Une récente Immunité revue analyse l’influence du microbiote intestinal sur les réseaux neuronaux et immunitaires. Comprendre l’association entre ces entités apparemment isolées pourrait contribuer au développement de nouvelles thérapies et interventions.
Étude: Frontières et intégration entre microbiote, système nerveux et immunité. Crédit d’image : SciePro / Shutterstock.com
Comment le microbiote intestinal impacte-t-il les systèmes immunitaires nerveux et muqueux ?
Le système nerveux entérique (ENS) se compose de deux réseaux neuronaux ganglionnés dans la paroi intestinale connus sous le nom de plexus myentérique et sous-muqueux. Le plexus myentérique est présent entre les couches musculaires lisses longitudinales et circulaires de la musculeuse externe, tandis que le plexus sous-muqueux est situé sous la muqueuse musculaire.
Les neurones excitateurs de l’ENS produisent de l’acétylcholine (Ach) et de la substance P (SP), qui réagissent toutes deux avec l’oxyde nitrique (NO) et le peptide intestinal vasoactif (VIP) produits par les neurones entériques inhibiteurs pour contrôler le muscle lisse dans le tractus gastro-intestinal (GI) .
La compartimentation du microbiote intestinal au sein de l’intestin dépend de la fiabilité de la barrière de perméabilité épithéliale paracellulaire et des réponses immunitaires muqueuses.
La barrière intestinale-vasculaire (GVB), qui est composée de cellules gliales dans la muqueuse intestinale, est cruciale pour empêcher la libération de bactéries non pathogènes dans le tractus gastro-intestinal de pénétrer dans la circulation sanguine. En fait, il a été démontré que l’ablation ciblée de ces cellules gliales induisait une inflammation intestinale fulminante, démontrant ainsi le rôle important de la GVB dans le maintien de l’intégrité de la barrière et de l’homéostasie épithéliale intestinale.
Les neurotransmetteurs ENS et les glucocorticoïdes élevés pendant le stress peuvent également induire la production de cellules gliales entériques inflammatoires, impactant ainsi la perméabilité intestinale et la condition physique de la barrière. Cet événement perturbe la fonction intestinale par l’inflammation médiée par les monocytes et le facteur de nécrose tumorale (TNF) par l’intermédiaire du facteur 1 stimulant les colonies (CSF-1).
Les neurones ENS détectent indirectement le microbiote, soit par des molécules microbiennes, soit par des cellules épithéliales. Les molécules microbiennes contrôlent la motilité intestinale, qui détermine ensuite la composition et l’abondance de la diversité microbienne.
Basé sur in vitro et in vivo études, les chercheurs ont démontré que malgré la nature autonome du microbiote, de l’ENS et du système immunitaire des muqueuses, il existe un chevauchement important entre ces systèmes pour favoriser l’homéostasie fonctionnelle et prévenir les inflammations et infections indésirables. De plus, plusieurs mécanismes liés à l’impact microbien sur l’activation des nocicepteurs et la réponse intestinale subséquente reflètent la communication microbienne-neurale-intestinale dans la régulation des signaux d’infection et d’inflammation.
L’impact des métabolites microbiens sur le SNC
Le microbiote intestinal influence le système nerveux central (SNC) via l’axe microbiote-intestin-cerveau. Les métabolites microbiens affectent les cellules épithéliales, immunitaires et entéroendocrines, ce qui a un impact sur l’intégrité de la barrière intestinale, la sécrétion hormonale et les réponses immunitaires systémiques.
Plusieurs neuromodulateurs synthétisés dans l’intestin modulent l’activité des fibres afférentes vagales, qui affectent la physiologie du SNC. Ces produits chimiques régulent également la satiété, l’appétit, les sensations de nausée, le comportement et les vomissements.
Certains métabolites microbiens présents dans la circulation systémique peuvent affecter directement les neurones, leurs astrocytes associés et les oligodendrocytes. Cela conduirait à des changements dans la fonction de la microglie et des macrophages associés au SNC (CAM), qui peuvent avoir un impact sur la fonction cérébrale, en particulier dans le contexte des agents pathogènes. Les acides gras à chaîne courte (AGCC), les dérivés phénoliques et indoliques, ainsi que les produits du métabolisme de la carnitine, sont des produits métaboliques clés qui atteignent le SNC.
Les AGCC tels que l’acétate, le propionate et le butyrate sont associés à la diffusion libre de la barrière hémato-encéphalique (BBB) et sont importés par des transporteurs d’acide monocarboxylique exprimés au niveau de la BHE. Les AGCC ont des effets pléiotropes sur la physiologie cérébrale, dont la majorité sont associés à la gestion de l’acétylation des histones et de l’homéostasie énergétique. L’acétate régule la maturation et la fonction normale de la microglie, ainsi que l’appétit, en influençant les neurones hypothalamiques.
Des modèles murins de la maladie d’Alzheimer (MA) et de la maladie de Parkinson (MP) ont élucidé le rôle important des AGCC dans ces maladies. L’épuisement du microbiote affecte de manière significative la corrélation entre l’acétate sérique et la pathologie amyloïde chez les patients atteints de MA. Les modèles animaux ont fourni des preuves solides que l’acétate pénètre dans le SNC et module le métabolisme et la fonction neuronale.
Les composés phénoliques et contenant de l’indole sont synthétisés par les bactéries intestinales par la fermentation d’acides aminés aromatiques comme la tyrosine, le tryptophane et la phénylalanine. En raison de leur petite taille, les phénols et les métabolites de l’indole sont généralement perméables à la BBB.
Le métabolisme microbien du tryptophane est associé à l’élimination de la peur. Plusieurs études ont indiqué l’importance des catabolites microbiens du tryptophane dans la régulation des conditions neuro-inflammatoires telles que la sclérose en plaques.
De plus, le sulfate de 4-éthylphényle (4-EPS) et le p-crésol sont des composés phénoliques qui peuvent traverser la BHE et moduler le métabolisme de la dopamine. Ces composés ont été liés à des comportements de type autistique chez la souris.
