endometriosi, inquinanti ambientali e distruptors...

Endometriosi, inquinanti ambientali e distruptors endocrini

Università degli Studi della Campania «Luigi Vanvitelli»

Dipartimento della Donna, del Bambino e di Chirurgia Generale e Specialistica

Luigi Cobellis, P. De Franciscis

DISTRUPTORS ENDOCRINI (EDs)

“SOSTANZE ESOGENE CHE INTERFERISCONO CON LE FUNZIONI DEL SISTEMA ENDOCRINO E CONSEGUENTEMENTE CAUSANO EFFETTI AVVERSI SULLA SALUTE DI UN ORGANISMO

SANO O SULLA SUA PROGENIE” (WHO, 2002)

MECCANISMI D ’AZIONE

- Attività recettoriale

- Interazione con sintesi, secrezione, accumulo, eliminazione, trasporto degli ormoni

Attraverso complessi meccanismi epigenetici alterano la trascrizione delle informazioni contenute nel DNA (modifiche del fenotipo senza alterazioni del genotipo)

Attraverso complessi meccanismi epigenetici alterano la trascrizione delle informazioni contenute nel DNA (modifiche del fenotipo senza alterazioni del genotipo)

cancer, diabetes, respiratory diseases, allergies, obesity,

neurodegenerative disorders, impaired stress response

DISTRUPTORS ENDOCRINI (EDs)

Fertilità naturale Outcome in PMA Gravidanza Patologieginecologiche

Il sistema più sensibile è quello riproduttivoIl sistema più sensibile è quello riproduttivo

↓ quali-quantitativa seme↑ criptorchidismo e ipospadia↑ incidenza tumori testicolari

↑ time to pregnancy

↑ rischio di aborti spontanei,

morte fetale intrauterina,

parti pretermine, anomali fetali

↓ fertilisation rates for couples

with paternal pesticide and

organic solvent exposure

Lancet 1999Fert Steril 2000

Endometriosi

Possible relation between FF metals,

oxidative stress and reproductive outcome in IVF

Sostanze naturali (fitoestrogeni)

Pesticidi (DDT), fungicidi (vinclozolina), antiparassitari

Sostanze di origine industriale:-plastificanti (FTALATI)-additivi (BISFENOLO A E B)-prodotti derivanti dalla combustione di varie materie (plastiche, termoplastiche, termoindurenti, reflui e rifiuti contenenti composti clorurati, etc) (DIOSSINE) -sostanze chimiche prodotte tramite processi industriali a partire dal petrolio e dal catrame, dai quali si estrae il benzene, ed utilizzati come fluidi dielettrici (trasformatori) e come additivi per antiparassitari, ritardanti di fiamma, isolanti, vernici e altro: policlorobifenili (PCB)-FENOLI

Metalli pesanti (piombo, cadmio, mercurio)

CLASSIFICAZIONE

Farmaci, estrogeni sintetici (dietilstilbestrolo, cimetidina)

Environmental pollution related to the illegal disposal of waste, but also at

their so-called lawful disposal in landfills and incinerators, has devastating

effects on people's health

>CARCINOGENS IN ENVIRONMENT

�dioxins

�polychlorinated biphenyls (PCBs)

�heavy metals

�phtalate, bisphenols

�polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs)

�dioxins

�polychlorinated biphenyls (PCBs)

�heavy metals

�phtalate, bisphenols

�polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs)

BURNING OF WASTE

ED ↔ INQUINANTI AMBIENTALI

REPRODUCTIVE EFFECTS?

diretto indiretto

�inalazione �ingestione �Assorbimento cutaneo

�Feto�neonato

ED - ASSORBIMENTO

• Acqua • Aria• Cute• Alimenti

• Acqua • Aria• Cute• Alimenti

attraverso la placentaattraverso la placenta

latte maternolatte materno

• Esposizione ubiquitaria• Esposizione professionale• Possibile esposizione combinata a diverse classi di DE attraverso l'ambiente

e gli alimenti, che non consente di escludere effetti additivi o sinergici

Very low [ED]

↓deep and significant effects

on endocrine physiology in

wild and laboratory animals

ENDOCRINE DISRUPTORS: CURRENT KNOWLEDGE

Persistence, bioaccumulation and biomagnification

(lack of detoxification mechanisms)

in vitro

human exposureubiquitary

�70.000 molecule with

ED activity

�70.000 molecule with

ED activity All hormonal systems are

results sensitive to the ED in

laboratory animals

All hormonal systems are

results sensitive to the ED in

laboratory animals

Endocrine disruptors…… e

endometriosi

� patologia in aumento� eziologia multifattoriali� riduzione della fertilità� sintomi invalidanti� management complesso� tassi di recidiva

0

10

20

30

<15 15-19 20-24 25-29 30-34 35-39

Endometriosi: la dimensione del problema

Gylfason et al, Am J Epidemiol 2010

DATI I.E.A. (INTERNATIONAL ENDOMETRIOSIS ASSOCIATION, 2004):

�10 - 18% DELLE DONNE�30 - 40% DELLE PAZIENTI INFERTILI�5 - 12 MILIONI DI DONNE IN USA E CANADA

PREVALENCE OF ENDOMETRIOTIC LESIONS IN WOMEN UNDERGOING SURGERY :

� 3-10% of the general female population�4% in asymptomatic women having sterilization�10% in women with fibroids�5-20% in women with pelvic pain�20-40% among infertile women,

Vigano P et al, 2004McLeod et al 2010

Prevention is key to this disorder !!

(Lancet, 2004, modified) AlterazioneAlterazione--microambiente peritonealemicroambiente peritoneale--sistema cellulosistema cellulo--mediatomediato--endometrioendometrio

ETIOPATOGENESI: TEORIA UNIFICATA

endocrina

Estrogen/progesterone receptors

Estrogeniprogesterone

immunitaria

citochinechemochine

Cellula endometriosica

Genetica

Ambiente

Genetic

Environment

Endometriosis

•Polymorfphysms•Endometrial resistance to apoptosis:

Bcl-2/bax family overspression

•Attachment to peritoneum: integrins

•Invasion of peritoneum: MMP and their

inhibitors

•High estrogen environment that

stimulates growth of endometriosis (COX

activity)

•Progesterone resistance is a critical

component of the disease process (PR-A

expression reduced and PR-B is

undetectable)

•Lifestyle

•Endocrine disruptors

“Endometriosis can result from an interaction between

genetics and environment”Giudice LC et al.; Lancet 2004

ENDOMETRIOSIS: ETIOPATHOGENESIS

� Dioxin� Phthalate� Bisphenol� Heavy metals

in utero exposures to specific insults

�

early-life immune insult �

developmental immunotoxicity

*The National Health and Nutrition Examination Survey

*

• Legame al recettore proteico e induzione di risposta anomala

• Crescita nel tempo sbagliato• Alterazione del metabolismo• Sintesi di un prodotto diverso• La Diossina è il trigger più conosciuto

AttivitAttivit àà recettoriale agonista (trigger)recettoriale agonista (trigger)

DIOSSINA: MECCANISMO D’AZIONE

L’azione del TCDD (2,3,7,8 tetraclorodibenzo-p-diossina) è mediata dal legame con i recettori dell’Ah (Aryl Hydrocarbon Receptor) che attiva la trascrizione tramite l’AhR Nuclear Translocator (ARNT) e induce la risposta simil-estrogenicaCY P-450 viene ad essere coinvolto

Whitlock JP, 1990, Annu Rev PharmacolBrosens & Parker Nature. 2003Swedenborg E, Pongratz I. Toxicology. 2010

Geni indotti dal recettore Ah comprendono CYP1A1, CYP1A2 e CYP1B1 che sono coinvolti nel metabolismo ossidativo del 17b-estradiolo

Vietri MT, Cioffi M, Sessa M, Simeone S, Bontempo P, Trabucco E, Ardovino M, Colacurci N, Molinari AM, Cobellis L.

CYP17 and CYP19 gene polymorphisms in women affected with endometriosis.Fertil Steril 2009

In patients affected with endometriosis, we observed that AA and CC genotypes were significantly represented in Val80 and C1558T polymorphisms of CYP19.The inheritable susceptibility to endometriosis justifies the growing interest in identifying genes and/or genetic polymorphisms that predispose women to an increased risk of developing endometriosis. The identification of single-nucleotide polymorphism (SNP), probably linked to endometriosis, could help to explain its pathogenesis.

Diossina ed endometriosi: una plausibile ipotesi

� La Diossina in vitro stimola la espressione della m alattia� Un collegamento tra esposizione ad organochlorine e d

endometriosi nelle scimmie e nei roditoriBirnbaum LS, Cummings AM,

� Studi epidemiologici indicano l’associazione fra l’ aumentato bioaccumulo di PCB “diossina simili” e/o diossine ed un incremento del rischio di endometriosi

Rier & Foster, Toxicol Sci 2002

- ↑ aborti spontanei tra il 1975 e il 1981

- No ↑ anomalie fetali

- ↑ incidenza di nati femmina nelle coppie > esposte

- nessuna associazione di rilievo con l’endometriosi

1976 → 1999

Effetti della diossina sulla popolazione di Seveso

DEHP= di-(2-ethylhexyl) phthalate

Il DEHP è uno ftalato, il più comune plasticizzante utilizzat o per rendere flessibile e morbido il PVC.

Con il tempo e con l’uso gli ftalati vengono rilasc iati dal PVC nell’ambiente circostante.

Giocattoli

Cavi elettrici

Medical device

Livelli molto elevati di ftalati

(DEPH) sono stati trovati in

materiali estratti dalla XBox

360 Elite e PS3

EFFETTI IN VITRO DEL DEHP

Antiestrogenico = compete con il recettore di E2

Antiandrogenico = malformazioni nei tessuti androgeno-dipendenti in r atti esposti durante la differenziazione sessuale

Modulatore estrogenico: Un esposizione prolungata a gli ftalati produce� induzione di alti livelli dell’ormone LH � incremento dei livelli sierici di testosterone e 17 B-estradiolo� iperplasia cellulare

Il potere antiestrogenico degli ftalati è probabilme nte dovuto ad un segnale recettore-mediato che sopprime la produzione di E2 a livello ovarico, portando ad anovulazione.

Effetto epigeneticophtalates may alter the methylation status of DNA a nd consequently the DNA sequence itself, thus transmitting these e ffects to future generations (Singh S et al, Int J Mol Sci 2012)

Huang PC et al. Risk for estrogen-dependent disease s in relation to phthalate exposure and polymorphisms of CYP17A1 and estrogen receptor genes.

Environ Sci pollut res int 2014

Cobellis L et al - Hum Reprod 2003

PHTHALATE ED ENDOMETRIOSIS

Endometriotic women showed significantly higher plasma DEHP concentrations than

controls and 92.6% of them had detectable DEHP and /or MEHP in the peritoneal fluid

The present findings showed for the first time an association between DEHP plasma

concentrations and endometriosis, suggesting a possible role for phthalate esters in the

pathogenesis.

Endometriotic women showed significantly higher plasma DEHP concentrations than

controls and 92.6% of them had detectable DEHP and /or MEHP in the peritoneal fluid

The present findings showed for the first time an association between DEHP plasma

concentrations and endometriosis, suggesting a possible role for phthalate esters in the

pathogenesis.

WARNINGS ON DEHP !

BISPHENOL A

Among synthetic compounds, attention towards phenols has grown due to their wide presence in both living and work environments. Bisphenol A is a small monomer that is polymerized to produce polycarbonate, epoxy resins and other plastics. In fact, phenols are widely used in the manufacture of plastics, rubber, and dyes. In particular, bisphenol A (BPA) is present in various occupational contexts as well as in many consumer products, including plastics (i.e. polycarbonate for the production of unbreakable windows, computer components, motorcycle helmets, light lenses), food and drink packaging (including baby bottles), dental sealants, and thermal receipts.

Plastiche

BISPHENOL A

� BPA membrane binding site implicated in triggering non-genomic actions of xenoestrogens (Alonso-Magdalena P et al 2005)

� BPA inhibits the activity of endogenous estrogens and/or disrupt estrogen nuclear hormone receptor action (Wetherill YB et al 2007).

� BPA binds to the α- and, to a lesser extent, β-estrogen receptors (ER) in vitro and in vivo (Caserta D et al 2011)

� BPA shows the same oestrogenic potency of the 17β-oestradiol for responses mediated by non-nuclear oestrogen receptors (Viñas et al 2012)

� Experimental studies highlighted that BPA can also act as an artificial oestrogen, thus determining the growth and the neoplastic differentiation of cellular cultures of breast and prostate cancer (Richter et al 2007; Wetherill et al 2007).

� There is substantial evidence of an increased susceptibility to mammary and prostate cancer in rodents exposed in the early life, since BPA exposure alters methylation patterning of several genes expressed in the prostate and mammalian glands of rodents (Seachrist et al 2016)

Bisfenolo A e B

Dose (µg/kg/giorno)

Effetti (misurati in studi su gatti e topi,Environmental Working Group

Anno di studio

0.025 "Cambiamenti permanenti nei genitali" 2005

0.025"Cambiamenti nel tessuto mammario che predispongono le cellule all'azione degli ormoni e sostanze cancerogene"

2005

1 "Effetti avversi sulla riproduzione e cancerogeni a lungo termine" 2009

2 "Incrementa il peso della prostata del 30%" 1997

2"Perdita di peso, aumento della distanza ano-genitali in entrambi i sessi, segni di pubertàprecoce."

2002

2.4 "Diminuzione del testosteronenei testicoli." 2004

2.5 "Cellule del seno predisposte al cancro" 2007

10 "Cellule della prostata più sensibili agli ormoni e cancro" 2006

10 "Diminuzione comportamenti materni" 2002

30 "Invertito le normali differenze sessuali nella struttura del cervello e comportamento" 2003

50 Effetti avversi neurologici si verificano in primati non umani 2008

50 Disturbi nello sviluppo ovarico 2009

50 Limiti correnti sull'esposizione al Bisfenolo A U.S. (linee guida dell' EPA) 1998

L’uso del BPA nei materiali a contatto con gli alimenti è autorizzato nell’Unione europea ai sensi del regolamento 10/2011/UE, riguardante i materiali e gli oggetti di materia plastica destinati a venire a contatto con i prodotti alimentari. Nel gennaio 2011 la Commissione europea ha adottato la direttiva 2011/8/UE che proibisce l’impiego del BPA per la produzione di biberon per l’infanzia in policarbonato. L'EFSA ha pubblicato gli esiti del proprio riesame integrale della tossicità ed esposizione al BPA nel gennaio 2015, quando ha ridotto la DGT per il BPA da 50 a 4 µg/kg di peso corporeo/giorno, impegnandosi a valutare di nuovo il BPA nel 2017, una volta che sarà pubblicato lo studio biennale del National Toxicology Program statunitense.

the presence of at least one of the two bisphenols was verified in a percentage as

high as 63.8% in the sera from endometriotic women, suggesting the existence of

a relationship between endometriosis and BPA and/or BPB exposure.

However a wide variability of obtained results (concentration range: 0.79–11.94

ng/ml) could be indicative of a correlation between BPA levels and the different

stages of the disease.

A questionnaire investigating the occupational context,

life environment, and habits was administered to 68

patients suffering from endometriosis and 60

endometriosis-free subjects (control group). Urine and

peritoneal fluids samples were collected and analysed by

GC/MSMS for BPA dosage.

The association between the occupational exposure summarising all examined risk factors

(working activity, personal protective equipment, seniority) and endometriosis was

statistically significant . Contrasting results were obtained when specific activities were

examined. Living close to activities at risk (such as industries and incinerators) was

positively associated with endometriosis

freelance hairdresser cosmeticianrestorerpharmacistssales woman teachers

The t-test showed a statistically significant urinary BPA excretion difference (p = 0.001)

between patient and control groups, showing an association between BPA exposure and

endometriosis.

No statistically significant differences were found by comparing mean/median values of

BPA U/BPA P across groups of exposed and not exposed

Cell proliferation, cell cycle, migration and

decidualization mechanisms were investigated.

Treatments have been performed with both the

EDCs separately or in presence and in absence

of progesterone used as decidualization

stimulus.

Both TCL and BPA did not affect cell

proliferation, but they arrested ESCs at G2/M

phase of cell cycle enhancing cell migration.

TCL and BPA also increased gene expression and

protein levels of some decidualization markers,

such as IGFBP1 PRL, amplifying the effect of

progesterone alone.

All together, our data strongly suggest that TCL

and BPA might alter human endometrium

physiology so affecting fertility and pregnancy

outcome.

METALLI PESANTI E ENDOMETRIOSI

Pb2+Reprime ERβ

Reprimela sintesidi eme

Riduce lasintesi diE2 e Pg

Reprimela StAR

Taupeau C et al, Biol Reprod 2003Nehru B et al, J Appl Toxicol, 1992

Cd2+

Induce il PgR

Attiva ERα

Reprimeespressione di

ERα

Inducela sintesidi eme

Induce la sintesi diE2 e Pg

Induce la catepsina D

Induce geni antiapoptotici

Stoica et al., Mol End, 2000Henson MC et al Exp Biol Med, 2004Heilier JF et al, Int Arch Occup Environ Health, 2006

* p < 0.05 vs endometriosi III-IV** p < 0.05 vs endometriosi I-II e controlli

• I livelli di PbS sono significativamente inferiori nelle paziente affette da endometriosi rispetto ai controlli, con differenze più marcate per le pazienti con endometriosi grave.

• Il Cd, al contrario, ha mostrato un trend statisticamente non significativo verso valori più elevati nelle pazienti con endometriosi, specialmente in quelle con le forme più gravi, rispetto ai controlli.

• Non sono risultate differenze significative per quanto riguarda il dosaggio di Pb e Cd urinario tra i tre gruppi di pazienti ed il Pb urinario è risultato piùelevato in pazienti con endometriosi III–IV rispetto a pazienti con endometriosi I–II e ai controlli.

METALLI PESANTI ED ENDOMETRIOSI

Controlli Endometriosi I-II Endometriosi III-IV

Pb Sµg/l 9,33 ± 2,63* 8,10 ± 3,28* 5,22 ± 3,76

Pb U µg/l 2,03 ± 1,01 3,01 ± 1,32 5,73 ± 2,93**

Cd Sµg/l 0,85 ± 0,57 0,97 ± 0,20 1,42 ± 0,28

Cd U µg/l 1,92 ± 0,97 1,60 ± 0,52 2,64 ± 0,50

Dati personali

Liv. rif. europei per esp. non prof. - Pb ematico 70 µg/l- Cd ematico 1 µg/l- Cd urinario 0,8 µg/l


Valori di piombo

fattore maschile fattore tubarico ridotta riserva ovarica inspiegata Endometriosi

N° pazienti 32 12 12 8 7

Pb Sangue µg/l 18,7± 14,8 20,9±17,5 23,3±18,4 7,8± 14,3 17,9 ± 19,1

pb urine µg/l 2,4 ± 2,6 1,8 ± 3,3 1,9 ± 2,5 3,2± 3,3 2,4 ± 2,2

Pb follicolare µg/l 1,2 ± 1,95 0,6 ± 0,5 1 ± 0,3 0,75±0,75 2,2 ± 3,9

Dati personali

Il Pb intrafollicolare risulta più alto nelle pazienti residenti nella “Terra dei fuochi”

Valori di piombo

Terra dei fuochi Altri comuni

N° pazienti 53 18

pb sangue µg/l 15,35 ± 16,8 26,96 ± 11,92

pb urine µg/l 2,38 ± 2,28 3 ± 3,5

pb follicolare µg/l 1,26 ± 2,14 0,93 ± 0,57

Dati personali

Non si osservano differenze nei livelli di PbS, PbU e Pb follicolare in rapporto all’esito della tecnica

Valori di piombo in rapporto all’esito della tecnica IVF

BetaHCG + BetaHCG -

N° pazienti 14/71 57/71

pb sangue µg/l 17,27 ± 16,39 18,79 ± 16,54

pb urine µg/l 2,9 ± 2,19 2,17 ± 2,83

pb follicolare µg/l 0,5 ± 0,6 1,43 ± 2,15


DISTRUTTORI ENDOCRINI E

ENDOMETRIOSI

STATE OF THE ART ASSESSMENT OF ENDOCRINE DISRUPTERS Final Report ProjectRevised version, 29 January 2012

CONCLUSIONI

� L’endometriosi ha una etiopatogenesi complessa, multifattoriale e dai risvolti ancora non completamente chiari, nella quale entra probabilmente in gioco la componente interferente endocrina.

� I dati sull’umano sono ancora molto preliminari ma sembrano indicare una possibile correlazione tra endometriosi e l’esposizione ai distruttori endocrini.

� I nostri dati confermano complessivamente un ruolo di interferenza endocrina di bisfenoli, ftalati e metalli pesanti nella patogenesi dell’endometriosi

� Per il futuro è fondamentale:

– ampliare le casistiche per valutare i livelli di esposizione sia nella popolazione generale che in gruppi specificamente esposti

– distinguere tra esposizione ambientale ed esposizione professionale

– distinguere tra esposizione singola o combinata a diverse classi di EDs per escludere effetti additivi o sinergici

– studiare gli effetti dei vari EDs a basse dosi dal momento che alcuni distruttori endocrini potrebbero provocare specifici effetti endocrini a dosi inferiori a quelli che normalmente vengono considerati come privi di tossicità

– stabilire dei valori di riferimento per le concentrazioni di tossici nei fluidi follicolari

– approfondire le interazioni fra stili di vita e distruttori endocrini

– identificare condizioni metaboliche e polimorfismi genetici come potenziali fattori di suscettibilità al danno da metalli pesanti

Recommendations for the Future•Linking basic research to clinical practice•Endocrine disruption and the public•Prevention and the “precautionary principle”

Diamanti-Kandarakis E et al. Endocrine-Disrupting Chemicals: An Endocrine Society Scientific Statement. Endocr Rev 2009

MESSAGGIRecommendations for the Future•Linking basic research to clinical practice•Endocrine disruption and the public•Prevention and the “precautionary principle”


MESSAGGI

Recommendations for the Future•Linking basic research to clinical practice•Endocrine disruption and the public•Prevention and the “precautionary principle”


endometriosi, inquinanti ambientali e distruptors...

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