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Produits carnés et risque de cancer : rôle du fer héminique et de la peroxydation lipidique

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Viandes rouges, charcuteries et cancer colorectal. Rôle central du fer héminique et de la catalyse de la peroxydation lipidique. Vers une prévention nutritionnelle ?

Le Centre International de Recherche sur le Cancer a classé la consommation de viandes rouges comme "probablement cancérogène pour l'Homme" et la consommation de viandes transformées comme "cancérogène pour l'Homme". Des travaux récents ont permis de démontrer le rôle central de la peroxydation lipidique, catalysée par le fer héminique, dans la promotion de la carcinogenèse colorectale par les produits carnés. Ceci ouvre la porte à la prévention nutritionnelle par ajout d’antioxydants dans le régime du consommateur ou directement dans les produits carnés.

Photo Pierre 340

INTRODUCTION

En Octobre 2015, le Centre International de Recherche sur le Cancer (CIRC) a évalué la cancérogénicité pour l’Homme de la consommation de viandes rouges et de viandes transformées (Bouvard et al., 2015). Le groupe de travail a classé la consommation de viandes rouges comme "probablement cancérogène pour l'Homme" (groupe 2A) et la consommation de viandes transformées comme "cancérogène pour l'Homme" (groupe 1). Cette classification du CIRC décrit la qualité des données scientifiques établissant le lien entre la consommation de viandes rouges et transformées et risque de cancer, ce qui correspond à une évaluation du danger qui ne donne donc pas d’information sur le risque (probabilité d’apparition), risque qui est quantifié dans les études épidémiologiques citées ci-dessous.
Le CIRC a fondé cette analyse sur des données épidémiologiques et expérimentales importantes montrant une association positive entre la consommation élevée de viandes rouges, viandes transformées et le risque de plusieurs cancers.

 

I. LA CONSOMMATION DE VIANDES ROUGES ET VIANDES TRANSFORMEES ET LE RISQUE DE CANCERS : LES ASSOCIATIONS EPIDEMIOLOGIQUES

Dans les études épidémiologiques centrées sur le lien entre la consommation de produits carnés et le risque de cancer, la viande rouge se réfère à la viande non transformée comme la viande de bœuf, veau, porc, agneau, mouton, cheval, ou viande de chèvre ; et la viande transformée se réfère à la viande (porc, bœuf, mais aussi volaille) qui a été transformée par salaison, séchage, fermentation, fumage, ou tout autre procédé pour rehausser la saveur ou améliorer la conservation.

Les associations entre la consommation de produits carnés et le risque de cancer ont surtout été étudiées dans le cadre des rapports émis par le "World Cancer Research Fund (WCRF)" qui travaille conjointement avec l'"American Institute for Cancer Research (AICR)". En 1997 puis en 2007, ces deux organisations ont considéré conjointement les liens entre l’alimentation, l’activité physique et le cancer (WCRF/AICR, 2007). Au travers des analyses exhaustives de la littérature et la réalisation de méta-analyses, le WCRF et l’AICR ont proposé des niveaux de preuve pour les liens entre les facteurs nutritionnels, l’activité physique et le risque de tout cancer. La qualification des niveaux de preuve va dans le sens décroissant, d’un niveau "convaincant" pour les résultats les plus solides, à "probable", "suggéré" et "non concluant" pour les associations pour lesquelles il est impossible de conclure avec les données actuelles. Depuis 2010, le WCRF et l’AICR mettent à jour les niveaux de preuve, cancer par cancer, dans le cadre du "Continuous Update Project" (CUP). La mise à jour concernant le cancer du côlon est parue en 2011 (WCRF/AICR, 2011) et la plus récente publiée en avril 2016 concerne le cancer de l’estomac (WCRF/AICR, 2016), après la publication de 10 autres rapports de mise à jour. Au niveau national, ces données ont été récemment mise à jour par l’INCA dans le cadre du rapport "Nutrition et prévention primaire des cancers : actualisation des données" publié en juin 2015 (INCA, 2015).

Pour cette association entre le risque de cancer et la consommation de viandes rouges et/ou transformées, le plus grand nombre de données épidémiologiques concerne le cancer colorectal. Les résultats de la méta-analyse réalisée dans le cadre du CUP publié en 2011 (WCRF/AICR, 2011) sont en faveur d'une augmentation du risque de cancer colorectal. Ces données confirment les résultats présentés dans le rapport de 2007 et le niveau de preuve est classé comme "convaincant", ce qui représente donc le niveau le plus élevé pour le WCRF. Dans la publication du groupe de l'"Imperial College of London" (Chan et al., 2011), sur laquelle est basé le rapport du WCRF de 2011, 11 études de cohorte ont été incluses dans la méta-analyse. Cette méta-analyse dose-réponse montre une augmentation significative du risque, de 14% pour le cancer colorectal et respectivement de 25% et 31% pour les cancers du côlon et du rectum, associée à la consommation de viandes rouges et transformées (par 100 g consommé par jour). Pour les viandes transformées, cette augmentation est de 18% pour le cancer colorectal par 50 g consommé par jour. Pour les seules viandes rouges, l'augmentation du risque est de 17% pour le cancer colorectal par 100 g consommé par jour. Il est donc avéré que le risque de cancer du côlon d’un gros consommateur de viande rouges et charcuteries est augmenté. Toutefois, cette augmentation de 1,14 fois du risque de cancer colorectal est à comparer à l’augmentation de 10 fois du risque de cancer du poumon chez les fumeurs.
Depuis la publication du groupe de l'"Imperial College of London", une méta-analyse incluant 25 études de cohorte a été publiée (Alexander et al., 2011). Cette publication confirme le niveau "convaincant" du niveau de preuve et montre un risque accru de 12% de cancer colorectal associé à la consommation de viandes rouges (comparaison de la consommation la plus élevée à la consommation la plus faible).
Sur la base de ce niveau de preuve "convaincant", le WCRF associé à l’AICR a établi dès 2007 une recommandation qui a été reprise en 2011 : "Au niveau individuel, les personnes qui consomment de la viande rouge devraient en consommer moins de 500 g par semaine, et très peu ou pas de viande transformée. Au niveau de la population, la consommation de viande rouge ne devrait pas dépasser 300 g par semaine, avec très peu ou pas de viande transformée".

De plus, les méta-analyses publiées dans les rapports du WCRF, suggèrent des relations entre les consommations élevées de viandes et l’augmentation du risque d'autres sites de cancer.
Les méta-analyses sur le lien entre la consommation de viandes rouges et / ou transformées et le risque de cancer du pancréas présentées dans le cadre du CUP (WCRF/AICR, 2012) étaient en faveur d'un risque accru. La méta-analyse dose-réponse a montré une augmentation significative du risque chez les hommes de 43% par 100 g consommé par jour de viandes rouges et de 21% par 50 g consommé par jour de viandes transformées. Toutefois, l'augmentation n'a pas été significative chez les femmes. Malgré cet effet important observé chez les hommes, cette dichotomie entre les hommes et les femmes a été à l’origine de la qualification du niveau de preuve en "suggéré".
Pour le cancer de l'œsophage, s’il n’y a pas eu de méta-analyse conduite par le WCRF en 2007, une association positive avec un niveau de preuve "suggéré" avait été proposée pour la consommation de viandes rouges et charcuteries, sur la base d’études cas-témoin. Plusieurs méta-analyses ont été conduites depuis et ont observé des effets contradictoires. Pour la consommation de viandes rouges, la méta-analyse dose-réponse de Huang et al. (Huang et al., 2013) a démontré une augmentation significative du risque de 45% par 100 g consommé par jour. Salehi et al. ont observé une augmentation significative de 32% pour 100 g/j (Salehi et al., 2013). Pour les viandes transformées, la méta-analyse dose-réponse (50 g/j) de Salehi et al. (8 études cas-témoins) a établi une augmentation significative du risque de 57% (Salehi et al., 2013), et Huang et al. ont évalué une augmentation significative de 41% (Huang et al., 2013). La méta-analyse de Choi (Choi et al., 2013) n’a par contre observé aucun effet associé à la consommation de viandes rouges et/ou de viandes transformées.
Les résultats de la méta-analyse sur le lien entre la consommation de viandes transformées et le risque de cancer de l'estomac présentés dans le rapport WCRF 2007 sont en faveur d'un risque accru avec un niveau de preuve "suggéré". La méta-analyse dose-réponse a montré une augmentation significative du risque de 13% par 20 g de viandes transformées consommées/jour (WCRF/AICR, 2007).
En outre dans le rapport du WCRF de 2007, un risque accru du cancer du poumon a été associé à la consommation de viandes rouges et de viandes transformées (WCRF/AICR, 2007), avec un niveau de preuve qui a été qualifié de "suggéré". Cette donnée a été confirmée par une méta-analyse plus récente (Yang et al., 2012) qui montre une augmentation significative de 34% associée à la consommation de viandes rouges (comparaison de la consommation la plus élevée à la consommation la plus faible). Dans cette méta-analyse, la consommation de viandes transformées ne modifie pas le risque de cancer du poumon.
Enfin, dans les rapports de 2013 et 2014, le WCRF considère comme "non concluant" le niveau de preuve relatif à la relation entre la consommation de produits carnés et le risque de cancer de l'endomètre (WCRF/AICR, 2013) et le risque de cancer des ovaires (WCRF/AICR, 2014).

II. IDENTIFICATION DE L’AGENT IMPLIQUE DANS LE RISQUE DE CANCER COLORECTAL

De nombreuses hypothèses ont été proposées pour tenter d’expliquer le lien entre viandes rouges, viandes transformées et cancer colorectal. Ces hypothèses ont principalement impliqué plusieurs composés des viandes : les graisses, les protéines, le fer héminique, les composés N-Nitrosés (NOCs), et les composés mutagènes formés pendant la cuisson à haute température comme les amines hétérocycliques (AHC) ou les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP).

II.1. Les graisses et les protéines

Si ces deux hypothèses ont été largement étudiées au niveau expérimental, des données épidémiologiques relativement récentes ont permis d’en limiter la portée. En effet pour les graisses, si les études expérimentales avec des modèles animaux semblent convaincantes, une méta-analyse de 2009 n’a montré aucune association entre l’apport en graisses du régime et le risque de cancer colorectal (Alexander et al., 2009). Depuis, une étude épidémiologique (Sun et al., 2012) a confirmé cette absence d’association, suggérant que le rôle des graisses semble limité.
Concernant les protéines, les résultats sur les modèles animaux restent controversés et la méta-analyse d’Alexander et al. (2009) n’a pas mis en évidence d’augmentation du risque de cancer colorectal avec les protéines animales. De plus, deux études cas-témoins plus récentes ont montré une protection de l’apport de protéines animales quant au risque de cancer du côlon (Sun et al., 2012 ; Williams et al., 2010). L’ensemble de ces données permet de proposer que le rôle des protéines soit aussi limité.

II.2. Les composés formés pendant la cuisson et composés N-nitrosés

Certains modes de cuisson des viandes à haute température génèrent la formation d’AHC et d’HAP, qui sont hautement cancérigènes dans les modèles animaux (Sugimura et al., 2004). Parmi les AHC, le PhIP (2-amino-1-methyl-6-phenylimidazo [4,5-b]pyridine) et le MeIQx (2-amino-3,8 dimethylimidazo [4,5-f]quinoxaline) font partis des AHC les plus abondants dans les viandes (Jagerstad et Skog, 1991). Au niveau épidémiologique, des études démontrent une association positive entre les AHC et le cancer colorectal (Cross et al., 2010) tandis que d’autres ne montrent pas d’effet (Ollberding et al., 2012) ou des effets contradictoires (Abid et al., 2014).
Concernant les HAP, le plus délétère dans les modèles animaux semble être le BaP (benzo[a]pyrène). Au niveau épidémiologique, l’étude d’Abid et al. a montré que le BaP était associé aux adénomes colorectaux mais pas aux carcinomes (Abid et al., 2014) et l’étude de Tabatabei et al. a montré une absence d’association entre le BaP et le risque de cancer colorectal (Tabatabaei et al., 2010).
Les NOCs sont issus des réactions de nitrosations (ajout d’ions nitrosonium NO+ sur une amine ou une amide formant, respectivement, des nitrosamines ou des nitrosamides) et des réactions de nitrosylation (ajout d’un ion nitrosyl NO- sur des métaux ou des groupements thiols, menant à la formation de S-nitrosothiols, ou de fer nitrosylé), toutes deux favorisées par les nitrites d’origine alimentaire. Même si la plupart des molécules formées par les réactions de nitrosation et de nitrosylation sont considérées comme cancérigènes, la cancérogénicité des NOCs endogènes formés dans l'intestin après consommation de viande est inconnue. Parnaud et al. n’avaient trouvé aucune initiation ou promotion de lésions prénéoplasiques par les NOCs dans le côlon des rats nourris avec un régime alimentaire à base de lard (Parnaud et al., 1998). Kunhle & Bingham ont proposé que le fer nitrosylé, un NOC fortement produit au niveau luminal, lors de la consommation de viande pourrait contribuer au potentiel cancérigène des viandes rouges et charcuteries (Kuhnle and Bingham, 2007). Toutefois, dans un commentaire sur l'article de Kunhle & Bingham, Hogg proposait à l’inverse que la séquestration du "potentiel de nitrosation" par ce fer nitrosylé soit un mécanisme de protection qui limiterait la formation de lésions à l’ADN (Hogg, 2007). En 2014, Zhu et al. ont montré, dans une étude cas-témoin, une association significative entre les NOCs et le risque de cancer colorectal et plus particulièrement le risque de cancer du rectum (Zhu et al., 2014). Par contre, Dellavalle et al. n’ont pas observé d’association significative entre la consommation de nitrites et de nitrates et le risque de cancer colorectal (Dellavalle et al., 2014).

II.3. Rôle central du fer héminique et de la peroxydation lipidique

La dernière hypothèse, qui est proposée pour expliquer la promotion de la cancérogénèse colorectale par les viandes rouges et transformées, implique le fer héminique. Le fer héminique est formé d’un noyau porphyrine contenant un atome de fer (Fe2+). C’est un élément constitutif de l’hémoglobine et de la myoglobine. La capacité de l’atome de fer à changer d’état d’oxydation en fait un catalyseur biologique polyvalent qui peut être impliqué dans les réactions d’oxydation dont celle des lipides. Les premières études expérimentales dans les modèles animaux sur le lien entre le fer héminique et la promotion de la carcinogenèse colorectale ont été faite avec des molécules purifiées : l’hémoglobine (hémoprotéine) ou de l’hémine (fer héminique avec un atome de chlore en axial). En 1998, Sawa et al. ont alimenté des rats initiés au N-nitroso-N-méthylurée avec un régime enrichi avec 3% d’hémoglobine (mimant une très forte consommation de viandes rouges, supérieure à la consommation humaine). Ils ont observé une augmentation de l’incidence tumorale chez le rat traité avec le régime riche en hémoglobine (Sawa et al., 1998). Les travaux de Pierre et al. ont montré qu’un régime riche en hémoglobine (2,5%) ou en viandes rouges (60% du régime) augmentait le nombre de foyers de cryptes aberrantes (ACF) et de foyers déplétés en mucine (MDF), deux types de lésions précancéreuses, chez des rats dont la carcinogenèse avait été initiée par l’azoxyméthane (AOM) (Pierre et al., 2004; Pierre et al., 2003). Une promotion dose dépendante de la taille des ACF par un régime riche en hémine a aussi été mise en évidence chez les rats traités à l’AOM (Pierre et al., 2003). Enfin, un régime riche en hémoglobine (2,5%) augmente la surface tumorale chez les souris Min qui présentent une mutation au niveau du gène Adenomatous Polyposis Coli (Apc), un gène muté dans la majorité des cas de cancer chez l’homme (Bastide et al., 2015).
Toutefois, ces études ne permettent pas de déterminer précisément l’importance du fer héminique dans l’effet promoteur des viandes. En effet, comme indiqué ci-dessus, ces trois hypothèses (fer héminique, HCA et NOCs) sont largement étudiées, mais de manière indépendante. Aucune étude n'avait essayé de déterminer le poids de chacune de ces hypothèses et de leur association dans une même étude. Bastide et al. (Bastide et al., 2015), grâce à un protocole expérimentale factoriel in vivo, ont récemment déterminé que le fer héminique est l’agent central pour expliquer l’effet promoteur des viandes, sans effets additifs ou synergiques des AHC (Phip et MeIQx) ou des NOCs. Cette étude ne conclut pas à une absence de risque associé à l’exposition aux HCA, HAP ou NOCs mais permet de conclure que dans le risque associé à la consommation de produits carnés, l’élément central est le fer héminique. Il est proposé que cet effet promoteur du fer héminique soit avant tout expliqué par sa forte capacité à induire la formation luminale d'aldéhydes cytotoxiques et génotoxiques pour les cellules épithéliales coliques, ces aldéhydes étant les produits terminaux de la peroxydation des acides gras polyinsaturés. Les aldéhydes, ou leurs métabolites, ont été trouvés en quantité importante dans les fèces (HNE, TBARs) ou l'urine d'animaux ou d'humains (le 1,4-dihydroxynonane mercapturic acid : DHN-MA) recevant une alimentation riche en fer hèminique (Gasc et al., 2007; Pierre et al., 2006; Pierre et al., 2007). Parmi les aldéhydes impliqués, les alcénals (les aldéhydes qui portent une double liaison entre le carbone 2 et 3) comme le 4-hydroxynonenal (HNE) sont d'un intérêt particulier en raison de leur réactivité envers les macromolécules cellulaires, tel que l'ADN et les protéines (Esterbauer et al., 1991). Ces alcénals sont capables de faire des adduits covalents à l’ADN (Chung et al., 1996), ces adduits exocycliques contribuant à une part importante des dommages à l'ADN (Winczura et al., 2012). A côté de l'ADN, les alcénals peuvent établir des liaisons covalentes avec des protéines et ainsi modifier leur fonction.
Les études in vitro ont montré que la mutation du gène Apc, un événement initiateur de la majorité des cancers chez l'homme, rend les cellules épithéliales coliques fortement résistantes, en comparaison aux cellules normales, à la cytotoxicité induite par le HNE et le 4-hydroxyhexanal (Bastide et al., 2015 ; Pierre et al., 2007). Ces travaux permettent de proposer que ces alcénals induisent une sélection (au sens sélection Darwinienne) des cellules prénéoplasiques au détriment des cellules normales, favorisant ainsi la promotion de la carcinogenèse. Cet avantage sélectif est expliqué par une meilleure capacité de métabolisation des alcénals par les cellules prénéoplasiques (Baradat et al., 2011). Ceci est expliqué pour tout ou partie par une sur-activation de la voie de défense cellulaire Nrf2/ARE dans ces cellules prénéoplasiques (Surya et al., 2016).
Ces études in vivo ont permis d’identifier des biomarqueurs, dans les biofluides, de l’effet promoteur du fer héminique: le DHN-MA qui est le métabolite urinaire du HNE (Pierre et al., 2006), l’activité cytotoxique des eaux fécales, la peroxydation lipidique des eaux fécales (Pierre et al., 2008). Grâce à ces biomarqueurs, il a pu être vérifié que leur augmentation observée dans les modèles animaux suite à la consommation de fer héminique (1 à 2,5% d’hémoglobine) et/ou viande riche en fer héminique (45 à 60% du régime) était aussi observée chez des volontaires sains dès 4 jours de consommation de viande riche en fer héminique (180g/j pendant 4 jours) (Pierre et al., 2013). Enfin, les approches épidémiologiques ont permis de confirmer l’effet promoteur du fer héminique chez l’Homme. La méta-analyse de Bastide et al. (Bastide et al., 2011) a permis de démontrer une association positive entre consommation de fer héminique et le risque de cancer du côlon avec une augmentation significative de 18% pour les plus gros consommateurs. Une étude récente sur la cohorte E3N (cohorte prospective portant sur environ 100 000 femmes volontaires françaises nées entre 1925 et 1950 et suivies par des questionnaires alimentaires depuis 1990) a observé que la consommation de fer héminique est effectivement associée à un risque d’adénomes coliques augmenté de 36% (Bastide et al., 2016).

 

III. PREVENTION NUTRITIONNELLE DU RISQUE DE CANCER COLORECTAL

Une fois ce lien proposé entre le fer héminique / la peroxydation lipidique endogène et la promotion de la carcinogenèse colorectale par les consommations élevées de viandes rouges ou transformées, un levier de prévention nutritionnelle apparaît possible. En effet, il semble plausible de limiter cet effet promoteur en limitant la peroxydation luminale hème-induite. Dans ce sens, les travaux de Pierre et al. ont permis de démontrer que l’ajout de sel de calcium (le calcium phosphate et le carbonate de calcium chélatent le fer héminique in vitro et dans la lumière colique) ou d’antioxydants (vitamine E par exemple) dans le régime des rongeurs était suffisant pour limiter la peroxydation luminale hème-induite et par conséquence l’effet promoteur du fer héminique sous forme d’hémoglobine (Pierre et al., 2003) ou l’effet promoteur de la viande bovine (Pierre et al., 2008) et de la viande transformée (Pierre et al., 2013 ; Santarelli et al., 2013). Si avec ces travaux en modèle animal, il est ainsi bien établi que la supplémentation du régime alimentaire peut être efficace pour limiter l'effet promoteur, elle s’apparente à terme à l’établissement d’une nouvelle recommandation du type "Mangez un produit laitier riche en calcium ou un produit riche en antioxydant lors de la consommation de viandes rouges et/ou charcuteries". Toutefois, le risque de séquestration du fer par le calcium et le risque d’inégalité face aux messages nutritionnels impose de chercher une solution alternative. En effet, les travaux de sociologues comme Aston et al. (Aston et al., 2001) et de Darmon & Drewnowski (Darmon and Drewnowski, 2008) montrent clairement qu'il y a de grosses inégalités face à des messages de recommandation nutritionnelle avec par exemple une faible réceptivité des consommateurs des classes sociales inférieures à ces messages. Pour pallier cette inégalité face aux recommandations, la modification des produits carnés mis sur le marché a été testée afin d’atteindre l’ensemble des consommateurs sans être impacté par le biais de la réceptivité de la recommandation. Ces travaux ont permis de démontrer que l’ajout de vitamine E (acétate de D-alpha-tocophérol à raison de 0,5g par kilo de charcuterie) pendant la fabrication de la viande transformée était suffisant pour limiter son effet promoteur de la carcinogenèse chez le rat traité à l’AOM (Pierre et al., 2013). Pour valider l'hypothèse "protection par la limitation de la peroxydation lipidique" chez l'Homme, deux niveaux de vérification ont été mis en place : vérification au niveau de la modulation des biomarqueurs fécaux et urinaires chez des volontaires sains et vérification au sein de la cohorte E3N. Chez les volontaires sains, ces travaux ont permis de démontrer que l’ajout de vitamine E (0,5g/kg de jambon, soit un apport quotidien de 80 mg/jour pour les volontaires sains) dans la charcuterie pendant sa fabrication était suffisant pour limiter, comme chez le rat, la peroxydation lipidique luminale au niveau du côlon (Pierre et al., 2013). Enfin, les travaux récents sur la cohorte E3N ont permis de démontrer qu’un statut antioxydant élevé du régime va protéger contre l’association positive entre le fer héminique et le risque d’adénomes coliques (Bastide et al., 2016).

 

CONCLUSION

L’ensemble de ces données épidémiologiques et expérimentales est à l’origine du classement du CIRC d’octobre 2015. Les données épidémiologiques ont permis de proposer cette association positive au niveau de l’aliment et les études expérimentales ont permis d’identifier le rôle central du couple fer héminique/peroxydation lipidique endogène, d’établir une hypothèse mécanistique basée sur une sélection darwinienne des cellules précancéreuses et de proposer deux possibles stratégies nutritionnelles de prévention (modification du régime ou modification des produits mis sur le marché) basées sur la limitation de la peroxydation lipidique luminale qu’il faut désormais valider à plus grand échelle.

 

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