Effet du Lactobacillus fermentum ME-3 sur la glycation et les désordres métaboliques dans un contexte diabétique de type 2

The effect of a Lactobacillus fermentum ME-3 on glycation and metabolic disorders in a diabetic context

• Auteur / Autrice : Axel Guilbaud
• Direction : Frédéric Tessier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biochimie, physiologie et biologie cellulaire
• Date : Soutenance le 14/12/2018
• Etablissement(s) : Université de Lille (2018-2021)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Biologie-Santé (Lille ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Lille Inflammation Research International Center (Lille) - Lille Inflammation Research International Center - U 995

Mots clés

Mots clés contrôlés

Microbiote

Rein

Foie

Diabète de type 2

Dissertation universitaire

Récepteur spécifique des produits finaux de glycosylation avancée

Flore intestinale

Rein

Foie

Diabète non-insulinodépendant

Glycosylation

Mots clés libres

Glycosylation

Produits terminaux de glycation avancée

Diabète de type 2

Foie

Rein

Microbiote

Lactobacillus fermentum ME-3

Type 2 diabetes,

Glycation

Liver

Kidneys

Microbiota

Lactobacillus fermentum ME-3

Résumé

Le diabète de type 2 est une pathologie métabolique caractérisée par une hyperglycémie chronique. Cette pathologie induit progressivement des dommages à l’organisme à travers plusieurs voies mécanistiques dont celle de la glycation. Cette réaction chimique conduit à une liaison entre un sucre réducteur et la fonction amine d’un acide aminé, d’un peptide ou d’une protéine. Plusieurs stratégies thérapeutiques visant à réduire la formation et l’accumulation des produits de glycation ont été testées au cours des 30 dernières années. Certaines équipes scientifiques ont cherché des molécules synthétiques ou naturelles capables de métaboliser ou séquestrer les précurseurs des produits de glycation. D’autres ont essayé d’inhiber le récepteur aux produits de glycation avancés (RAGE) avec des anticorps ou des inhibiteurs spécifiques. Malgré les efforts récemment déployés, aucun traitement « anti-glycation » ne s’avère aujourd’hui efficace pour réduire les produits de glycation dans l’organisme ou pour limiter leurs actions délétères sur la santé.Depuis peu, les chercheurs étudient le microbiote intestinale et notamment l’action de probiotiques sur le contrôle de la glycémie et des complications chez le sujet diabétique. Des études précliniques et cliniques ont montrés les effets de certains probiotiques sur la prise de poids et le métabolisme du glucose. Même si ces études ont relevé les effets des probiotiques sur différents paramètres glucidiques, aucune n’a investigué leur effet sur la glycation.Ainsi, le double objectif de cette thèse a été de comparer plusieurs modèles murins de glycation dans un contexte de diabète de type 2 (modèles génétiques et alimentaires), puis d’utiliser le modèle le plus pertinent pour étudier les effets d’une souche bactérienne spécifique, le Lactobacillus fermentum ME-3, sur la glycation et les désordres métaboliques dans un contexte diabétique. L’ensemble des mesures de produits de glycation, c’est-à-dire la furosine, la carboxyméthyllysine libre et protéique (CML), dans les organes et le plasma ont été réalisées par chromatographie liquide couplée à de la spectrométrie de masse en tandem.En premier lieu, nous avons pu montrer que le modèle génétique de diabète LepRdb/db permet d’obtenir une glycation significative des organes et fluides testés (reins, poumons, coeur, foie, plasma) contrairement aux modèles alimentaires de diabète (High Fat Diet et High Fat High Sucrose) qui, malgré une prise de poids importante et une intolérance au glucose induite par les régimes, n’ont montré aucune augmentation significative des teneurs en furosine et CML.Dans un second temps, en utilisant le modèle génétique de diabète, nous avons pu montrer qu’un traitement de trois mois à base de la souche ME-3 chez des souris normales (LepRdb/+) et LepRdb/db avait des effets bénéfiques sur la prise de poids (-4.6% et -14% respectivement chez les souris db/+ et db/db) et la tolérance au glucose. Il a aussi été observé une réduction de la furosine rénale (-14.5% et -12.3% respectivement chez les souris db/+ et db/db) et une réduction de la CML libre dans les reins (-18% et -25% respectivement chez les souris db/+ et db/db) et les poumons (-10% et -19 % respectivement chez les souris db/+ et db/db). Cette étude préclinique a permis d’observer d’autres effets de la souche ME-3. Parmi ceux-ci, le plus marquant est celui d’une réduction du développement de la stéatose hépatique (-23% et -41% des triglycérides hépatiques, -12% et -21% du marqueur de souffrance hépatique ALAT respectivement chez les souris db/+ et db/db, et une baisse de 27% du TNF-α marqueur de l’inflammation chez les souris db/db) [...]

Type 2 diabetes is a metabolic pathology characterized by chronic hyperglycemia. The disease progressively induces organ damage through several mechanisms, one of the which is the glycation pathway. This chemical reaction results in a bond forming between a reducing sugar and the amine function of an amino acid, a peptide or a protein. Over the last 30 years several studies have described therapeutic strategies to reduce the formation and accumulation of glycation products. Scientists have investigated synthetic or natural molecules that can metabolize or sequester precursors of glycation products. Others have tried to inhibit the main receptor of advanced glycation endproducts (RAGE) with specific antibodies or receptors. Despite these efforts, there is still no effective “anti-glycation” treatment able to reduce glycation products in the organism or limit their deleterious effects on health.Scientists have recently investigated the gut microbiota, and notably the actions of probiotics on glycemic parameters and the complications associated with diabetes. Preclinical and clinical trials have shown the effect of certain probiotics on weight gain and upon glucose metabolism. But while these studies have reported the effect of probiotics on different glucidic parameters, no one has yet investigated their effect on glycation.Thus, the double goal of this thesis was to compare different rodent models of glycation in a type 2 diabetes context (genetic and dietary-induced obesity (DIO) models), and then to use the most pertinent model to study the effects of a specific bacterial strain, Lactobacillus fermentum ME-3, on glycation and metabolic disorders in this diabetic context. The ensemble of glycation products measured, namely furosine, free and protein-bound carboxymethyllysine (CML) in organs and in plasma, were performed by liquid chromatography coupled with tandem mass spectrometry.Firstly, we showed that the genetic LepRdb/db model of diabetes exhibited significantly greater glycation in tested organs and fluids (kidneys, lungs, heart, liver and plasma) compared with DIO models (High Fat and High Fat High Sucrose Diet) which, despite dietary-induced weight gain and glucose intolerance, showed no significant increase in furosine or CML levels.Secondly, using the genetic model of diabetes, we showed that a treatment with ME-3 over three months in wild-type mice (LepRdb/+) and LepRdb/db had beneficial effects upon weight gain (-4.6% and -14% in db/+ and db/db mice, respectively) and glucose tolerance. We also observed a reduction of furosine levels in kidneys (-14.5% and -12.3% in db/+ and db/db mice respectively) and a reduction of free CML in both the kidneys (-18% and -25% in db/+ and db/db mice, respectively) and the lungs (-10% and -19% in db/+ and db/db mice, respectively). This preclinical study observed other effects of the ME-3 strain on health. Among these, the most marked was a reduction in development of hepatic steatosis (-23% and -41% of hepatic triglycerides, -12% and -21% of ALAT (a marker of liver injury) in db/+ and db/db mice, respectively; and a 27% reduction in db/db mice of TNF-α, an inflammation marker).To conclude, this work has characterized a rodent model of type 2 diabetes for the study of glycation and future development of therapeutic strategies against glycation. It has also highlighted the beneficial effects of the ME-3 strain on both glycation and metabolic disorders in a type 2 diabetes model.