Les hormones intestinales dans la communication microbiote-intestin-cerveau
L’homéostasie de l’axe intestin-cerveau est de plus en plus reconnue comme un facteur critique influençant la santé physiologique et psychologique. Les hormones intestinales, sécrétées par les cellules entéroendocrines (CEE) dispersées dans le tractus gastro-intestinal, agissent comme molécules de signalisation essentielles au sein de cet axe. L’interaction entre le microbiote intestinal et les hormones intestinales a suscité un intérêt majeur pour comprendre la communication bidirectionnelle entre l’intestin et le cerveau. Le microbiote intestinal joue un rôle pivot dans la modulation de diverses pathologies liées à l’axe intestin-cerveau, allant des troubles gastro-intestinaux aux maladies psychiatriques. De même, les hormones intestinales ont des rôles multifacettes dans le maintien de la santé et constituent des signaux clés de l’axe intestin-cerveau. Fait notable, le microbiote intestinal peut influencer la libération et les fonctions de ces hormones. Cette revue explore le rôle du microbiote intestinal dans l’axe intestin-cerveau, en mettant l’accent sur la modulation des fonctions physiologiques par les hormones intestinales liées au microbiote. Les recherches futures pourraient cibler l’axe microbiote-hormones-intestin-cerveau pour développer de nouvelles thérapies contre les troubles psychiatriques et gastro-intestinaux, tels que l’obésité, l’anxiété et la dépression.
Introduction
Des études précliniques et cliniques récentes ont souligné les interactions bidirectionnelles au sein de l’axe intestin-cerveau. Le cerveau exerce une influence profonde sur le tractus gastro-intestinal, et vice versa. Les perturbations de cette interaction réciproque peuvent engendrer diverses conditions, incluant des troubles inflammatoires, des réponses anormales au stress, des comportements altérés et des dysrégulations métaboliques. Cependant, les mécanismes sous-jacents à ces pathologies restent incomplètement élucidés.
Les progrès des technologies de séquençage et de la bioinformatique ont propulsé les domaines de la microbiologie et des neurosciences, révélant le rôle essentiel du microbiote intestinal dans le développement de nombreuses maladies, des troubles gastro-intestinaux aux pathologies psychiatriques. Bien que les mécanismes des interactions intestin-cerveau ne soient pas entièrement résolus, le concept de l’axe intestin-cerveau est devenu central, car le microbiote intestinal influence significativement le système nerveux central (SNC). Parallèlement, les hormones intestinales, produites par les CEE, possèdent de multiples cibles et jouent des rôles cruciaux dans le maintien de la santé. Ces hormones coordonnent les signaux nutritionnels dans l’intestin, libérant diverses molécules qui communiquent avec le SNC. Traditionnellement associées à la régulation de l’appétit et de la prise alimentaire, des études récentes suggèrent que les hormones intestinales sont également impliquées dans l’inflammation et les troubles cérébraux comme l’anxiété et la dépression. Fait intriguant, les fonctions des CEE sont modulées par le microbiote intestinal, qui influence la libération d’hormones telles que la cholécystokinine (CCK), le peptide YY (PYY), le glucagon-like peptide-1 (GLP-1) et le polypeptide inhibiteur gastrique. Les interactions entre le microbiote et les CEE pourraient expliquer la communication complexe entre l’intestin et le cerveau, offrant de nouvelles stratégies thérapeutiques pour les troubles liés à l’axe intestin-cerveau.
L’axe microbiote-intestin-cerveau
L’intestin et le cerveau communiquent pour réguler la santé et les maladies via l’axe intestin-cerveau. Le SNC module la fonction intestinale via l’axe hypothalamo-hypophyso-surrénalien (HPA) et le système nerveux autonome (SNA). Les expériences stressantes perturbent l’axe HPA, stimulant la libération de molécules de signalisation comme la noradrénaline, les catécholamines, la sérotonine (5-HT) et les cytokines. Ces molécules, libérées par les neurones, les cellules entérochromaffines et les cellules immunitaires, affectent la composition et la fonction du microbiote intestinal. Par exemple, la noradrénaline, dont les niveaux augmentent après un stress, peut stimuler la prolifération de pathogènes intestinaux. Le SNA influence également le microbiote via les voies parasympathiques et vagales, modulant la motilité intestinale, la perméabilité, la sécrétion acide et la réponse immunitaire. Ces modifications altèrent l’environnement entérique, influençant la colonisation microbienne dans l’intestin grêle et le côlon.
Le SNC reçoit constamment des signaux neuraux et chimiques de l’intestin, intégrant ces informations pour générer des réponses adaptées maintenant l’homéostasie. L’intestin module les fonctions du SNC principalement via le système immunitaire, les neurotransmetteurs et le SNA, impliquant le nerf vague, le système nerveux entérique, la signalisation entéroendocrine et les métabolites du microbiote intestinal. Par exemple, le nerf vague, reliant l’intestin et le cerveau, détecte des stimuli spécifiques de l’intestin et transmet ces signaux au cerveau.
Des preuves croissantes indiquent que le microbiote impacte significativement le SNC. Les souris axéniques (GF) ou traitées avec des antibiotiques à large spectre présentent une neurophysiologie et des comportements altérés comparés aux souris conventionnelles, soulignant le rôle critique du microbiote intestinal dans l’axe intestin-cerveau. Les maladies neurologiques, incluant les troubles neurodégénératifs, l’épilepsie, l’autisme et la maladie de Parkinson, sont associées à une dysbiose du microbiote intestinal. La transplantation de microbiote fécal (FMT) de patients atteints de dépression majeure ou de schizophrénie induit chez les souris GF des comportements similaires à la dépression ou à la schizophrénie, soutenant le lien entre microbiote et fonction cérébrale.
Le microbiote intestinal affecte le cerveau via diverses molécules, incluant des homologues de neurotransmetteurs et des métabolites. Ces molécules peuvent interagir avec des récepteurs cellulaires de l’hôte, affectant les terminaisons nerveuses, les cellules immunitaires ou les CEE, ou traverser les barrières intestinale et hémato-encéphalique pour influencer directement le cerveau.
Substances neuroactives et métabolites dérivés du microbiote
Les substances neuroactives comme la 5-HT, l’acide gamma-aminobutyrique (GABA) et les métabolites du tryptophane jouent un rôle crucial dans la modulation du SNC. Fait intéressant, les microbes intestinaux peuvent synthétiser et libérer ces molécules. Par exemple, Candida et Escherichia peuvent produire de la 5-HT à partir du tryptophane, tandis que Bacillus produit de la dopamine. Bien que ces neurochimiques microbiens ne traversent pas la barrière hémato-encéphalique, ils pourraient influencer le cerveau en agissant sur le système nerveux entérique.
Les métabolites dérivés du microbiote, tels que les acides gras à chaîne courte (AGCC) et les métabolites du tryptophane, exercent également des effets centraux. Les AGCC, produits par la fermentation des glucides, incluent l’acétate, le propionate et le butyrate. Ces métabolites participent à l’homéostasie glucidique, réduisent la prise alimentaire et modulent la fonction lymphocytaire via des récepteurs couplés aux protéines G (RCPG) ou comme modulateurs épigénétiques. Par exemple, les RCPG comme GPR41 et GPR43 permettent aux AGCC d’influencer le système nerveux et la dépense énergétique dans les tissus adipeux, musculaires et hépatiques.
Le métabolisme du tryptophane par le microbiote produit des dérivés indoles, activant le récepteur aryl hydrocarbure (AHR) et participant à la régulation immunitaire et à l’intégrité de la barrière muqueuse. Des espèces comme Lactobacillus reuteri et Lactobacillus johnsonii fournissent des dérivés indoles à partir du tryptophane alimentaire, influençant la différenciation des lymphocytes T et l’inflammation, impliquées dans les maladies du SNC comme Parkinson et Alzheimer.
Produits dérivés du microbiote
Les produits microbiens comme le lipopolysaccharide (LPS), la protéine de liaison au LPS (LBP), le peptidoglycane et la flagelline interviennent également dans la communication intestin-cerveau. Le LPS, composant des bactéries gram-négatives, déclenche des réponses immunitaires via l’activation des récepteurs de type Toll (TLR), induisant la production de cytokines liées à l’anxiété, la dépression et les troubles de la mémoire. À l’inverse, le polysaccharide A de Bacteroides fragilis protège contre l’inflammation du SNC via des voies dépendantes de TLR2.
Les hormones intestinales dans la communication intestin-cerveau
Les CEE, bien que ne représentant que 1 % des cellules épithéliales intestinales, libèrent diverses hormones intestinales en réponse aux stimuli alimentaires, régulant la motilité intestinale, l’appétit et la sécrétion hormonale. Ces cellules sont classées en dix types selon l’hormone principale produite, incluant la ghréline, la CCK, le GLP-1 et le PYY. Les hormones intestinales ont des fonctions variées, de la détection des nutriments et la modulation de la digestion à la libération d’insuline et l’adaptation comportementale.
Hormones intestinales et contrôle métabolique
Le SNC, notamment l’hypothalamus, régit le contrôle métabolique via des capteurs nutritionnels et des récepteurs hormonaux. Les hormones intestinales comme la ghréline, le PYY, le GLP-1, le polypeptide insulinotrope dépendant du glucose (GIP) et la CCK sont des signaux clés de la communication intestin-cerveau et du métabolisme énergétique. La ghréline, produite par les cellules X/A-like de l’estomac, stimule l’appétit en activant ses récepteurs dans le nerf vague et l’hypothalamus. La CCK, sécrétée par les cellules I intestinales, inhibe la prise alimentaire via l’interaction avec la leptine et l’activation des récepteurs CCK cérébraux. Le GLP-1 et le PYY, issus des cellules L, promeuvent la satiété et réduisent l’apport énergétique, avec un rôle supplémentaire du GLP-1 dans l’homéostasie glucidique.
Hormones intestinales et troubles de l’humeur
Les hormones intestinales sont aussi impliquées dans les troubles de l’humeur. La sérotonine (5-HT), produite par les cellules entérochromaffines, régule l’humeur, le sommeil et l’appétit, tout en influençant l’immunité et l’activité afférente vagale. La famille des neuropeptides Y (NPY), incluant NPY, PYY et le polypeptide pancréatique (PP), affecte les troubles liés au stress et la neuroinflammation. Le GLP-1 et la CCK participent aux réponses au stress et aux comportements anxieux, tandis que la ghréline régule l’adaptation au stress et la mémoire de la peur.
Microbiote et hormones intestinales
Le microbiote intestinal influence les hormones de l’hôte directement via leur production ou métabolisme, et indirectement en modulant la fonction corticosurrénale et les réponses inflammatoires. Par exemple, les AGCC et les dérivés indoles microbiens stimulent la libération de GLP-1 et de CCK par les CEE. Inversement, les hormones intestinales comme la 5-HT peuvent influencer la composition du microbiote, créant une interaction bidirectionnelle.
Conclusion
Le microbiote intestinal et les hormones intestinales jouent des rôles critiques dans l’axe intestin-cerveau, influençant une large gamme de processus physiologiques et psychologiques. Comprendre leurs interactions pourrait mener à des stratégies thérapeutiques innovantes pour des troubles comme l’obésité, l’anxiété et la dépression. Les recherches futures devraient se concentrer sur l’axe microbiote-hormones-intestin-cerveau pour découvrir de nouvelles cibles et traitements.
doi : 10.1097/CM9.0000000000000706