Le potentiel neuromodulateur du microbiote intestinal : identification de nouvelles stratégies thérapeutiques dans le traitement de la douleur viscérale

Neuromodulatory potential of gut microbiota : identification of new therapeutic strategies for visceral pain treatment

• Auteur / Autrice : Sandie Gervason
• Direction : Frédéric Carvalho, Edith Filaire
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Microbiologie
• Date : Soutenance le 02/12/2022
• Etablissement(s) : Université Clermont Auvergne (2021-...)
• 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 : Examinateurs / Examinatrices : Corinne Malpuech-Brugere, Gilles Dietrich
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Moïse Coëffier, Nathalie Rolhion

Mots clés

Mots clés contrôlés

Probiotiques

Microflore

Thérapeutique

Douleur abdominale

Mots clés libres

Microbiote intestinal

Modulation des douleurs abdominales chroniques

Anti-hyperalgie

Probiotique de nouvelle génération

Gut microbiota

Chronic abdominal pain modulation

Anti-hyperalgesia

Next generation probiotic

Résumé

Les douleurs abdominales chroniques, un symptôme partagé par de nombreux patients atteints de pathologies gastro-intestinales comme le Syndrome de l’Intestin Irritable (SII) ou les Maladies Inflammatoires Chroniques de l’Intestin (MICI), représentent un motif de consultation récurrent en gastroentérologie et pour lesquels les traitements sont limités et souvent peu efficaces. Dans ce contexte, la recherche de nouvelles stratégies thérapeutiques constitue une priorité. Le microbiote intestinal tient une place centrale puisque les progrès en matière de séquençage ont permis de révéler une altération de sa composition chez ces patients. Alors que certaines espèces bactériennes prolifèrent, d’autres au contraire voient leur population s’effondrer et leur rôle dans la santé de l’hôte est aujourd’hui fortement envisagé. En plus de restaurer la barrière épithéliale intestinale et de moduler la réponse inflammatoire, certaines bactéries bénéfiques participent activement au dialogue « microbiote-intestin-cerveau » et pourraient, en interagissant directement avec le système nerveux, moduler le processus douloureux. Ainsi, le potentiel thérapeutique du microbiote intestinal ouvre le champ à une nouvelle classe de médicaments : les probiotiques de nouvelle génération.Mes travaux avaient pour objectif de révéler le potentiel neuromodulateur du microbiote intestinal et de sélectionner un candidat bactérien capable de réduire l’hypersensibilité viscérale d’origine colique (HSVC) dans plusieurs modèles murins de douleur viscérale. L’établissement d’une collection de souches anaérobies et la mise au point d’une méthode de screening à haut débit a permis, d’une part, de révéler les propriétés neuromodulatrices de souches bactériennes mais aussi de sélectionner la souche Parabacteroides distasonis F1-2 pour ses propriétés neuro-inhibitrices sur des cellules neuronales immortalisées mais aussi sur des cultures primaires de neurones issus de DRG de rat.Le second objectif de ma thèse a été de déterminer si l’effet neuro-inhibiteur de la souche F1-2 pouvait se traduire par un effet anti-hyperalgique chez la souris. La souche F1-2, testée dans plusieurs modèles de douleur viscérale, exerce un effet anti-hyperalgique remarquable en réduisant l’HSVC lorsque l’intégrité de la barrière intestinale est compromise. Cependant, et contrairement à la plupart des souches probiotiques déjà connues, la souche F1-2 ne présenterait pas de propriétés anti-inflammatoires ou de renforcement de la barrière épithéliale intestinale. Ces travaux constituent la première preuve d’un potentiel effet antalgique de P. distasonis et les premiers résultats obtenus quant à son innocuité sont des données fortement encourageantes pour envisager son utilisation chez l’Homme.L’hypothèse d’une interaction directe entre la souche F1-2 et les cellules neuronales est aujourd’hui suggérée et l’exploration des mécanismes d’interaction a permis de caractériser l’effet neuro-inhibiteur de la souche F1-2 sous diverses stimulations nociceptives. La possible implication de la bradykinine et/ou de ses récepteurs ouvre une nouvelle voie d’investigation dans la compréhension du dialogue établi entre bactéries et neurones.Ainsi, ce travail de thèse a permis de mette au point une méthode visant à sélectionner des souches bactériennes aux propriétés neuromodulatrices et de révéler le potentiel thérapeutique de la souche bactérienne Parabacteroides distasonis F1-2 chez la souris. Il est aujourd’hui possible d’envisager son utilisation chez l’Homme en tant que probiotique de nouvelle génération destiné à soulager les patients souffrants de douleurs abdominales chroniques.

Chronic abdominal pain, a symptom shared by many patients with gastrointestinal pathologies such as Irritable Bowel Syndrome (IBS) or Inflammatory Bowel Diseases (IBD), is a recurring reason for consultation with Gastroenterology and for which treatments are limited and often not efficient. In this context, the development of new therapeutic strategies is a priority. The intestinal microbiota plays a key role since progress in sequencing has revealed a change in its composition in these patients. While some bacterial species proliferate, others see their populations decrease and their role in the health of the host is now strongly suggested. In addition to restoring the intestinal epithelial barrier and modulating the inflammatory response, some beneficial bacteria actively participate in the “microbiota-gut-brain” dialogue and may, by interacting directly with the nervous system, modulate the painful process. Thus, the therapeutic potential of the gut microbiota opens the field to a new class of drugs: the next generation probiotics (NGP).My PhD work aimed to reveal the neuromodulatory potential of the gut microbiota and to select a bacterial candidate able of reducing colonic hypersensitivity (CHS) in several visceral pain mouse models. The establishment of an anaerobic bacterial strains collection and the development of a high throughput screening method made it possible to reveal the neuromodulatory properties of bacterial strains but also to select the strain Parabacteroides distasonis F1-2 for its neuro-inhibitory properties on immortalized neuronal cells but also on primary cultures of neurons from rat DRG.The second objective of my thesis was to determine whether the neuro-inhibitory effect of the F1-2 strain could translate into an anti-hyperalgesic effect in mice. The F1-2 strain, tested in several CHS mouse models, exerts a remarkable anti-hyperalgesic effect when the intestinal barrier integrity was disrupted. However, and unlike most probiotic strains already known, the F1-2 strain does not exhibit anti-inflammatory properties or reinforcement of the intestinal epithelial barrier. This work is the first proof of a potential anti-hyperalgesic effect of P. distasonis and the first results obtained regarding its safety are highly encouraging data to consider its use in humans.The hypothesis of a direct interaction between F1-2 strain and neuronal cells is now suggested and the exploration of interaction mechanisms has made it possible to characterize the neuro-inhibitory effect of F1-2 strain upon various nociceptive stimulations. The possible involvement of bradykinin and/or its receptors opens a new way of investigation in understanding the dialogue established between bacteria and neurons.Thus, this PhD work has allowed to develop a method to select bacterial strains with neuromodulatory properties and to reveal the therapeutic potential of the bacterial strain P. distasonis F1-2 in mice. It is now possible to consider its use in humans as a next generation probiotic intended to relieve patients suffering from chronic abdominal pain.