LE MICROBIOTE ET L’AXE INTESTIN-CERVEAU

INTRODUCTION

Le microbiote intestinal est composé de trillions de microbes qui influencent la physiologie normale et modifient la sensibilité de l’hôte à la maladie. Un nombre croissant de preuves chez les animaux soutient le concept selon lequel le microbiote intestinal influence le comportement émotionnel. Les modifications du microbiote intestinal ou l’exposition intestinale à des bactéries spécifiques peuvent moduler les systèmes nerveux périphérique et central (SNC) chez les animaux, entraînant une altération du fonctionnement du cerveau et suggérant l’existence d’un axe microbiote intestin-cerveau. Il existe de bonnes preuves issues d’études animales que les bactéries intestinales influencent la chimie et le développement du cerveau et que le système nerveux entérique, y compris le nerf vague sensoriel, semble être capable de différencier les bactéries non pathogènes et potentiellement pathogènes et peut jouer un rôle critique dans effets des microorganismes intestinaux sur le comportement. Comme le système nerveux a une communication bidirectionnelle constante avec le système immunitaire, les effets des bactéries sur le système nerveux ne peuvent être dissociés des effets sur le système immunitaire. Ce type de diaphonie se produit régulièrement et peut avoir des effets neurologiques et immunologiques profonds. Cependant, les molécules exactes responsables de la communication hôte-microbe restent largement inconnues. Des études portent actuellement sur ce circuit neuronal et étudient l’étendue de l’influence du microbiote intestinal sur le SNC et le comportement , ainsi que le potentiel thérapeutique des probiotiques pour une gamme de troubles immunitaires. Les produits et les métabolites du microbiote peuvent également favoriser des avantages métaboliques tels qu’une réduction du poids corporel, une diminution de l’adiposité, un meilleur contrôle de la glycémie et une meilleure sensibilité à l’insuline via les circuits neuronaux intestin-cerveau.

PROBIOTIQUES ET SANTÉ

Bien que la composition du microbiote intestinal varie considérablement d’un individu à l’autre, des modifications de l’équilibre des microbes intestinaux communs peuvent affecter la production d’acides gras à chaîne courte (AGCC), de butyrate, de propionate et d’acétate, qui sont des produits de la fermentation bactérienne intestinale qui régulent réponses immunitaires adaptatives intestinales et jouent un rôle clé dans la fonction du SNC. Le butyrate a des effets directs sur la croissance, la maturation et le fonctionnement des cellules épithéliales intestinales, sur les cellules Treg du système immunitaire (cellules T régulatrices qui jouent un rôle clé dans la prévention de l’auto-immunité) et sur le système nerveux, inhibant IKca (un canal K + activé par le Ca de conductance intermédiaire).

Les souris sans germes ont des concentrations réduites de SCFA par rapport aux animaux normaux. Smith et coll. souris sans germe ont nourri des SCFA pendant 3 semaines et ont constaté que des SCFA individuels ou une combinaison de SCFA augmentaient les cellules Treg immunorégulatrices. Ochoa-Reparaz et coll. ont trouvé que Bacteroides fragilis ou son exopolysaccharide, le polysaccharide A (PSA), administré à des souris dans des modèles expérimentaux d’encéphalomyélite auto-immune protégés contre la maladie démyélinisante du SNC à la fois prophylactiquement et thérapeutiquement.

Une étude récente a également révélé que les AGCC, en particulier le butyrate, influençaient positivement le métabolisme de l’hôte en activant la gluconéogenèse intestinale, à la fois dans les états insulino-sensibles et insensibles à l’insuline, favorisant l’homéostasie du glucose et de l’énergie. Les régimes riches en glucides non digestibles abaissent le pH dans le côlon proximal, ce qui peut être un facteur important dans la production de butyrate. Le propionate et l’acétate se sont également avérés favoriser la satiété. Les bénéfices métaboliques sur le poids corporel et le contrôle du glucose induits par les AGCC ou les fibres alimentaires chez les souris normales sont absents chez les souris déficientes en gluconéogenèse intestinale, malgré des modifications similaires dans la composition du microbiote intestinal. Cette découverte suggère que si le régime alimentaire est un facteur majeur dans la détermination de la composition du microbiote intestinal et de la production d’AGCS chez la souris, il existe une forte interaction avec le génotype qui influence les résultats.

L’altération du microbiote intestinal peut également être responsable de la physiopathologie du côlon. microbiote intestinal de l’hôte inadaptation (dysbiosis) a été impliquée dans l’incidence croissante des maladies inflammatoires telles que la maladie inflammatoire de l’ intestin. Les patients atteints d’une maladie inflammatoire de l’intestin ou du syndrome du côlon irritable présentent des taux réduits d’espèces de Lactobacillus et Bifidobacterium dans l’intestin. Les modèles animaux indiquent un rôle des bactéries dans l’adéquation de la régulation immunitaire et le développement de l’inflammation intestinale. Il est probable que le nombre réduit et la diversité des commensaux bénéfiques normaux tels que les lactobacilles et les bifidobactéries jouent un rôle important en permettant aux microbes nuisibles tels que Citrobacter rodentium et Escherichia coli d’accéder à la surface épithéliale. L’amélioration de la maladie survient après la manipulation du microbiote intestinal avec les probiotiques Lactobacillus rhamnosus et Lactobacillus helveticus . Animaux administrés B. fragilisou même le PSA, qui initie des réponses immunitaires bénéfiques, peut être protégé de la colite expérimentale. Les probiotiques peuvent également améliorer le dysfonctionnement intestinal induit par le stress, en partie par la normalisation de l’activité de l’axe hypothalamo-hypophyso-surrénalien (HPA).

PROBIOTIQUES ET COMPORTEMENTS

La réaction HPA au stress est programmée au début de la vie (au moins chez les rongeurs). Une étude historique du Japon a démontré qu’une exposition précoce au microbiote intestinal réduit les réponses HPA exagérées des souris sans germes à l’âge adulte, mais pas si elles sont administrées à des animaux adultes. Les taux plasmatiques d’ACTH et de corticostérone étaient plus élevés en réponse au stress chez les souris sans germes que chez les souris sans pathogènes spécifiques. Des études ont montré des résultats similaires chez des souris et des rats normaux et sains, c’est-à-dire que le fait de nourrir un probiotique peut atténuer la réponse de l’axe HPA au stress. Enfin, il est important de reconnaître que le stress lui-même a une conséquence majeure sur la composition et la fonction du microbiote intestinal.

Les souris nourries de L. rhamnosus JB-1 pendant 28 jours ont subi des changements dans certains récepteurs de l’acide gamma aminobutyrique (GABA) dans différentes régions du cerveau, une augmentation du comportement anxiolytique et une inhibition de la réponse de la corticostérone au stress aigu. Ces changements étaient compatibles avec les effets des benzodiazépines. Cependant, les effets neurochimiques et comportementaux n’ont pas été trouvés chez les animaux vagotomisés, indiquant que le nerf vague est une voie de communication majeure entre ces bactéries dans l’intestin et le cerveau. Le dépistage de ce type d’activité du système nerveux entérique pourrait éventuellement fournir des traitements potentiels pour l’anxiété et le stress.

Des recherches récentes non publiées montrent que la quantité de neurotransmetteurs GABA et glutamate peut être augmentée dans le cerveau en nourrissant les mêmes bactéries probiotiques aux animaux. Cependant, les effets sont limités, dépendent du temps et dépendent de la présence continue du probiotique de départ.

Il a également été démontré que lorsque les animaux sont nourris avec L. rhamnosus , des effets peuvent être observés non seulement sur le système nerveux local mais aussi sur le plan systémique. En effet, le microbiote intestinal peut clairement influencer la chimie et le comportement du cerveau chez la souris indépendamment du système nerveux autonome, des neurotransmetteurs gastro-intestinaux ou de l’inflammation. Les transplantations fécales de souris NIH Swiss sans pathogène spécifiques, qui sont relativement peu anxieuses, à des souris BALB / c, qui sont relativement anxieuses, ont montré de manière surprenante que le comportement des animaux dépendait de la source de matière fécale / microbiote. La colonisation de souris BALB / c sans germes avec le microbiote de souris NIH Swiss a augmenté le comportement exploratoire, ce qui suggère une diminution de l’anxiété et une augmentation des niveaux hippocampiques de facteur neurotrophique dérivé du cerveau, ce qui est important pour la croissance, la différenciation et la maturation des neurones. À son tour, la colonisation de souris NIH Swiss sans germes avec le microbiote BALB / c a réduit le comportement exploratoire, suggérant une augmentation de l’anxiété. Ces changements n’ont pas été affectés par la vagotomie.

Le régime alimentaire peut également modifier le profil du microbiote intestinal et, par conséquent, le comportement de l’hôte. Li et coll. ont montré que la modification de la composition du régime alimentaire des rongeurs modifiait la mémoire spatiale des receveurs, indiquant que la nutrition et le régime alimentaire doivent être pris en compte dans de telles études.

La recherche avec une bactérie mutante dépourvue de PSA suggère que ce composant est nécessaire et suffisant pour l’activation aiguë des neurones sensoriels intestinaux, c’est-à-dire que le PSA peut imiter les effets de l’organisme parent sur le système nerveux, tout comme il peut imiter ses effets immunologiques. Ainsi, les composants des bactéries peuvent eux-mêmes avoir la capacité d’affecter les fonctions du système nerveux. Ces résultats soutiennent le concept selon lequel le contenu luminal de l’intestin et les bactéries qu’il contient sont des facteurs importants pour déterminer le comportement et même la cognition chez les animaux.

LA RECHERCHE HUMAINE

Les preuves solides chez les animaux d’un lien direct entre le microbiote intestinal et le cerveau ont conduit à suggérer que l’effet pourrait être similaire chez l’homme. Bercik et coll. suggèrent que la dysbiose intestinale pourrait contribuer à des troubles psychiatriques chez les patients souffrant de troubles intestinaux. Cependant, à ce jour, il y a eu très peu de preuves chez l’homme que les probiotiques auraient les mêmes effets neurochimiques et comportementaux observés chez les animaux. Dans une étude à double insu, randomisée et contrôlée par placebo, Messaoudi et al. administrés une formule probiotique (L. helveticus et Bifidobacerium longum) à des femmes en bonne santé pendant 30 jours, puis évalué le niveau d’anxiété et de dépression des receveurs et les taux de cortisol sans urinaire sur 24 heures. Chez les femmes volontaires, l’administration quotidienne de la formule probiotique a soulagé la détresse psychologique comme indiqué dans 3 évaluations comportementales, et le cortisol urinaire sur 24 h a été réduit chez les femmes traitées.

Dans une autre étude pilote clinique, 39 patients avec un diagnostic de syndrome de fatigue chronique ont été randomisés pour recevoir Lactobacillus casei Shirota ou un placebo par jour pendant 2 mois. Il y avait une diminution significative des symptômes d’anxiété dans le groupe traité. Une étude clinique plus récente a été réalisée chez 23 femmes volontaires en bonne santé sans symptômes gastro-intestinaux ou psychiatriques. Les femmes ont été réparties au hasard dans des groupes recevant soit un produit laitier fermenté ( Bifidobacterium animalis , Streptococcus thermophilus , L. bulgaricus et Lactococcus lactis ) soit un placebo, qui consistait en un produit laitier non fermenté ajusté pour le goût et la texture, deux fois par jour pendant 4 semaines. La consommation du produit laitier fermenté a eu un effet important sur l’activité des régions du cerveau qui contrôlent le traitement central de l’émotion et de la sensation, comme observé avec l’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle avant et après la consommation du produit laitier fermenté.

Certaines personnes diagnostiquées avec des troubles du spectre autistique présentent également un spectre d’anomalies gastro-intestinales. Une étude récente a examiné un modèle animal pour les troubles du neurodéveloppement de l’autisme dans lequel des souris gravides ont reçu une injection d’un mimique viral (POLY I: C). Cela a produit des comportements autistiques stéréotypés typiques chez la progéniture qui ont duré jusqu’à l’âge adulte. L’administration orale de B. fragilis à des souris gravides avant et immédiatement après la naissance a entraîné le développement de comportements autistiques considérablement diminués. Dans ce modèle, l’administration de PSA n’a pas empêché toutes les anomalies. Cependant, les résultats suggèrent que l’incidence de l’infection virale au cours de la grossesse peut produire des effets durables, qui sont potentiellement réversibles par l’administration orale de bactéries particulières.

Les résultats de ces études cliniques sont cohérents avec les résultats chez le rat et la souris et suggèrent que la communication entre le microbiote intestinal et le cerveau est modifiable et peut fournir des cibles pour le traitement des patients présentant des réactions de stress accrues associées à une dysbiose intestinale.

CONCLUSION

Les changements qui se produisent dans le contenu microbien de l’intestin à la suite de l’ingestion de bactéries probiotiques ou de la modification de l’équilibre du microbiote intestinal par d’autres moyens peuvent déclencher divers mécanismes. Ceux-ci incluent des effets sur les systèmes immunitaire, nerveux et endocrinien de l’hôte, qui à leur tour s’influencent mutuellement, démontrant un rôle important de la diaphonie entre l’intestin et l’hôte. Le comportement, l’humeur et la réponse au stress peuvent tous être affectés par l’ingestion de bactéries probiotiques. Ces données sont très intéressantes et ont suscité un grand intérêt populaire et scientifique. Il existe actuellement un écart important entre les données expérimentales et cliniques. Le défi est maintenant de traduire ces découvertes animales en application clinique. À l’avenir, la composition, la diversité et la fonction de probiotiques spécifiques,associée à une connaissance plus détaillée de la composition du microbiote intestinal, pourrait potentiellement aider à développer des régimes alimentaires et des thérapies médicamenteuses plus efficaces.

Cet article a fait l’objet d’une traduction automatisée. Il se peut que des erreurs s’y soient glissées. Pour lire la version originale : Version orginale en Anglais.

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