Cet article explique comment la somme des expositions environnementales et alimentaires, connue sous le nom d’exposome, façonne la biologie humaine depuis la conception jusqu’au vieillissement. Il explore les voies moléculaires, notamment l’équilibre redox, la signalisation NRF2 et le changement épigénétique, par lesquelles l’alimentation et la pollution influencent conjointement le risque et la prévention des maladies.
L’exposome fait référence à l’ensemble des influences environnementales qui nous affectent dès la conception. Cela comprend tout, de l’air que nous respirons et de l’eau que nous buvons aux aliments que nous mangeons, aux microbes présents dans nos intestins et au stress psychologique que nous subissons. Selon Vineis et Barouki, l’exposome implique également des inégalités sociales et économiques qui influencent les trajectoires de santé par le biais de mécanismes biologiques tels que l’inflammation chronique et les altérations métaboliques.
Ces entrées n’agissent pas seules. Les polluants interagissent avec les habitudes alimentaires, la composition du microbiome, le sommeil et les facteurs de stress sociaux pour influencer l’inflammation, les hormones, le métabolisme et la signalisation neuronale. Au fil du temps, ces pressions combinées peuvent modifier l’expression des gènes, le tonus immunitaire et la résilience des organes, orientant ainsi les trajectoires de santé vers ou loin de la maladie. Comprendre l’exposome clarifie les objectifs de prévention qui comptent aujourd’hui dans la vie de tous les jours.1
Cet article montre comment l’exposome (comprenant les polluants, l’alimentation, le microbiome et le stress) influence la biologie via le facteur 2 lié au facteur nucléaire érythroïde 2 (NRF2), le cytochrome P450 (CYP450), le stress oxydatif et l’épigénétique, et comment les multi-omiques, les appareils portables et l’intelligence artificielle (IA) facilitent la prévention personnalisée.
Mesurer l’exposome dans votre vie
La mesure de l’exposome associe des techniques « omiques » à haut débit à la détection et à la modélisation du monde réel. La métabolomique non ciblée, utilisant généralement la spectrométrie de masse (MS) à haute résolution associée à la chromatographie liquide ou gazeuse, examine des milliers de petites molécules endogènes et exogènes dans les biofluides pour révéler les changements de voies liés à la santé et à la maladie. Les flux de travail basés sur l’IA/ML automatisent désormais l’alignement, la normalisation et la sélection des fonctionnalités de ces ensembles de données MS complexes, améliorant ainsi l’annotation et la comparabilité entre études. La protéomique et l’épigénomique ajoutent des couches mécanistiques, tandis que les capteurs portables capturent des données horodatées sur l’air, l’activité, l’emplacement et la physiologie qui contextualisent les expositions.2
L’IA et l’apprentissage automatique alignent les spectres, sélectionnent les caractéristiques informatives et aident à annoter les produits chimiques inconnus, ce qui est essentiel car de nombreux composés environnementaux sont présents en faible abondance et en mélanges. Ces techniques informatiques, souvent intégrées à des plates-formes d’expomique basées sur le cloud, prennent en charge « l’expomique fonctionnelle », un cadre qui relie les réponses moléculaires aux expositions environnementales pour clarifier les interactions exposition-phénotype.6
Deux approches analytiques illustrent l’attribution de la profondeur et de la source : la spectrométrie de masse en tandem par chromatographie liquide non ciblée (LC-MS/MS) détecte les métabolites des polluants dans un vaste espace chimique, et le traçage des isotopes stables avec des nutriments marqués identifie les origines alimentaires et le devenir métabolique. Ensemble, ces outils créent une lecture intégrée de ce qui pénètre dans le corps, de la manière dont il est traité et des signatures moléculaires qui prédisent le risque ou la résilience.2,6
L’alimentation comme exposition modifiable
L’alimentation peut agir comme un levier, soit en tamponnant, soit en amplifiant la toxicité des polluants. Un apport alimentaire plus élevé en vitamines antioxydantes A, C et E est associé à des liens plus faibles entre la pollution de l’air ambiant et l’incident du diabète sucré dans la biobanque du Royaume-Uni (Royaume-Uni), ce qui conforte l’idée selon laquelle les antioxydants atténuent le stress oxydatif et le dysfonctionnement métabolique induits par la pollution. Cet effet protecteur était plus fort pour les vitamines C et E, suggérant une modulation spécifique aux nutriments du risque lié aux particules.3
Le stress oxydatif est une voie clé par laquelle les particules et les oxydes d’azote déclenchent la peroxydation lipidique, la signalisation inflammatoire, les lésions endothéliales et la résistance à l’insuline, ce qui confère une plausibilité biologique aux stratégies antioxydantes alimentaires.3,4
Mécaniquement, les interactions nutriments-xénobiotiques convergent dans le foie : l’axe de la protéine 1 associée à l’ECH de type NRF2-Kelch (KEAP1) détecte les électrophiles et les espèces réactives de l’oxygène, puis induit des programmes d’éléments de réponse antioxydants, y compris des enzymes de phase II telles que l’hème oxygénase-1 et le nicotinamide adénine dinucléotide (phosphate), réduits. [NAD(P)H] déshydrogénase [quinone] 1 ; ces défenses fonctionnent aux côtés des systèmes enzymatiques CYP450 pour soutenir le métabolisme xénobiotique et limiter les dommages cellulaires
NRF2 interagit également avec les voies régulant l’apoptose, la biogenèse mitochondriale et les protéines de signalisation sensibles au rédox, telles que PTEN et EGFR, élargissant ainsi son rôle au-delà de la détoxification pour englober la survie cellulaire et l’adaptation métabolique.4 Au sein de l’exposome, le microbiome est un médiateur essentiel : la flore intestinale est reconnue comme une exposition interne qui modifie le tonus rédox et les réponses inflammatoires de l’hôte, déterminant ainsi la manière dont l’alimentation et les polluants se traduisent en risque systémique.3,4
Ensemble, ces éléments de preuve positionnent l’alimentation comme une exposition modifiable qui peut réguler positivement les défenses endogènes via des voies liées au NRF2, stabiliser l’homéostasie métabolique dans des conditions polluées et agir via l’axe intestin-foie pour influencer les résultats de santé réels.3,4
Impacts sur la santé et cheminements des maladies
Les changements épigénétiques traduisent les expositions environnementales en une biologie durable qui peut conduire à des maladies chroniques. Deux mécanismes principaux, la méthylation de l’acide désoxyribonucléique (ADN) et l’acétylation des histones, modifient l’accessibilité de la chromatine et l’expression des gènes ; Les réseaux de microARN (miARN) affinent davantage ces programmes transcriptionnels. Selon Ho et al., la reprogrammation épigénétique peut se produire pendant des fenêtres de développement critiques, notamment les stades embryonnaire, périnatal et pubertaire, lorsque les expositions environnementales, telles que les perturbateurs endocriniens ou les polluants atmosphériques, peut modifier de façon permanente la régulation des gènes.
Les expositions agissent rarement une seule fois : la dose, le moment choisi et les mélanges sont importants, avec des fenêtres sensibles s’étendant sur la vie fœtale jusqu’à la puberté.
Dans des études de cas sur la pollution atmosphérique prénatale, les hydrocarbures aromatiques polycycliques liés à la circulation ont été associés à une hyperméthylation des gènes immunitaires et métaboliques de l’enfant, ainsi qu’à une hypométhylation globale du sang de cordon, qui est en corrélation avec des symptômes respiratoires ultérieurs et des différences neurocomportementales. Cela suggère que les substances toxiques de l’air in utero reprogramment épigénétiquement les voies de développement avec des effets en aval sur la cognition et le comportement.5
Les pesticides constituent un autre exemple de deuxième voie. Les fongicides perturbateurs endocriniens, tels que la vinclozoline et d’autres agents de type pesticide, peuvent laisser des marques durables sur les épigénomes germinaux et somatiques (altération de la méthylation du promoteur ; marques d’histone perturbées), avec une persistance transgénérationnelle. Ces effets transgénérationnels soulignent la portée temporelle de l’exposome, illustrant comment les expositions précoces peuvent avoir un impact sur la susceptibilité aux maladies sur plusieurs générations.
Ces marques épigénétiques influencent le stress neuronal et la signalisation inflammatoire, créant ainsi un lien plausible avec la neurodégénérescence. Conformément à cela, la littérature sur les toxiques environnementaux place les troubles du développement neurologique et la maladie de Parkinson dans une susceptibilité épigénétique partagée liée à l’exposition à l’air et aux produits chimiques, où les gènes immunitaires, rédox et dopaminergiques sont des cibles principales. Ensemble, ces éléments de preuve soutiennent l’utilisation de signatures épigénétiques comme « souvenirs » d’exposition pour stratifier les risques et guider la prévention pendant la grossesse et tout au long de la vie.5
Les recherches émergentes intègrent l’exposome dans des cohortes multi-omiques et longitudinales qui profilent à plusieurs reprises les contacts externes et la biologie interne à travers les étapes de la vie. Prix et coll. proposent de distinguer l’exposome, défini strictement comme la totalité des contacts externes, de « l’expomique fonctionnelle », qui intègre les réponses biologiques à travers les couches omiques pour interpréter les effets de l’exposition.6 L’expoomique fonctionnelle cartographie les liens exposition-phénotype en intégrant des mesures d’exposition à haute résolution, la métabolomique, la protéomique, l’épigénomique, les données cliniques et le contexte tel que la météo, le logement et le stress social, puis en testant les associations dans le temps pour trouver des fenêtres critiques et des voies causales.
Des études récentes mère-enfant et à participant unique montrent des milliers de liens résolus dans le temps entre l’environnement personnel et les signaux omiques, préfigurant une santé environnementale précise. Les outils de nouvelle génération associeront la MS non ciblée pour l’exposition chimique interne à des appareils portables, des flux géospatiaux et des conceptions longitudinales à l’échelle des résultats, le tout connecté via une intelligence artificielle et des normes transparentes.2,6
Ces avancées permettent de créer un « passeport personnel des exposomes » : un enregistrement horodaté et mis à jour en permanence des expositions significatives et des biomarqueurs réactifs, résumés en scores de risque exploitables et en aides à la décision. De tels passeports, s’ils sont déployés de manière éthique, pourraient soutenir la surveillance de la santé publique et des boucles de rétroaction individualisées pour encourager les comportements préventifs tout en maintenant des garanties de confidentialité et d’équité.6
Exposome : Comment changer et améliorer notre vie
La prévention est la leçon pratique de la science de l’exposome. L’intégration des déterminants sociaux, biologiques et technologiques offre une vision complète de la manière dont l’environnement et le comportement interagissent avec la biologie tout au long de la vie.1,6
Il existe trois priorités principales : premièrement, renforcer les défenses alimentaires avec des aliments peu transformés, riches en antioxydants, en acides gras oméga-3, en fibres et en divers polyphénols qui soutiennent l’équilibre rédox et la santé du microbiome. Deuxièmement, réduire les expositions à la source grâce à un air pur, une eau salubre, des logements et des lieux de travail peu toxiques et une conception urbaine plus intelligente. Troisièmement, personnalisez les risques grâce à une surveillance de l’exposition qui relie les appareils portables, le contexte géospatial et le multiomique dans des tableaux de bord préservant la confidentialité pour un retour d’information rapide. Ces mesures transforment des risques vastes et difficiles à définir en mesures concrètes, guidant les cliniciens, les familles et les décideurs politiques vers une intervention plus précoce, une réduction des maladies liées à la pollution et des trajectoires plus saines tout au long de la grossesse, de l’enfance et du vieillissement.
