Développement et application d’une approche de métabolomique pour l’identification de biomarqueurs précoces de toxicité du tabac, de la cigarette électronique et du tabac chauffé

Abstract

Objectif

Le tabagisme est un facteur de risque établi pour diverses pathologies, dont le cancer du poumon. La cigarette électronique et le tabac chauffé sont de nouveaux produits arrivés sur le marché depuis quelques années et utilisés parfois comme aide au sevrage tabagique. Pourtant l’innocuité de ces produits n’est pas établie actuellement, du fait d’un manque d’études toxicologiques approfondies. Ces travaux visent à explorer et à comparer le métabolome de cellules pulmonaires humaines exposées à des émissions de cigarette électronique, de tabac chauffé ou de cigarettes de tabac, afin de mettre en évidence leurs empreintes métaboliques spécifiques et de potentiels biomarqueurs précoces de toxicité.

Méthodes

Les méthodes de chromatographie liquide et de spectrométrie de masse haute résolution ont été développées et optimisées à partir de standards de métabolites. L’utilisation d’outils de machine learning a permis de mettre en place une base de données de référence d’environ 114 000 métabolites, facilitant l’analyse des données de métabolomique non ciblée. Cette approche non ciblée a été utilisée pour analyser le métabolome de cellules épithéliales pulmonaires humaines immortalisées (BEAS-2B) cultivées à l’interface air-liquide et exposées à de l’air stérile (contrôle) ou aux émissions d’une cigarette de référence 3R4F (1 ou 2 min), de tabac chauffé (30 ou 60 min), ou de cigarette électronique (30 ou 60 min) en utilisant la machine à fumer Vitrocell. Les durées d’exposition ont été choisies sur la base de doses sub-toxiques comparables (> 80 % de viabilité cellulaire) précédemment rapportées, afin d’évaluer un effet potentiel dépendant du temps.

Résultats

L’analyse chimiométrique des données de métabolomique a permis de souligner que les émissions de 3R4F et de tabac chauffé ont affecté de manière significative le métabolome par rapport aux contrôles, alors qu’aucune différence n’a été observée après les expositions à la cigarette électronique. La signature métabolomique mise en évidence à la suite de l’exposition aux produits du tabac était constituée de composés exogènes, dont l’un est cancérogène, ainsi que de métabolites endogènes, marqueurs d’effets. L’analyse des voies métaboliques dérégulées signe des altérations de diverses voies métaboliques et notamment le stress oxydant, le métabolisme énergétique et le métabolisme des lipides.

Discussion

Cette stratégie métabolomique offre de nouvelles perspectives pour une meilleure compréhension des variations du métabolisme cellulaire après une exposition à la cigarette ou au tabac chauffé, deux produits du tabac. Globalement, ces analyses in vitro suggèrent une toxicité moindre des aérosols de cigarette électronique par rapport à celle des émissions de la cigarette 3R4F et du tabac chauffé dans la lignée cellulaire BEAS-2B. Les métabolites dérégulés sont impliqués dans des voies métaboliques également altérées lors de pathologies respiratoires, confirmant qu’il ne faut pas sous-estimer la toxicité des produits du tabac chauffé.

Conclusion

Les résultats issus de ce projet apportent des éléments novateurs sur la toxicité aiguë des émissions de tabac chauffé, en comparaison à la fumée de cigarette conventionnelle et aux aérosols d’e-cigarettes. Ces données devraient participer au débat sur le rapport bénéfices/risques de ces produits et faciliter leur positionnement dans les campagnes de lutte contre le tabagisme. Des études sur les effets à plus long terme sont nécessaires.