Métabolisme des xénobiotiques chez les ruminants Emmanuelle Chave Marie Denys

Métabolisme des xénobiotiques chez les ruminants Introduction I. Biotransformations hépatiques - Phase I - Phase II - Application: exemple du monensin II. Biotransformations non hépatiques - Rumen/Poumon/Epithélium olfactif - Exemple des Mycotoxines - Exemple du Benzimidazole Conclusion

Introduction Enjeux - Santé animale: optimisation du médicament vétérinaire - Santé publique: résidus et sécurité alimentaire Problématique - Caractérisation qualitative du métabolisme des ruminants? - Variations quantitatives? - Applications?

I. Biotransformations hépatiques Watkins et Klaassen: - Comparaison des biotransformations hépatiques chez 11 espèces - Animal de référence: le rat -Comparaison Ruminants/Rat

Biotransformations hépatiques: phase I Activités des enzymes de phase 1 en fonction du substrat chez les bovins et ovins. (en pourcentage de l'activité enzymatique du rat)‏

Biotransformations hépatiques: phase II Activité de differentes enzymes de phase 2 en fonction du substrat chez les bovins et ovins. ( en pourcentage d'activité par rapport à l'activité du rat)‏

Biotransformations hépatiques: phase II Activité de differentes enzymes de phase 2 en fonction du substrat chez les bovins et ovins. ( en pourcentage d'activité par rapport à l'activité du rat)‏

Biotransformations hépatiques: Bilan Réactions de biotransformation hépatiques: - Qualitativement identiques - Quantitativement différentes Limites: - Différences quantitatives au sein même des ruminants - Variations quantitatives majeures en fonction du substrat (isoformes) - Capacités de biotransformation des tissus non hépatiques?

Conséquences de la spécificité du métabolisme des ruminants - Monensin: Antibiotique ionophore, coccidiostatique et facteur de croissance - Préparations microsomales hépatiques de bovins, porcs, poulets, chevaux et rats - Mesure du taux de formation du formaldéhyde: identique d'une espèce à l'autre - Mesure du métabolisme total (HPLC): Bovins > Rat = Poulet = Porc > Cheval

Conséquences de la spécificité du métabolisme des ruminants

II. Biotransformations extra-hépatiques Tissus capables de réactions de biotransformation: - paroi ruminale - peau - poumon - rein - glande surrénale - epithélium olfactif

Biotransformations extra-hépatiques Cytochrome P450: - Localisations: foie/poumon/rein/glandes surrénale/peau/épithélium olfactif - spécifiques des tissus extrahépatiques: 2B, 3A: poumons de mouton (+foie)‏ 2E: concentration sanguine portale riche en AG à courtes chaines, corps cétoniques, alcools  Induction des 2E?

Biotransformations dans les tissus extra-hépatiques Capacités de biotransformation du rumen de mouton (en pourcentage de l'activité hépatique)‏ Biotransformations dans les tissus extra-hépatiques

Biotransformations extra-hépatiques Poumon: - mouton: cyt 450 2B: 75% des cyp450 des microsomes pulmonaires - chèvres: cyp 450 : activité aniline hydroxylase élevée activité N-déméthylase nulle Arinc et Iscan (1983): étude de l’aniline hydroxylase du poumon du mouton. Activité de cette enzyme = 25% de son activité dans le foie Famille des mono-oxygénases mixtes Exemple: 3-methylindole  oedème pulmonaire

Biotransformations extra-hépatiques Epithélium olfactif:  Bovins: Phases I et II Cyp450: activité aniline hydroxylase/ ethoxy-coumarin O- deethylase 10 fois supérieures à celle du foie Testostérone: hydroxylation en 2α et 16α 30 fois supérieure à celle du foie

Biotransformations extra-hépatiques: Bilan - Capacités importantes de biotransformations des tissus non-hépatiques chez les ruminants - Enzymes qualitativement identiques (Phase I/II)‏ - Réactions quantitativement différentes: Tissu/Espèce/Voie d'administration/Substrat

Mycotoxines: absorption et métabolisation ruminale Relative protection des ruminants vis-à-vis de nombreuses toxines naturelles Ex: hydrolyse et dégradation des fumonisines S’explique par les conditions d'hydrolyse et d'anaérobiose existant dans le réseau-rumen Biotransformation modifiant la toxicité et voies d’excrétion des mycotoxines. Ex: aflatoxine B1  aflatoxine M1 (excrétée dans le lait) CYP450

Effets de la microflore ruminale sur les biotransformations du febantel Anthelminthique de la famille des benzimidazoles Rumens artificiels dans conditions de fermentation maintenues constantes à 39°C et pH 6,4 Métabolisme réducteur par les bactéries du rumen  production d’albendazole = molécule anthelminthique très puissante Administration par voie orale  rôle de la flore ruminale sur la biodisponibilité du médicament (notion de pro-drogue)

Conclusion Un métabolisme hépatique qualitativement identique mais quantitativement different de celui des animaux de laboratoires Plusieurs compartiments supplémentaires de biotransformations: Systèmes enzymatiques comparables mais activité spécifique Avantages: protection pré-absorption contre certains XB (mycotoxines), optimisation de l'utilisation de pro-drogues (benzimidazole)‏ Inconvénients: sensibilité accrue à certains métabolites (oedème pulmonaire), excrétion dans les denrées consommées par l'homme ( mycotoxines)‏

Conclusion Facteurs influençant les biotransformations: - facteurs génétiques: race, polymorphisme - âge - régime alimentaire - traitement médicamenteux - pathologies - gestation - hormones sexuelles

Bibliographie Xenobiotic biotransformation in livestock: Comparison to other species commonly used in toxicity testing : John B. Watkins, Curtis D. Klassen Characterization of xenobiotic biotransformation in hepatic, renal and gut tissue of cattle and sheep: John B. Watkins, G. Stanley Smith, Dennis M. Hallford Drug metabolism in ruminants, an in vitro approach Oxidative drug metabolism in ruminants and laboratory species Cyt P450 in ruminant drug metabolism and drug interactions Oxydative monensin metabolism and cytochrome 3A content and function in liver microsomes from horses, pigs, broiler chicks, cattle and rats: C.Nebbia, L. Ceppa, M. Dacasto, C. Nachtmann, M. Carletti Excrétion lactée des mycotoxines; quels risques pour le consommateur? Guerre P. et collaborateurs Effect of ruminal microflora on the biotransformation of netobimin, albendazole, albendazole sulfoxide, and albendazole sulfoxide enantiomers in an artificial rumen, CAPECE B. P. S. ; CALSAMIGLIA S. ; CASTELLS G. ; ARBOIX M. ; CRISTOFOL C.