Dans une étude récente publiée dans la revue Celluleles chercheurs ont montré que les circuits neuronaux sensibles au stress modifient le microbiome intestinal en influençant directement les glandes duodénales.
Les microbiomes intestinaux favorisent la digestion des nutriments et protègent contre les agents pathogènes d’origine alimentaire. De plus en plus de preuves suggèrent que les états psychologiques modulent l’immunité via des changements dans le microbiome de l’hôte, suggérant un lien de cause à effet entre l’homéostasie microbienne intestinale et l’activité cérébrale. Diverses études précliniques et humaines ont noté des états psychologiques associés à des microbiomes altérés.
Chez les primates non humains, le stress induit une diminution significative des bactéries bénéfiques, accompagnée d’une sensibilité accrue aux infections opportunistes. De plus, il a été démontré que l’administration de probiotiques augmente les marqueurs physiologiques et émotionnels dans les modèles d’anxiété des rongeurs. On pense que ces effets des états cérébraux sur le microbiome intestinal proviennent d’altérations des interactions muqueuses-bactéries. Cependant, la manière dont les états cérébraux régulent la sécrétion muqueuse pour influencer le microbiome reste inconnue.
Étude : les circuits neuronaux sensibles au stress modifient le microbiote intestinal via les glandes duodénales. Crédit photo : Corona Borealis Studio / Shutterstock
L'étude et les résultats
Dans la présente étude, les chercheurs ont exploré les voies neuronales qui permettent au cerveau d'influencer le système muqueuse-microbiome. Ils ont d'abord étudié l'effet du nerf vague et de sa connexion aux glandes de Brunner (BG), une structure exocrine confinée à la sous-muqueuse duodénale. À cette fin, ils ont généré des souris Glp1r(GCamp6) avec une expression cellulaire spécifique de GCamp6 dans les cellules BG et leur ont implanté une fenêtre abdominale en verre pour l'imagerie intravitale de l'activité calcique.
La cholécystokinine (CCK) a été utilisée pour stimuler le BG via le nerf vague. Les chercheurs ont découvert que l'administration de CCK entraînait de fortes transitoires de calcium dans le BG, induisant une sécrétion de mucus par les cellules du BG. Ensuite, cela a été répété chez des souris présentant une dénervation vagale sensorielle spécifique de l'intestin ou une vagotomie sous-diaphragmatique (VGx). Ces interruptions de la transmission vagale ont supprimé les réponses du BG à la CCK. De plus, après sept injections quotidiennes de CCK, il y a eu une prolifération notable de Lactobacille espèces dans les cultures de tissus du gros et du grêle.
Il est important de noter que la résection du BG a supprimé cette protéine induite par la CCK. Lactobacille prolifération ; la dénervation vagale sensorielle l'a également abolie. De plus, l'équipe a confirmé que l'influence vagale sur la sécrétion de mucus était spécifique aux BG et n'impliquait pas les cellules muqueuses épithéliales. Ensuite, ils ont effectué le séquençage d'un seul noyau de transcrits d'acide ribonucléique (ARN) du tissu duodénal proximal. Ils ont découvert que les cellules exprimant Muc6 étaient le seul type de cellule à co-exprimer le récepteur muscarinique M3 (Chrm3).
L'administration de darifénacine (bloquant du récepteur muscarinique M3) a supprimé l'activation du BG induite par la CCK et a réduit Lactobacille De plus, les chercheurs ont découvert qu'après l'administration de CCK, l'activation du noyau moteur dorsal du nerf vague (DMV) précédait les pics de signaux calciques BG. De plus, l'ablation sélective des neurones DMV a supprimé l'activation BG induite par CCK, la sécrétion muqueuse et Lactobacille croissance.
Les chercheurs ont ensuite étudié si l'ablation du BG pouvait entraîner un dysfonctionnement de la barrière intestinale et un dysfonctionnement immunologique. Ils ont généré des souris triplement mutantes exprimant le récepteur de la toxine diphtérique (DTx) (DTR) uniquement dans les cellules BG. L'injection de DTx dans la sous-muqueuse duodénale de ces souris a imité les effets de la résection chirurgicale du BG des souris de type sauvage. Bien que les deux approches (ablation chirurgicale et cellulaire spécifique du BG) aient réduit considérablement le poids corporel, elles ont également induit une préférence plus élevée pour les granulés alimentaires gras riches en fibres.
La réactivité de Fos, l'expression et l'activation de la protéine Fos, qui est un marqueur de l'activité neuronale dans le cerveau, étaient nettement élevées dans les ganglions cœliaques (CG) des souris BG-résectionnées et BG-Dtx ; en outre, les souris présentaient de graves ballonnements gastriques et une contraction de la rate. Cependant, les cœliactomies ont inversé les phénotypes spléniques et gastriques chez les souris BG-Dtx. Les chercheurs ont également testé la sensibilité des souris BG-DTx à l'infection gastro-intestinale. Ces souris ont été infectées par Escherichia coli Souche EcAZ-2, qui a augmenté le nombre d'EcAZ-2 dans leurs excréments.
De plus, en infectant les souris BG-DTx avec Staphylococcus xylosus a entraîné une mortalité élevée. À l'inverse, les souris témoins BG-saline ont survécu S. xylosus infection. De plus, la perméabilité intestinale était plus élevée chez les souris BG-réséquées et BG-DTx, et après la colonisation intestinale, des niveaux élevés de S. xylosus ont été détectés dans leur sang. À l'inverse, S. xylosus n'a pas été détecté chez les souris témoins. Ensuite, l'équipe a étudié si l'administration de mucine ou de probiotiques pouvait améliorer les symptômes de l'ablation du BG.
Ainsi, les souris BG-DTx et BG-saline ont subi des perfusions de caecum d'un cocktail probiotique de 12 souches (de Bifidobactéries et Lactobacilles) ou des solutions neutres. L'administration de probiotiques a inversé les anomalies sympathiques, lymphoïdes et spléniques de l'ablation du BG et a également rétabli le poids corporel des souris BG-DTx. Notamment, elle a diminué la mortalité après S. xylosus infection et prévenue Escherichia coli prolifération. L'administration de mucine a eu des effets similaires sur les probiotiques, reconstituant la barrière intestinale et Lactobacille niveaux.
Ensuite, les chercheurs ont exploré les régions du cerveau qui régulent les fibres parasympathiques vagales innervant le BG.
Ils ont découvert qu'une région cérébrale impliquée dans la régulation émotionnelle, le noyau central de l'amygdale (CeA), était connectée à la BG par les voies vagales mais pas par les voies sympathiques ou spinales. Enfin, ils ont cherché à savoir si le circuit CeA-DMV-BG médiatise les effets du stress. À cette fin, des ensembles neuronaux ont d'abord été enregistrés dans le CeA de souris exposées à des facteurs de stress aigus ou chroniques de contention. Le stress chronique de contention induisait une inhibition généralisée de l'activité neuronale dans le CeA. Cet effet était moins prononcé en cas de stress aigu.
De plus, le stress chronique a réduit Lactobacille et l'inhibition chimiogénétique de CeA a reproduit cet effet chez les souris non stressées. En revanche, la stimulation chimiogénétique de CeA a induit une Lactobacille croissance chez des souris chroniquement stressées. De plus, l'inhibition de CeA et l'exposition au stress ont reproduit ensemble les phénotypes associés aux lésions BG. Ainsi, les souris stressées étaient plus sensibles aux infections intestinales et présentaient une perméabilité intestinale accrue et des altérations du profil immunitaire.
Notamment, la stimulation chimiogénétique de CeA a permis de prévenir les infections, de restaurer la morphologie de la rate, de réduire la perméabilité intestinale et de rétablir les niveaux de Lactobacillus. De plus, l'activation chimiogénétique de DMV a phénocopié ces effets.
Conclusions
Dans l’ensemble, l’étude a identifié un circuit neuroglandulaire sensible au stress reliant les états cérébraux aux altérations du microbiome intestinal. Ces circuits cérébraux liés aux émotions régulent le BG via le nerf vague, et les sécrétions muqueuses du BG favorisent la croissance microbienne, en particulier LactobacillesLes chercheurs postulent que la sécrétion de mucine des BG sert de substrat crucial pour Lactobacille La croissance bactérienne est ralentie et le stress inhibe la sécrétion de mucus. Par conséquent, la croissance bactérienne est supprimée, ce qui entraîne des anomalies du tissu lymphoïde, une augmentation de la perméabilité intestinale et une tonalité sympathique. Il est intéressant de noter que l'administration de probiotiques s'est avérée atténuer ces effets indésirables.
