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Conséquences d’un stress chronique sur la barrière de mucus intestinal chez le rat: effet du probiotique Lactobacillus farciminis
2013 (French)Doctoral thesis, monograph (Other academic)Alternative title
Consequences of a chronic stress on intestinal mucus barrier : effect of the probiotic strain Lactobacillus farciminis (English)
Abstract [en]

Background. Despite a large body of literature incriminating mucus alterations in the pathogenesis of Intestinal Bowel Diseases (IBD), structural and physical changes in the mucus layer remain poorly understood in the micro-inflammatory context of Irritable Bowel Syndrome (IBS). Moreover, some probiotic treatments prevent stress-induced intestinal epithelial barrier impairment but little is known about their influence on intestinal mucin structural modifications and mucus properties induced by stress. Thereby, this study aimed at evaluating whether (i) a chronic stress modified the number of gut goblet cells and Muc2 expression and O-glycosylation, (ii) L. farciminis (LF) treatment prevented these alterations and (iii) observed effects were related to the in vivo colonization capacity of LF.

Main results and conclusions. Water Avoidance Stress (WAS) did not modify neither the number of intestinal goblet cells nor Muc2 expression. Mass Spectrometry analysis demonstrated that O-glycosylation of mucins was strongly affected by WAS, and confirmed in another model of IBS (maternal deprivation model). Under stress conditions, the mucus layer, showed a flattened morphology, probably indicative of a loss in its cohesive properties. The mucus layer alteration was, thus, in relation with epithelial barrier impairment and visceral hypersensitivity. LF administration prevented WAS-induced functional, biochemical and physical changes of mucus. The presence of LF in the ileum and colon was confirmed and we observed that Segmented Filamentous Bacteria (SFB) population was reduced by LF.

Chronic stress induced functional changes in rats, as well as a shift in mucin O-glycosylation rather than changes in mucin expression, resulting in a loss of mucus layer cohesive properties. These results confirm that LF is a valuable probiotic in the IBS management.

Methods. IBS Animal model (WAS and maternal deprivation), histological, Mass Spectrometry, Microscopy (Fluorescence, AFM, SEM and TEM), bacterial localization by Fluorescence In Situ Hybridization (FISH), qPCR, intestinal paracellular permeability, visceral sensitivity.

Abstract [fr]

Contexte. Si les modifications dans l’expression et les propriétés des mucines ont été largement décrites dans la physiopathologie des maladies inflammatoires chroniques de l’intestin, la caractérisation structurale et fonctionnelle de la barrière de mucus reste parcellaire dans le contexte micro-inflammatoire du syndrome de l’intestin irritable (SII). Par ailleurs, certains traitements probiotiques préviennent la rupture de l’intégrité de la barrière épithéliale intestinale, provoquée en conditions de stress mais peu de travaux décrivent leur influence sur les modifications de la structure du mucus, induites par le stress. Ainsi, cette étude a comme objectifs d’évaluer chez le rat (i) si un stress chronique modifie le nombre de cellules à mucus et l’expression de la mucine Muc2, ainsi que la nature biochimique des mucines secrétées au niveau de l’iléon et du côlon, et plus particulièrement les O-glycanes, (ii) si un traitement probiotique (Lactobacillus farciminis) prévient les modifications du mucus potentiellement induites, (iii) si les effets observés sont en lien avec la capacité de colonisation in vivo de L. farciminis.  

Méthodes. Des rats Wistar mâles ont reçu, par administration intra-gastrique pendant 14 jours, soit L. farciminis (1011 CFU/jour) soit une solution saline (NaCl 0,9% (m/v)). Les animaux ont été soumis au stress d’évitement passif de l’eau (WAS) pendant 1h/jour ou à un stress fictif (groupe contrôle), pendant les 4 derniers jours des traitements. Après sacrifice, différents prélèvements (tissus, muqueuses) ont été effectués au niveau de l’iléon et du côlon pour (i) des analyses sur coupes (immuno-marquage de Muc2, nombre de cellules à mucus par coloration Acide Périodique de Schiff/Hémalun) et (ii) la détermination du profil de O-glycosylation des mucines par spectrométrie de masse après extraction et purification. En parallèle, la morphologie de la couche de mucus a été évaluée par microscopie à force atomique. La localisation de L. farciminis a été réalisée par "Fluorescence in situ Hybridization", confirmée ensuite par qPCR. L'adhésion de L. farciminis à la muqueuse a, quant à elle, été déterminée par une méthode ex situ. En complément de ces analyses, la perméabilité paracellulaire et la sensibilité viscérale ont été évaluées.  

Résultats. Il a été démontré que le stress WAS dans les conditions testées ne modifie pas le nombre de cellules à mucus ni l’expression de la mucine Muc2 aux niveaux iléal et colique. En revanche, l’analyse par spectrométrie de masse a révélé que le stress induit de profondes altérations de la O-glycosylation des mucines. En effet, une augmentation marquée du degré de complexité des structures glycaniques a été observée dans l’iléon et le côlon, se traduisant par l’apparition de chaînes polylactosaminiques (répétition des unités disaccharidiques composées de galactose/N-acétyl-glucosamine), sans modification toutefois du taux de sialylation et de sulfatation des mucines. La couche de mucus en condition de stress, observée par microscopie à force atomique, présente une morphologie aplatie et moins cohésive. Nous avons ainsi émis l'hypothèse que les modifications structurales des O-glycanes influencent les interactions physico-chimiques entre les fibres de mucines, impactant de manière négative l’intégrité de la barrière de mucus. Cette altération de la couche de mucus s'accompagne d'un défaut de la barrière épithéliale et d'une hypersensibilité viscérale. L’administration de la souche probiotique prévient les changements provoqués par le stress WAS, à la fois sur la couche de mucus et sur la barrière épithéliale. L'analyse par qPCR et FISH a permis de mettre en évidence la présence de L. farciminis au sein de l’iléon et du côlon, avec toutefois des différences quantitatives et qualitatives de colonisation en fonction du compartiment intestinal considéré. Par ailleurs, la présence de "Segmented Filamentous Bacteria" (SFB) a été mise en évidence, par FISH et microscopie électronique, au niveau de l’iléon sur l'ensemble des animaux testés. Le traitement par L. farciminis induit une diminution de la population des SFB aussi bien chez les animaux contrôles que stressés.  

Conclusion. Nous avons montré qu’un stress chronique chez le rat, outre les modifications fonctionnelles de l'épithélium intestinal (hyperperméabilité intestinale et hypersensibilité viscérale), altère la structure O-glycanique des mucines sans affecter l’expression de Muc2. Ces altérations se traduisent par une perte des propriétés cohésives de la couche de mucus. La souche probiotique L. farciminis, en prévenant l’ensemble des modifications induites par le stress, contribue au renforcement de la fonction barrière de l'intestin. Cette étude fournit un argumentaire complémentaire pour l’utilisation de cette souche dans le traitement du SII.

Place, publisher, year, edition, pages
Toulouse: Universite de Toulouse Le Mirail, 2013. , p. 300
National Category
Gastroenterology and Hepatology
Identifiers
URN: urn:nbn:se:liu:diva-145643DOI: 10.13140/RG.2.1.1948.9529OAI: oai:DiVA.org:liu-145643DiVA, id: diva2:1189462
Public defence
2013-11-07, Toulouse, 14:00 (French)
Opponent
Supervisors
Available from: 2018-04-27 Created: 2018-03-10 Last updated: 2019-01-31Bibliographically approved

Open Access in DiVA

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da Silva, Stéphanie
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