Introduction:

Le microbiote appelé anciennement flore intestinale ou encore flore microbienne.

Notre microbiote est l'ensemble des micro-organismes (bactéries, levures, champignons,..) que nous possédons TOUS en nous, il se trouve principalement dans notre tube digestif et majoritairement au niveau de nos intestins. Il y a plus de cent mille milliards de micro-organismes qui vivent en nous, sans eux nous ne pourrions pas fonctionner, nous ne serions pas en vie. Nous en possédons entre 1,5 et 2 kilos chacun.

Notre microbiote communique avec notre cerveau et notre cerveau communique avec notre microbiote.





L'impact du microbiote intestinal sur le cerveau et le comportement


Nous avons assistés ces dernières années à un intérêt croissant vis à vis du microbiote intestinal en tant que sujet d'intérêt majeur de la recherche en biologie.

Des études révèlent comment les variations et les changements dans la composition du microbiote intestinal influencent la physiologie normale et contribuent à des maladies allant de l'inflammation à l'obésité.

L'accumulation des données indiquent aujourd'hui que le microbiote intestinal communique également avec le système nerveux central - par le biais des voies neuronales, endocriniennes et immunitaires - en influençant ainsi le fonctionnement du cerveau et le comportement.

Des études sur des animaux sans cellules germinales et sur des animaux exposés à des infections bactériennes pathogènes, avec des bactéries probiotiques ou des médicaments antibiotiques, démontrent un rôle de la flore intestinale dans la régulation de l'anxiété, de l'humeur, de la cognition et de la douleur.

Ainsi, l'émergence du concept d'un axe microbiote-intestin-cerveau démontre que la modulation de la flore intestinale peut être une stratégie pour le développement de traitements nouveaux pour les troubles complexes du système nerveux central.


Figure 1. Voies impliquées dans la communication bidirectionnelle entre le microbiote intestinal et le cerveau.
Plusieurs voies potentielles directes et indirectes existent à travers lesquelles le microbiote intestinal peut moduler l'axe cerveau-intestin. Elles comprennent les systèmes endocrinien (cortisol), immunitaire (cytokines) et neuronal (nerf vague et système nerveux entérique). Le cerveau recrute ces mêmes mécanismes pour influer sur la composition du microbiote intestinal, par exemple, dans des conditions de stress. L'axe hypothalamo-hypophyso-surrénalien régule la sécrétion de cortisol, et le cortisol peut affecter la sécrétion de cellules immunitaires (y compris la sécrétion de cytokines) à la fois localement dans l'intestin et systémique. Le cortisol peut également altérer la perméabilité intestinale et la fonction barrière, et modifier la composition du microbiote intestinal. A l'inverse, le microbiote intestinal et les agents probiotiques peuvent modifier les niveaux de cytokines circulantes, ce qui peut avoir un effet marqué sur la fonction cérébrale. Le nerf vague et la modulation des niveaux systémiques de tryptophane sont fortement impliqués dans la transmission de l'influence de la flore intestinale dans le cerveau. En outre, les acides gras à chaînes courtes (AGCC) sont des métabolites bactériens neuroactifs des fibres alimentaires qui peuvent également moduler le cerveau et le comportement. D'autres mécanismes potentiels par lesquels microbiote affectent le cerveau sont décrits ci-dessous
*ACTH: hormone corticotrope
*CRF: corticotropin-releasing factor.



Mécanismes existant en puissance par lesquels le microbiote affecte la fonction du système nerveux central

Altération de la composition microbienne.
Administrés de façon exogène des bactéries probiotiques potentielles ou des agents infectieux peuvent affecter la composition du microbiote intestinal de plusieurs façons. Par exemple, ils peuvent concourir pour les ingrédients alimentaires comme substrats de croissance, bioconvertir des sucres en produits de fermentation avec des propriétés inhibitrices de production des substrats de croissance (par exemple, des polysaccharide exocellulaires ou des vitamines) pour d'autres bactéries produisant des bactériocines, en compétition pour les sites de fixation sur la paroi entérique, améliorant la fonction de la barrière intestinale, réduisant l'inflammation (ce qui modifie les propriétés de colonisation intestinale et la persistance), et en stimulant les réponses immunitaires innées. Tous peuvent avoir des effets prononcés sur les voies de signalisation intestin-cerveau.


Activation du système immunitaire
Le microbiote et les agents probiotiques peuvent avoir des effets directs sur le système immunitaire. En effet, les systèmes immunitaires inné et adaptatif collaborent pour maintenir l'homéostasie à la surface luminale del'interface microbienne de l'hôte, ce qui est crucial pour le maintien de la santé. Le système immunitaire exerce également une communication bidirectionnelle avec le système nerveux central (SNC), ce qui en fait une cible de choix pour la transduction des effets des bactéries sur le SNC. En outre, les effets indirects du microbiote et des probiotiques sur le système immunitaire inné peut entraîner des modifications dans les niveaux circulants des cytokines pro-inflammatoires et anti-inflammatoires qui affectent directement le fonctionnement du cerveau.


Nerf vague
Le nerf vague (nerf crânien X) a deux rôles, efférents et afférents. C'est le nerf majeur de la division parasympathique du système nerveux autonome qui régule les fonctions de plusieurs organes, y compris les constrictions bronchiques, la fréquence cardiaque et la motilité intestinale. De plus, l'activation du nerf vague a été démontrée pour avoir des capacités anti-inflammatoires prononcées, protégeant contre le sepsis induit par des microbes au sein du récepteur nicotinique à l'acétylcholine α7 sous-unité mode-dépendant. Environ 80% des fibres nerveuses sensorielles transmettent des informations sur l'état des organes du corps vers le SNC. Bon nombre des effets du microbiote intestinal ou des probiotiques potentiels sur les fonctions cérébrales se sont avérés être dépendants de l'activation vagale de la flore intestinale ou des probiotiques potentiels sur les fonctions cérébrales se sont avérés être dépend de l'activation vagale.
Toutefois, des mécanismes vague-indépendants sont également en jeu dans les interactions cerveau-microbiote, ainsi une vagotomie n'affecte pas l'effet des traitements antimicrobiens sur le cerveau ou le comportement. Par ailleurs, les mécanismes par lesquels les afférences vagales sont activées par le microbiote intestinal sont encore actuellement peu clairs


Métabolisme du tryptophane
Un nombre croissant d'éléments de preuves du dérèglement de la souvent négligée kynurénine qui est la voie métabolique du tryptophane. La kynurénine représente plus de 95% du tryptophane disponible périphérique chez les mammifères.
(la L-kynurénine (énantiomère S) est un métabolite de l'acide aminé tryptophane utilisé dans la production de la niacine qui est la vitamine B3). Il y a donc de nombreux éléments de preuves sur le rôle de la kynuréine au niveau de nombreux troubles à la fois du cerveau et du tractus gastro-intestinal. Cette première étape de limitaion de vitesse dans la cascade métabolique est catalysée par kynurénine soit catalysée par le support de l'indoleamine 2,3-dioxygénase ou en grande partie à base de 2,3-dioxygénase tryptophane hépatique. L'activité de ces deux enzymes peut être induite par des médiateurs inflammatoires et par les corticostéroïdes.. Il y a des preuves évidentes que les bactéries probiotiques (Bifidobacterium infantis) peuvent modifier les concentrations de kynurénine. Ce n'est pas une propriété universelle de toutes les souches Bifidobacterium, par exemple l'administration de Bifidobacterium longum n'a eu aucun effet sur ​​les niveaux de kynurénine.


Métabolites microbiens
Des bactéries intestinales modulent différentes réactions métaboliques de l'hôte, conduisant à la production de métabolites tels que les acides biliaires, la choline et des acides gras à chaîne courte qui sont essentiels pour la santé de l'hôte. En effet, les glucides complexes tels que les fibres alimentaires peuvent être digérés et ensuite fermentés dans le colon par des micro-organismes intestinaux dans des acides gras à chaînes courtes tels que le n-butyrate, l'acétate et le propionate, qui sont connus pour avoir des propriétés neuroactives.


Neurométabolites microbiens
Les bactéries ont la capacité de générer de nombreux neurotransmetteurs et neuromodulateurs. Il a été déterminé que
Lactobacillus spp. et Bifidobacterium spp. produisent des GABA; que Escherichia spp., Bacillus spp. et Saccharomyces
spp. produisent la noradrénaline; que Candida spp., Streptococcus spp., Escherichia spp. et Enterococcus spp.produisent de la sérotonine; que Bacillus spp. produisent de la dopamine, et Lactobacillus spp. produisent l'acétylcholine.

Les probiotiques modulent les concentrations des récepteurs opioïdes et cannabinoïdes dans l'épithélium intestinal. Cependant, comment cet effet local se produit ou se traduit par des effets anti-nociceptifs observés dans des modèles de douleur viscérale animaux n'est actuellement pas encore éclairci. Il est concevable que les neurotransmetteurs sécrétés par des micro-organismes dans la lumière intestinale peuvent induire les cellules épithéliales à libérer des molécules qui à leur tour modulent la signalisation neuronale dans le système nerveux entérique, ou agissent directement sur ​​les axones primaires afférents.


Sucres des parois cellulaires bactériennes
La couche extérieure du polysaccharide exocellulaire des bactéries probiotiques est en grande partie responsable de la plupart de leurs effets favorables à la santé. En effet, le polysaccharides exocellulaire du probiotique Bifidobacterium breve UCC2003 protège les bactéries de l'acide et de la bile dans l'intestin et protège les bactéries de la réponse immune de l'hôte. De telles études ouvrent la possibilité de composants bactériens non-viables comme alternatives thérapeutiques base-microbiennes. En effet, comme les métabolites neuroactifs, les composants des parois cellulaires des micro-organismes dans la lumière intestinale ou attachés aux cellules épithéliales sont aptes à libérer des molécules qui modulent la signalisation des neurones en retour ou qui agissent directement sur ​​les axones primaires afférents.



Figure 3. Impact de la flore intestinale sur l'axe intestin-cerveau dans la santé et la maladie.
Il est aujourd'hui accepté généralement qu'une flore intestinale stable est essentiel pour une physiologie intestinale normale et contribue à la signalisation appropriée le long de l'axe intestin-cerveau et, de ce fait, à l'état de santé de l'individu, comme indiqué sur le côté gauche de la figure. Comme le montre le côté droit de la figure, une dysbiose intestinale peut influencer négativement la physiologie intestinale, menant à une signalisation inappropriée de l'axe intestin-cerveau et les conséquences associées aux fonctions du système nerveux central et entraînant des états pathologiques. A l'inverse, les niveaux de stress au niveau du SNC peuvent affecter la fonction intestinale et conduire à des perturbations de la microflore.



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