Individual and combined toxicity of a mycotoxin, the deoxynivalenol and a trace metal, the cadmium on the intestine

par Su Luo

Thèse de doctorat en Pathologie, Toxicologie, Génétique et Nutrition

Sous la direction de Isabelle Oswald.

Le président du jury était François Blachier.

Le jury était composé de Isabelle Oswald, Gunnar Sundstøl Eriksen, Nolwenn Hymery, Philippe Pinton.

Les rapporteurs étaient Gunnar Sundstøl Eriksen, Nolwenn Hymery.

  • Titre traduit

    Toxicité individuelle et combinée d'une mycotoxine, du désoxynivalénol et d'un métal trace, du cadmium sur l'intestin


  • Résumé

    Le déoxynivalénol (DON) est une mycotoxine de type trichothécène de type B, principalement produite par le genre Fusarium. C'est l'une des mycotoxines les plus répandues, elle est largement trouvée dans les céréales et les produits dérivés des céréales. Le cadmium est un composant de la croûte terrestre et un polluant environnemental courant. C'est un métal trace non essentiel et toxique pour la santé des humains et des animaux. Bien que la toxicité individuelle du DON et du Cd ait été bien étudiée, leur effet combiné est peu étudié. L'intestin étant le premier organe ciblé par les contaminants alimentaires, le but de cette étude est d'explorer l'effet combiné du DON et du Cd sur la fonction de barrière intestinale à l'aide de modèles in vitro, in vivo et ex vivo. In vitro, des cellules épithéliales intestinales humaines Caco-2 ont été traitées avec une série de concentrations de DON et de Cd (0-30 μM) seules ou en combinaison. La fonction de barrière des cellules Caco-2 a été évaluée par la mesure de la résistance électrique transépithéliale (TEER), de la perméabilité paracellulaire et des protéines jonctionnelles. Le mélange DON, Cd et DON+Cd a diminué le TEER et augmenté la perméabilité paracellulaire de manière dépendante de la concentration. L'abondance des protéines jonctionnelles E-cadhérine et occludine a été considérablement réduite dans les cellules exposées au DON, au Cd et au DON+Cd, tandis que l'expression de ZO-1 et de claudine-3 et -4 est restée inchangée. Le mélange DON Cd a eu des effets légèrement supérieurs ou similaires à ceux du contaminant le plus toxique. In vivo, les rats ont été exposés à des aliments contaminés par du DON (8,2 mg / kg), et à de l'eau de boisson contaminée par du Cd (5 mg / L) ou au mélange DON+Cd pendant 4 semaines. Les résultats n'ont montré aucun effet sur la prise de poids corporel au cours de l'expérience. Des dommages morphologiques légers caractérisés par un oedème au niveau de la lamina propria et un aplatissement et une fusion des villosités ont été découverts chez le rat exposé à chaque contaminant. Le score lésionnel du jéjunum était plus élevé chez tous les animaux traités que chez les animaux témoins. Une diminution significative de la profondeur de la crypte jéjunale a été observée chez les rats exposés au DON, au Cd et au DON+Cd, alors que la hauteur des villosités n'était pas affectée. Une immunomarquage plus faible de l'E-cadhérine dans le jéjunum de rats exposés à des contaminants seuls ou en association a également été observée, alors que l'occludine n'a diminué que chez les rats exposés au DON et au DON+Cd. Comme indiqué in vitro, l'exposition in vivo au DON et au Cd a induit des effets similaires à ceux du contaminant le plus toxique. Des explants jéjunaux de porcs ex vivo ont été exposés au DON (0-24 μM), au Cd (0-96 μM) et à la combinaison de DON+Cd. Le DON seul et le mélange DON Cd ont stimulé la réponse immunitaire chez le jéjunum en régulant positivement l'expression d'ARNm de IL-1, IL-1, IL-8 et TNF- de manière dose-dépendante, tandis que le Cd seul n'a pas affecté ces gènes. L'expression génique des métallothionéines (MT), y compris MT1A et MT2A, était régulée positivement de manière dose-dépendante par le Cd seul et le mélange, mais n'était pas affectée par le DON seul. La régulation à la hausse des gènes de cytokines et de MT induite par le DON+Cd était similaire à celle obtenue par le DON ou le Cd seul. En conclusion, le DON et le Cd modifient tous deux la fonction de barrière intestinale et l'effet combiné est similaire avec leur effet individuel. L'effet du mélange n'a démontré aucune synergie, ce qui suggère que la réglementation sur chaque contaminant protège suffisamment les consommateurs exposés aux mélanges de DON et de Cd.


  • Résumé

    Deoxynivalenol (DON) is a type B trichothecene mycotoxin mainly produced by Fusarium genus. It is one of the most prevalent mycotoxins widely found in cereals and cereal-derived products. Cadmium is a component of earth’s crust and also a common environmental pollutant. It is a nonessential trace metal and toxic for humans and animals health. Although the individual toxicity of DON and Cd has been well investigated, their combined effect is poorly studied. As intestine is the first organ targeted by food contaminants, the aim of this study is to explore the combined effect of DON and Cd on the intestinal barrier function using in vitro, in vivo and ex vivo models. In vitro, the human intestinal epithelail cells Caco-2 were treated with a series of concentrations of DON and Cd (0-30 μM) alone or in combination. The barrier function of Caco-2 cells was assessed through the measurement of transepithelial electrical resistance (TEER), paracellular permeability and junctional proteins. DON, Cd and DON+Cd mixture decreased the TEER and increased the paracellular permeability in a concentration-dependent manner. The abundance of junctional proteins E-cadherin and occludin was considerably reduced in cells exposed to DON, Cd and DON+Cd, while the expression of ZO-1, and claudin-3 and -4 remained unchanged. The mixture DON+Cd induced slightly higher or similar effects than the most toxic contaminant. In vivo, rats were exposed to DON-contaminated feed (8.2 mg/kg feed), and Cd-contaminated drinking water (5 mg/L) or to the mixture DON+Cd for 4 weeks. The results showed no effect on body weight gain during the experiment. Mild morphological damage characterized by edema in lamina propria and villi flattening and fusion was found in rat exposed to each contaminant. The lesional score of jejunum was higher in all the treated animals than that in control animals. A significant decrease of jejunal crypt depth was observed in rats exposed to DON, Cd and DON+Cd, whereas villi height remained unaffected. A lower immunostaining of E-cadherin in the jejunum of rats exposed to contaminants alone or in combination was also observed, whereas occludin was only decreased in rats exposed to DON and DON+Cd. As shown in vitro, in vivo exposure to both DON and Cd induced similar effects than the most toxic contaminant. Ex vivo, jejunal explants of pigs were exposed to DON (0-24 μM), Cd (0-96 μM) and in combination DON+Cd. DON alone and mixture DON+Cd stimulated immune response in jejunum by upregulating mRNA expression of IL-1, IL-1, IL- 8 and TNF- in a dose-dependent manner, while Cd alone did not affect these genes. Gene expression of metallothioneins (MTs) including MT1A and MT2A was dose-dependently upregulated by Cd alone and mixture, but not affected by DON alone. The upregulation of cytokine and MTs genes induced by DON+Cd was similar than by DON or Cd alone. In conclusion, both DON and Cd alter intestinal barrier function and the combined effect is similar with their individual effect. The effect of the mixture did not demonstrate any synergy, suggesting that regulation on individual contaminant is protective enough for consumers exposed to DON and Cd mixtures.


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