Conséquences métaboliques de l’inflammation chez le porc

(1)

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Conséquences métaboliques de l’inflammation chez le porc

Nathalie Le Floc’H

To cite this version:

Nathalie Le Floc’H. Conséquences métaboliques de l’inflammation chez le porc : Que peuvent faire les nutriments ?. Cycle : les fondamentaux de l’AFTAA (Session immunité et nutrition. Ce que vous pouvez faire pour l’intestin des monogastriques), 2017. �hal-02789164�

(2)

Le Mans 7/12/2017

AFTAA Session Immunité et Nutrition II

Conséquences métaboliques de l’inflammation chez le porc.

Que peuvent faire les nutriments

?

Nathalie Le Floc’h

(3)

Nathalie Le Floc’h (formation vétérinaire, ENV Nantes) Chercheure à l’INRA Nathalie.lefloch@inra.fr UMR1348 INRA Agrocampus Ouest PEGASE (Physiologie Environnement, Génétique pour l’Animal et les Systèmes d’Elevage) 35590 Saint Gilles http://www6.rennes.inra.fr/pegase/L‐UMR‐PEGASE

Qui suis‐je?

(4)

Le Mans 7/12/2017 AFTAA Session Immunité et Nutrition II

Mes recherches en 5 mots clés

• Porc

• Métabolisme

• Physiologie

• Santé

• Expérimentation

Acides aminés et protéines, flux métaboliques, partition des nutriments entre fonctions Sevrage, croissance, porcelet modèle du bébé Rôles physiologiques des AA, physiologie digestive Conséquences métaboliques de l’inflammation, Rôle physiologiques des AA sur les fonctions santé Modèles reproduisant des problèmes de santé et pour tester des solutions correctrices

Conduite Logement Aliment Génétique

(5)

L’unité PEGASE en quelques mots



acquérir une meilleure connaissance de la biologie des animaux



contribuer à la conception de systèmes d’élevage innovants et durables

comprendre comment les animaux et les systèmes d’élevage

s'adaptent aux conditions et enjeux actuels et futurs.



Environ 150 permanents



3 sites : Saint Gilles, Le Rheu et Rennes

Projet scientifique

(6)

Ressources

Systèmes

Animal

(adaptation, production) Systèmes laitiers Le porc dans les systèmes d’élevage Physiologie de la lactation Physiologie et métabolisme de la croissance Physiologie de l’adaptation, nutrition et santé Génétique & génomique Alimentation et nutrition

7 Equipes de recherche

(7)

Un dispositif expérimental sur animaux

(8)

Le Mans 7/12/2017

Les recherches en santé animale à l’INRA

Des dispositifs spécifiques

 Métaprogramme Gestion Intégrée de la Santé des Animaux (GISA)  Institut Carnot France Futur Elevage (FFE)  Santé Animale : infectiologie, toxicologie  Génétique Animale: sélection génétique sur résistance aux infections, sur indicateurs immunitaires (porc)  Physiologie Animale et Système d’Elevage : bases physiologiques (incluant le microbiote) de la robustesse, impacts des pratiques et de l’environnement sur l’animal

Départements de Recherche

de la biologie aux sciences sociales (et vice versa) Recherche partenariale

(9)

Les liens entre nutrition, métabolisme et santé



Les fonctions biologiques dédiées à la préservation de la santé

utilisent des nutriments :

• ex1. la muqueuse digestive

• ex2. la synthèse de protéines particulières

(mucine,

immunoglobulines, protéines hépatiques de l’inflammation)



Certaines réponses immunitaires induisent des modifications très

importantes du métabolisme : le cas de l’inflammation



Certains nutriments ont une action directe ou indirecte sur les

fonctions « santé « et sur l’inflammation

(10)

Plan



_{Qu’est ce que l’inflammation}



_{Ses conséquences sur le métabolisme}



_{Que peuvent faire l’alimentation et les}

nutriments

(11)

Plan



_{Qu’est ce que l’inflammation}



_{Ses conséquences sur le métabolisme}



_{Que peuvent faire l’alimentation et les}

(12)

Le Mans 7/12/2017 AFTAA Session Immunité et Nutrition II PEAU MUQUEUSES Système immunitaire inné = réponse non spécifique Barrières physiques Réponse inflammatoire locale Macrophages Polynucléaires (= Granulocytes) Cellules NK Ig Système immunitaire adaptatif = Réponse spécifique Lymphocytes T et B Présentation antigène prolifération Lymphocytes T

cytotoxiques Lymphocytes B Plasmocytes

Mémoire

« clairance » de l’antigène

Une présentation simplifiée des réponses immunitaires

Réponse inflammatoire systémique Réponse prooxydante Cytotoxicité Cytokines Dérivés lipidiques

(13)

 appétit Cpt maladie

Fièvre

 Catabolisme protéique

 Synthèse protéique

La réponse inflammatoire systémique

Inflammation locale Foie cytokines pro‐inflammatoires (IL‐1, IL‐6, TNF‐α)  Protéines inflammatoires  néoglucogénèse MUSCLE Hormones (cortisol, insuline) lésions Cout métabolique

Réponse commune à beaucoup de

maladies (infectieuse ou non), de stress,

de problèmes de conduite …

Cerveau

(14)

Le Mans 7/12/2017

De nombreux facteurs peuvent causer une inflammation chez

le porc

Ex. maladies infectieuses

■: Actinobacillus pleuropneumoniae (n = 12), ▲: Inflammation, (n = 5), ○: PRRS virus (n = 3), *: Streptococcus suis (n = 5), ◊: Mycoplasma hyos. (n = 9), □: Toxoplasma gondii (n = 5). Error bars indicate SD.

(15)

De nombreux facteurs peuvent causer une inflammation chez

le porc

Ex. conditions d’élevage

Marko‐Ramell et al. Vet J 2011, 190:66‐71 Densité Hygiène du logement 0 1 2 3 4 5 _{Haptoglobine, g/L} S12 S15 S18 Propre Sale Chatelet et al. Animal, 2017 0 0,5 1 1,5 2 d0 d14 d28 Good hygiene Poor hygiene 0 5 10 15 20 d‐1 d+14 d+28 Good hygiene Poor hygiene # *** *** *** Haptoglobine, g/L Granulocytes, 103_/mm3 S11 S13 S15 Le Floc’h et al. Animal, 2014 S11 S13 S15

(16)

Le Mans 7/12/2017

De nombreux facteurs peuvent causer une inflammation chez

le porc

Ex. sevrage

MacKracken et al, J Nutr. 1995 0 0,5 1 1,5 2 J‐9 J‐2 J5 J12 J19 Haptoglobine, g/L Trt1 Trt2 Buchet et al, 2017 Sevrage

(17)

Plan



_{Qu’est ce que l’inflammation}



_{Ses conséquences sur le métabolisme}



_{Que peuvent faire l’alimentation et les}

(18)

E

stimation des réponses moyennes (méta‐analyse 122 essais) 17 ‐40 ‐30 ‐20 ‐10 0 Mycotoxines Infections respiratoires Infections digestives Conditions non optimales

*******

**

Réponses, % ΔCMJ Probabilité de la différence lots perturbés et témoins ** P<0.01 *** P<0.001

*******

Variabilité importante

Entre les perturbations (‐4 à ‐23 %) → diﬀérentes intensités de perturba ons physiologiques → diﬀérents mécanismes physiologiques Pastorelli et al., 2012

Réponses de l’ingestion et de la croissance à diverses

agressions microbiennes chez le porc

(19)

‐40 ‐30 ‐20 ‐10 0 Mycotoxines Infections respiratoires Infections digestives Conditions non optimales

*

**

ΔGMQ (‐30% à ‐10%)

≥

ΔCMJ (‐23% à ‐4%)

La baisse de croissance est liée :

→ à la baisse d’inges on

→ à des modiﬁca ons de la diges on et/ou du métabolisme

Réponses, % ΔCMJ, ΔGMQ Probabilité de la différence entre ingestion et croissance ** P<0.01 *** P<0.001 Pastorelli et al., 2012

Réponses de l’ingestion et de la croissance à diverses

agressions microbiennes chez le porc

(20)

Le Mans 7/12/2017 AFTAA Session Immunité et Nutrition II -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

Jours après infection

Modifications de la masse corporelle suite à une

infection par E coli chez le rat

Control pair-fed Infected Vary et al 1998 mg Breuillé et al 1999 Control ad lib

(21)

Tous les métabolismes sont affectés par la détérioration de

la santé

• protéine  catabolisme musculaire  anabolisme hépatique • glucide  turnover glucose • lipide  prélèvement tissulaire des AGL  synthèse hépatique de TG et cholestérol • minéraux _{ Zn plasmatique (Oiseaux)} Cu plasmatique (céruloplsamine)  Fe plasmatique (ferritine et lactoferrine) mais  de son absorption • vitamines…

(22)

Le Mans 7/12/2017 AFTAA Session Immunité et Nutrition II 0 200 400 600 800 1000 1200 -30 -1 30 60 90 ₁₂₀ ₁₈₀ ₂₄₀ ₃₀₀ ₃₆₀ ₄₂₀ 1440 mg / L

Glucose plasmatique à jeun

(Merlot et al, 2013 EAAP)

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 ‐100 0 100 200 300 mg /L

Minutes après le repas

Glucose plasmatique après repas

H1N1 AL Témoin AL N = 6 / groupe

PV : 11‐15 kg

(Le Floc’h, 2014)

L’inflammation modifie le métabolisme du glucose

Min après induction de l’inflammation

(23)

0 20 40 60 80 100 120 140 -0,5 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 -0,5 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 Heures après le repas

Insuline plasmatique*, µU/mL _{Glucose plasmatique, mg/L}

(Campos et al, 2015 ESPHM) Heures après le repas 4ème _jour de traitement LPS 24‐h avant LPS *Insuline: hormone permettant l’utilisation du glucose par le corps (muscle, tissu adipeux, foie)

L’inflammation altère l’utilisation du glucose.

Moins d’utilisation par le muscle?

(24)

Le Mans 7/12/2017 AFTAA Session Immunité et Nutrition II 0 200 400 600 800 1000

Heures après repas

L’inflammation modifie le métabolisme lipidique

AGL* plasmatiques, µmol/L *Les Acides Gras Libres sont mobilisés par les tissus (tissus adipeux chez le porc). Après un repas, les tissus arrêtent de mobiliser ce qui se traduit par une baisse des AGL plasmatiques Avant LPS 1 jour après LPS (Campos et al, 2015 ESPHM)

L’inflammation réduit la mobilisation des lipides (Chatelet et al, 2017) AGL* plasmatiques à jeun, µmol/L Hygiène dégradée des conditions de logement Age

(25)

1000 1500 2000 2500 3000 0 2 6 foie

Days after infection

Modification de la teneur en protéine tissulaire (mg) après

une infection par E coli (iv) chez le rat

Control pair-fed Infected Breuillé et al 1999 50 100 150 200 250 300 0 2 6 rate 200 250 300 350 400 450 500 550 0 2 6 muscle

(26)

Le Mans 7/12/2017 AFTAA Session Immunité et Nutrition II Obled 2002 30 15 15 1 19 20 28 7 32 3 15 15    ≈ ≈ ≈

témoin pair-fed

_infecté

peau muscle foie rate intestin autres 6.8 g/j 5.3 g/j tissu / organe % 

synthèse protéique corporelle

Contribution des différents compartiments à la

synthèse protéique corporelle chez le rat

(27)

Pour résumer : que fait l’inflammation sur le métabolisme

protéique

Hormones

Cytokines

↘ appétit fièvre ↗ synthèse protéique ↘ synthèse protéique ↗ catabolisme protéique prolifération activation cortisol insuline TNF-α IL-6 IL-1β INF-γ

AA

↗ production d’énergie

re allocation des AA vers

les fonctions

« immunitaires »

Pour quels usages?

(28)

Le Mans 7/12/2017 AFTAA Session Immunité et Nutrition II 10 20 30 40 50 60 -3 0 1 2 3 4 7 8 9 témoins pair-fed inflammation

Conséquence d’une inflammation pulmonaire sur les

concentrations plasmatiques en Trp

[trp] µmoL Melchior et al 2004 challenge origine de la “disparition” du trp plasmatique  incorporation dans des protéines autres que les protéines musculaires ?  catabolisme du trp ? Jours Comparaison intraportée; N = 5 par groupe; PV : 11‐15 kg GMQ 350vs 338g/j Trp/lys = 0.22

(29)

AA incorporés dans les protéines inflammatoires

850 mg/kg de PV de protéines inflammatoires sont synthétisées durant la réponse inflammatoire

Incorporés dans les APP, mg/kg BW

Phe

67 Tyr

43 Trp

27 Lys

90 1.7 ‐ 2

1.2 ‐ 1.5

1.8 ‐ 2

0.92

Equivalent en g de protéine musculaire

Phe et Trp sont‐ils limitants pour la synthèse des protéines

inflammatoires ?

(30)

Le Mans 7/12/2017 AFTAA Session Immunité et Nutrition II 0 10 20 30 40 Poumons Ganglions • l’activité de IDO est  chez les porcelets souffrant d’inflammation pulmonaire chronique Activité de IDO nmol/(ml.h.mg prot) Tryptophane L‐kynurénine Indoleamine 2,3 dioxygénase (IDO) NAD, NADP CO₂ Acide picolinique … témoins inflammation Comparaison intraportée; N = 7 par groupe; PV : 13,5 kg Melchior et al 2005

(31)

B6-dependent γ-Cystathionase Methionine cycle B6-dependent Cystathionine β-synthase

Methionine

Homocysteine

Cystathionine

Cystéine

Taurine Sulfate Glutathion Glu-Cys-Gly

Urine Urine / corps

Methylation

Métabolisme des AA souffrés

(32)

Le Mans 7/12/2017

Rakhshandeh et al. (2010)

Effet de l’inflammation sur le métabolisme des AA souffrés

0

1

2

3

4

5

N S Control LPS + 44%

Excrétion dans l’urine

g / d - 12%

→ Injections répétées de LPS

Inflammation :

↘ rétention protéique

↗ rétention du souffre

(33)

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 + 42 % synthèse GSH 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 Taurine Sulfate

→ perfusion de

35

_{S-Cysteine, porcs 10-15 kg}

% du 35 S perfusé + 69 % ns µmol/d

Le S de la cysteine est préférentiellement utilisé pour la synthèse de GSH et Taurine

Rakhshandeh (2011) LPS

Control

(34)

Le Mans 7/12/2017 AFTAA Session Immunité et Nutrition II Thréonine est abondante dans les immunoglobulines Arginine est précurseur du NO : utilisation pour la production de NO chez les porcs infectés? IgG totales x 3 chez porcs co infectés Mesure des concentrations plasmatiques en nutriments après un repas d’épreuve de même taille pour l’ensemble des animaux (200 g) distribué 3 jours après l’inoculation du virus : porcs nourris

Conséquence d’une infection respiratoire chez le porcelet

sur la thréonine et l’arginine

(35)

Plan



_{Qu’est ce que l’inflammation}



_{Ses conséquences sur le métabolisme}



_{Que peuvent faire l’alimentation et les}

(36)

Le Mans 7/12/2017

Modes d’action possibles des nutriments sur

l’inflammation



En exerçant une action anti inflammatoire



En intervenant dans les mécanismes régulant l’inflammation



En limitant les effets délétères de l’inflammation sur le métabolisme et

les performances

(37)

Modes d’action possibles des nutriments sur

l’inflammation



En exerçant une action anti inflammatoire



En intervenant dans les mécanismes régulant l’inflammation



En limitant les effets délétères de l’inflammation sur le métabolisme et

les performances

(38)

Le Mans 7/12/2017

Cystéine et regulation de NFKB*

Etudes in vitro sur différentes lignées cellulaires

None

gènes activés : production cytokine

H2O2 LPS Cytokines Thiols Cys ADN P-Ub l Antioxydant Cys GSH Activation Adapté de Morel et Barouki, 1998  Cytokines pro inflammatoires NFKB * NFKB : un facteur de transcription des gènes codant pour les cytokines inflammatoires

(39)

0 5 10 15 20 25 30 Colitis total score control DSS DSS+ Cys 0 20 40 60 80 100 120 Tissu [IL‐6] pg/g control DSS DSS+ Cys Porcelets nouveaux nés 2‐5 kg; colite expérimentale (dextran sulfate)

L‐Cys + 60% des apports recommandés

Kim et al. 2009

(40)

Le Mans 7/12/2017

Li et al. 2014

Apport d’oméga 3 dans l’aliment des porcelets

Porcelets sevrés à 4 semaines (n=40)

Aliment avec 3% d’omega‐3 distribué dès le sevrage

COX1

PG1

cytokines

Acide arachidonique

COX2 Lipo oxygenase

PG2 Leucotriènes Inflammation

+

Oméga 3 (ALA, EPA) PG3 Membranes cellulaires Omega 6

(41)

anion superoxyde radical hydroxyle O₂ O₂ OH‐ GSH GSH Px SOD Catalase H₂O₂ Conditions d’élevage : sevrage, nutrition, reproduction, infection…

• Mort cellulaire

• Lésions tissulaires

• Inflammation

Cys Se Vit E, C, A Fe Trp Cu, Zn

(42)

Le Mans 7/12/2017

Une injection de vitamine E limite la production d’IL-6 induite

par le LPS chez le porcelet

0 500 1000 1500 2000 2500 0 1 2 4 6 8 Heures après LPS Pl asm a IL-6, pg/ m l -LPS + LPS + Vit E + LPS - Vit E Webel et al 1998 • Porcelets de 10‐15 kg, injection de vitamine E (600 mg) pendant 3 jours, injection d’endotoxine (LPS)

(43)

0 20 40 60

ganglions

0

20

40

60 poumons

Témoin Trp ‐ Inflam Trp ‐ Inflam Trp +

(Melchior et al 2004)

Poumons Ganglions pulm.

nmol/(ml.h.mg prot)

Activité IDO

La supplémentation en Trp diminue

l’inflammation pulmonaire et l’activité d’IDO

Poids poumons (g / kg poids vif)

Témoin Inflam Trp‐ Inflam Trp+

143 204 153

Influence du tryptophane alimentaire pendant une

inflammation pulmonaire

(44)

Le Mans 7/12/2017 AFTAA Session Immunité et Nutrition II 0 0,5 1 1,5 2 2,5 0 2 5 7 9

jours après challenge

Témoin Trp- Inflam Trp + Inflam Trp -

 Les porcelets carencés en Trp ont des [haptoglobine] plasmatiques plus élevées challenge Melchior et al 2004 haptoglobine plasmatique, mg/ml

Quel peut être le rôle du Trp dans le

contrôle de la réponse

inflammatoire ?

Influence du tryptophane alimentaire pendant une

inflammation pulmonaire

(45)

Tryptophane

L‐kynurénine

Indoleamine 2,3 dioxygénase (IDO)

IFN

_{(inflammation…)}

NAD, NADP

CO₂ Acide picolinique

…

Activité antioxydante ?

Christen et al 1990

(46)

Le Mans 7/12/2017

Catabolisme du Trp par la voie IDO

Tryptophane

L‐kynurénine

Indoleamine 2,3 dioxygénase (IDO)

IFN

(inflammation…)

NAD, NADP CO₂ Acide picolinique … Contrôle de la prolifération des lymphocytes T ? •Tolérance immunitaire •Contrôle de la réponse inflammatoire Mellor and Munn 2003

(47)

 TRP au‐delà des recommandations (0.30 vs 0.18%) limite le stress oxydant induit par des injections de diquat* chez le porcelet:  SOD* and GPx* dans le foie et  MDA* plasmatique  Urée plasmatique Pas d’impact positif sur les performances de croissance Mao et al 2014  TRP au‐delà des recommandations (0.24 vs 0.74%) réduit l’impact du sevrage:  réponse du cortisol salivaire Maintient la morphologie intestinale Pas d’impact positif sur les performances de croissance Koopmans et al 2006  TRP administré par voie intra‐gastrique réduit les lésions intestinales causées par le DSS* chez des porcelets nouveau‐nés:  Réponse inflammatoire locale Meilleure santé (diarrhées moins sévères) Kim et al J 2010 * Diquat : un herbicide connu pour induire du stress oxidant; SOD and GPx : enzymes anti-oxidantes, MDA: biomarqueur de stress oxidant

* Dextran sodium sulfate

(48)

Le Mans 7/12/2017

Modes d’action possibles des nutriments sur

l’inflammation



En exerçant une action anti inflammatoire



En intervenant dans les mécanismes régulant l’inflammation



En limitant les effets délétères de l’inflammation sur le métabolisme et

les performances : ex des AA

(49)

0 20 40 60 80 100 120 140 0..45 0,6 0,75 0,9 1,05 % Lysine aliment Pr ot éine re tenue, g /j D’après Williams et al 1997

Besoin en lysine pour l’accrétion protéique chez le porc

27-112 kg

Le besoin en

lysine est

diminué !

Et les autres AA ?

Porcs de statut sanitaire élevé Porcs « conventionnels »

(50)

Le Mans 7/12/2017

**

ns

La pente correspond à l’efficacité marginale de l’utilisation du TRP pour le

dépôt protéique Avant LPS : 89.0 +/- 3.0

Après LPS : 83.2 +/- 3.0P = 0.01

de Ridder et al 2012

L’inflammation réduit l’utilisation du Trp pour le dépôt

de protéine

(51)

Effet de l’apport du Trp sur la croissance

300 400 500 600 15 18 21 24 + 15% + 6% SID Trp/Lys % GMQ, g/d 10‐35 kg Control Moderate inflammation* Le Floc’h et al 2010 recommendationsrecommendations   Trp : pas de rattrapage de la croissance

 La croissance est impactée ++

par le faible apport de TRP

 réponse plus importante de la croissance à l’apport de Trp

Chez les porcs en situation d’inflammation :

(52)

L’inflammation est un mécanisme immunitaire qui induit

des modifications métaboliques importantes

• ces modifications métaboliques sont adaptatives et on pour objectif de

« nourrir » le système immunitaire et les fonctions de défense

Conclusion (1)

• l’impact sur les fonctions de production dont la croissance est considéré

comme délétère chez les animaux d’élevage

• mal contrôlée, l’inflammation a des répercussions qui peuvent être très

sévères sur la santé

(53)

Les fonctions de défense induisent‐elles un coût nutritionnel

supplémentaire pour les animaux ?

• Chez un animal sain  besoin d’entretien (mais qu’en est il vraiment?)

Conclusion (2)

• Chez un animal « malade »  modifications métaboliques

 réorientation des nutriments

 incidence sur les besoins nutritionnels ?

croissance ralentie =  besoins

(54)

Le Mans 7/12/2017

Quelles perspectives?

• Le mode d’action des nutriments est complexe et un nutriment seul ne va pas tout résoudre