Influence du régime alimentaire du nouveau‐né sur le développement du microbiote

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Les « facteurs » qui régulent l’acquisition du microbiote intestinal

Comment le microbiote nous colonise‐t‐il ?

Le dogme actuel stipule que l’intestin est stérile à la naissance et la colonisation du tractus digestif commence dès la rupture de la membrane fœtale. Néanmoins, plusieurs études font état de la présence d’ADN bactérien dans le liquide amniotique en condition physiologique15,16. Au cours de la vie intra‐utérine l’intestin du fœtus est littéralement rempli de liquide amniotique. Il parait donc légitime de penser que l’intestin du nouveau‐né est déjà en contact avec de l’ADN bactérien avant la naissance. De plus, il a également été mis en évidence qu’il y avait de l’ADN bactérien dans le placenta17. Le placenta étant le lieu d’échange entre la mère et l’enfant il est donc possible que cet ADN puisse franchir le placenta et se retrouver dans la circulation fœtale. Néanmoins, la présence d’ADN bactérien au contact du fœtus n’implique pas forcément la présence de bactéries. De surcroît, la présence de bactéries vivantes en contact avec le fœtus n’est pas clairement démontrée.
Malgré la présence d’ADN bactérien dans le liquide amniotique, c’est à la naissance que l’intestin du nouveau‐né est confronté à une multitude de microorganismes. La colonisation de l’intestin par les bactéries est avant tout un processus stochastique qui confère à chaque individu un microbiote unique. Le microbiote se façonne au gré du passage des bactéries dans notre tube digestif. Néanmoins, plusieurs facteurs ont été identifiés comme étant capables de moduler cette colonisation : le mode d’accouchement (voie basse ou césarienne), les conditions d’hygiène et la nutrition néonatale (Figure 4).
L’enfant est exposé à une grande quantité de microorganismes lors de la rupture de la paroi utérine. Le mode d’accouchement (voie basse ou césarienne) conditionne l’arrivée des premières bactéries dans le tube digestif. Par la suite, l’allaitement et plus généralement l’alimentation vont dicter l’établissement des espèces bactériennes dans le tractus digestif. Enfin les conditions d’hygiène vont également sélectionner les bactéries présentes dans l’environnement et donc les bactéries capables de s’introduire dans l’intestin. La colonisation de l’intestin est progressive, la charge et la diversité bactérienne vont augmenter au cours du temps pour se stabiliser vers l’âge de 2 ans.

Le mode d’accouchement

Longtemps utilisée en cas d’urgence, la césarienne est devenue une pratique courante de nos jours et concerne 1 grossesse sur 5 en France (chiffres issus de l’enquête nationale périnatale de 2010). Cette intervention chirurgicale consiste à extraire le nouveau‐né de l’utérus de la mère par incision de la paroi utérine. Depuis quelques années, la communauté scientifique a démontré que cette pratique pouvait influencer la colonisation de l’intestin par le microbiote. En effet, les enfants nés par césarienne ont un microbiote proche de celui retrouvé sur la peau alors que les enfants nés par vois basse ont un microbiote qui ressemble à celui du vagin de la mère. En effet, Domingez‐Bello M.G. et al. ont montré que moins de 24 heures après l’accouchement le profil microbien des enfants nés par voie basse ressemblait à celui du vagin de la mère et qu’il était dominé par des espèces de Lactobacilles, Prevotella et Sneathia. A l’inverse, les enfants nés par césarienne sont colonisés par des bactéries proches de celles retrouvées sur la peau de la mère comme les Staphylocoques, les Corynebactéries et les Propionibactéries19. Par ailleurs, une étude récente a rapporté que le microbiote intestinal des enfants nés par voie basse était également proche du microbiote intestinal de la mère suggérant également une transmission fécale de la mère à l’enfant20. De plus, Jakobsson H.E. et al. ont mis en évidence que les enfants nés par césariennes possédaient un microbiote moins diversifié et qu’ils étaient moins souvent colonisés par des Bacteroidetes que les enfants nés par voie basse21. Les différences majeures observées entre le microbiote des enfants nés par césarienne et ceux nés par voie basse s’estompent au cours du temps20. Néanmoins, cette acquisition différentielle de microbiote n’est pas sans conséquence et les enfants nés par césarienne ont également une maturation différente du système immunitaire21.
Afin de lisser les différences de microbiote induites par le mode d’accouchement, une équipe américaine a badigeonné le nouveau‐né de fluide vaginal provenant de sa mère22. Le microbiote des enfants nés par césarienne et exposés aux bactéries vaginales était beaucoup plus proche du microbiote d’enfants nés par voie basse que celui d’enfants nés par césarienne non exposés. Ainsi, cette étude a montré que qu’il était possible de réduire l’impact de la césarienne sur le microbiote en inoculant au nouveau‐né le microbiote vaginal de sa mère.
L’impact du mode d’accouchement sur la colonisation précoce de l’intestin par le microbiote n’est pas négligeable mais bien d’autres facteurs participent à sa maturation. En effet, plusieurs études ont mis en évidence que le microbiote de jumeaux pouvait être taxonomiquement et fonctionnellement différent l’un de l’autre23,24. Pourtant les jumeaux ont partagé le même environnement microbien à la naissance et ont probablement été colonisés par les mêmes bactéries au départ. Récemment, Daft J.G. et al. ont effectué une manipulation simple pour quantifier l’importance des bactéries héritées à la naissance par la mère sur le développement du futur microbiote25. Les auteurs ont utilisé deux lignées de souris distinctes ayant des microbiotes différents. Les auteurs ont ensuite coordonné les accouplements des couples reproducteurs des lignés de telle sorte à avoir des naissances simultanées dans les 2 colonies de souris. Quarante‐huit heures après la naissance des souriceaux, ils ont interverti les portées pour que chaque mère d’une lignée allaite les souriceaux de l’autre lignée. Les auteurs ont pu mettre en évidence que le microbiote des souriceaux était bien plus proche du microbiote de la mère nourricière que de celui de leur mère biologique. Ces résultats suggèrent que la transmission du microbiote de la mère à l’enfant n’est pas uniquement effectuée à la naissance et que la mère nourricière joue un rôle primordial25. Par ailleurs, une autre étude a montré que le microbiote de l’enfant était proche du microbiote de sa mère mais également proche de celui de son père26. Ces données suggèrent donc que d’autres facteurs environnementaux participent à l’acquisition et à la maturation du microbiote.

Les conditions d’hygiène et l’environnement

L’impact des conditions d’hygiène sur l’acquisition du microbiote est assez intuitif. En effet, pour qu’une bactérie colonise notre tube digestif il faut qu’elle ait eu l’occasion d’y entrer un moins une fois ! Plus les conditions d’hygiène périnatales sont strictes moins l’enfant est susceptible d’entrer en contact avec une variété importante de microorganismes. Ainsi, il a été démontré que l’exposition du nouveau‐né à un environnement riche en microorganismes entrainait une augmentation de la diversité de son microbiote. Par exemple, le microbiote d’enfants vivant à la ferme est bien plus diversifié que celui d’enfants vivant dans un environnement plus aseptisé27. Par ailleurs, l’équipe de J.I. Gordon a mis en lumière des microbiotes similaires chez les membres d’une même famille partageant le même environnement. Ces résultats sont retrouvés à la fois dans des familles américaines mais aussi dans des familles africaines et sud‐américaines26. Cependant, dans cette étude il a été impossible de séparer l’effet des conditions d’hygiène environnementales de l’influence d’autres facteurs comme le régime alimentaire. Chez la souris, il est bien sûr plus facile de contrôler l’influence de la transmission maternelle, du régime alimentaire et de l’environnement sur le microbiote. Dans une étude parue en 2012, l’équipe New Yorkaise de E.G. Palmer a apporté quelques éléments de réponse concernant l’influence de l’environnement sur le microbiote28. Dans cet article, les auteurs ont comparé le microbiote intestinal de plusieurs lignées de souris invalidées pour des gènes impliqués dans l’immunité innée comme MyD88, TLR2, TLR4, TLR5 ou TLR9 (MyD88 pour Myeloid Differentiation primary response gene 88 et TLR pour Toll‐Like Receptor). Tous ces gènes sont chargés de reconnaître différents composés bactériens. Pour chaque lignée, les auteurs ont croisé une femelle et un mâle tous deux hétérozygotes pour la délétion. Chaque membre de la descendance a été placé en cage individuelle après le sevrage et le microbiote de l’iléon, de la muqueuse iléale et du caecum a été analysé après 6 semaines. Les auteurs ont constaté, en comparant les souris invalidées aux souris sauvages, qu’aucun des génotypes n’avait induit de modification du microbiote. Par contre, chaque colonie de souris arborait un microbiote distinct quel que soit le génotype des souris. Ces résultats mettent en lumière que l’environnement et le lignage des souris sont primordiaux pour le développement du microbiote28. Ces résultats sont extrêmement importants à considérer lors de comparaison entre les microbiotes de souris sauvages et de souris invalidées.
Un autre exemple bibliographique illustre parfaitement ce concept. Dans une étude publiée dans la revue Science en 2010 , Vijay‐Kumar M. et al. ont démontré que les souris invalidées pour le récepteur TLR‐5 développaient un syndrome métabolique caractérisé entre autres par une hyperphagie, une augmentation de la masse grasse et une intolérance au glucose29. TLR‐5 est un récepteur capable de reconnaître la flagelline, un composant présent chez certaines bactéries mobiles du microbiote. En comparant le microbiote des souris sauvages au microbiote des souris TLR‐5 KO (KO pour Knock Out), les auteurs ont constaté des modifications au niveau des espèces. Le transfert du microbiote modifié issu des souris TLR‐5 KO dans des souris axéniques a été suffisant pour transférer le phénotype métabolique. A la lumière de ces résultats, les auteurs ont émis l’hypothèse que la perte du récepteur TLR‐5 induirait des altérations du microbiote intestinal conduisant au développement des maladies métaboliques29. En 2016, une autre étude publiée par Zhang W. et al. s’est intéressée au rôle du TLR‐5 dans le développement des maladies métaboliques30. Les auteurs ont également généré des souris invalidées pour TLR‐5 mais ils n’ont pas constaté l’apparition des désordres métaboliques chez ces souris. Par ailleurs, les auteurs n’ont également pas réussi à mettre en évidence de changement significatif de microbiote entre des souris sauvages et des souris TLR‐5 KO30. Le microbiote présent dans leur lignée de souris TLR‐5 KO était complètement différent de celui identifié lors de l’étude de Vijay‐Kumar M. et al.. Finalement, l’étude de Zhang W. et al. ne remet pas en cause le fait que le microbiote présent dans la lignée de souris TLR‐5 KO de Vijay‐ Kumar M. et al. soit responsable du syndrome métabolique. Seulement, ces modifications microbiennes et le syndrome métabolique qui en résulte ne sont pas uniquement dus à l’invalidation du gène TLR‐5 mais également à d’autres facteurs comme des modifications environnementales propres à chaque animalerie. Par conséquent, pour évaluer l’impact de l’invalidation d’un gène sur la composition du microbiote, il est nécessaire de tenir compte de l’origine de la lignée et des conditions d’élevage des souris qui peuvent, à elles seules, impacter la composition du microbiote intestinal.

Le régime alimentaire conditionne le microbiote tout au long de la vie

Influence du régime alimentaire du nouveau‐né sur le développement du microbiote

Concrètement, le microbiote intestinal se nourrit de tout ce qui se trouve dans son environnement comme des résidus alimentaires partiellement absorbés, du mucus produit par nos cellules intestinales, des cellules intestinales ainsi que d’autres bactéries mortes. Néanmoins, quantitativement se sont les fibres alimentaires qui constituent sa principale source énergétique. Autrement dit, les bactéries intestinales se nourrissent essentiellement de ce que nous mangeons et notre régime alimentaire va conditionner le développement du microbiote intestinal.
Le régime alimentaire influence précocement le développement du microbiote. En effet, la première tétée du nourrisson intervient dans les premières heures qui suivent un accouchement sans complications. C’est donc le lait maternel, principale source énergétique pour le nouveau‐né, qui permet la croissance des bactéries commensales dans les premiers jours de la vie (les bactéries commensales sont les bactéries non pathogènes qui colonisent les muqueuses de l’organisme et l’intestin). Le lait maternel humain est composé d’énormément de substances bioactives comme des oligosaccharides31,32. Ces oligosaccharides (aussi appelé fibres solubles) ne sont ni absorbés ni métabolisés dans les parties hautes de l’intestin et arrivent intacts dans le côlon au contact des bactéries intestinales33. Ces composés maternels peuvent donc être métabolisés par le microbiote intestinal et promouvoir la croissance des genres bactériens Bifidobacterium et Lactobacillus34,35. La composition du lait maternel en oligosaccharides peut varier d’une mère à l’autre. En effet, une étude récente publiée par le laboratoire de J.I. Gordon, fait état d’une diminution de près de 20% d’oligosaccharides sialylés dans le lait des mères ayant des enfants dénutris36. Loin d’être une simple coïncidence, les auteurs suggèrent que cette diminution est en partie impliquée dans l’état dénutri de l’enfant. En effet, des souris traitées avec ces oligosaccharides sialylés ont une meilleure croissance (augmentation de la masse maigre et du volume osseux) que des souris non traitées. De plus, l’effet des oligosaccharides sur la croissance est perdu chez des souris axéniques (i.e. souris nées et élevées en condition stérile et dépourvues de microbiote) ce qui suggère le rôle prépondérant du microbiote dans ces phénomènes. Cette étude montre qu’en agissant sur le microbiote, ces composés maternels peuvent avoir des effets majeurs sur le bon développement de l’enfant.
Mais qu’en est‐il pour le développement des enfants nourris avec du lait maternisé ? Plusieurs études ont répertorié des différences entre la composition du microbiote d’enfants nourris au lait maternel et celui d’enfants nourris au biberon de lait maternisé37,38. Dans ces études les auteurs ont constaté, entre autres, un retard dans la colonisation de l’intestin par des Bifidobactéries chez les enfants nourris par du lait maternisé. Néanmoins, ces études sont anciennes et de gros progrès ont été faits dans la conception du lait maternisé et des laits enrichis en oligosaccharides ont depuis vu le jour. Les enfants nourris avec cette nouvelle génération de lait ont des taux de Bifidobactéries dans les fèces similaires aux nouveaux‐nés nourris au lait maternel39. Pourquoi tenir compte de la quantité de Bifidobactéries ? Au‐delà de leur capacité à digérer les oligosaccharides, les Bifidobactéries peuvent adhérer à l’épithélium intestinal40. Cette propriété leur permet de participer à la maturation du système immunitaire et de l’épithélium intestinal du nouveau‐né41‐44. Leur présence précoce dans l’intestin du nouveau‐ né permet donc un développement complet du tractus digestif de l’enfant.
Par la suite, à chaque changement du régime alimentaire, le microbiote va devoir s’adapter à la nourriture qui lui est proposée. Dans une étude cas témoin, Koenig J.E. et al. ont suivi l’évolution du microbiote intestinal d’un nouveau‐né pendant 2 ans et demi45. Ils ont pu mettre en évidence de profondes modifications du microbiote intestinal lors des changements de régime alimentaire. En outre, l’arrêt de l’allaitement et l’introduction de nourriture solide va profondément modifier la proportion des différentes bactéries intestinales20. La diversité microbienne intestinale augmente progressivement après la naissance et c’est vers l’âge de 2 ans environ que le microbiote se stabilise pour être fonctionnellement proche de celui retrouvé à l’âge adulte20,26 (Figure 4).

Le régime alimentaire chez l’adulte et son impact sur le microbiote

Nous avons vu que le microbiote est influencé dès la naissance par le lait maternel et que la transition entre lait et nourriture solide va induire sa maturation finale. Dans cette partie nous verrons que l’impact du régime alimentaire ne s’arrête pas là et perdure tout au long de la vie. Pour mieux se rendre compte de l’impact du régime sur le microbiote, l’équipe de J.I. Gordon a comparé le microbiote intestinal de 59 espèces de mammifères différentes. Parmi ces espèces, le microbiote des mammifères carnivores était moins diversifié que celui des herbivores lui‐même moins diversifié que le microbiote des omnivores46. De plus, dans une autre étude la même équipe a montré que les bactéries intestinales présentes dans l’intestin des carnivores et des herbivores avaient des fonctions bien différentes47. En effet, le microbiote des mammifères carnivores possèdent beaucoup plus de gènes impliqués dans la dégradation des protéines et des acides aminés que le microbiote des herbivores. A l’inverse, la communauté microbienne des herbivores a un répertoire génique enrichi en enzymes impliquées dans la synthèse protéique. Ces résultats assez intuitifs suggèrent que le régime alimentaire conditionne la survie des espèces dans l’intestin. Le microbiote serait donc avant tout le reflet de notre régime alimentaire.
Chez l’Homme, la teneur en sucres et en fibres du régime alimentaire est un facteur déterminant pour la composition du microbiote. En effet, le simple changement du type ou de la quantité de sucres dans le régime peut induire des changements rapides de la composition du microbiote intestinal48‐50. Chez la souris, l’impact du régime alimentaire sur le microbiote est encore mieux décrit. En effet, le passage d’un régime riche en fibres et pauvre en gras à un régime pauvre en fibres et riche en gras bouleverse la composition du microbiote en seulement quelques jours51. Ces modifications ne dépendent pas du génotype de la souris car quel que soit la souche murine utilisée le régime alimentaire impacte de la même façon le microbiote52.
Par ailleurs, il existe d’autres preuves indirectes que le microbiote intestinal est sous l’influence du régime alimentaire. Le microbiote fécal d’adultes américains est très différent de ceux retrouvés chez des individus africains ou sud‐américains. Les microbiotes d’adultes sud‐ américains et africains sont proches malgré l’éloignement géographique. Dans cette étude, l’analyse de la composition des différents régimes alimentaires indique que les populations sud‐ américaines et africaines se nourrissent principalement de sucres issus des plantes alors que les individus américains ont un régime riche en protéines26. Cette association a été confirmée dans une autre étude ou des volontaires sains ont mangé successivement deux types de régime, l’un riche en fibres et l’autre riche en protéines animales. L’analyse quotidienne de leurs microbiotes a mis en évidence des modifications rapides et reproductibles des proportions relatives de plusieurs bactéries intestinales53.
La teneur en fibres alimentaires de l’alimentation est un des facteurs clés conditionnant l’impact du régime sur le microbiote. Ces fibres sont principalement issues de la paroi des fruits et des légumes présents dans notre alimentation. Elles sont composées de monosaccharides liés entre eux par des liaisons glycosidiques. Ces fibres alimentaires arrivent intactes dans les parties basses de l’intestin au contact des bactéries car nous ne disposons pas des enzymes capables de cliver ces liaisons glycosidiques. C’est tout le contraire des bactéries intestinales qui elles possèdent différentes glycosides hydrolases et polysaccharides lyases qui peuvent dégrader les fibres alimentaires54,55. La libération des monosaccharides issus des fibres constitue la source énergétique la plus utilisée par le microbiote56. Chez l’Homme comme chez la souris, la consommation d’un régime riche en fibres alimentaires est associée avec une plus grande diversité microbienne57. Chez des hommes obèses, la réduction des calories associée à l’augmentation des fibres du régime a permis d’augmenter la diversité du microbiote58. Au contraire, la faible consommation de fibres entraîne une diminution de la diversité microbienne57,59. Par ailleurs, cette perte de diversité n’est pas totalement restaurée lors de la réintroduction des fibres dans le régime alimentaire60. Ces résultats suggèrent que la faible teneur en fibres du régime peut aboutir à l’extinction irréversible d’espèces microbiennes. Dans ces conditions, l’ajout de fibres dans le régime permet uniquement de nourrir les bactéries encore présentes dans l’intestin mais en aucun cas de rétablir les bactéries disparues. Dans ce cas, le seul moyen de restaurer la diversité bactérienne serait de réimplanter les espèces perdues directement dans l’intestin tout en continuant la consommation des fibres. Les méthodes utilisées pour réintroduire des bactéries vivantes dans le tractus digestif seront détaillées dans la 3ème partie de l’introduction du manuscrit (cf Introduction III‐C).
L’ensemble de ces données démontre que le régime alimentaire est capable d’induire de profondes modifications du microbiote intestinal tout au long de la vie. Une étude à grande échelle effectuée par le consortium MetaHIT (Metagenomics of the Human Intestinal Tract), a permis de classer plusieurs centaines d’individus en 3 grands groupes simplement en analysant leurs microbiotes intestinaux3. Ces 3 groupes, appelés entérotypes, sont articulés autour de 3 genres bactériens. Ainsi, les personnes appartenant à l’entérotype 1 ont un microbiote dominé par le genre Bacteroides, l’entérotype 2 est dominé par le genre Prevotella et l’entérotype 3 est dominé par le genre Ruminococcus. De manière intéressante la répartition des individus dans ces 3 entérotypes ne dépend pas de leur origine géographique, de leur état de santé (surpoids ou maladies inflammatoires de l’intestin), de leur sexe ou de leur âge. Par contre, Wu G.D. et al., ont pu mettre en évidence que le régime alimentaire des individus pouvait expliquer la répartition des individus dans les entérotypes61. Ainsi, les personnes ayant un microbiote dominé par le genre Prevotella ont un régime alimentaire enrichi en glucides et pauvre en viandes, à l’inverse l’entérotype Bacteroides est associé à un régime riche en viandes et en graisses saturées. Néanmoins, l’entérotype Ruminococcus n’a pas pu être clairement associé avec un régime alimentaire particulier. Cette association est en accord avec une étude précédente qui comparait le microbiote d’enfants burkinabes à celui d’enfant italiens. Les enfants africains qui avaient un régime alimentaire pauvre en viandes et graisses animales étaient colonisés par le genre Prevotella. A contrario, les enfants italiens avaient des taux élevés du genre Bacteroides62.

Relation hôte‐microbiote en physiologie

Comme nous l’avons vu précédemment, l’intestin est habité par environ cent mille milliards de bactéries. Cette colonisation du tractus digestif est considérée comme un événement crucial pour le bon développement de l’organisme. Pour le démontrer, la communauté scientifique a comparé des animaux nés et élevés en conditions stériles et donc dépourvus de microbiote intestinal (on parle dans ce cas d’animaux axéniques) avec des animaux naturellement colonisés par un microbiote (appelés animaux conventionnels). Les animaux axéniques sont caractérisés entre autres par un système immunitaire atrophié et un intestin immature et très perméable63. L’impact du microbiote sur l’intestin ainsi que sur le système immunitaire est assez intuitif. De manière plus surprenante, de nombreuses études récentes ont montré que le microbiote pouvait jouer un rôle dans bien d’autres fonctions physiologiques et même influencer le comportement64. Nous verrons dans cette partie comment le microbiote communique avec l’hôte et quels sont ses rôles dans le bon fonctionnement de l’organisme.

Influence du microbiote sur la physiologie de l’intestin

Microbiote et transit intestinal

Le transit intestinal est assuré par des mouvements péristaltiques. Il permet le cheminement du bol alimentaire dans le tractus digestif et évite la stagnation et la prolifération trop importante des bactéries dans l’intestin. En effet, un transit trop lent dans l’intestin grêle peut être responsable d’une hyperprolifération de bactéries commensales65. Cette augmentation anormale de bactéries dans l’intestin grêle n’est pas anodine et elle a été associée à plusieurs états pathologiques comme la stéatose hépatique66,67. On peut se demander comment des bactéries présentes dans l’intestin grêle peuvent impacter le foie. Un élément de réponse pourrait venir de la métabolisation des acides biliaires par les bactéries intestinales. En effet, les bactéries peuvent métaboliser les acides biliaires et ainsi modifier leurs structures. En condition physiologique, ce métabolisme est effectué majoritairement dans le côlon. Cependant, lors de la prolifération de bactéries dans l’intestin grêle ce métabolisme peut avoir lieu dans les parties proximales avant la réabsorption iléale des acides biliaires. Cela peut aboutir à une profonde modification des taux d’acides biliaires sanguins et donc moduler le métabolisme hépatique66.
Le rôle du transit sur le microbiote intestinal est assez bien décrit mais quand est‐il de l’impact du microbiote intestinal sur le péristaltisme intestinal ? Les effets du microbiote sur le transit sont assez controversés. En effet, deux études parues en 2013 ont étudié l’effet du microbiote intestinal sur le transit. Dans la première étude, Kashyap P.C. et al., ont comparé la vitesse de transit intestinal entre des souris axéniques et des souris colonisées68. Ils ont pu observer que l’ajout d’un microbiote intestinal dans les souris axéniques entrainait un ralentissement significatif du transit suggérant un effet inhibiteur des bactéries intestinales. A l’inverse, Wichmann A. et al. ont mesuré un transit plus lent chez des souris axéniques comparées à des souris conventionnelles. Les auteurs suggèrent ici que le transit plus lent chez les souris axéniques est dû à une augmentation de la sécrétion de GLP‐1 (Glucagon‐Like Peptide 1) par l’intestin, une hormone connue pour ses effets inhibiteurs sur la motricité intestinale69. Ces deux études paraissent contradictoires aux vues des effets opposés du microbiote sur le transit. Néanmoins, il est important de rappeler que le microbiote n’est pas une entité homogène mais l’association en proportions variables de milliers de bactéries différentes. Il est donc probable que 2 microbiotes différents puissent avoir des effets opposés sur le transit d’une souris axénique. En effet, l’équipe de J.I. Gordon a démontré en 2015, que des microbiotes différents (issus d’individus vivants aux 4 coins du monde) pouvaient exercer des effets diamétralement opposés sur le transit de souris colonisées. De plus, les effets du microbiote sur le transit sont conditionnés par le régime alimentaire. A titre d’exemple, des souris colonisées avec un microbiote provenant d’une personne américaine ont un transit plus rapide que des souris colonisées avec un microbiote d’un individu bangladais uniquement quand ces souris mangent un régime typique du Bangladesh. A l’inverse, quand ces souris mangent un régime dit « continental » ce sont les souris colonisées avec un microbiote provenant d’un américain qui ont le transit le plus lent70.

Microbiote et barrière intestinale

L’intestin constitue la plus grande surface d’échange entre l’organisme et le milieu extérieur. La paroi intestinale a donc un double rôle, d’une part permettre l’absorption des nutriments, d’autre part assurer une fonction de barrière en empêchant l’intrusion dans l’organisme de bactéries potentiellement pathogènes, de virus et de toxines. Cette barrière est constituée par plusieurs acteurs aux fonctions complémentaires. Premièrement, le mucus et l’épithélium intestinal ont un rôle de barrière physique séparant nettement les composés présents dans la lumière de la muqueuse. Ensuite, les cellules épithéliales ont la capacité de sécréter des peptides antimicrobiens et autres défencines et donc d’ériger ce que l’on pourrait appeler une barrière chimique. Cette barrière permet la destruction des agents pathogènes avant leur entrée dans la muqueuse. Enfin, un important dispositif immunitaire constitué d’anticorps et de cellules aux propriétés phagocytaires et cytotoxiques est mis en place dans la muqueuse intestinale (Figure 5).
La barrière intestinale est constituée d’une couche de mucus (en bleu) tapissant l’épithélium (en orange). Le mucus contient des peptides antimicrobiens sécrétés par les cellules de Paneth (violet) et des anticorps IgA (Immunoglobulines de type A) produit par les plasmocytes (en vert). Les cellules épithéliales sont reliées au pôle apical par des jonctions serrées limitant les espaces intercellulaires et assurant l’étanchéité relative de l’épithélium. Un important contingent de cellules immunitaires est présent dans la muqueuse comme les macrophages, les cellules dendritiques, les plasmocytes, les lymphocytes et les cellules lymphoïdes innées. Ces cellules vont prendre en charge les composés bactériens, les virus ou encore les toxines capables de traverser l’épithélium.

Microbiote et mucus

L’intestin est tapissé par une couche de mucus intestinal produite par des cellules dites caliciformes. La fonction majeure attribuée au mucus est un rôle protecteur de l’épithélium intestinal. Ce mucus est composé de grandes protéines fortement glycosylées : les mucines. Dans l’intestin grêle, le mucus est constitué d’une seule couche peu épaisse. A l’opposé, le mucus du côlon est plus épais et réparti en deux couches : une couche interne dense et attachée à l’épithélium et une couche externe plus lâche dans laquelle séjourne certaines bactéries du microbiote. La présence de mucus est indispensable à une bonne cohabitation entre les bactéries et l’hôte. En effet, le rôle premier du mucus est de tenir à distance les bactéries commensales de l’épithélium et ainsi éviter une trop grande stimulation du système immunitaire. Ainsi, en condition physiologique la couche interne de mucus (au contact de l’épithélium) est considérée comme stérile71. Le mucus colique est structuré autour d’un réseau de mucines 2 sécrétées par les cellules caliciformes. Lorsque des souris sont invalidées pour le gène codant pour la mucine 2 il est constaté un contact direct entre le microbiote et l’épithélium71. Dans ces conditions, les souris développent spontanément une colite très sévère associée à une inflammation intestinale majeure. Dans un autre article, Ju J. et al., ont montré que l’invalidation d’un gène impliqué dans la glycosylation des mucines pouvait également induire un défaut d’assemblage du mucus et ainsi conduire au développement de colites spontanées chez la souris72. De manière générale, la défaillance de cette barrière protectrice permet le contact entre l’épithélium et le microbiote et conduit à une inflammation intestinale73,74. Nous verrons par la suite que lors d’un disfonctionnement de la barrière physique, le système immunitaire s’active afin d’éviter l’entrée massive de bactéries commensales dans l’organisme.
Au‐delà de son rôle protecteur, le mucus constitue une source de carbones non négligeable pour certaines bactéries intestinales dites mucolytiques. La dégradation des mucines par des exoglycosidases et des protéases bactériennes peut produire des monosaccharides utilisables comme source énergétique et des acides aminés75. De plus, des travaux récents ont montré qu’en plus de se nourrir de mucus les bactéries intestinales pouvaient contrôler son épaisseur76. Les auteurs de l’étude ont montré que des souris ayant un microbiote riche en bactéries appartenant au phyla des Protéobactéries et des TM7 avaient un mucus plus fin et colonisé par plus de bactéries76.

Microbiote et épithélium intestinal

Les épithélia sont des tissus de revêtement recouvrant la surface externe et les cavités internes de l’organisme. Ils sont constitués d’une ou plusieurs couches de cellules juxtaposées et reliées entre elles par des jonctions intercellulaires. Par exemple, la barrière épithéliale de la peau (épiderme) est la barrière biologique la plus imperméable du corps. Elle est constituée de plusieurs couches de cellules et elle prévient des agressions et de l’infection systémique. L’épithélium du tubule rénal, quant à lui, assure le transport actif et passif de solutés afin de maintenir la composition correcte de l’urine et du sang. Pour ce faire, il est constitué d’une monocouche de cellules permettant ainsi un meilleur transport. La barrière épithéliale intestinale a une charge beaucoup plus difficile : elle doit défendre l’organisme contre l’environnement extérieur, comme la peau, mais également assurer un transport actif et passif, comme le tubule rénal. Pour cela, l’épithélium est constitué d’une seule couche de cellules reliées entre elles par des jonctions serrées. Cette monocouche cellulaire n’est pas plane mais elle forme de nombreux replis appelé villosités qui favorisent l’absorption des nutriments. Ces villosités sont particulièrement longues dans l’intestin grêle et quasiment inexistantes dans le côlon où la surface épithéliale est plane.
Plusieurs populations cellulaires composent cet épithélium : les entérocytes, les cellules endocrines, les cellules caliciformes, les cellules de Paneth, les cellules M et les cellules souches intestinales. Sans rentrer dans les détails, j’aimerais apporter quelques précisions sur le rôle et l’organisation de ces différentes cellules.
Les entérocytes constituent le type cellulaire majoritaire de l’épithélium intestinal. Ce sont les cellules impliquées dans l’absorption des nutriments.
Les cellules entéroendocrines sécrètent des hormones gastro‐intestinales impliquées dans la motricité du tube digestif, le contrôle de la prise alimentaire, ou la régulation de la glycémie (cf Introduction II‐A‐1)‐b.).
Comme nous l’avons vu précédemment les cellules caliciformes sécrètent le mucus.
Les cellules de Paneth sécrètent des peptides antimicrobiens. Ces cellules se situent dans l’intestin grêle et sont particulièrement abondantes dans l’iléon.
Les cellules souches sont situées au fond des cryptes villositaires. Elles peuvent se différencier en tous les autres types cellulaires de l’épithélium. Le renouvellement de l’épithélium intestinal est très rapide, en seulement quelques jours toutes les cellules sont remplacées.
L’ensemble de ces cellules est relié par des jonctions intercellulaires. Il existe plusieurs types de jonctions permettant l’étanchéité et la cohésion mécanique de l’épithélium. Les jonctions serrées sont situées au pôle apical des cellules épithéliales. Au plan moléculaire, les jonctions serrées sont composées de protéines transmembranaires (occludine, claudines et JAM‐ A, Junctional Adhesion Molecule‐A) auxquelles se fixent les protéines intracellulaires (ZO, Zonula Occludens), ces dernières assurant la liaison avec les protéines du cytosquelette (les filaments d’actine). En condition physiologique, ces jonctions ne laissent passer que des molécules hydrosolubles de faible poids moléculaire (Figure 6). La description de ces jonctions serrées donne l’impression d’une structure figée, une sorte de ciment inerte entre les entérocytes. C’est tout le contraire et la perméabilité paracellulaire est finement régulée au cours du temps. Par exemple, l’arrivée du bol alimentaire dans l’intestin grêle et l’absorption du glucose par les entérocytes conduit à une ouverture des jonctions serrées77. Par ailleurs, certaines hormones sont connues pour réguler la perméabilité. Ainsi, les œstrogènes sont capables de diminuer la perméabilité intestinale en augmentant l’expression des protéines de jonctions serrées78.

Microbiote et système immunitaire intestinal

L’intestin est continuellement exposé à une quantité importante d’antigènes et il constitue l’organe le plus riche en cellules immunitaires. La grande majorité des processus immunitaires se déroule dans la lamina propria et dans les ganglions mésentériques qui drainent l’intestin. La lamina propria est un tissu conjonctif délimité par l’épithélium intestinal d’une part, et la couche musculaire intestinale d’autre part. C’est dans la lamina propria que se situe le tissu lymphoïde associé à la muqueuse digestive (GALT pour Gut‐Associated Lymphoid Tissue). Le GALT est le plus grand organe de l’immunité et il contient à lui seul 80% des cellules immunitaires de l’organisme87. Plusieurs types de cellules immunitaires y sont retrouvés: les cellules lymphoïdes innées, les cellules présentatrices d’antigènes (comme les macrophages et les cellules dendritiques) et les cellules lymphocytaires B et T (Figure 7).
Comme dans le reste de l’organisme 2 types de réponses immunitaires peuvent se mettre en place dans la lamina propria : une réponse immunitaire innée et une réponse immunitaire adaptative. La réponse immunitaire innée est rapide et dirigée contre tous les types de bactéries. A l’inverse, la réponse immunitaire adaptative est spécifique d’un antigène bactérien et nécessite l’activation des lymphocytes par des cellules présentatrices d’antigènes. Ces réponses immunitaires doivent être finement régulées et le maintient d’un état de tolérance envers la multitude d’antigènes provenant du microbiote est primordial. En effet, le déséquilibre dans les relations hôte‐microbiote peut être à l’origine de maladies inflammatoires intestinales.
La lumière intestinale est habitée par plusieurs millions de bactéries. La grande majorité de ces espèces est tenue à distance de l’épithélium par la présence d’une couche de mucus (en bleu) recouverte d’anticorps de type IgA (en vert) et de peptides anti‐microbiens (en violet). Néanmoins, certains antigènes ou fragments de bactéries peuvent franchir l’épithélium. Quand cela arrive, ces fragments sont pris en charge par les cellules de l’immunité innée comme les cellules dendritiques et les macrophages. Ces cellules vont alors présenter les antigènes phagocytés aux lymphocytes CD4+ naïfs. Dans la lamina propria, la présence de composés anti‐inflammatoires comme IL‐10, le TGF‐β ou l’acide rétinoïque va orienter la différentiation des lymphocytes naïfs en T régulateurs. Les lymphocytes T régulateurs vont alors s’opposer à la différentiation des lymphocytes Th17 ou Th1 et stimuler la production d’anticorps par les plasmocytes. CD4+: Cluster de Différenciation 4+, IgA : Immunoglobuline A, IL‐10 : InterLeukine‐10 ; TGF‐β Transforming Growth Factor‐β; Th17: T helper 17; Th1: T helper 1.
La réponse immunitaire innée met en jeu des phagocytes et les cellules lymphoïdes innées. Afin de déterminer l’importance de cette réponse innée dans le maintien de l’homéostasie intestinale plusieurs études ont analysé le système immunitaire des souris RAG déficientes. Les souris RAG‐/‐ sont invalidées pour les gènes RAG1 ou RAG2 (Recombination‐ Activiting Gene 1/2) qui sont impliqués dans la maturation des récepteurs des lymphocytes T (TCR T Cell Receptor) et B (BCR B Cell Receptor). Sans ces gènes, les souris ne disposent pas de lymphocytes T et B fonctionnels et sont incapables d’élaborer une réponse immunitaire adaptative88,89. Chez ces souris, il n’a pas été constaté de déséquilibre entre le système immunitaire et le microbiote intestinal90. Les réponses immunitaires innées semblent donc suffisantes pour contrôler le microbiote intestinal. Dans cette étude, les auteurs ont constaté une forte augmentation des cellules lymphoïdes innées dans la lamina propria des souris RAG déficientes, suggérant un rôle majeur de ces cellules dans le maintien de l’homéostasie intestinale90. Ces cellules lymphoïdes ont une morphologie et des fonctions proches des lymphocytes mais elles ne sont pas spécifiques d’un antigène bactérien donné. Ces propriétés leur confèrent une rapidité d’action puisque leur recrutement ne dépend pas de leur activation par une cellule présentatrice d’antigène. Néanmoins, la suppression conjointe des lymphocytes et des cellules limphoïdes innées conduit à une forte inflammation intestinale, des altérations de la muqueuse et du microbiote90,91.
En parallèle de cette réponse immunitaire innée, la phagocytose de fragments bactériens ou des bactéries entières par les cellules présentatrices d’antigènes va permettre l’activation des lymphocytes intestinaux. L’activation des lymphocytes T intestinaux va aboutir à leur différenciation en différents types de lymphocytes effecteurs : les lymphocytes T régulateurs ou les lymphocytes Th17 et Th1 (T helper 17 et 1). En condition physiologique, la présentation d’antigènes issus du microbiote favorise le développement de lymphocytes T régulateurs (Forkhead box P3 positifs Foxp3+) qui s’opposent à l’induction d’une réponse pro‐inflammatoire et empêche une inflammation excessive. La fréquence des lymphocytes T régulateurs est bien supérieure dans l’intestin que dans le reste de l’organisme92. Ces lymphocytes sont capables de produire des cytokines anti inflammatoires comme l’IL‐10 (InterLeukine‐10) qui sont nécessaires au maintien de la tolérance de l’organisme face au microbiote intestinal. En conditions physiologiques, la différentiation privilégiée des lymphocytes T en T régulateurs est rendu possible par l’environnement intestinal dit tolérogène, composés d’une multitude de facteurs comme le Transforming Growth Factor‐β (TGF‐β), IL‐10 ou l’acide rétinoïque pour ne citer qu’eux. Ces facteurs favorisent la différenciation en T régulateurs plutôt qu’en Th17 ou Th1. L’absence des lymphocytes T régulateurs conduit à une réponse immunitaire disproportionnée contre le microbiote intestinal. De plus, la délétion du gène codant pour l’IL‐10 dans les lymphocytes T régulateurs est capable d’induire une inflammation intestinale et une colite chez la souris93. En plus de leurs propriétés immunorégulatrices, les lymphocytes T régulateurs sont capables d’induire la production d’IgA (immunoglobulines de type A) par les lymphocytes B intestinaux94. Les IgA sont des anticorps capables de traverser l’épithélium intestinal pour être sécrétés dans la lumière92. Ils vont alors pouvoir se fixer sur les microorganismes ou les toxines desquels ils sont spécifiques et les inactiver. Les IgA permettent donc de tenir à distance les bactéries commensales de l’épithélium afin d’éviter une trop forte activation du système immunitaire.
Lors d’une infection par un pathogène ou en cas de rupture de la barrière physique, une grande quantité d’antigènes bactériens va pouvoir franchir l’épithélium et se retrouver dans la lamina propria. Dans ces conditions, la production de cytokines pro‐inflammatoires par l’épithélium intestinal et par les cellules de l’immunité innée va aboutir à la différenciation des lymphocytes T en lymphocytes Th17 ou Th1. L’induction de cette réponse inflammatoire va pouvoir protéger l’organisme de l’invasion par des pathogènes. Néanmoins, au cours de certaines maladies inflammatoires de l’intestin la réponse immunitaire de type Th17 est disproportionnée et chronique ce qui peut aboutir à des lésions de la paroi de l’intestin.
Le microbiote intestinal est capable d’influencer la différenciation des lymphocytes T en T régulateur ou en Th17. Par exemple, les SFB (Bactéries Segmentées Filamenteuses) induisent une réponse inflammatoire intestinale de type Th1795. La capacité des SFB à induire la différenciation des lymphocytes en Th17 réside dans leur capacité à adhérer à l’épithélium. De manière très intéressante, Atarachi K. et al., ont démontré que des bactéries SFB mutantes incapables d’adhérer à l’épithélium ne pouvaient pas induire la prolifération des lymphocytes Th1796. A l’inverse, plusieurs souches de Clostridium sont capables d’induire des réponses immunitaires anti‐inflammatoires en stimulant la prolifération de lymphocytes T régulateurs97. La capacité des Clostridium à induire la prolifération en lymphocytes T régulateurs est en partie liée à leur capacité à produire des acides gras à chaîne courte. En effet, plusieurs travaux ont montré que ces molécules sont dotées de propriétés anti‐inflammatoires en agissant aussi bien sur l’intestin que sur d’autres organes59,98.

Influence du microbiote sur la physiologie du foie

Le foie est un des plus gros organes du corps avec un poids d’environ 1500 grammes. Il fait partie avec les poumons des rares organes à bénéficier d’un apport de sang veineux et artériel. En effet, une veine et une artère irriguent le foie : l’artère hépatique apporte le sang riche en oxygène provenant du cœur et la veine porte apporte le sang riche en nutriments provenant de l’intestin. Cette double vascularisation est à la base de la fonction de filtre du foie. Du fait de sa position immédiatement en aval de la circulation sanguine intestinale, le foie reçoit en premier l’ensemble des toxines, des antigènes et autres composés absorbés par l’intestin. Le sang provenant de l’intestin est alors épuré par le foie avant de rejoindre le reste de l’organisme. Cette caractéristique est bien connue des pharmacologues. En effet, lors de l’administration d’un médicament par voie orale, la biodisponibilité de la molécule est en partie conditionnée par sa capacité à franchir la barrière hépatique. Plus le médicament est métabolisé au niveau du foie moins il sera présent dans la circulation générale (Figure 8).
La plupart des composés hydrosolubles absorbés par l’intestin sont acheminés jusqu’au foie par la veine porte (en rouge). Le foie dispose de cellules de Kupffer capables de prendre en charge les composés bactériens issus du microbiote intestinal. Le foie joue alors un rôle de filtre qui s’oppose à la dissémination de ces composés dans le reste de l’organisme. Le réseau lymphatique (en vert) est également un point de contrôle pour les composés franchissant la barrière intestinale. Il est constitué de nombreux nœuds lymphatiques mésentériques drainant l’intestin dans lesquelles réside un important contingent de cellules immunitaires.
Pour faire face au flux continu de molécules bactériennes, le foie possède un important contingent de macrophages résidants, les cellules de Kupffer. Ces macrophages sont chargés de phagocyter et d’éliminer les composés bactériens drainés par la veine porte. A titre d’exemple, il a été démontré que le sang portal était beaucoup plus riche en LPS (un composé de la membrane externe des bactéries gram négatives) que le sang veineux rejoignant la circulation systémique99. En effet, les cellules de Kupffer peuvent capter le LPS circulant grâce à l’expression du récepteur au LPS, le TLR4 et du co‐récepteur CD14 (Cluster de Différenciation 14). Grâce à l’action d’une lipase produite par les cellules de Kupffer, le LPS va pouvoir être inactivé et capté par les hépatocytes sans déclencher la production de cytokines inflammatoires100‐102. Par la suite, les hépatocytes vont éliminer le LPS inactivé par les voies biliaires103. Dans cette étude, les auteurs ont montré que du LPS‐FITC (LPS couplé à l’isothiocyanate de fluorescéine et détectable par spectrophotométrie) injecté dans la veine porte se retrouvait rapidement dans la vésicule biliaire et était sécrété avec la bile dans l’intestin. Cet exemple met en lumière le rôle majeur du foie dans la prise en charge des composés bactériens issus du microbiote. Une étude récente a d’ailleurs décrit le foie comme un véritable « pare‐feu » s’opposant au passage du microbiote dans la circulation systémique en cas de rupture de la barrière intestinale104. Nous avons vu dans la partie précédente que pour se retrouver dans la circulation sanguine, les bactéries intestinales devaient franchir la couche de mucus, échapper aux peptides antimicrobiens et aux IgA, traverser l’épithélium et déjouer la vigilance du système immunitaire. En condition physiologique, ce passage semble impossible et le foie des souris saines est considéré comme stérile104. Néanmoins, dans cette étude, l’augmentation de la perméabilité intestinale (induite ici par un détergent) facilite le passage des bactéries de l’intestin vers le foie. Dans ces conditions, le foie est donc le dernier rempart capable de s’opposer à la dissémination des bactéries intestinales dans la circulation systémique104.
Le rôle de « pare‐feu » exercé par le foie n’est pas sans conséquences et peu déboucher sur certaines maladies hépatiques comme la stéatohépatite non alcoolique. Cette maladie est caractérisée par l’accumulation de triglycérides dans le foie associée à une inflammation. Plusieurs études ont mis en évidence des altérations de la perméabilité intestinale au cours de cette maladie105. Cette augmentation de perméabilité peut entraîner une augmentation du passage du LPS dans le sang qui dépasse les capacités d’élimination des cellules de Kupffer et entraîne une inflammation hépatique. Un article publié très récemment illustre bien ce phénomène. En effet, K. Rahman et al. ont généré des souris invalidées pour la protéine JAM‐A, une protéine impliquée dans la cohésion des jonctions serrées (cf Introduction I‐D‐1)‐b)106. Par la suite, les auteurs ont nourri ces souris invalidées avec un régime hyperlipidique riche en fructose et cholestérol connu pour induire une stéatohépatite non alcoolique. Il auteurs ont constaté que les souris invalidées pour JAM‐A développaient une stéatose et une inflammation hépatique bien plus sévère que les souris sauvages106. Ce phénotype a été associé à une augmentation d’un facteur deux de la perméabilité intestinale paracellulaire et des taux sanguins de LPS chez les souris invalidées. De manière intéressante, les auteurs ont pu prévenir l’inflammation hépatique et la stéatose chez ces souris en les traitants avec des antibiotiques ou avec un séquestrant des LPS. En conclusion, l’augmentation de la perméabilité intestinale paracellulaire (due dans cette étude à l’invalidation du gène codant pour JAM‐A) induit un passage accru de LPS dans le sang et promeut le développement de la stéatohépatite non alcoolique106.
Par ailleurs, le microbiote a été identifié comme étant capable de modifier la physiologie hépatique sans induire de modulation de l’inflammation. En effet, T. Le Roy et al., ont montré que la colonisation des souris axéniques par le microbiote provenant de souris atteintes de stéatose hépatique était capable d’induire la stéatose chez les souris transplantées107. A l’inverse, les souris transplantées avec un microbiote de souris non malades ne développaient pas de stéatose. De manière surprenante les auteurs n’ont pas constaté d’inflammation hépatique chez les souris transplantées ayant développé la maladie. Ces résultats suggèrent que le microbiote de souris atteintes de stéatose est en partie responsable de la maladie indépendamment de sa capacité à induire de l’inflammation. Cet article met en évidence que la communication entre le microbiote et le foie peut se faire en l’absence de l’activation du système immunitaire.
Au‐delà de la composante inflammatoire du microbiote, certains métabolites produits par les bactéries peuvent directement impacter le foie. Yoshimoto S. et al., ont montré que le microbiote intestinal pouvait produire des composés impliqués dans le développement du cancer du foie108. En effet, les auteurs ont nourri des souris avec un régime hyperlipidique entrainant la production d’acide désoxycholique par le microbiote. Cette molécule est connue pour causer des dommages à l’ADN. Elle est capable, via la veine porte, de rejoindre le foie et d’y promouvoir l’apparition de tumeurs hépatiques chez des souris préalablement traitées avec un agent chimique mutagène. La déplétion du microbiote intestinal par un traitement antibiotique diminue la production d’acide désoxycholique et réduit l’apparition des tumeurs chez ces souris.
De manière plus générale, la plupart des métabolites hydrosolubles produits par le microbiote intestinal devra passer au contact du foie avant de rejoindre la circulation systémique.
En plus de sa fonction de filtre, le foie joue un rôle extrêmement important dans la digestion et l’absorption des lipides. En effet, le foie produit les acides biliaires qui permettent l’émulsion des lipides contenus dans le bol alimentaire. De manière schématique, les acides biliaires déversés dans l’intestin sont appelés acides biliaires primaires. Ces acides biliaires sont majoritairement réabsorbés dans l’iléon et retourne via la veine porte dans le foie. Néanmoins, une fraction minoritaire chemine jusque dans le côlon et est éliminée dans les fèces. Le microbiote est alors capable de modifier la structure des acides biliaires par des phénomènes de déconjugaison et de déshydrogénation109. Cette transformation bactérienne convertie les acides biliaires primaires en acides biliaires secondaires. Les acides biliaires secondaires produits sont capables de moduler le métabolisme hépatique et d’inhiber la synthèse d’acides biliaires primaires par le foie110. Ces données démontrent que la communication entre microbiote et le foie peut se faire via des modifications du stock d’acides biliaires.

L’homéostasie glucidique une question de survie

L’homéostasie est la capacité d’un système à conserver son équilibre en dépit des contraintes du milieu extérieur. Dans l’organisme, plusieurs paramètres comme la température corporelle, la pression sanguine ou la glycémie sont maintenus constants ou oscillent autour d’une valeur référence. La glycémie correspond à la quantité de glucose présente dans le sang. L’homéostasie glucidique est donc l’ensemble des paramètres qui tendent à maintenir la glycémie autour de 1 g/l chez l’Homme et la souris. Le maintien de la glycémie est une nécessité vitale pour l’organisme. Certaines cellules comme les neurones dépendent du glucose pour fonctionner et par conséquent lors d’une hypoglycémie, le défaut d’approvisionnement du cerveau en glucose peut être mortel. A l’inverse, l’hyperglycémie prolongée a pour principale conséquence d’endommager les capillaires sanguins de certains organes comme le rein ou les yeux et de conduire à une insuffisance rénale ou la cécité.
Le maintien constant de la glycémie implique un équilibre subtil entre l’entrée et la sortie du glucose du sang. De manière schématique, le glucose sanguin a 2 origines. Au cours d’un repas, l’absorption intestinale du glucose contenu dans le bol alimentaire induit une entrée massive de glucose dans le sang. A l’inverse, en période de jeûne certains organes comme le foie et dans une moindre mesure le rein et l’intestin vont pouvoir produire du glucose afin d’éviter l’hypoglycémie. Le glucose sanguin peut être consommé par l’ensemble des organes, c’est la source d’énergie principale des cellules. Le glucose excédentaire va être stocké dans le foie et les muscles sous forme de glycogène et dans le tissu adipeux sous forme de lipides (Figure 9).

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Table des matières

NT PROPOS
INTRODUCTION BIBLIOGRAPHIQUE
I‐ LE MICROBIOTE INTESTINAL
A. Généralités
B. Les « facteurs » qui régulent l’acquisition du microbiote intestinal
1) Comment le microbiote nous colonise‐t‐il ?
2) Le mode d’accouchement
3) Les conditions d’hygiène et l’environnement
C. Le régime alimentaire conditionne le microbiote tout au long de la vie
1) Influence du régime alimentaire du nouveau‐né sur le développement du microbiote
2) Le régime alimentaire chez l’adulte et son impact sur le microbiote
D. Relation hôte‐microbiote en physiologie
1) Influence du microbiote sur la physiologie de l’intestin
a. Microbiote et transit intestinal
b. Microbiote et barrière intestinale
i) Microbiote et mucus
ii) Microbiote et épithélium intestinal
iii) Microbiote et système immunitaire intestinal
2) Influence du microbiote sur la physiologie du foie
II‐ L’HOMEOSTASIE GLUCIDIQUE UNE QUESTION DE SURVIE
A. La régulation de la glycémie au cours du temps
1) L’arrivée du glucose contenu dans le bol alimentaire
a. L’absorption intestinale de glucose
b. L’intestin : bien plus qu’un «sac absorptif»
2) Gestion de l’hyperglycémie postprandiale
a. La captation du glucose par les cellules de l’organisme
b. Le devenir biochimique du glucose intracellulaire
i) L’oxydation du glucose à des fins énergétiques
ii) Le stockage du glucose sous forme de glycogène
3) Maintien de la glycémie à distance des repas
a. La glycogénolyse hépatique
b. La néoglucogenèse
i) Origine des précurseurs néoglucogéniques
ii) La régulation hormonale de la production endogène de glucose
iii) Communication inter‐organes pour le contrôle de la néoglucogenèse
B. Le diabète
1) Généralités
2) Le diabète est une maladie inflammatoire chronique
3) Le foie: un organe clef dans l’installation de l’hyperglycémie
III‐ IMPLICATION DU MICROBIOTE INTESTINAL DANS LE DEVELOPPEMENT DES MALADIES METABOLIQUES
A. Le microbiote intestinal est modifié au cours des maladies métaboliques
B. Comment le microbiote intestinal participe‐t‐il au développement des maladies métaboliques ?
1) Le modèle de souris axéniques
2) Le microbiote transforme le contenu luminal intestinal
a. La fermentation des polysaccharides par le microbiote
b. Le microbiote ne métabolise pas uniquement les fibres alimentaires
c. Métabolisme des acides biliaires par le microbiote
3) Régulation de la perméabilité intestinale et de l’inflammation au cours des maladies métaboliques
C. Le microbiote intestinal : une cible thérapeutique pour le traitement des maladies métaboliques ?
1) Les probiotiques et les prébiotiques
2) La transplantation fécale
OBJECTIFS DES TRAVAUX DE THESE
MATERIELS ET METHODES
RESULTATS
I‐ EFFET DU TRANSFERT DU MICROBIOTE ISSU DE SOURIS OBESES ET MINCES SUR LE METABOLISME DES SOURIS RECEVEUSES
A. Analyses des suspensions bactériennes de gavage
B. Le transfert caecal est‐il bien toléré par les souris receveuses ?
C. Analyses du métabolisme glucidique des souris receveuses
D. Analyses générales du profil hépatique des souris receveuses
II‐ EVALUATION DE L’INTEGRITE DE LA BARRIERE INTESTINALE CHEZ LES SOURIS RECEVEUSES
III‐ ANALYSES TAXONOMIQUES ET FONCTIONNELLES DU MICROBIOTE INTESTINAL DES SOURIS RECEVEUSES
A. Comparaison du microbiote fécal avant et après le transfert pour chaque groupe de souris receveuses
B. Comparaison du microbiote fécal entre les 3 groupes de souris
IV‐ IMPACT DU TRANSFERT DU MICROBIOTE OM(HFD) ET OM(OB) SUR LE METABOLISME DES SOURIS RECEVEUSES NOURRIES AVEC
UN REGIME HYPERLIPIDIQUE
V‐ IMPACT DU TRANSFERT DE MICROBIOTE OM(HFD) ET OM(OB) SUR LE TISSU ADIPEUX VISCERAL DES SOURIS RECEVEUSES
NOURRIES AVEC UN REGIME HYPERLIPIDIQUE
VI‐ IMPACT DU TRANSFERT DE MICROBIOTE OM(HFD) ET OM(OB) SUR L’INFLAMMATION ET LA PERMEABILITE ILEALE DES SOURIS
RECEVEUSES NOURRIES AVEC UN REGIME HYPERLIPIDIQUE
VII‐ ANALYSES TAXONOMIQUES ET FONCTIONNELLES DU MICROBIOTE DES SOURIS RECEVEUSES OM(OB) ET OM(HFD)
VIII‐ LES MODIFICATIONS DU MICROBIOTE INTESTINAL OBSERVEES CHEZ LE GROUPE CONV + OM(HFD) LORS DU PROTOCOLE #1
SONT‐ELLES COMPARABLES A CELLES OBSERVEES LORS DU PROTOCOLE #2 ?
IX‐ QUELS SONT LES POINTS COMMUNS ENTRE LE MICROBIOTE DES SOURIS CONV + OM(HFD) ET CONV + OM(OB) APRES 6
SEMAINES DE REGIME HYPERLIPIDIQUE ?
X‐ IMPACT DU TRANSFERT DU MICROBIOTE FECAL OM(HFD) CHEZ DES SOURIS CONVENTIONNELLES OBESES ET DIABETIQUES
XI‐ IMPACT DU TRANSFERT D’UN MICROBIOTE DE SOURIS OBESES/DIABETIQUES CHEZ DES SOURIS INVALIDEES POUR LE GENE NOD
DISCUSSION
I‐ LE CHOIX DU PROTOCOLE DE TRANSFERT CAECAL
II‐ EFFET DU TRANSFERT DE MICROBIOTE SUR LE MICROBIOTE DES SOURIS RECEVEUSES
A. Le microbiote des souris receveuses présente des différences avant le transfert caecal
B. Comment évaluer l’impact du transfert de microbiote sur le microbiote des souris receveuses ?
C. Analyses des modifications du microbiote des souris receveuses
III‐ LE TRANSFERT DU « MICROBIOTE OBESE » N’INDUIT PAS DE DESORDRES METABOLIQUES CHEZ DES SOURIS RECEVEUSES CONVENTIONNELLES
IV‐ IMPACT DU TRANSFERT DU « MICROBIOTE INTESTINAL OBESE » SUR LE METABOLISME DES SOURIS RECEVEUSES
A. Le transfert caecal a modifié le phénotype hépatique des souris receveuses
B. Impact différentiel du transfert du microbiote obèse OM(ob) et OM(HFD) dans des souris receveuses conventionnelles
C. Par quels mécanismes le transfert de microbiote pourrait‐il modifier la néoglucogenèse hépatique ?
V‐ CONCLUSION GENERALE
TRAVAUX PERSONNELS
ANNEXES
RÉFÉRENCES

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