Effets du sevrage et de la supplémentation en
antioxydants sur le statut métabolique, oxydatif et
inflammatoire chez les porcelets
Mémoire
Joany Ferland
Maîtrise en sciences animales - avec mémoire
Maître ès sciences (M. Sc.)
EFFETS DU SEVRAGE ET DE LA SUPPLÉMENTATION EN ANTIOXYDANTS SUR LE STATUT MÉTABOLIQUE, OXYDATIF ET INFLAMMATOIRE CHEZ
LES PORCELETS
Mémoire
Joany Ferland
Sous la direction de
Jean-Paul Laforest, directeur de recherche Claude Robert, codirecteur de recherche
Résumé
Le sevrage des porcelets s’accompagne presque toujours d’une perte de poids, d’une anorexie transitoire et de diarrhées. Un stress oxydatif serait impliqué dans cet état physique anormal observé chez les porcelets nouvellement sevrés. L’objectif de ce projet était d’évaluer et de caractériser les effets du sevrage ainsi que de la supplémentation en composés antioxydants sur le statut métabolique, oxydatif et inflammatoire des porcelets. Les résultats obtenus montrent que, de façon générale, le sevrage cause l’augmentation de l’expression des gènes reliés aux défenses anti-radicalaires, à la réponse inflammatoire et au métabolisme énergétique, dans le foie. La supplémentation d’antioxydants a résulté, durant les deux premiers jours post-sevrage, en une diminution de l’expression des gènes hépatiques (PPARGC1α, PigMAP, SOD1, PRDX3 et GPX1). Au jour 8 post-sevrage, la supplémentation en antioxydants a influencé à la hausse l’expression de la plupart des gènes reliés au stress oxydatif, et ce, tant dans le foie que dans la portion centrale du petit intestin. Ceci suggère que le sevrage est associé à une augmentation des ROS, à une réponse inflammatoire et une détérioration du métabolisme énergétique. Toutefois, la supplémentation en composés antioxydants, à court terme, diminue ce stress oxydatif ainsi que la réponse inflammatoire et protège les mitochondries lors de la phosphorylation oxydative de par son action sur les ROS. À long terme, la supplémentation en composés antioxydants est associée à une augmentation de la production de ROS, possiblement une conséquence de l’augmentation de la respiration cellulaire causée par l’amélioration des performances zootechniques.
TABLE DES MATIÈRES
Résumé...ii
LISTE DES TABLEAUX...v
LISTE DES FIGURES...vi
Remerciements...vii
Avant-propos...viii
INTRODUCTION GÉNÉRALE...1
CHAPITRE 1...4
1.1 Le sevrage chez le porc...4
1.1.1 Changements morphologiques et physiologiques du système digestif...5
1.1.1.1 Poids des organes...5
1.1.1.2 Morphologie du petit intestin (villosités, cryptes, muqueuse)...6
1.1.1.3 Intégrité de la muqueuse...8
1.1.1.4 Activité enzymatique...9
1.1.2 Changements métaboliques...10
1.1.2.1 Métabolisme des lipides et des hydrates de carbone...10
1.1.2.2 Métabolisme des protéines...11
1.1.3 Changements endocriniens...12
1.1.3.1 Somatotrophine, insuline et glucagon...12
1.1.3.2 Corticolibérine et cortisol...14
1.1.4 Changements dans l’immunité intestinale et facteurs antinutritionnels...15
1.2 Le sevrage et le stress oxydatif...17
1.2.1 Concept de stress oxydatif...17
1.2.1.1 Défenses anti-radicalaires...18
1.2.1.1.1 Les enzymes antioxydantes...18
1.2.1.1.2 Les composés antioxydants...20
1.2.1.2 Médiateurs de l’inflammation...23
1.2.1.3 Dommages cellulaires et biomarqueurs du stress oxydatif...24
1.2.2 Effet du sevrage sur l’état oxydatif du porcelet...27
1.3 La supplémentation en composés antioxydants contre le stress oxydatif et la réponse inflammatoire...29 1.4 Hypothèses de l’étude...32 CHAPITRE 2...34 ARTICLE...34 2.1 RÉSUMÉ...34 2.2 INTRODUCTION...35 2.3 MATÉRIEL ET MÉTHODES...36
2.3.1 Animaux et dispositifs expérimentaux...37
2.3.2 Euthanasie et récolte des tissus...38
2.3.3 Extraction de l’ARN du foie et du PI2...39 2.3.4 Expression de l’ARNm des cytokines, des protéines de la phase aigüe, des facteurs de transcription et des enzymes du système antioxydant par PCR en temps réel
(qRT-PCR)...39
2.3.5 Analyses statistiques...41
2.4 RÉSULTATS...41
2.4.1 Expression des gènes liés au métabolisme énergétique...41
2.4.2 Expression des gènes liés à la réaction inflammatoire...41
2.4.3 Expression des gènes liés aux défenses antioxydantes...42
2.5 DISCUSSION...43
2.5.1 Effets du sevrage sur l'état oxydatif des porcelets...43
2.5.2 Effets de la supplémentation sur l'état oxydatif...45
2.6 CONCLUSION...49
2.7 REMERCIEMENTS...49
2.8 LISTE DES OUVRAGES CITÉS...50
CONCLUSION...63
LISTE DES TABLEAUX
Tableau 1. Ingrédients et analyse chimique de la composition de la moulée pour porcelets ...54 Tableau 2. Amorces utilisées...54
LISTE DES FIGURES
Figure 1. Dispositif expérimental...56 Figure 2. Design des plaques qRT-PCR avec le numéro de l’échantillon, le jour d’abattage et le traitement...56 Figure 3. Effet des traitements 1 (faible dose de vitamine E), 2 (forte dose de vitamines E et C) et 3 (forte dose de vitamines E, C et extrait de melon riche en SOD) sur l’expression génétique de PPARGC1α dans le foie des porcelets le jour du sevrage et aux jours 2, 5 et 8 post-sevrage...57 Figure 4. Effet des traitements 1 (faible dose de vitamine E), 2 (forte dose de vitamines E et C) et 3 (forte dose de vitamines E, C et extrait de melon riche en SOD) sur l’expression génétique de PigMAP dans le foie des porcelets le jour du sevrage et aux jours 2, 5 et 8 post-sevrage...58 Figure 5. Effet des traitements 1 (faible dose de vitamine E), 2 (forte dose de vitamines E et C) et 3 (forte dose de vitamines E, C et extrait de melon riche en SOD) sur l’expression génétique de SAA2-3 dans le foie des porcelets le jour du sevrage et aux jours 2, 5 et 8 post-sevrage...59 Figure 6. Effet des traitements 1 (faible dose de vitamine E), 2 (forte dose de vitamines E et C) et 3 (forte dose de vitamines E, C et extrait de melon riche en SOD) sur l’expression génétique de la SOD1 dans le foie et dans le PI2 des porcelets le jour du sevrage et aux jours 2, 5 et 8 post-sevrage...60 Figure 7. Effet des traitements 1 (faible dose de vitamine E), 2 (forte dose de vitamines E et C) et 3 (forte dose de vitamines E, C et extrait de melon riche en SOD) sur l’expression génétique de NFE2L2 dans le foie des porcelets le jour du sevrage et aux jours 2, 5 et 8 post-sevrage...61 Figure 8. Effet des traitements 1 (faible dose de vitamine E), 2 (forte dose de vitamines E et C) et 3 (forte dose de vitamines E, C et extrait de melon riche en SOD) sur l’expression génétique de PRDX3 dans le foie et dans le PI2 des porcelets le jour du sevrage et aux jours 2, 5 et 8 post-sevrage...62 Figure 9. Effet des traitements 1 (faible dose de vitamine E), 2 (forte dose de vitamines E et C) et 3 (forte dose de vitamines E, C et extrait de melon riche en SOD) sur l’expression génétique de la GPX1 dans le foie et de la GPX2 dans le PI2 des porcelets le jour du sevrage et aux jours 2, 5 et 8 post-sevrage...63
Remerciements
Je tiens d’abord à remercier Jean-Paul Laforest ainsi que Yan Martel-Kennes de m’avoir permis de faire partie de ce projet et de m’avoir consacré de leur précieux temps. Je les remercie pour leur patience et leur aide grandement appréciées.
Je veux aussi remercier chaleureusement Dany Cinq-Mars pour m’avoir épaulé pendant mon long et parfois rocailleux parcours. Son écoute et ses nombreux encouragements m’ont permis de terminer ma maîtrise.
J’aimerais remercier les techniciennes en santé animale ainsi que Nancy Bolduc pour leur précieuse aide lors de la phase animale. Merci au personnel du centre de recherche en sciences animales de Deschambault dont Hélène Lavallée. Un énorme merci à Isabelle Gilbert pour son aide inestimable en laboratoire.
Finalement, un grand merci à mon mari, Jérome Côté-Nadeau, pour sa grande patience et sa compréhension. Merci de m’avoir encouragée tout au long de mon cheminement, tu as été là du tout début à la toute fin et c’est ensemble que nous célébrerons cette petite victoire.
Avant-propos
Ce travail a été réalisé dans le cadre de mes études supérieures de 2e cycle pour l’obtention
du titre de maître ès sciences (M. Sc.). Un article scientifique, dont je suis la principale auteure, y est intégré en prévision de sa publication dans une revue à caractère scientifique. Les coauteurs de cet article sont Yan Martel-Kennes, directeur scientifique au centre de recherche en sciences animales de Deschambault (CRSAD), Jean-Paul Laforest et Claude Robert, tous deux professeurs à l’Université Laval et Jérôme Lapointe, chercheur scientifique au centre de recherche et de développement d’Agriculture et Agroalimentaire Canada (AAC) de Sherbrooke.
La présente étude représente la première expérimentation d’un projet de recherche, intitulé : « Effets du sevrage et de composés antioxydants sur le statut oxydatif, la croissance et l’efficacité alimentaire chez le porcelet », qui comporte trois grandes expérimentations. L’objectif de la présente étude était d’évaluer et de caractériser les effets du sevrage et de la supplémentation en composés antioxydants sur l’état oxydatif, inflammatoire et sur le métabolisme énergétique des porcelets nouvellement sevrés.
Ce projet a été conceptualisé par Yan Martel-Kennes et Jean-Paul Laforest avec la collaboration de Jérôme Lapointe et Claude Robert. Une phase animale a été réalisée dans le cadre de ce projet et s’est principalement déroulée au CRSAD. J’ai participé activement à la phase animale en préparant et administrant chacun des traitements, aidée de Yan Martel-Kennes et des employés du CRSAD. J’ai aussi participé à la récolte des tissus et leur entreposage. Sous la supervision d’Isabelle Gilbert, professionnelle de recherche à l’Université Laval, j’ai analysé et compilé les résultats obtenus. Ces derniers ont été analysés statistiquement ce qui m’a permis de les interpréter avec la contribution de Yan Martel-Kennes, Jean-Paul Laforest, Jérôme Lapointe et Claude Robert.
INTRODUCTION GÉNÉRALE
La production porcine est une production importante au Canada avec des retombées économiques représentant tout près de 30 % des revenus engendrés par le secteur des productions animales (Canada Pork International, 2019). Au Québec, en 2015, le secteur porcin a généré 25 % des recettes monétaires provenant des productions animales et comptait, en 2018, un peu plus de 2120 entreprises (Centre de développement du porc du Québec inc., 2016; Ministère de l’Agriculture, des Pêcheries et de l’Alimentation du Québec, 2018). Le cycle de la production se divise en trois grands secteurs soit la maternité, la pouponnière et l’engraissement, tous aussi importants les uns que les autres pour la rentabilité de l’industrie. Le sevrage est l’une des étapes les plus critiques de la production porcine pouvant entraîner des pertes économiques non négligeables. En effet, un faible poids au sevrage ainsi qu’un faible taux de croissance la première semaine suivant le sevrage sont associés à un risque plus élevé de mortalité en pouponnière ainsi qu’à une diminution des performances zootechniques en engraissement (Tokach et al., 1992; Quiniou et Corrégé, 2017). En fait, le sevrage est l’un des événements les plus stressant dans la vie du porcelet puisque ce dernier est séparé de sa mère, placé avec de nouveaux congénères dans un nouvel environnement et que son alimentation passe drastiquement du lait maternel à la moulée à base de céréales. Il doit donc s’adapter rapidement à ces différents stress afin d’être productif et efficace, car un stress au sevrage trop intense pour le porcelet peut entraîner de mauvaises performances et un risque de mortalité plus élevé (Campbell et al., 2013). Suite au sevrage, plusieurs changements s’opèrent au niveau de la morphologie et de la physiologique intestinale, entre autres dus à l’anorexie transitoire occasionnée par le changement d’alimentation, au niveau métabolique, endocrinien et comportemental (Mormède et Hay, 2003; Campbell et al., 2013). Conséquemment, une perte de poids et un état pathologique général, souvent accompagnés de diarrhée, sont observés. En fait, tous ces changements, en plus du stress occasionné lors du sevrage, fragiliseraient les défenses naturelles et immunitaires des porcelets les rendant plus susceptibles aux infections entériques. Le stress oxydatif serait un des facteurs aggravants du sevrage.
Le stress oxydatif n’est ni plus ni moins que le débalancement entre la production de dérivés de l’oxygène (« Reactive oxygen species » : ROS) et leur élimination par le système de défenses anti-radicalaires. Les ROS peuvent être produits de différentes façons,
notamment lors de la respiration cellulaire. En fait, dans le processus de la phosphorylation oxydative, dans les mitochondries, il arrive qu’un électron s’échappe et réagisse directement avec l’oxygène générant ainsi le radical superoxyde (O2-•), une des
conséquences normales de la respiration aérobie (Ursini et al., 2016). Ce radical, s’il n’est pas neutralisé rapidement par la superoxyde dismutase, peut réagir avec l’oxyde nitrique (NO•) pour produire du peroxynitrite (ONOO-), un oxydant très puissant (Lykkesfeldt et
Svendsen, 2007). Lorsque la production de ROS dépasse leur élimination, des dommages aux macromolécules telles que les lipides, les protéines et l’ADN peuvent avoir lieu (Lykkesfeldt et Svendsen, 2007; Ursini et al., 2016). En fait, le sevrage est associé à une augmentation des ROS, causant des dommages à l’ADN, ainsi qu’à la peroxydation lipidique et à une diminution de la résistance au stress oxydatif de par la diminution de l’activité des enzymes antioxydantes tel que la superoxyde dismutase (Zhu et al., 2012; Tao et al., 2016). Aussi, le sevrage est associé à une réponse inflammatoire comme l’indique l’augmentation importante de cytokines pro-inflammatoires à ce moment (McCracken et al., 1995; Pié et al., 2004), possiblement une conséquence de l’augmentation de la perméabilité de la barrière intestinale due principalement au stress et à l’anorexie observés durant le sevrage (McCracken et al., 1995; Campbell et al., 2013).
Heureusement, ayant évolué en présence d’oxygène, les organismes aérobies ont développé un système de défenses antioxydantes. En première ligne de défenses figurent les enzymes antioxydantes telles que la superoxyde dismutase, la glutathion peroxydase et la catalase (Ursini et al., 2016). Le rôle de la superoxyde dismutase est de transformer l’O2-• en
peroxyde d’hydrogène (H2O2), ce dernier est ensuite transformé en eau par la glutathion
peroxydase et la catalase (Lykkesfeldt et Svendsen, 2007; Ursini et al., 2016). Tout comme les enzymes antioxydantes, certaines molécules, retrouvées dans les aliments, auraient aussi cette capacité de neutraliser les ROS. La vitamine E et la vitamine C en sont de bons exemples (Choi et al., 2004; Lee et al., 2013). En effet, la vitamine C, qui est hydrosoluble, permet de protéger la cellule contre les radicaux libres tels l’O2-•, le H2O2, les radicaux
peroxydes (ROO•), l’oxygène singulet (O
2) et l’hypochlorite (ClO-) (Wilson, 1987; Sies et
al., 1992). La vitamine E, qui est liposoluble, permet de prévenir la peroxydation lipidique en agissant principalement sur les ROO• (Wilson, 1987; Sies et al., 1992). Aussi, les
vitamines C et E travailleraient en synergie puisque la vitamine C aurait la capacité de régénérer l’α-tocophérol dans la phase aqueuse (Choi et al., 2004). La superoxyde
dismutase exogène, retrouvée notamment dans certains types de melons, est aussi un bon exemple de molécules antioxydantes puisque qu’elle agirait contre le stress oxydatif tant localement que systémiquement (Lallès et al., 2011).
Le présent travail débute par une revue de littérature portant sur les changements qui surviennent chez les porcelets lors du sevrage, de la présence et de l’impact du stress oxydatif au moment du sevrage ainsi que des effets de la supplémentation en composés antioxydants contre le stress oxydatif chez les porcelets nouvellement sevrés. Par la suite, les résultats d’une expérience, visant à évaluer les impacts du sevrage et de la supplémentation en vitamines C et E et en concentré de melon riche en superoxyde dismutase sur le stress oxydatif, l’état inflammatoire et le métabolisme énergétique des porcelets nouvellement sevrés, seront présentés. Le tout se termine par une brève conclusion sur l’influence du sevrage et de la supplémentation en composés antioxydants sur les gènes reliés au stress oxydatif, à la réaction inflammatoire et au métabolisme énergétique.
CHAPITRE 1
REVUE DE LITTÉRATURE
1.1 Le sevrage chez le porc
En milieu naturel, le sevrage des porcelets se fait de façon progressive vers l’âge de 12-17 semaines (Jensen et Rencen, 1989; Stolba et Wood-Gush, 1989). Par contre, en conditions d’élevage, le sevrage des porcelets est réalisé de façon abrupte vers l’âge de trois semaines (Nabuurs, 1998; Mormède et Hay, 2003). Dans certaines régions, comme en Amérique du Nord, le sevrage des porcelets est même parfois réalisé avant l’âge de trois semaines principalement dans le but de réduire les risques de transfert de maladies entre la truie et le porcelet (Williams, 2003).
Le sevrage en milieu commercial est une étape charnière dans la vie du porcelet lors de laquelle il est soumis à plusieurs stress dont celui de la séparation d’avec sa mère, la cohabitation avec de nouveaux congénères et un nouvel environnement (Campbell et al., 2013). De plus, à cet âge, le système digestif des porcelets n’a pas atteint son développement complet et n’est pas bien adapté aux aliments solides (Nabuurs, 1998). En effet, l’alimentation du porcelet, uniquement constituée de lait, est parfois changée du jour au lendemain pour une ration solide dont la principale source d’énergie, auparavant le gras et le lactose, devient l’amidon (Vente-Spreeuwenberg et Beynen, 2003). Le changement drastique de l’alimentation des porcelets aura pour effet de diminuer considérablement leur consommation volontaire (Vente-Spreeuwenberg et Beynen, 2003; Lallès et al., 2004a; Lallès et al., 2004b). Un état d’anorexie est alors observable durant les cinq premiers jours post-sevrage, correspondant à la phase dégénérative. En effet, la période post-sevrage est divisée en deux phases distinctes, la phase dégénérative (0 à 5 jours post-sevrage), durant laquelle l’intégrité intestinale est altérée, et la phase d’adaptation (5 à 15 jours post-sevrage), caractérisée par la régénération structurelle et fonctionnelle du petit intestin (Montagne et al., 2007). Bien que transitoire, cette anorexie est souvent accompagnée d’une perte de poids de l’ordre de 100-250 g, le premier jour du sevrage (Campbell et al., 2013), et jusqu’à 10 % du poids vif du porcelet deux jours après le sevrage (Dunshea, 2003), et de diarrhées causant une diminution des performances zootechniques des porcelets (Nabuurs,
1998). Afin de trouver une solution adéquate aux problèmes de stress, de santé, de bien-être et de baisse de performances des porcelets lors du sevrage, il est primordial de comprendre les changements métaboliques survenant au niveau digestif, ainsi que les modifications endocriniennes et immunitaires durant cette période.
1.1.1 Changements morphologiques et physiologiques du système digestif
Le jeune âge des porcelets ainsi que le changement abrupt de l’alimentation lors du sevrage ont pour conséquence d’accélérer le processus développemental du système digestif des porcelets. Par contre, puisque la consommation volontaire du porcelet diminue, il se retrouve en situation de carence énergétique ce qui compromet la maturation normale de son système digestif (Nunez et al., 1996). Les nombreux changements morphologiques et physiologiques qui ont lieu durant la phase dégénérative du sevrage sont à l’origine de la réduction de la capacité digestive des porcelets et donc de l’apparition de troubles digestifs chez les porcelets nouvellement sevrés (Miller et Slade, 2003; Campbell et al., 2013).
1.1.1.1 Poids des organes
Malgré le fait que la perte de poids vif soit plutôt modeste durant la première semaine post-sevrage, environ 10 %, le changement du poids des organes est important. En effet, seulement 10 jours après le sevrage, le poids relatif (exprimé en grammes par kilogramme de poids corporel (g/kg)) de l’estomac ainsi que celui du gros intestin augmentent rapidement tandis que celui du petit intestin diminue en à peine trois jours post-sevrage et prendra 10 jours à se rétablir. Ces changements de la taille des organes digestifs sont principalement dus à la faible quantité d’aliments ingérés plutôt qu’à l’âge au sevrage (Miller et Slade, 2003).
Le poids et la longueur du petit intestin sont souvent utilisés comme indicateurs de sa capacité digestive et absorptive. Ainsi, Masri et al. (2015) ont rapporté que les poids relatifs du petit intestin et de sa muqueuse diminuent immédiatement après la naissance du porcelet, et ce, jusqu’à 21 jours. À ce moment, si le porcelet demeure sous sa mère, le poids relatif de son petit intestin commence à augmenter contrairement à celui des porcelets qui ont été sevrés. En effet, deux à trois jours après le sevrage, le poids relatif du petit intestin
représente 80 % du poids initial (avant le sevrage), une conséquence de la faible consommation alimentaire durant cette période (Lallès et al., 2004a; Masri et al., 2015). Initialement, il y a une diminution du poids du petit intestin alors que le poids du gros intestin augmente rapidement. Par exemple, trois jours après le sevrage, les poids du petit intestin et du gros intestin sont de 80 et 141 % du poids avant le sevrage (Dunshea, 2003). Le poids relatif du foie augmente de façon significative durant la seconde semaine post-sevrage, une conséquence de l’augmentation de son activité métabolique et, plus précisément, de l’augmentation de la synthèse de protéines de la phase aigüe (McCracken et al., 1995). Le poids relatif du pancréas se stabilise à 13 jours d’âge, mais augmente rapidement après le sevrage, et ce, indépendamment de l’âge au sevrage. Cette augmentation du poids survient parallèlement à l’augmentation de la biosynthèse d’enzymes digestives spécifiques, telles la lipase, la trypsine, l’amylase et l’élastase I, et ce, au détriment de la chymotrypsine et de l’élastase II (Miller et Slade, 2003). Selon certains auteurs, ce changement représente une réponse adaptative associée à l’âge au sevrage, la consommation de matière grasse et de matière sèche et au contenu en protéines de la ration. Aussi, il semblerait que la source de protéines influencerait l’expression enzymatique du pancréas. Par exemple, les porcelets nourris avec des protéines laitières présentaient une activité enzymatique beaucoup plus importante que ceux recevant une ration à base de protéines de soya (Miller et Slade, 2003).
1.1.1.2 Morphologie du petit intestin (villosités, cryptes, muqueuse)
Le profil en acides aminés dans la ration des porcelets sevrés est un facteur clé pour un bon et rapide développement intestinal suite au sevrage. L’apport énergétique a une forte influence sur la hauteur des villosités (Marion et al., 2002). Aussi, indépendamment de la matière sèche et de l’apport énergétique, en moyenne, la hauteur des villosités et la profondeur des cryptes sont moins accentuées lorsque les porcelets reçoivent, au sevrage, un aliment à base de lait de vache plutôt qu’une ration solide (Miller et Slade, 2003). D’un point de vue nutritionnel, le lait est une source de protéines, de gras et d’hydrates de carbone contenant des acides aminés essentiels, des fractions glucidiques et des acides gras de différentes longueurs. En plus de son profil nutritionnel, le lait comprend plusieurs médiateurs physiologiques, immunologiques, biochimiques et bactériologiques qui aident
au maintien d’une bonne santé et favorisent l’efficacité et la croissance intestinale (Miller et Slade, 2003). Les porcelets sevrés sont ainsi privés d’une alimentation facilement digestible qui favorise la structure et le bon fonctionnement des intestins. Les études ayant porté sur l’utilisation du lait comme aliment lors du sevrage ont montré qu’il prévenait les changements structuraux des cryptes observés suite au sevrage des porcelets recevant une ration solide (McCraken et al., 1995; Miller et Slade, 2003). En effet, une augmentation de la profondeur des cryptes de l’ordre de 10 à 50 % durant les quatre à cinq premiers jours post-sevrage a été rapportée (Masri et al., 2015). Lackeyram et al. (2010) ont plutôt observé une augmentation de la profondeur des cryptes de l’ordre de 128 et 98 % dans les portions proximale et distale respectivement, et ce, en comparaison aux porcelets non sevrés. Cette hyperplasie est due à un renouvellement très rapide des cellules intestinales en réponse à une augmentation du taux de mortalité cellulaire. Lallès et al. (2004a) affirment que la prolifération et la migration des cellules des cryptes intestinales dépendent fortement de l’énergie disponible durant les deux premiers jours post-sevrage.
Chez les porcelets sevrés, la hauteur des villosités diminue de 45 à 70 % durant la phase dégénérative par rapport aux valeurs mesurées avant le sevrage (Lallès et al., 2004a). Ceci confirme les résultats obtenus par McCracken et al. (1999) soit une réduction de la hauteur des villosités de 65 % deux jours après le sevrage. Des résultats similaires ont été obtenus par Lackeyram et al. (2010). Dans cette étude, la hauteur des villosités dans les portions proximale et distale du jéjunum a diminué, durant les cinq premiers jours post-sevrage, de 55 et 51 % respectivement en comparaison à des porcelets, du même âge, demeurés sous la mère. En effet, les porcelets non sevrés ne présentent que de petits changements de la hauteur de leurs villosités tandis que chez les porcelets sevrés à 21 jours, la hauteur des villosités diminue rapidement de 25 à 35 % dans les premières 24 heures suivant le sevrage (Campbell et al., 2013). Aussi, le périmètre des villosités dans la portion proximale du petit intestin diminue de 29 % dans les premières 24 heures suivant le sevrage (Pié et al., 2004). Cette atrophie serait principalement due à l’anorexie observée immédiatement après le sevrage et, dans une moindre mesure, au stress occasionné par la séparation du porcelet de sa mère ou par la présence du rotavirus dans l’environnement (McCracken et al., 1995; Van Beers-Schreurs et al., 1998). Du jour 5 au jour 15 post-sevrage, correspondant à la phase adaptative, la hauteur des villosités est lentement et partiellement restaurée, mais n’atteint pas la hauteur initiale mesurée avant le sevrage (Kelly et al., 1991; McCracken et al., 1995;
Montagne et al., 2007). Cette régénération peut être expliquée par l’augmentation de la consommation volontaire des porcelets et donc par l’arrivée d’aliments dans la lumière intestinale qui favorise le développement structurel de la muqueuse (Montagne et al., 2007).
La croissance des porcelets est un paramètre très important en production porcine et est dépendante du bon fonctionnement intestinal. Puisque la plupart des activités enzymatiques intestinales ainsi que la majorité de l’absorption des nutriments a lieu près des villosités et des cryptes, l’atrophie des villosités ainsi que l’hyperplasie des cryptes, qui surviennent suite au sevrage, et tout le processus de reconstruction, causent une diminution des capacités digestives (Kitt et al., 2001).
1.1.1.3 Intégrité de la muqueuse
La muqueuse intestinale est la couche la plus superficielle du tube digestif. Elle comprend l’épithélium intestinal, composé de différentes cellules notamment les entérocytes, les cellules caliciformes, les cellules neuroendocrines et les cellules de Paneth, et le glycocalyx, composé du mucus et des peptides antimicrobiens relâchés par les cellules de Paneth (Stokes, 2017). Les jonctions serrées, formées principalement par les protéines claudine et occludine, permettent de joindre de façon étanche les cellules épithéliales et ainsi former la barrière intestinale. En fait, la principale fonction de la muqueuse est celle de barrière contre les pathogènes afin de les garder dans la lumière intestinale et ainsi éviter toute infection. Les pathogènes demeurés dans le lumen sont naturellement excrétés à l’aide du péristaltisme (Stokes et al., 2004). La barrière intestinale, en association avec les immunoglobulines A (IgA), constitue la première ligne de défenses du système immunitaire intestinal du porcelet.
Plusieurs études ont montré que la fonction barrière de la muqueuse intestinale des porcelets est fortement affectée par le sevrage (Spreeuwenberg et al., 2001; Moeser et al., 2007; Hu et al., 2013). Dans l’étude de Lackeyram et al. (2010), l’épaisseur totale de la muqueuse intestinale, dans les sections proximale et distale, a diminué de 20 % chez les porcelets sevrés par rapport aux porcelets non sevrés. Spreeuwenberg et al. (2001) ont observé une augmentation de la perméabilité de la muqueuse intestinale chez les porcelets
aux jours 2 et 4 post-sevrage comparé au jour 0. Hu et al. (2013), qui ont aussi observé une augmentation de la perméabilité chez les porcelets suite au sevrage, ont remarqué une diminution de l’expression de l’ARNm des protéines des jonctions serrées occludine et claudine-1, aux jours 3, 7 et 14 post-sevrage comparé aux jours 0 et 1 post-sevrage.
La perte d’intégrité de la barrière intestinale serait causée, principalement, par le stress et l’anorexie associés au sevrage (Spreeuwenberg et al., 2001). L’anorexie, observée chez les porcelets immédiatement après le sevrage, mène à une réponse inflammatoire anormale au niveau intestinal (McCraken et al., 1999; Pié et al., 2004). En effet, Pié et al. (2004) et Hu et al. (2013) ont observé une augmentation de la production des cytokines pro-inflammatoires, dont IL-6 et TNF-α, chez les porcelets suite au sevrage. Plusieurs évidences indiquent que la production de cytokines pro-inflammatoires telles que TNF-α, IFN-γ et Il-6 contribue à l’augmentation de la perméabilité de la muqueuse intestinale (Al-Sadi et al., 2009; Hu et al., 2013). En fait, selon l’étude de Blikslager et al. (2007), l’IFN-γ influencerait l’expression des protéines des jonctions serrées compromettant ainsi l’intégrité de la barrière intestinale. Dans une moindre mesure, le manque de stimulation entérique, associé à l’anorexie ou la faible consommation alimentaire, contribuerait à l’affaiblissement de la muqueuse (Spreeuwenberg et al., 2001). Le dysfonctionnement de la barrière intestinale est associé à une réponse inflammatoire, une malabsorption, une diarrhée et une réduction de la croissance et de la production (Campbell et al., 2013) ainsi qu’à plusieurs pathologies telles que l’entérotoxémie, causée par Escherichia coli (« edema desease »), les infections avec Clostridium difficile et la gastro-entérite contagieuse (Moeser et al., 2007).
1.1.1.4 Activité enzymatique
L’activité totale des enzymes digestives de la bordure en brosse est aussi grandement diminuée durant la phase dégénérative post-sevrage (Lallès et al., 2004b; Montagne et al., 2007). En fait, durant cette période, l’activité de la lactase diminue et celles de la maltase et de la sucrase augmentent, reflétant la maturation intestinale face au changement d’alimentation (Lallès et al., 2004a). Toutefois, il semble qu’au moment où le sevrage commercial est réalisé, les porcelets ne possèdent pas toutes les enzymes nécessaires à la digestion des aliments solides (McCraken et al., 1995).
Aussi, bien que des augmentations de la biosynthèse de la trypsine, de l’amylase et de la lipase soient observées, leur taux de sécrétion est grandement réduit durant les premiers jours post-sevrage, une conséquence de la faible consommation alimentaire des porcelets. La sécrétion de ces enzymes tend à augmenter 15 jours après le sevrage excepté pour la lipase qui demeure faible. Il semblerait que les faibles sécrétions enzymatiques, observées durant la phase dégénérative du sevrage, contribuent aux dommages intestinaux rencontrés chez les porcelets nouvellement sevrés (Lallès et al., 2004a).
1.1.2 Changements métaboliques
De façon naturelle, après deux semaines de lactation, la truie atteint un plateau dans sa production laitière et une baisse de rendement est observée avec l’avancement de la lactation, ce qui limite le taux de croissance des porcelets (Dunshea, 2003). En fait, les porcelets qui demeurent sous la mère commenceront, vers l’âge de trois semaines, à ingérer des aliments solides afin de combler le déclin en nutriments provenant du lait. Par contre, leur très faible consommation est insuffisante pour satisfaire les besoins nutritionnels permettant un taux de croissance optimal avant le sevrage (Dunshea, 2003). Le fait de sevrer les porcelets à 21 jours a donc un impact important sur leur croissance et entraîne une carence énergétique chez le porcelet (Le Dividich et Sève, 2000). Cette carence est d’autant plus importante en présence de stress, tels que ceux vécus par le porcelet lors du sevrage, de par l’augmentation des dépenses énergétiques. Des changements métaboliques sont alors observés (Dunshea, 2003).
1.1.2.1 Métabolisme des lipides et des hydrates de carbone
En termes d’apport énergétique, la consommation de lait chez les porcelets représente environ 1250 kJ/kg0,75. L’apport énergétique des porcelets 24 heures après le sevrage
représente 25 % de ce qui était consommé avant le sevrage. Une semaine plus tard, elle est de seulement 60-70 % (Le Dividich et Sève, 2000). En moyenne, il faut 15 heures aux porcelets sevrés avant qu’ils ne consomment leurs premiers aliments solides (Bruininx et al., 2001).
L’anorexie, survenant immédiatement après le sevrage du porcelet, s’accompagne d’une mobilisation des réserves lipidiques et, dans une moindre mesure, des réserves de
glycogène. En effet, c’est durant les deux à trois premiers jours post-sevrage que la mobilisation des réserves est la plus importante, car le porcelet n’a plus accès au lait maternel et il n’est pas encore habitué aux aliments solides. Les porcelets sevrés à 21 jours d’âge perdraient 80 g de lipides par jour durant les deux premiers jours post-sevrage, mais cette perte de poids diminue progressivement durant les six jours suivants (Whittemore et al., 1981). Bruininx et al. (2002) ont observé que la consommation volontaire des porcelets augmentait, du jour 1 au jour 6 post-sevrage, de 50 à 250 g/j, mais qu’il y avait encore mobilisation des réserves lipidiques de l’ordre de 20 g/j en moyenne. De plus, la concentration sanguine d’acides gras non-estérifiés, directement liée à la lipolyse, augmente rapidement après le sevrage des porcelets (Dunshea, 2003).
Même si l’apport énergétique des porcelets nouvellement sevrés est minime, le taux de glucose plasmatique ne diminue que faiblement et de façon transitoire. Ceci suggère que le taux de glycémie est maintenu normal grâce à la dégradation du glycogène et/ou de la néoglucogenèse. Puisque les réserves hépatiques de glycogène sont assez faibles au sevrage et qu’elles ne varient pas beaucoup après le sevrage, la principale voie métabolique de production de glucose s’avère être la néoglucogenèse (Dunshea, 2003).
1.1.2.2 Métabolisme des protéines
Durant le sevrage, le porcelet présente une balance protéique négative due à sa faible consommation alimentaire, et ce, pour au moins les deux premiers jours post-sevrage. En effet, afin de répondre à ses besoins de base (au repos) le porcelet devrait ingérer 3,1 g de protéines/kg0,75, soit environ 60 g/jour d’aliments pour porcelets (Le Dividich et al., 1980).
Les porcelets présentent donc une légère carence protéique durant les quatre premiers jours post-sevrage (Dunshea, 2003).
Par contre, il est clair que dès que le porcelet commence à s’alimenter, sa balance protéique redevient positive et une croissance rapide des intestins et des autres organes viscéraux a lieu (Dunshea, 2003). Effectivement, malgré le jeûne induit par le sevrage et la sous-alimentation subséquente, l’organisme arrive à maintenir et même à augmenter le dépôt protéique à travers tout le corps, mais surtout au niveau intestinal et, dans une moindre mesure, dans les tissus du muscle squelettique (Dunshea, 2003). Lorsque le porcelet
recommence à s’alimenter, l’accrétion protéique a préséance sur le dépôt lipidique (Sève et al., 1986).
Dans le tissu intestinal, contrairement au muscle squelettique, l’insuline ne semble pas être le médiateur de la synthèse protéique postprandiale. L’augmentation de la synthèse protéique dans le petit intestin est due à une augmentation de l’approvisionnement d’acides aminés à partir de la lumière intestinale plutôt que l’augmentation de l’approvisionnement d’acides aminés et d’insuline à partir des artères (Dunshea, 2003). Ainsi, chez les porcelets nouveau-nés, l’apport en acides aminés de la ration est plus important pour la synthèse protéique intestinale que le sont les acides aminés en circulation. La composition en acides aminés de la ration post-sevrage est donc un facteur clé pour un développement intestinal rapide (Dunshea, 2003).
1.1.3 Changements endocriniens
Certains changements endocriniens, ayant lieu lors du sevrage, permettraient une meilleure adaptation métabolique des porcelets durant cette période. En effet, pour certaines hormones, les changements surviennent suite au stress environnemental et nutritionnel vécu lors du sevrage, pour d’autres, les changements se font sur une base développementale, indépendamment du sevrage (Dunshea, 2003).
1.1.3.1 Somatotrophine, insuline et glucagon
La somatotropine, aussi appelée hormone de croissance (GH1), est synthétisée par l’hypophyse. Cette hormone stimule rapidement la production de l’« Insuline-like Growth Factor-1 » (IGF-1), par le foie et les muscles, et est responsable des principaux effets associés à l’hormone de croissance. L’IGF-1 favorise le transfert de glucose à travers les membranes des cellules. La demande en glucose des cellules stimule la dégradation du glycogène et des triglycérides (graisses corporelles) en sources d'énergie secondaires et tertiaires (Dunshea, 2003). À la naissance, les porcelets présentent une concentration élevée de GH1 plasmatique qui diminue drastiquement à une semaine d’âge et demeure constante jusqu’à deux semaines d’âge. Ensuite, la GH1 plasmatique augmente jusqu’à cinq semaines, après quoi, elle diminue de nouveau jusqu’à 30 semaines de façon graduelle
(Dunshea, 2003). Le sevrage en soi constitue un facteur de diminution des concentrations d’IGF-I plasmatique et donc, de l’augmentation de GH1, en réponse à la baisse d’IGF-I. En effet, l’étude de Matteri et al. (2000) a montré que les porcelets qui demeuraient sous leur mère présentaient un taux plus élevé d’IGF-I que ceux du même âge qui avaient été sevrés. Aussi, la diminution d’IGF-I est en lien avec l’âge au sevrage, du moins lorsque le sevrage a lieu entre 14 et 35 jours d’âge (White et al., 1991; Matteri et al., 2000). La concentration d’IGF-I en circulation prend au moins une à deux semaines avant de retourner aux valeurs mesurées avant le sevrage. L’augmentation de GH1 survient probablement en réponse à la sous-alimentation survenant lors du sevrage, et ce, afin de conserver un équilibre protéique dans l’intestin et le muscle squelettique (Dunshea, 2003).
L’insuline a un rôle clé dans la régulation de la croissance et le dépôt tissulaire chez les porcelets, car elle stimule la ségrégation des acides aminés, l’accrétion protéique et la transformation du glucose en lipides (McCracken et al., 1995; Dunshea, 2003). La diminution de l’insuline plasmatique et donc, la diminution de la synthèse protéique, affecterait la biosynthèse des enzymes digestives nécessaires aux porcelets lors du sevrage (Dunshea, 2003). Selon l’étude de Rantzer et al. (1997), l’insuline plasmatique diminue rapidement le jour suivant le sevrage, mais retourne aux valeurs mesurées avant le sevrage dans les deux à trois jours suivants. Aussi, dans l’étude de McCracken et al. (1995), le taux d’insuline plasmatique était plus élevé chez les porcelets sevrés avec du lait de remplacement pour porcelets que ceux sevrés avec un aliment à base de céréales, et ce, uniquement durant les deux premiers jours post-sevrage. Une diminution de l’insuline immédiatement après le sevrage se traduit par une mobilisation des réserves lipidiques et de glycogène afin de rencontrer les besoins énergétiques de l’animal (Dunshea, 2003). Aussi, puisque l’insuline inhibe la néoglucogenèse, il est permis de croire que la diminution d’insuline observée après le sevrage aura pour conséquence d’augmenter la néoglucogenèse. Ceci s’accompagnerait d’une diminution de la synthèse protéique dans le muscle squelettique, mais pas nécessairement dans les viscères. En fait, la synthèse protéique viscérale augmenterait après un repas, mais par un mécanisme indépendant de l’insuline (Dunshea, 2003). Donc, cela explique pourquoi il est normal d’observer une augmentation du poids du petit intestin après le premier repas du porcelet sevré, puisqu’il y a une augmentation de la synthèse protéique due, en partie, à l’augmentation de l’utilisation des nutriments passant dans la lumière intestinale (Dunshea, 2003).
Le glucagon est une hormone antagoniste à l’insuline qui permet de mobiliser et de convertir les réserves énergétiques de l’animal en glucose. Selon l’étude de McCracken et al. (1995), la concentration de glucagon est 47 % plus élevée deux jours post-sevrage comparativement aux valeurs mesurées avant et un jour après le sevrage (McCracken et al., 1995). La concentration sanguine de glucagon, qui augmente lors des périodes de stress, demeure élevée jusqu’au jour 5 post-sevrage chez les porcelets sevrés (McCracken et al., 1995). Cette augmentation du glucagon est corrélée à l’augmentation de l’interleukin-1 (IL-1), une cytokine pro-inflammatoire, et de fibrinogène, qui est un facteur de coagulation d’origine hépatique qui augmente lors d’une réaction inflammatoire aigüe ou de dommages toxiques (McCracken et al., 1995).
1.1.3.2 Corticolibérine et cortisol
Le cortisol est une hormone sécrétée par la glande surrénale sous l’influence de la corticotrophine (« anterior pituitary hormone »; ACTH) (Mormède et Hay, 2003). Cette dernière est sécrétée par l’hypophyse sous l’influence de la corticolibérine (« corticotrophin-releasing factor » : CRF) sécrétée par l’hypothalamus. Le cortisol, en plus de stimuler la néoglucogenèse et d’être impliqué dans le développement de la capacité de néoglucogenèse chez les fœtus porcins, est un indicateur de stress (Mormède et Hay, 2003). Durant le sevrage, les concentrations sanguine et urinaire de cortisol augmentent rapidement, mais de façon transitoire (Dunshea, 2003), et semblent être d’autant plus élevées que le sevrage est réalisé tôt (Mormède et Hay, 2003). Le cortisol n’étant pas spécifique à un stimulus particulier, il est plus difficile de connaître la contribution respective des différents évènements qui ont lieu durant le sevrage dans l’activation de l’axe hypothalamo-hypophyso-surrénalien (HPA). Plusieurs facteurs comme le jeûne, la séparation d’avec la mère, l’exposition à un nouvel environnement, le transport et le regroupement des animaux non-familiers entre eux peuvent activer l’axe HPA et peuvent jouer un rôle dans l’augmentation des concentrations de cortisol mesurées au sevrage (Mormède et Hay, 2003). Dans l’étude de Wu et al. (2000), les concentrations de cortisol plasmatique étaient 280 % plus élevées chez les porcelets sevrés au jour 2 post-sevrage comparées aux concentrations chez les porcelets non sevrés. Moeser et al. (2007) ont observé une augmentation significative de CRF et de cortisol, de 114 et 95 % respectivement, dans le sérum des porcelets, 24 heures après le sevrage, en comparaison
avec les porcelets non sevrés. Dans cette étude, les niveaux de CRF coïncidaient avec l’augmentation de la perméabilité et de l’activité sécrétoire de la muqueuse dans le jéjunum et le côlon. Ceci indique que les voies de signalisation du stress seraient impliquées dans le dysfonctionnement intestinal (Moeser et al., 2007).
1.1.4 Changements dans l’immunité intestinale et facteurs antinutritionnels
Le système immunitaire du porcelet est très peu développé à la naissance. Il recevra sa première immunité, dite passive, en consommant le colostrum de sa mère riche, entre autres, en immunoglobulines (Lallès et al., 2004b; Stokes et al., 2004). À la naissance, les plaques de Peyer ne sont pas complètement formées, mais contiennent déjà un grand nombre de leucocytes. La lamina propria contient très peu de lymphocytes T et B et son développement dépend des antigènes rencontrés (Stokes et al., 2004). À l’âge de trois semaines, le système immunitaire intestinal des porcelets comprend les lymphocytes T CD4, situés principalement dans la lamina propria et une très faible proportion de lymphocytes T CD8 et de lymphocytes B, exprimant préférentiellement des IgM (Stokes et al., 2004). Les cellules T CD4 sont dites auxiliaires, car elles jouent un rôle d’intermédiaire dans la réponse inflammatoire en activant d’autres types de cellules qui agiront de manière plus directe, et les cellules T CD8 sont dites cytotoxiques, car elles ont la capacité de détruire les cellules infectées. Les zones lymphoïdes diffuses, telles que la lamina propria, ne sont pas encore bien développées chez le porcelet âgé de trois semaines. À cet âge, le porcelet est doté d’une réponse immunitaire active face aux virus et aux antigènes alimentaires. Ce n’est qu’à l’âge de 7-8 semaines que le système immunitaire du porcelet devient mature et que ce dernier acquiert une tolérance aux antigènes alimentaires (tolérance orale) (Lallès et al. 2004a; Stokes et al., 2004).
Dans l’étude de Spreeuwenberg et al. (2001), le nombre de lymphocytes T CD4 (par 106
μm de cryptes) diminue abruptement le jour suivant le sevrage tandis que le nombre de lymphocytes T CD8 (par 106 μm de cryptes) augmente aux jours 2 et 4 post-sevrage. Le
ratio CD4/CD8 est donc significativement inférieur aux jours 1 et 2 post-sevrage comparé au jour 0. La corrélation positive entre le nombre de lymphocytes T CD8 et le transport para et trans-cellulaire, observée dans cette étude, semble indiquer l’implication directe d’une réponse inflammatoire aiguë dans l’augmentation de la perméabilité de la barrière
intestinale, probablement causée par l’augmentation de la production de cytokines pro-inflammatoires (Spreeuwenberg et al., 2001). Les résultats de McCraken et al. (1999), quant en eux, montrent que le nombre de lymphocytes T CD4 (par 100 μm de villosités) ainsi que le nombre de lymphocytes T CD8 (par 100 μm de cryptes) augmentent significativement après le sevrage et que le nombre de lymphocytes T CD8 (par 100 μm de villosités) tend à augmenter durant les deux premiers jours post-sevrage. Ces résultats indiquent qu’une réponse inflammatoire locale a lieu au niveau intestinal. Inversement, une diminution de l’expression génétique du complexe majeur d’histocompatibilité de classe I (CMH I) dans le jéjunum est remarquée immédiatement après le sevrage (McCraken et al., 1999). Les niveaux d’expression de CMH II coïncident avec ceux de la classe I, bien qu’ils ne sont pas statistiquement significatifs. Habituellement, l’expression du CMH I augmente lors d’une réponse inflammatoire. Par contre, la possible augmentation de cortisol, liée au stress du sevrage, a pu diminuer indirectement son expression rendant ainsi le porcelet plus susceptibles aux infections, particulièrement aux infections virales, puisque le CMH I a pour rôle de présenter les peptides viraux aux lymphocytes T CD8 afin de détruire les cellules infectées (McCraken et al., 1999).
La réponse immunitaire à un antigène alimentaire est une des causes possibles de la réaction inflammatoire observée immédiatement après le sevrage. En effet, certaines protéines de soya pourraient agir comme des antigènes et provoquer une réponse inflammatoire dans l’intestin du porcelet. Dans l’étude de McCraken et al. (1999), les porcelets recevant un aliment à base de soya présentaient un plus grand nombre de lymphocytes T CD8 au jour 2 post-sevrage comparé au jour 0 et un plus grand nombre de lymphocytes T CD4 dans la lamina propria des cryptes au jour 7 comparativement aux porcelets alimentés avec une moulée à base de lait. Les porcelets sevrés entre 21 et 28 jour d’âge, qui ont eu accès à de la moulée durant l’allaitement, ne semblent pas être en mesure de consommer une quantité suffisante d’antigènes pour devenir tolérants lors d’une exposition subséquente (Miller et Slade, 2003). Vraisemblablement, dans les élevages commerciaux, la première exposition significative aux aliments a lieu durant le sevrage. Par contre, comme vu précédemment, les principales causes de l’inflammation intestinale seraient l’anorexie et le stress observés immédiatement après le sevrage, plutôt que la présence de facteurs antinutritionnels. L’administration de protéines laitières, plutôt que céréalières, permettrait d’améliorer la consommation d’aliments lors du sevrage et donc
d’atténuer certains effets négatifs liés à la perte d’intégrité de la barrière intestinale (McCracken et al., 1995; McCracken et al., 1999; Spreeuwenberg et al., 2001; Lallès et al., 2004a).
1.2 Le sevrage et le stress oxydatif
Les différentes conséquences du sevrage, dont la perte de poids et la diarrhée, pourraient s’expliquer, entre autres, par la présence de stress oxydatif chez le porcelet durant cette période critique de sa vie. En effet, les différents stress vécus par le porcelet lors du sevrage seraient responsables de l’apparition d’un état de stress oxydatif chez l’animal qui se traduit par une diminution de sa condition physique (Sauerwein et al., 2005; Robert et al., 2009).
1.2.1 Concept de stress oxydatif
Bien que l’oxygène soit indispensable à la vie aérobie, les conséquences de sa présence dans la chaîne respiratoire sont paradoxales puisqu’il entraîne aussi la formation de ROS. Par exemple, l’O2-• et le H2O2 sont continuellement produits lors du métabolisme aérobie et
selon le stimulus, cette production peut être augmentée (Ursini et al., 2016). Les réactions immunitaires entraînent aussi la production d’oxydants tels que le H2O2 (Lykkesfeldt et
Svendsen, 2007). Ces molécules, en faibles concentrations, ont un rôle physiologique essentiel de messager secondaire. Entre autres, elles sont impliquées dans différentes cascades métaboliques telles que le processus d’apoptose et d’inflammation (Lykkesfeldt et Svendsen, 2007). Le NO• est un bon exemple de molécule de signalisation par son rôle de
médiateur de la vasodilatation. Par contre, une augmentation du NO• peut être associée à
une augmentation de ONOO-, un oxydant délétère, issu de la combinaison du radical O2-• et
du radical NO• produit par la « Nitric Oxide Synthase » (NOS) (Lykkesfeldt et Svendsen,
2007).
Les oxydants peuvent être séparés en deux groupes soit les radicaux libres et les oxydants non-radicalaires. Les membres de la première catégorie possèdent sur leur dernier orbital un électron non apparié, ce qui leur confère un état très instable. Cette catégorie comporte notamment le radical hydroxyle (HO•), le NO• et l’O
2-• (Lykkesfeldt et Svendsen, 2007). La
suffisamment instables pour arracher un électron à une molécule voisine. C’est le cas de l’ONOO-, de l’H2O2 et de l’acide hypochloreux (HOCl). Les oxydants sont des composés
capables d’oxyder des molécules cibles par trois moyens distincts : l’enlèvement d’un atome d’hydrogène, l’enlèvement d’un électron ou l’ajout d’un atome d’oxygène (Lykkesfeldt et Svendsen, 2007).
Bien qu’essentiels dans la signalisation cellulaire, les oxydants doivent être éliminés rapidement afin d’éviter les dommages oxydatifs. En effet, toutes les formes de stress (physique, chimique, psychologique) mènent à une augmentation des composés oxydants. Ce mécanisme fait partie de l’immunité innée et ne conduit pas nécessairement à un état inflammatoire (Ursini et al., 2016). Habituellement, cette réaction est contrée et ramenée à l’équilibre par la réaction inverse. Par contre, si l’organisme est incapable de répondre de façon adéquate à ces stress, des dommages biologiques surviennent et l’état de stress oxydatif apparaît (Lykkesfeldt et Svendsen, 2007; Ursini et al., 2016).
1.2.1.1 Défenses anti-radicalaires
Afin de se protéger des effets délétères des ROS, les organismes aérobies, ayant évolué en présence d’oxygène, sont dotés d’un système de défense anti-radicalaire. Comme mentionné précédemment, suite à un stress, une augmentation des composés oxydants, des cytokines pro-inflammatoires et des enzymes pro-oxydantes est observée, ceci faisant partie de l’immunité innée de l’organisme (Ursini et al., 2016). Dans des conditions normales, l’homéostasie est ensuite rétablie suite à la diminution des ROS à des niveaux physiologiquement normaux, et ce, grâce à la présence d’antioxydants. Ces derniers peuvent être séparés en deux grands groupes soit les antioxydants à faible poids moléculaire, tels que les vitamines E et C et le glutathion, et les antioxydants avec un poids moléculaire élevé, tels que la superoxyde dismutase, la catalase et la glutathion peroxydase. Ces dernières enzymes constituent la première ligne de défenses contre les ROS.
1.2.1.1.1 Les enzymes antioxydantes
La superoxyde dismutase (SOD), la gluthatione peroxydase (GPX) et la catalase (CAT) sont les principales enzymes du système anti-radicalaire. Elles sont en mesure de capturer l’O2-•, le H2O2 et les hydroperoxydes (ROOH) et de les transformer en produits plus stables.
La SOD permet la transformation de l’O2-• en O2 et en H2O2, ce dernier ensuite transformé
en eau par la GPX et la CAT (Lykkesfeldt et Svendsen, 2007; Li et al., 2016). Les SOD sont des métalloprotéines présentes sous deux formes principales soit la SOD1 ou CuZnSOD, retrouvée dans le cytosol, et la SOD2 ou MnSOD, retrouvée dans l’espace mitochondrial. La SOD régule l’apoptose des neutrophiles ce qui contribue à son efficacité lors des traitements contre les désordres inflammatoires. En effet, la SOD exogène diminuerait l’expression des « Heat Shock Proteins » (HSP) et l’activité de la « neuronal Nitric Oxide Synthase » (nNOS) tout le long du tractus gastro-intestinal chez les porcelets lors du sevrage (Lallès et al., 2011).
Les GPX sont des sélénoprotéines situées dans les liquides extracellulaires et dans les cellules au niveau des mitochondries et du cytosol. Elles utilisent le glutathion (GSH) pour agir contre l’H2O2. Suite à l’élimination du H2O2, le GSH devient oxydé (GSSG), mais,
grâce à la glutathion réductase, une flavoprotéine, et au NADPH comme source d’énergie, celui-ci peut être recyclé (Pham-Huy et al., 2008). La GPX1, l’isozyme la plus abondante, a longtemps été considérée comme la seule enzyme qui protégeait les mitochondries contre le stress oxydatif en éliminant l’H2O2. Par contre, il a été rapporté, dans l’étude de Chang et
al. (2004), que les souris carencées en GPX1 apparaissaient en santé et ne manifestaient pas de signes de sensibilité à l’hyperoxie, ni aucune augmentation des concentrations des groupements carbonyles ou des peroxydes lipidiques. Il a donc été suggéré que, de par sa localisation dans la mitochondrie, la péroxyrédoxine 3 (PRDX3) jouait, avec la thioredoxine 2 (Trx2) et la thiorédoxine réductase 2 (TrxR2), un rôle majeur dans la première ligne de défense contre l’H2O2 produit par la chaîne respiratoire mitochondriale,
au même titre que la MnSOD contre l’O2-• (Chang et al., 2004). Dans cette même étude, il a
été montré que la PRDX3 est trente fois plus abondante que la GPX1 dans la mitochondrie et qu’elle représente un important régulateur de la concentration de H2O2. Chez le porc, la
GPX2 est spécifique au tractus gastro-intestinal et se situe dans le cytoplasme. Il a été rapporté, par Meng et al. (2020), que l’expression de la GPX2 augmente dans le jéjunum des porcelets sevrés, au jour 7 post-sevrage, en comparaison aux porcelets demeurés sous la mère. La CAT, qui se situe dans la mitochondrie et le péroxysome, accomplit la même tâche que la GPX en décomposant l’H2O2 en H2O, mais son affinité avec l’H2O2 est moins
grande que celle de la GPX. Toutefois, lorsque la GPX n’est plus en mesure d’éliminer tout l’H2O2, il y aurait une augmentation de la production de CAT, suggérant un processus
compensatoire (Urso et Clarkson, 2003).
Bien que ce ne soit pas une protéine intervenant directement dans l’élimination des ROS, le « Nuclear Factor Erythroid 2 like 2 » (NFE2L2) est le maître régulateur de l’augmentation des gènes qui codent pour les enzymes antioxydantes. Le NFE2L2 augmente aussi la synthèse de nucléophiles, tels que le GSH et la Trx, et des enzymes catalysant la réduction de leur forme oxydée. Les α, β aldéhydes insaturés tels que le-hydroxynonenal (HNE), des produits de la peroxydation lipidique, sont parmi les composés les plus efficaces pour activer le NFE2L2. Les antioxydants exogènes qui imitent le signal des électrophiles endogènes, comme HNE, jouent un rôle important dans l’activité de NFE2L2 (Ursini et al., 2016).
1.2.1.1.2 Les composés antioxydants
Les antioxydants sont caractérisés par leur capacité à donner un électron aux molécules oxydantes, les rendant ainsi plus stables et moins dommageables. Bien évidemment, les antioxydants ayant perdu un électron deviennent des radicaux à leur tour, mais ils sont nettement plus stables et ne sont pas susceptibles d’induire des dommages cellulaires. De plus, ces antioxydants oxydés peuvent être recyclés sous leur forme réduite. Ce recyclage est la clé du pouvoir des défenses antioxydantes. Les vitamines E, C et A, les acides phénoliques (polyphénols) ainsi que le glutathion sont les principaux composés antioxydants étudiés.
Les vitamines E et A sont des vitamines liposolubles très efficaces pour emprisonner les radicaux libres, principalement les ROO•, issus de la peroxydation de substrats organiques
(Willson, 1987; Lee et Wan, 2000; Fernández-Dueñas et al., 2008). Le β-carotène, le précurseur de la vitamine A, est très efficace dans l’élimination de l’O2. La vitamine E,
quant à elle, agit principalement au niveau des membranes cellulaires en les protégeant contre la peroxydation lipidique (Pham-Huy et al., 2008). Ces vitamines ne sont pas synthétisées par le porc. Il doit donc les puiser dans son alimentation (Buchet et al., 2017). La vitamine C, une vitamine hydrosoluble, agit comme catalyseur dans les réactions d’oxydo-réduction et comme agent réducteur qui neutralise les radicaux libres tels que l’O2- •, le H2O2, les ROO•, l’O2 et le ClO- (Sies et al., 1992; Fernández-Dueñas et al., 2008).
réductase (Lykkesfeldt et Svendsen, 2007). Elle a aussi une importante activité synergétique avec l’α-tocophérol, en le régénérant au niveau de la phase aqueuse et des membranes cellulaires (Fernández-Dueñas et al., 2008). Il semblerait que la vitamine C peut aussi régénérer le GSH d’une manière similaire à la vitamine E (Willson, 1987). Chez le porc, la synthèse de la vitamine C dépend de la disponibilité du glucose et de l’enzyme hépatique L-gulono γ-lactone oxidase (GLO). Il a été montré que la truie peut transférer l’acide ascorbique à son fœtus ou au porcelet allaité, par l’intermédiaire de sa glande mammaire. Il est possible que la présence de vitamine C dans le colostrum et le lait soit la raison pour laquelle Fernández-Dueñas et al. (2008) ont remarqué une inhibition de l’expression de GLO chez les porcelets sous leur mère. Ainsi, la synthèse de la vitamine peut être inhibée et probablement que l’ajout d’acide ascorbique dans l’alimentation après le sevrage peut supprimer l’expression naturelle de la GLO et, par le fait même, la synthèse d’acide ascorbique (Fernández-Dueñas et al., 2008).
Les polyphénols sont des composés naturels retrouvés dans les plantes, les fruits, les légumes, les céréales, le thé, le café et le vin. Les polyphénols englobent un nombre important de composés hétérogènes qui peuvent être divisés en deux grands groupes soit les flavonoïdes et les non-flavonoïdes. À leur tour, les flavonoïdes peuvent être divisés en différents sous-groupes basés sur leurs différences structurales, soit les flavanones, les flavones, les dihydroflavonols, les flavonols, les flavanols, les anthocyanidines, les isoflavones et les proanthocyanidines (Cardona et al., 2013). Une fois ingérés, les polyphénols sont reconnus comme des xénobiotiques et leur biodisponibilité est relativement faible en comparaison avec les macro et micronutriments. Environ 5 à 10 % de la totalité des polyphénols ingérés peuvent être absorbés dans le petit intestin dépendamment de leur complexité structurale et de leur polymérisation (Cardona et al., 2013). Le reste des composés phénoliques est absorbé dans le gros intestin sous l’effet du microbiote qui réduit les polyphénols complexes en une série de métabolites à faible poids moléculaire. Ces derniers sont responsables d’effets bénéfiques pour la santé tels que leur potentiel anti-inflammatoire, antioxydant, anticancérigène, anti-adipogénique, antidiabétique et neuroprotecteur (Cardona et al., 2013). Certains composés bioactifs, formés suite à l’action du microbiote sur les polyphénols, peuvent agir directement sur la flore intestinale et, par le fait même, sur la santé de l’hôte. En effet, certaines populations bactériennes plus sensibles peuvent être affectées par les polyphénols soit, suite à la
production d’H2O2, qui altère la perméabilité des membranes bactériennes ou, suite à leur
liaison avec un ion métallique essentiel, tel que le fer, qui mène à une carence au niveau intestinal (Cardona et al., 2013). L’influence des polyphénols sur le métabolisme et la croissance des bactéries dépend de la structure du composé polyphénolique, de sa dose et de la souche bactérienne. Par exemple, les bactéries gram-négatives sont plus résistantes que les gram-positives, possiblement en lien avec des différences dans la composition de leur membrane (Cardona et al., 2013). Par contre, il y a de plus en plus d’évidences qu’une consommation excessive en composés polyphénoliques est associée à certains risques pour la santé puisque les polyphénols peuvent aussi avoir un effet pro-oxydant. Lambert et al. (2007) ont montré que les catéchines provenant du thé, incluant l’épigallocatéchines-3-gallate (EGCG), sont instables sous des conditions de cultures cellulaires et génèrent du H2O2 suite au processus de polymérisation oxydative. Ce pouvoir oxydant est à l’origine de
certaines activités anticancérigènes du EGCG, mais peut aussi présenter une certaine toxicité. Aussi, la consommation de fortes doses de polyphénols du thé (10-29 mg/kg/jour) peut provoquer l’irritation du tractus gastro-intestinal et une hépatotoxicité (Lambert et al., 2007).
La supplémentation avec du zinc et de l’arginine semble aussi avoir un effet bénéfique sur le statut oxydatif et inflammatoire des porcelets nouvellement sevrés (Bergeron et al., 2014). En fait, le zinc est un cofacteur essentiel pour le bon fonctionnement de plusieurs enzymes (Prasad, 1998) dont l’enzyme antioxydante SOD1. L’arginine, quant à elle, est un acide aminé limitant pour la croissance des porcelets sous la mère (Wu et al., 2009). Dans l’étude de Bergeron et al. (2014), les porcelets supplémentés avec du zinc présentaient, avant l’injection de lipopolysaccharides (LPS), une concentration plasmatique de malondialdéhydes (MDA) inférieure à celle mesurée chez les porcelets du groupe témoin et, après l’injection de LPS, une capacité totale antioxydante, dans la muqueuse du jéjunum et de l’iléon, supérieure à celle mesurée dans le groupe témoin. L’administration de LPS visait à induire une réaction inflammatoire au niveau intestinal. Une augmentation de l’expression de l’IL-10, une interleukine anti-inflammatoire, a aussi été observée dans l’iléon des porcelets recevant le zinc en comparaison au groupe témoin (Bergeron et al., 2014). En revanche, la supplémentation en arginine a eu des effets limités sur le contrôle et l’amélioration du statut oxydatif et inflammatoire des porcelets sevrés (Bergeron et al., 2014). Aucun effet synergétique n’a été observé dans cette étude.
1.2.1.2 Médiateurs de l’inflammation
L’inflammation est un processus normal faisant partie de l’immunité innée. Il y a deux types d’inflammation : aigüe et chronique. La phase aigüe de l’inflammation est une réaction systémique importante qui survient suite à un stress notamment à une infection, à des dommages tissulaires, à un trauma ou une chirurgie, à une croissance néoplasique ou à des désordres immunologiques (Gruys et al., 2005). En fait, tout changement des concentrations d’oxydants ou de l’état d’oxydo-réduction cellulaire influencerait la libération de cytokines pro-inflammatoires. En effet, il semblerait que les ROS, tel que l’H2O2, ainsi que les produits de la peroxydation lipidique, tels que les « lipid
hydroperoxides » (LOOH) et le HNE, ainsi que les endotoxines (lipopolysaccharides : LPS) seraient en mesure d’activer le facteur de transcription NF-κB qui, à son tour, activerait la « Tumor Necrosis Factor-alpha » (TNF-α) et d’autres cytokines pro-inflammatoires (Aw, 1999; Ursini et al., 2016). Ces cytokines, principalement la TNF-α, l’IL-1 et l’IL-6, qui diffusent dans la circulation sanguine, sont en mesure d’activer des récepteurs sur différentes cellules menant à la stimulation de l’HPA, à une diminution de la sécrétion d’hormones de croissance et à de nombreux changements physiques comme la fièvre, l’anorexie, un bilan d’azote négatif et au catabolisme des cellules musculaires. Aussi, elles sont impliquées dans le changement de concentrations d’un groupe de protéines plasmatiques appelées les protéines de la phase aigüe (PPA) (Gruys et al., 2005; Grau-Roma et al., 2009).
Ces protéines sont principalement synthétisées dans le foie et sont classées selon leur capacité à voir leur concentration augmenter (PPA positives) ou diminuer (PPA négatives) durant une réponse inflammatoire (Grau-Roma et al., 2009). En fait, après une infection, par exemple, le patron de synthèse de protéines du foie est drastiquement altéré résultant en une augmentation des PPA positives dans le sang et à la diminution des protéines normales. Les PPA positives sont la « C-Reactive Protein » (CRP), la sérum amyloïde A (SAA), la « Pig Major Acute phase Protein » (PigMAP) et l’haptoglobine (Hp). Certaines PPA auraient pour rôle d’opsoniser les microorganismes, alors que d’autres emprisonneraient les vestiges cellulaires et les radicaux libres ou neutraliseraient les enzymes protéolytiques (Gruys et al., 2005).
