuse chez chaque patient en 2 heures environ. Le traitement a été administré une fois par semaine et a duré dix semaines. A la fin des traitements, les niveaux d’Al urinaires ont été analysés, comme décrit précédemment.
2.5. Analyse des données
L’analyse statistique a été réalisée à l’aide de Microsoft Excel 2010 et de IBM SPSS Statistics 20 (IBM Armonk, New York, USA). Une analyse de régression logistique a été utilisée pour examiner les contributions relatives de plusieurs variables aux résultats de l’opération. a été considérée comme significative.
3. Résultats
3.1. Caractéristiques des patients
La figure 1 rapporte la répartition des patients ayant présenté une intoxication à l’Al.
Schéma des caractéristiques des sujets enrôlés.
Les patients les plus représentés affectés par la MN étaient ceux atteints de SEP (85,6% du total des MN). En effet, nous avons comparé à la fois le groupe de patients atteints de SEP et le groupe de patients atteints de ND avec le groupe de patients sains.
3.2. Intoxication à l’Al
Tous les patients n’ont pas présenté d’intoxication à l’Al avant la provocation à l’EDTA (données non présentées). Tous les patients affectés par la MN ont présenté une intoxication par différents métaux toxiques (données non présentées). Après la provocation à l’EDTA, l’Al était présent dans 44,8 % des cas complets de MN et de patients sains. Les niveaux d’intoxication à l’Al, tels qu’ils ont été obtenus par l’évaluation de la teneur en Al en μg/g de créatinine dans les échantillons d’urine prélevés après le premier traitement intraveineux à l’EDTA (test de chélation), sont indiqués dans la figure 2. Les données indiquent que les valeurs d’Al étaient significativement plus élevées dans les échantillons d’urine des patients SM et ND que dans ceux des patients sains.
Taux d’aluminium (Al) évalués dans les échantillons d’urine des sujets examinés, après le test de chélation (foncé) et après dix traitements de chélation avec de l’EDTA (clair), exprimés en moyenne ± SEM de μg/g de créatinine. Les sujets étudiés étaient des patients sains, des patients atteints de sclérose en plaques (SEP) et des patients atteints de toutes les maladies neurodégénératives (MN). Les niveaux d’Al chez les patients atteints de SEP et de ND étaient significativement plus élevés par rapport à ceux obtenus chez les sujets sains après le test de chélation ( versus sain). Après les thérapies de chélation avec l’EDTA, les niveaux d’Al étaient significativement plus bas que ceux obtenus après le test de chélation (# versus et ## versus ).
3.3. Utilité de la thérapie de chélation par EDTA
L’effet de la thérapie de chélation par EDTA est rapporté également dans la figure 2. En effet, les patients qui ont montré une intoxication à l’Al suite à un test de chélation ont subi une thérapie de chélation (administration intraveineuse d’EDTA une fois par semaine). Après dix thérapies, les niveaux de Al dans les échantillons d’urine ont été évalués et comparés à ceux obtenus après le test de chélation. L’administration d’EDTA s’est avérée très efficace pour éliminer la charge en Al, comme le montre la figure 2. Nos résultats montrent que la réduction de la durée de l’intoxication à l’Al est bien liée à l’amélioration des conditions cliniques des patients. En fait, ils ont présenté, à différents degrés, une réduction de l’invalidité neurologique et de la fatigue.
Notamment, l’efficacité de la thérapie de chélation EDTA était plus évidente chez les ND que chez les patients sains.
4. Discussion
Les métaux toxiques, les pesticides et les phénols sont considérés comme des polluants environnementaux majeurs . Les métaux toxiques sont classés parmi les substances non biodégradables, tout comme les plastiques et les détergents, car ils ne sont pas dégradés par les micro-organismes. Ils représentent un risque sanitaire mondial en raison de leur capacité à contribuer à diverses maladies. Dans ce contexte, l’aluminium (qui est un élément hautement réactif et un contaminant environnemental omniprésent) a été associé à certaines maladies. En fait, l’ostéomalacie est une maladie du squelette liée aux effets toxiques de l’aluminium, tels que la carence en phosphate, l’altération de l’absorption du calcium et le dysfonctionnement de la prolifération des ostéoblastes. En outre, l’exposition à l’aluminium peut nuire à l’absorption intestinale du fer et favoriser un état anémique. En outre, l’aluminium peut jouer un rôle actif dans les mécanismes pathogéniques des maladies neurologiques. En particulier, il a été démontré que l’aluminium est responsable de lésions neuropathologiques critiques dans la maladie d’Alzheimer et d’autres troubles connexes en raison de sa capacité à réticuler les protéines hyperphosphorylées. L’aluminium a été détecté dans les fibres amyloïdes au cœur des plaques séniles dans le cerveau des patients atteints de la maladie d’Alzheimer. La présence de l’aluminium dans les systèmes biologiques pourrait entraîner une importante activité prooxydante, en favorisant la production de superoxyde par la réaction de Fenton. Plus récemment, l’élimination de l’aluminium chez les patients atteints de la maladie d’Alzheimer par un traitement au DFO a été proposée. Un traitement réussi par le DFO (à la fois à faible dose et à dose standard) a été effectué pour traiter la surcharge en Al chez les patients hémodialysés. En outre, il a été démontré que le DFO pouvait exercer des effets protecteurs dans le tissu cérébral des souris contre les altérations structurelles et métaboliques induites par l’Al. Cependant, comme certains patients peuvent présenter une intolérance au DFO ou développer des effets secondaires du DFO tels que des réactions allergiques, des symptômes neurologiques ou des troubles gastro-intestinaux évidents, nous avons décidé d’utiliser l’EDTA comme agent chélateur. Le chélateur acide N-(2-hydroxyéthyl) éthylènediamine triacétique (HEDTA), similaire à l’EDTA, s’est révélé efficace, également en association avec le sélénium, contre le stress oxydatif induit par l’Al dans le cerveau des rats .
Une excrétion urinaire élevée d’Al et de Fe a été précédemment montrée chez les patients atteints de SEP .
Nous avons précédemment étudié le cas d’un jeune homme affecté par la SEP, qui a été traité sans succès pendant quelques années avec les thérapies actuelles . Les symptômes révélés par le patient étaient une perte de vision subaiguë, une diplopie et une douleur lors des mouvements oculaires comme premiers symptômes de la névrite optique ; une perturbation de la motricité fine ; une paresthésie et une ataxie de la marche ; un dysfonctionnement de la vessie et une fatigue importante. Nous avons examiné ses niveaux de métaux toxiques dans l’urine, après un « défi » intraveineux avec de l’EDTA. Le patient présentait des taux élevés d’Al, de Pb et de Hg dans l’urine. En effet, il a été soumis à un traitement à l’EDTA deux fois par mois. Sous traitement, le patient a révélé à terme une amélioration des symptômes évoquant une rémission de la SEP. En effet, il a retrouvé la vision des yeux et la fonction vésicale et les paresthésies ont disparu ainsi que la fatigue. Comme le métal toxique le plus représenté chez ce patient était l’Al, nous avons décidé d’examiner la relation possible entre l’intoxication à l’Al et la MN.
Nos résultats montrent que les niveaux d’Al mesurés dans les échantillons d’urine des patients affectés à la fois par la SEP étudiée séparément et par la MN totale étudiée étaient significativement plus élevés que ceux des patients sains, comme le rapporte la figure 2. Les patients sains affichaient environ 80 μg/g de créatinine, comme niveaux moyens d’Al, même si les valeurs normales sont de 35 μg/g de créatinine. Ces données suggèrent que l’intoxication à l’Al n’est pas nécessairement liée à l’apparition des symptômes cliniques de la MN. De plus, les patients témoins sont peut-être capables de limiter la charge supplémentaire en Al par des mécanismes neuroprotecteurs ou antioxydants qui sont absents chez les patients atteints de la MN. Les évaluations cliniques de chaque patient ont suggéré la présence d’une relation importante entre l’intoxication à l’aluminium et l’altération des mouvements, la paresthésie, l’ataxie et d’autres symptômes présentés par les sujets atteints de la MN. En effet, les patients qui présentaient des valeurs maximales de Al dans l’échantillon d’urine présentaient également les caractéristiques les plus graves de la maladie au niveau clinique. L’objection selon laquelle la mobilisation (par des agents chélateurs) de l’Al à partir de sites relativement sûrs comme les os et le dépôt de ce métal hautement neurotoxique dans le SNC peuvent être dangereux est réfutée par la considération que les patients atteints de la MN étaient affectés par la charge en Al (responsable de la pathogenèse de la maladie) dans le SNC avant la chélation. De plus, les complexes formés par le métal toxique avec les agents chélateurs sont bien éliminés par les reins. Des études récentes ont démontré que des déficits moteurs comportementaux sévères et la perte de neurones moteurs dans le système nerveux résultaient de l’application d’un adjuvant de vaccin à l’aluminium à un modèle animal. En effet, les souris auxquelles on a injecté de l’hydroxyde d’aluminium ont présenté une augmentation significative de la mort cellulaire dans la moelle épinière et le cortex moteur, affectant principalement les motoneurones et induisant une neuroinflammation. Les effets ressemblent étroitement aux dommages observés dans la SLA humaine .
Comme récemment rapporté, le système immunitaire semble également être sensible à l’exposition à l’Al . Les effets de l’Al sur l’auto-immunité, la tolérance orale, l’expression des CD4+ et CD8+, l’hypersensibilité et la fonction immunitaire érythrocytaire sont évocateurs de son activité immunotoxicologique. Il a été suggéré que de nombreuses caractéristiques de la neurotoxicité induite par l’Al peuvent provenir en partie de réactions auto-immunes .
Enfin, dans un rapport récent d’Exley C, l’Al est considéré comme un contributeur potentiel à l’apparition, la progression et l’agressivité de la MN, même s’il semble difficile d’établir quand il contribue à l’étiologie de la maladie. Cependant, étant donné que l’Al représente un risque pour la santé humaine, il est nécessaire de mettre en œuvre des mesures pour réduire sa charge corporelle à la limite pratique la plus basse.
Quelle stratégie de thérapie commune des lésions provoquées par les métaux toxiques peut-on proposer ? L’absorption intracellulaire des métaux toxiques serait adéquatement empêchée par des inhibiteurs pertinents (chélateurs), tandis que la génération de ROS et les processus médiés par les ROS seraient empêchés ou améliorés par des antioxydants pertinents et des piégeurs de radicaux libres et de Fe.
Dans notre expérience, comme le montrent les études précédentes et dans le présent, l’élimination des métaux toxiques a induit des effets bénéfiques en améliorant les symptômes des patients . Aucun effet indésirable n’a été observé lors des traitements à l’EDTA. L’élimination des métaux est apparue graduelle dans le temps, et a suggéré de nombreuses thérapies de chélation. En conclusion, dans la présente étude, nous montrons que le traitement par chélation à l’EDTA a permis de réduire la charge en Al chez les patients atteints de MN en améliorant leur état clinique. Nous espérons qu’à l’avenir, un tel traitement sera considéré comme un outil utile pour améliorer les symptômes des patients atteints de ND.
Conflit d’intérêts
Les auteurs déclarent qu’il n’y a pas de conflit d’intérêts concernant la publication de cet article.