Les fonctions du microbiote intestinal

Le microbiote interagit étroitement avec l'intestin et joue divers rôles majeurs [38]. Un microbiote sain établit un véritable partenariat, une symbiose, avec l'intestin et assure à la fois des fonctions locales et systémiques, autrement dit à l'échelle de tout le corps [38].

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Figure 10 : Rôle du microbiote intestinal [38]. 1.6.1. Effet barrière et fonctions immunitaires

Il existe dans la lumière intestinale une compétition pour les nutriments et les sites d’adhérence épithéliaux entre pathogènes et bactéries commensales. Par ailleurs, le microbiote produit des bactériocines et il est capable de stimuler la production de peptides antimicrobiens par les cellules épithéliales [9].

Outre ses propriétés de barrière, le microbiote intestinal joue un rôle fondamental dans le développement et la maturation du système immunitaire. La découverte de cette fonction essentielle vient de l’observation des différences entre souris axéniques (élevés en milieu stériles et donc dépourvues de microbiote) et souris conventionnelles (élevées en animalerie classique). Les souris axéniques présentaient de nombreuses anomalies au niveau du système immunitaire intestinal : hypoplasie des plaques de Peyer, diminution des lymphocytes intra-épithéliaux, déficit en certaines populations lymphocytaires T, diminution de la sécrétion intestinale d’IgA, de la concentration d’immunoglobulines sériques et de la production de

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cytokines. Mais le plus intéressant est que ces anomalies ne se cantonnaient pas au système immunitaire intestinal, puisqu’on observait dans la rate et les ganglions lymphatiques des zones lymphocytaires atrophiées. Par ailleurs, quelques semaines après l’inoculation du microbiote de souris conventionnelles à ces souris axéniques, l’ensemble de ces anomalies disparaissaient. Au-delà de ces observations sur les fonctions globales du microbiote, il semble que certaines espèces bactériennes aient des propriétés spécifiques. L’homéostasie intestinale est notamment sous la dépendance d’un équilibre entre les lymphocytes T effecteurs (Th17 principalement) et les lymphocytes T régulateurs (Treg). Il a récemment été montré que certaines bactéries stimulent particulièrement les populations Th17 intestinales alors que d’autres stimulent les Treg par l’intermédiaire des acides gras à chaînes courtes qu’elles produisent. Elles participent ainsi au maintien de l’homéostasie intestinale [9].

1.6.2. Fonctions métaboliques

Les principales sources d’énergie du microbiote intestinal sont les glucides et les protéines contenues dans les fibres alimentaires non digérées par l’hôte dans le tractus digestif supérieur et qui parviennent dans le côlon. La nature et la quantité des substrats disponibles dépendent donc des individus et de leur régime alimentaire qui constitue un facteur environnemental susceptible d’influencer l’équilibre du microbiote. La biotransformation de ces différents substrats par le microbiote colique, d’une part, permet aux bactéries d’obtenir l’énergie nécessaire à leur croissance et, d’autre part, génère la production d’une diversité de métabolites qui sont pour la plupart absorbés et utilisés par l’hôte (Figure 11) [9].

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Figure 11 : Les composantes de la digestion colique [3]

1.6.2.1. Métabolisme des glucides

L’action du microbiote sur les glucides concerne des substrats exogènes qui ont échappé à une digestion et absorption complètes dans l’intestin grêle (amidon résistant, lactose, fructose, raffinose et polysaccharides des fibres alimentaires) et des substrats endogènes (mucines, cellules coliques desquamées, bactéries lysées). L’hydrolyse de ces substrats conduit à la formation d’acides gras à chaînes courtes (acides acétique, propionique et butyrique) et de gaz (hydrogène, gaz carbonique qui peuvent alors participer à la production de méthane et hydrogène sulfuré). Certains de ces acides à chaînes courtes (butyrates) sont importants pour le maintien de l’intégrité de la muqueuse ; d’autres (propionates) participent après leur absorption sanguine au métabolisme de l’organisme [3].

1.6.2.2. Métabolisme des gaz

L’hydrogène est le gaz majoritairement produit lors des processus fermentaires, et ce, en grande quantité de façon quotidienne dans le côlon. Son élimination, essentielle à l’efficacité

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du processus fermentaire, est possible de plusieurs manières. Il peut être excrété par l’émission de gaz rectaux ou par voie pulmonaire, mais la plus grande partie de l’hydrogène est transformée in situ par des bactéries du microbiote colique dites hydogénotrophes. Les trois types de transformation principaux sont : en méthane par les archées méthanogènes (présents dans le microbiote colique de 30 à50 % des adultes), en acétate par les bactéries acétogènes, et enfin, en sulfures au potentiel délétère pour le côlonocyte par les bactéries sulfatoréductrices (dont le genre prédominant est Desulfovibrio) [9].

1.6.2.3. Métabolisme protéines

Le métabolisme protéique concerne les substrats azotés exogènes qui n’ont pas été digérés dans l’intestin grêle (protéines alimentaires) et endogènes (enzymes pancréatiques et intestinales, cellules intestinales ou bactéries mortes, urée). La protéolyse surtout effective dans le côlon gauche donne lieu à des phénomènes de putréfaction avec formation d’acides aminés et d’amines.

Le microbiote produit également des polyamines (putrescine, spermidine, spermine), de l’ammoniaque, des acides gras et des gaz (CO2, H2, CH4) [3].

1.6.2.4. Métabolisme lipides

Les lipides qui n’ont pas été complètement digérés et absorbés dans l’intestin grêle ne sont ni digérés ni absorbés pendant leur transit colique. Ils donnent lieu à la stéatorrhée, mesurable dans les selles [3].

1.6.3. Effets trophiques et sur la motricité

Les animaux élevés sans germe (dans des contextes d‘expérimentations) ont une paroi intestinale peu trophique, un système immunitaire local très peu développé et des troubles de la motricité. Des effets trophiques et moteurs de diverses bactéries intestinales et probiotiques ont été observés dans des conditions expérimentales y compris chez l‘Homme [39].

26 1.7. La dysbiose du microbiote intestinal

Les perturbations du microbiote intestinal sont impliquées dans les pathologies intestinales et extra-intestinales. Parmi ces pathologies, les maladies inflammatoires chroniques de l'intestin (MICI) de type maladie de Crohn ou rectocolite hémorragique, le syndrome métabolique, l'obésité, certaines pathologies cardiovasculaires, certaines pathologies allergiques et avec plus de prudence, l'autisme ou les troubles du comportement [11].

Que déduire de ces données ?

En premier lieu l’existence d’un lien étroit entre microbiote et inflammation intestinale, puis entre microbiote et système immunitaire (immunité innée, allergie et auto-immunité), enfin entre microbiote et cerveau.

Ceci nécessite de s’interroger sur la possibilité d’identifier la ou les bactéries responsables de ces pathologies et, à l’inverse, l’existence d’une ou de plusieurs espèces commensales qui, par leur présence, évite(nt) à l’hôte qui la (ou les) possède de résister à la maladie.

Une première réponse partielle tient à la découverte d’une espèce particulière

Faecalibacterium prausnitzii qui possède des propriétés anti-inflammatoires et dont il a été

montré sur un modèle animal que sa diminution ou sa disparition au sein du microbiote induit une inflammation du tube digestif qui disparaît lorsqu’elle est réintroduite dans l’écosystème intestinal [40].

Une autre réponse partielle est apportée par les études menées sur la restauration de l’effet barrière contre Clostridium difficile par transfert de flore fécale [41]. De nombreuses questions sont soulevées à l’occasion de ces transferts de microbiote d’un individu à un autre notamment celles qui ont trait à la sécurité du patient. Un certain nombre de groupes de recherche travaille sur ce sujet, mais des compléments doivent être apportés. Si, apparemment, de nombreux succès sont publiés, il n’y a pas encore de protocole standardisé pour ce type de traitement, même si certains groupes en proposent officiellement. Il est à noter que ces transferts de flore sont discutés pour le traitement d’autres pathologies comme la maladie de Crohn ou l’autisme [11].