Les inquiétudes vis-à-vis des changements
survenus dans l’environnement et de leurs conséquences possibles
sur la fonction de reproduction humaine et animale se sont
amplifiées au cours des dernières décennies.
Altérations des fonctions de l’appareil
reproducteur mâle
On a ainsi observé une augmentation de diverses
anomalies des capacités reproductives de certaines espèces
aquatiques, ainsi qu’une baisse qualitative et quantitative de la
production spermatique humaine [1, 2]. En outre, l’incidence du
cancer du testicule (qui est le cancer le plus fréquent chez
l’homme jeune) s’est accrue de façon régulière au cours des vingt
dernières années, dans tous les pays où des études ont été
réalisées [3]. Enfin, il semble que l’incidence de plusieurs
affections du tractus génital mâle soit aussi en augmentation
[4] : c’est le cas du cryptorchidisme (non descente des
testicules dans le scrotum), qui s’observe chez 2 % à 4 %
des nouveau-nés, et de l’hypospadias (abouchement ectopique de
l’urètre), qui atteint 0,3 % à 0,7 % des garçons à la
naissance (Figure 1).
Figure 1. Évolution du
nombre de spermatozoïdes et des anomalies de l’appareil de
reproduction masculin au cours des dernières décennies
(d’après [2, 4]).
Différents arguments laissent penser que ces
anomalies sont liées entre elles : ainsi, une étude
comparative réalisée dans différents pays européens montre que
l’incidence de chacune de ces quatre altérations (qualité du
sperme, cancer testiculaire, cryptorchidisme et hypospadias) est
maximale au Danemark et minimale en Finlande [3]. En outre, il est
clairement établi que le cryptorchidisme est un facteur de risque
des trois autres altérations, et que l’hypospadias et
l’oligospermie sont des facteurs de risque du cancer testiculaire
[2]. Enfin, la fertilité est diminuée chez les hommes qui
développeront ultérieurement un cancer testiculaire [5]. Ainsi, ces
quatre altérations correspondraient vraisemblablement à différents
symptômes d’un même syndrome : le syndrome de dysgénésie
testiculaire (TDS) [5].
Hypothèse d’une perturbation du
développement testiculaire pendant la vie fœtale
Les deux grandes fonctions testiculaires
(gamétogenèse et stéroïdogenèse) se mettent en place dès la vie
fœtale. Les cellules de Sertoli sont les premières cellules à se
différencier : elles englobent les cellules germinales, alors
appelées gonocytes, pour former les cordons séminifères dès
12 jours postconception (jpc) chez la souris, 13,5 jpc chez le
rat et 42-45 jours chez l’homme. Elles se multiplient activement
jusqu’à la puberté, et ne seront ensuite jamais renouvelées au
cours de la vie de l’individu. Les cellules germinales se forment
dans l’épiblaste et migrent à travers les territoires
extra-embryonnaires et embryonnaires jusqu’aux crêtes génitales.
Lors de cette migration, puis dans la gonade, les cellules
germinales prolifèrent activement, puis se différencieront en
spermatogonies souches après la naissance. Les cellules de Leydig
fœtales se différencient peu de temps après les cellules de Sertoli
et secrètent deux hormones nécessaires à la masculinisation du
fœtus : la testostérone et l’insulin like hormone 3
(Insl 3) [6].
L’hypothèse actuellement la plus plausible est
que le syndrome de dysgénésie testiculaire (TDS) décrit plus haut
ait pour origine une altération du développement du testicule fœtal
[2, 5] (Figure 2). De fait, l’hypospadias résulte d’un
défaut de production ou d’action des androgènes pendant la vie
fœtale. Le cryptorchidisme, quant à lui, résulte d’anomalies de la
production ou de l’action de l’Insl 3 ou des androgènes, qui
régulent respectivement la descente transabdominale et
transinguinale des testicules [7]. En ce qui concerne le cancer
testiculaire, bien que son origine cellulaire reste hypothétique,
plusieurs arguments suggèrent que les cellules tumorales
proviendraient de gonocytes ne s’étant pas différenciés normalement
en spermatogonies [5] : en effet, les cellules tumorales des
premiers stades du cancer (carcinome in situ, CIS) ont les
mêmes caractéristiques morphologiques et expriment les mêmes
marqueurs immunohistochimiques (phosphatase alcaline, c-kit…) que
les gonocytes [8] ; en outre, des CIS ont été découverts chez
des enfants âgés de quelques mois, ce qui renforce l’hypothèse
d’une origine fœtale des cellules cancéreuses. Enfin, la diminution
de la production spermatique chez l’adulte peut résulter de
dysfonctionnements très variés : le contrôle de la
spermatogenèse, qui reste encore largement méconnu, implique en
effet des régulations endocrines, intratesticulaires et
intragerminales extraordinairement complexes. Nous avons vu que
c’est pendant le développement du testicule fœtal que se met en
place le stock de gonocytes qui deviendront les spermatogonies
souches de l’adulte. En outre, la réduction expérimentale du nombre
de gonocytes pendant la vie fœtale provoque une diminution de la
production spermatique adulte. Il en est de même après réduction
expérimentale du nombre de cellules de Sertoli pendant la vie
périnatale [9]. Ainsi, la production spermatique adulte dépend en
partie de la gamétogenèse fœtale et de la capacité des gonocytes à
se transformer en spermatogonies souches.
Figure 2. Origines
fœtales de l’altération des fonctions de reproduction
masculine. Insl 3 : insulin like hormone 3
(d’après [5]).
Effets délétères des xéno-œstrogènes
De nombreuses observations et expériences
réalisées au cours des vingt dernières années confortent
l’hypothèse initialement formulée par Sharpe et Skakkebaek, en
1993, selon laquelle les problèmes répertoriés dans le domaine de
la reproduction masculine pourraient résulter d’effets délétères,
pendant la vie fœtale, de polluants chimiques dont la diversité et
la concentration dans l’environnement augmentent régulièrement [2,
3, 10]. Les principaux polluants chimiques incriminés sont les
perturbateurs endocriniens à activité œstrogénique
(xéno-œstrogènes) ou à effet anti-androgénique. Il s’agit entre
autres de pesticides, d’agents plastifiants, de surfactants et de
phytoœstrogènes essentiellement présents dans l’alimentation et,
plus accessoirement, dans l’atmosphère.
Le premier argument en faveur de cette hypothèse
concerne l’étude de la faune sauvage. En effet, des publications
ont relaté l’effet d’expositions d’animaux dans leur milieu naturel
à de fortes concentrations de polluants chimiques à propriétés
œstrogéniques. Les effets observés varient de changements subtils à
des altérations permanentes de la fonction de reproduction, tels la
féminisation ou des changements de comportement sexuels [11].
Un argument clinique essentiel concerne les
anomalies observées chez les fils de femmes traitées pendant leur
grossesse par le diéthylstilbestrol (DES), un agoniste fort des
œstrogènes, au cours des années 50-70. Dans certaines études, ces
garçons présentent une augmentation de l’incidence de malformations
génitales, de cryptorchidie et de cancers testiculaires ainsi
qu’une altération de la qualité du sperme [12, 13], tandis que
d’autres études ne rapportent pas d’altération de la fertilité
[14]. Ces contradictions pourraient être dues à la phase de la
grossesse pendant laquelle a lieu le traitement, suggérant
l’existence de périodes de sensibilité du testicule aux
xéno-œstrogènes. Le deuxième argument clinique concerne la
démonstration récente de l’influence négative des phtalates
(plastifiants, que l’on retrouve dans les cosmétiques, pratiquement
tous les produits en PVC et de nombreuses peintures) sur le
développement de l’appareil reproducteur masculin [15] : une
corrélation a été établie entre l’importance de l’exposition
(mesurée par la concentration de phtalates dans l’urine des femmes
pendant leur grossesse) et la diminution de la masculinisation du
jeune enfant (évaluée par la diminution de la distance entre l’anus
et la base du pénis et le pourcentage de descente incomplète des
testicules).
Les arguments expérimentaux sont nombreux. On
sait que les récepteurs des œstrogènes ERa et ERb sont présents
dans le testicule dès les premiers stades de différenciation :
ERa a ainsi été détecté dans la gonade indifférenciée dès 10 jpc
chez la souris ; ce récepteur est localisé dans les cellules
de Leydig des testicules fœtaux de rongeurs [16], mais est absent
dans le testicule humain [17]. ERb a, quant à lui, été détecté dans
le testicule dès 14 jpc chez la souris : il est localisé
majoritairement dans les gonocytes, mais également dans les
cellules de Leydig chez la souris et dans les cellules de Sertoli
chez toutes les espèces étudiées [16]. Par ailleurs, de très
nombreuses données montrent que, chez les rongeurs, les mâles
exposés in utero ou pendant la période néonatale à des
œstrogènes exogènes (DES, éthynilœstradiol, bisphénol A…)
développent un hypospadias, une altération de la descente
testiculaire et une réduction plus ou moins importante de la
production de spermatozoïdes [2, 5, 18]. De même, l’exposition
in utero à de fortes doses d’œstrogènes induit l’apparition
de cancers testiculaires à l’âge adulte chez la souris, le rat, le
hamster et le chien.
Œstrogènes endogènes et développement
fœtal et néonatal du testicule
Alors même que les œstrogènes exogènes étaient
suspectés d’avoir un effet délétère sur le développement
testiculaire, le rôle des œstrogènes endogènes n’était pas
connu.
L’étude de souris mâles invalidées pour les
récepteurs des œstrogènes (ERa-/- ou
ERb-/-) ou pour l’aromatase
(Ar-/-), ainsi que l’analyse de patients ayant un
déficit en aromatase et d’un individu porteur d’une mutation du
récepteur a des œstrogènes ont montré que l’absence d’œstrogènes ou
de certaines de leurs voies de signalisation conduit également à
des perturbations de la capacité reproductrice [19]. Les souris
mâles ERa-/- et Ar-/-
sont stériles à l’âge adulte, en raison d’une insuffisance de la
réabsorption de fluide dans l’épididyme chez les
ERa-/- et d’anomalies de la spermatogenèse
chez les Ar-/-. Ainsi, il est clairement établi
que les œstrogènes sont nécessaires aux fonctions de reproduction
masculine chez l’adulte.
Mais ces études ne donnent pas d’information sur
le rôle joué par les œstrogènes pendant la vie fœtale. Nous avons
récemment étudié le développement fœtal et néonatal du testicule
(Figure 3) chez des souris
ERa-/- et ERb-/-
[20, 21]. Nous avons montré que l’invalidation de ERb provoque une
augmentation de 50 % du nombre de gonocytes à 2 jours
post-partum (jpp) (Figure 4), qui se poursuit au
moins jusqu’à 6 jpp et résulte d’une augmentation de leur
activité mitotique et d’une diminution de leur activité
apoptotique, sans modification du nombre de cellules de Sertoli. En
revanche, l’invalidation de ERa ne modifie ni le nombre de cellules
germinales, ni celui des cellules de Sertoli, mais augmente la
production de testostérone (Figure 5) ; cette
augmentation, qui s’observe dès 13 jpc, c’est-à-dire moins de 2
jours après que les premières cellules de Leydig se soient
différenciées, résulte d’une action directe des œstrogènes sur le
testicule, sans modification de la sécrétion de LH (hormone
lutéinisante), au contraire de ce qui est décrit chez l’adulte où
la modification du taux de LH semble jouer un rôle prédominant.
L’activité de chaque cellule de Leydig fœtale est augmentée, comme
en témoignent leur hypertrophie et l’augmentation de l’expression
des ARNm codant trois protéines impliquées dans la synthèse de
testostérone : StAR, P450scc et P450c17. En revanche,
l’invalidation de ERb n’a pas d’effet sur la stéroïdogenèse
testiculaire (Figure 5).
Figure 3. Histologie du
testicule de souriceau nouveau-né (2 jours).
A. Cordon séminifère après coloration au bleu de
Tushmann. Les flèches représentent les gonocytes, reconnaissables à
leur aspect histologique : cellules de grande taille
présentant un noyau de forme sphérique contenant deux ou trois
nucléoles globulaires, un cytoplasme d’aspect clair et une membrane
plasmique bien visible. Les pointes de flèche représentent les
cellules de Sertoli, généralement situées à la périphérie des
cordons, dont la membrane plasmique n’est pas visible et dont le
noyau, de forme triangulaire, allongée ou sphérique est plus dense
que celui des cellules germinales.B. Cellules de
Leydig, situées dans l’interstitium, après révélation
immunohistochimique de la 3b-hydroxy-stéroïde-déshydrogénase.
Figure 4. Évolution du
nombre de gonocytes dans les testicules de souris pendant la vie
fœtale puis néonatale, après invalidation des récepteurs
a(ERa) ou b(ERb)
des œstrogènes. Les périodes de prolifération et de
quiescence des gonocytes sont précisées le long de l’axe
chronologique. Les valeurs représentent la moyenne ± SEM de 4 à
13 animaux. *** p < 0,001 par rapport aux
souris sauvages en utilisant le test t de Student (d’après
[20]).
Figure 5. Production de
testostérone par des testicules de souris après invalidation des
récepteurs a(ERa) ou
b(ERb) des œstrogènes. Les testicules
sont incubés 3 heures sur filtre en présence (+ LH) ou
non (Basal) de 100 ng/ml de LH ovine. Les valeurs représentent la
moyenne ± SEM de 7 à 19 animaux.
** p < 0,01, *** p < 0,001 par
rapport aux souris sauvages en utilisant le test t de Student
(d’après [21]).
Ces résultats montrent donc que, à la différence
de ce qui se passe chez l’adulte, les œstrogènes endogènes ont un
effet négatif sur les fonctions et le développement du testicule
pendant la vie fœtale et néonatale. Chacun des récepteurs des
œstrogènes joue un rôle précis dans le développement testiculaire,
ERb étant impliqué dans la régulation du développement des cellules
germinales et ERa dans celle du développement et de la fonction des
cellules de Leydig.
Par ailleurs, nous avons mis au point un modèle
de culture organotypique de testicule fœtal ou néonatal de rat, qui
permet de reproduire in vitro le développement des
différents types cellulaires du testicule observé in vivo
[22, 23]. En utilisant ce modèle, et dans le cadre d’une étude
collaborative, nous avons démontré un effet négatif direct des
œstrogènes sur le développement des trois principaux types
cellulaires [24]. L’étude de l’ontogenèse des effets des œstrogènes
in vitro pendant la vie fœtale ou néonatale a mis en
évidence l’existence de périodes critiques de sensibilité du
testicule aux œstrogènes (Delbès et al., résultats non
publiés).
Conclusions et perspectives
Les données expérimentales laissent penser que
les effets délétères irréversibles des œstrogènes sur le
développement testiculaire et la masculinisation du tractus génital
ont lieu pendant le développement fœtal et néonatal. Nous avons
montré que les œstrogènes endogènes régulent physiologiquement le
développement du testicule pendant la vie fœtale puis néonatale en
contrôlant les deux principales fonctions du testicule fœtal et
néonatal : la gamétogenèse et la stéroïdogenèse. Or nous avons
vu que le dysfonctionnement de la mise en place de la lignée
germinale est susceptible d’induire des cancers testiculaires et
une altération de la production de spermatozoïdes. En outre, le
contrôle de la sécrétion de testostérone par les œstrogènes leur
confère un rôle possible dans la masculinisation du tractus génital
et la descente testiculaire.
Cependant, le lien entre des effets observés à
la naissance et leurs conséquences sur la fertilité adulte reste
très difficile à établir, d’autant que de nombreux mécanismes de
régulation de la spermatogenèse se mettent en place à la puberté.
Ainsi, alors que les déficits des voies œstrogéniques ont des
effets positifs chez le fœtus et le nouveau-né, ces effets sont
négatifs chez l’adulte. La mise en évidence des conséquences à
l’âge adulte des anomalies induites par l’absence des œstrogènes ou
de leurs voies de signalisation pendant la vie fœtale nécessitera
l’établissement de souris porteuses d’une invalidation uniquement
pendant la vie fœtale.
Par ailleurs, il semble qu'il existe des
périodes de sensibilité du testicule aux œstrogènes pendant la vie
fœtale puis néonatale, cette sensibilité dépendant en plus de
l’espèce et de la souche considérées [25]. Il apparaît donc
important d’étudier la sensibilité du testicule fœtal humain,
d’autant que, contrairement à ce qui se passe chez les rongeurs, le
récepteur des œstrogènes ERa n’est pas présent dans le testicule et
que de nombreux variants de ERb ont été décrits chez l’homme
[17].
Enfin, l’ensemble des données expérimentales met
en évidence les effets délétères de fortes doses de
xéno-œstrogènes ; en revanche, il ne semble pas que
l’exposition à de faibles doses s’accompagne d’effet délétère
irréversible [26, 27]. La question de l’incidence directe de
l’augmentation des xéno-œstrogènes dans l’environnement sur la
reproduction masculine humaine reste donc posée, même si certains
auteurs estiment que les perturbateurs endocriniens n’atteignent
pas dans l’organisme humain des concentrations nécessaires à la
manifestation de leurs effets xéno-hormonaux. Toutefois, du fait de
leur caractère lipophile, ces molécules s’accumulent et leurs
effets pourraient être amplifiés par une combinaison de divers
xéno-œstrogènes. Le nombre grandissant d’arguments épidémiologiques
et expérimentaux liant l’action des œstrogènes aux fonctions de
reproduction masculine semblerait donc justifier la nécessité de
mesures en matière de prévention médicale et environnementale.
L’importance du problème vient encore de
s’accroître à la suite d’un travail, récent, rapportant que les
rats dont l’arrière-grand-père a été intoxiqué par un perturbateur
endocrinien pendant sa vie fœtale ont une production spermatique
inférieure à la normale [28]. Ainsi, les altérations du
développement du testicule fœtal, exprimées chez l’individu adulte
contaminé, pourraient également être transmises aux générations
suivantes par des mécanismes encore à découvrir. ‡
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