Implication du Toll-Like Receptor 5 dans l’axe cerveau-intestin-microbiote : nouvelles pistes pharmacologiques pour le traitement des douleurs abdominales chroniques et des comorbidités associées

nvolvement of Toll-Like Receptor 5 in the brain-gut-microbiota axis : New pharmacological leads for the treatment of chronic abdominal pain and associated comorbiditiesfor the treatment of chronic abdominal pain and associate

• Auteur / Autrice : Geoffroy Mallaret
• Direction : Denis Ardid
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Neurogastroentérologie
• Date : Soutenance le 03/12/2019
• Etablissement(s) : Université Clermont Auvergne‎ (2017-2020)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences de la vie, santé, agronomie, environnement (Clermont-Ferrand)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Neuro-Dol (Clermont-Ferrand)
• Jury : Président / Présidente : Monique Alric
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Frédéric Carvalho
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Sabine Roman, Malvyne Rolli-Derkinderen, Nicolas Cenac

Mots clés

Mots clés contrôlés

Maladies gastro-intestinales

Douleur chronique

Mots clés libres

Biologie, Médecine, Santé

Biology, Medicine, Health

Résumé

Les douleurs abdominales chroniques sont un motif récurent de consultation en service de Gastroentérologie. Cependant, les traitements actuels présentent peu d’efficacités thérapeutiques.Ces douleurs sont principalement associées à deux pathologies gastro-intestinales : le syndrome de l’intestin irritable (SII) et les maladies inflammatoires coliques de l’intestin (MICI), en particulier lors des périodes de rémission. Il existe une étiologie commune concernant ces douleurs chroniques associées à ces deux pathologies intestinales, notamment l’hypersensibilité viscérale d’origine colique(HSVC). Plusieurs mécanismes peuvent être responsables de cette HSVC comme un dysbiose intestinale, une dérégulation de l’axe hypothalamo-cortico-surrénalien (HPA) ou encore une activation immunitaire anormale. Des altérations de l’axe cerveau/intestin/microbiote ont été décrites pour chacun des types de pathologies, correspondant, au niveau central, à des troubles cognitifs, un phénotype anxio-dépressif et au niveau intestinal à des altérations du transit et de la perméabilité intestinale, une inflammation à bas bruit, reflétant notamment un dérèglement du système immunitaire inné, ainsi qu’une étiologie infectieuse et une dysbiose touchant le microbiote intestinal.Les objectifs de ce travail de thèse étaient tout d’abord d’évaluer l’expression des Toll-like receptors (TLR) au niveau de la muqueuse colique, sur un modèle animal présentant une HSVC, le modèle de séparation maternelle (NMS). Les événements délétères pendant l’enfance (Early adverse life event - EALE) sont des expériences traumatisantes vécues en bas âges, comme la violence physique ou sexuelle, ou encore la perte d’un parent, ainsi que des relations délétères avec le tuteur principal. Ces événements peuvent, à l’âge adulte, induire un large éventail de troubles médicaux chroniques, y compris le SII. En effet, plusieurs études font état d’une augmentation de la prévalence du SII en cas de EALE. Il est possible de transposer de telles observations cliniques sur des modèles d’études animaux en préclinique, par exemple, en utilisant le modèle animal de NMS. Il a été constaté une augmentation de l’expression du gène codant la protéine TLR5 au niveau des entérocytes seulement chez les animaux NMS présentant une HSVC, ainsi qu’une augmentation de la perméabilité intestinale et une dysbiose intestinale chez ces mêmes animaux.Le deuxième objectif de ce travail concerne le concept émergent d’axe cerveau-intestin microbiote,suggérant un continuum physiopathologique entre la dysbiose ou l’infection intestinale et un ensemble de troubles neuropsychiatriques. Pour réaliser cet objectif, il fut évalué l’impact de la suppression du TLR5 à l’aide de souris TLR5KO sur les comportements anxieux, dépressifs et cognitifs,et examiné le mécanisme impliqué, comme la réponse de l’axe HPA à la suite du stress aigu, les changements dans l’expression des cytokines dans certaines structures cérébrales (amygdale,hippocampe et cortex préfrontal) et/ou le rôle du microbiote intestinal.Ce travail de thèse a permis tout d’abord d’établir un lien entre l’hyperperméabilité intestinale, l’HSVC, les modifications du microbiote intestinal et l’expression des différents TLR au niveau de l’épithélium colique d’animaux modèles de SII non inflammatoire. Il a permis également d’étudier l’implication du récepteur TLR5 dans les comportements associés à l’anxiété, comorbidité majeure de l’HSVC. Ainsi, le récepteur TLR5 pourrait représenter une cible pharmacologique potentielle pour le traitement de l’HSVC associée aux pathologies gastro-intestinales que sont le SII et les MICI en période de rémission.

Chronic abdominal pain is a recurring reason for consultation with Gastroenterology. However,current treatments have little therapeutic effectiveness. This pain is mainly associated with twogastrointestinal pathologies: irritable bowel syndrome (IBS) and inflammatory bowel diseases (IBD),particularly during remission periods. There is a common etiology for this chronic pain associated withthese two intestinal pathologies, including colonic hypersensitivity (CHS). Several mechanisms can beresponsible for this CHS, such as intestinal dysbiosis, a dysregulation of the hypothalamo-corticoadrenalaxis (HPA) or an abnormal immune activation. Alterations of the brain/gut/microbiota axishave been described for each type of pathology, corresponding, at the central level, to cognitivedisorders, an anxio-depressive phenotype and in the gut level with alterations of the intestinal transitand intestinal permeability, low-grade inflammation, reflecting in particular a disturbance of the innateimmune system, as well as infectious etiology and dysbiosis affecting the intestinal microbiota.The objectives of this thesis work were first to evaluate the expression of Toll-like receptors(TLRs) at the level of the colic mucosa, on an animal model with CHS, the maternal separation model(NMS). Deleterious events in childhood (Early adverse life event - EALE) are traumatic experiences ininfancy, such as physical or sexual violence or the loss of a parent, and harmful relationships with theprincipal guardian. These events can induce during adulthood a wide range of chronic disorders,including IBS. Indeed, several studies reported an increase in the probability of IBS associated withEALE. Such clinical observations can be transposed to preclinical animal study models, for example,using the NMS animal model. An increase in expression of the gene encoding the TLR5 protein inenterocytes was observed only in NMS animals with CHS, as well as increased intestinal permeabilityand intestinal dysbiosis in these same animals.The second objective of this work concerns the emerging concept of the brain/gut/microbiotaaxis, suggesting a pathophysiological continuum between dysbiosis or intestinal infection and a set ofneuropsychiatric disorders. To achieve this objective, the impact of TLR5 suppression using TLR5KOmice was assessed on anxiety, depressive and cognitive behaviors, and the mechanism involved, suchas the response of the HPA axis to acute stress, changes in cytokine expression in specific brainstructures (amygdala, hippocampus and prefrontal cortex) and/or the role of the intestinal microbiota.This thesis work first established a link between intestinal hyperpermeability, CHS, changes inthe intestinal microbiota and expression of different TLRs in the colonic epithelium of noninflammatoryIBS animal model. It also investigated the involvement of the TLR5 receptor in behaviorsassociated with anxiety, a major comorbidity of CHS. Thus, the TLR5 receptor could represent apotential pharmacological target for the treatment of CHS associated with the gastrointestinalpathologies such as IBS and IBD during remission.