Les Bmps sont des morphogènes jouant des rôles dans l’embryogenèse et l’organogenèse du tube digestif. Les BR-Smads, Smad1, Smad5 et Smad8, sont les effecteurs intracellulaires de cette cascade de signalisation et ils assurent la biodiversité des réponses biologiques associées aux Bmps. Plusieurs études ont démontrées des rôles importants pour le TGF-β dans le cancer colorectal et l’inflammation intestinale. Cependant, très peu d’études se sont attardées aux rôles pouvant être joués par d’autres membres de la superfamille du TGF-β dans ces pathologies. Dans cette étude, le modèle de souris possédant la délétion de Smad5 strictement à l’épithélium a permis de démontrer le rôle spécifique de cet effecteur dans les diverses actions associées à la signalisation des Bmps dans ce compartiment cellulaire. La perte conditionnelle de Smad5 cause un allongement villositaire, une hyper migration et une relocalisation cytoplasmique de la E-cadhérine dans les cellules épithéliales. Cette étude permet de démontrer l’importance de la signalisation des Bmps dans les maladies inflammatoires intestinales, puisque les défauts occasionnés par la perte de Smad5 au niveau de l’épithélium entrainent une plus grande susceptibilité à l’inflammation intestinale et des défauts importants dans la réparation la barrière épithéliale. Des mutations causant l’inhibition de la signalisation des Bmps sont fréquemment retrouvées chez des patients atteints du syndrome de JPS possédant un risque élevé de développer le cancer colorectal. Des études ont démontré l’implication des Bmps dans le maintien de l’homéostasie et l’initiation de la polypose intestinale, sans toutefois discriminer le mécanisme et le type cellulaire responsable de l’induction de ce phénotype. Les études antérieures du laboratoire ont permis de démontrer que la perte des Bmps strictement épithéliale était insuffisante pour initier la polypose colique, suggérant une implication de cette signalisation au niveau des cellules extra-épithéliales. Le modèle murin ayant la délétion du récepteur Bmpr1a dans le mésenchyme seulement a permis de mettre en évidence un rôle essentiel de cette signalisation dans le contrôle du microenvironnement entourant les cellules épithéliales et l’induction de la polypose colique. Le modèle cellulaire a révélé un profil transcriptionnel s’apparentant à celui retrouvé dans le microenvironnement des tumeurs de cancer colorectal. Cette étude démontre que la signalisation des Bmps mésenchymateuse est primordiale pour contrôler l’homéostasie intestinale et l’initiation de la polypose.

Les maladies inflammatoires chroniques de l’intestin (MICI) représentent un problème de santé publique majeur touchant de jeunes patients. Aux récidives inflammatoires, à la mauvaise qualité de vie et à l’espérance de vie réduite des patients viennent s’ajouter la durée, l’efficacité parfois limitée et le coût des traitements actuellement proposés. La recherche de nouvelles stratégies permettant de prévenir les récidives inflammatoires est primordiale. Ainsi, le rôle du S-nitrosoglutathion (GSNO, donneur et forme de stockage naturelle de NO) dans le maintien de l’intégrité de la barrière intestinale est étudié dans cette thèse, en décrivant : i) l’effet concentration-dépendante du GSNO sur la perméabilité intestinale (modèle de chambre de Ussing, expression des protéines de jonctions cellulaires…), ii) des formulations innovantes de GSNO (nanoparticules composites) à base de nanoparticules d’Eudragit®RL, elles-mêmes encapsulées dans une matrice polymérique à base d’alginate. Différents procédés de formulation ont été testés. Une caractérisation physicochimique des objets développés et des études de perméabilité sur des modèles cellulaires (Caco-2) ont conduit à l’obtention de trois formulations, adaptées à la voie orale et permettant de délivrer de façon prolongée le GSNO. Cependant, la prise en charge du GSNO libre ou formulé, l’identification des cibles du NO au niveau intestinal, mais aussi les doses et durées du traitement in vivo restent encore à définir avant de proposer ce donneur de NO comme candidat pour un traitement préventif des MICI / Inflammatory bowel diseases (IBD) (Crohn’s disease, ulcerative colitis…), are disabling pathologies affecting young patients and presenting the particularity that most of the current agents act by down regulating chronic inflammation in the intestine mucosa and cannot cure the disease. As the pivotal role of S-nitrosoglutathione (GSNO) in preventing intestinal inflammation and gut barrier failure has been clearly pointed out, therapies based on pharmaceutical technology to limit chronic inflammation and prevent relapses of barrier failure by an optimized dosage form of GSNO appears as an interesting challenge. The objective of this project relies on i) studying GSNO concentration/response functions in intestine by using Ussing chamber ex vivo model and following protein cell junction expression, ii) developing polymer nanocomposite particles encapsulating GSNO and adapted to the oral route, with GSNO protection, controlled delivery and local effect in intestine as major requirements. GSNO loaded polymeric (Eudragit® RL) nanoparticles were included in polymer matrix based on alginate; different processes were tested and particles were characterized: high GSNO loading, GSNO sustained release and local retention for 4 h in cellulo study (Caco-2) were obtained. Thus, therapies based on GSNO administration should represent a novel strategy to limit chronic inflammation and prevent relapses of barrier failure in IBD patients

Les phycotoxines lipophiles sont des métabolites secondaires produits par certaines espèces phytoplanctoniques. Elles s'accumulent dans les mollusques filtreurs et peuvent provoquer une intoxication chez l'homme avec une grande variété de symptômes. Ce travail s’est attaché à mieux connaitre leur devenir chez l’homme et leurs effets après ingestion en apportant des données sur leur absorption intestinale et leur métabolisme hépatique puisque ces phénomènes affectent la quantité de toxine circulant dans l’organisme et donc la génération d’effets toxiques. En outre, plusieurs phycotoxines se retrouvent parfois simultanément dans les coquillages alors que les effets de ces mélanges sont encore méconnus. Quatre phycotoxines lipophiles, l'acide okadaïque (AO), la pecténotoxine-2 (PTX-2), la yessotoxine (YTX) et le spirolide (SPX-1), ont été sélectionnées. Le passage intestinal a été évalué à l’aide de cellules intestinales humaines Caco-2 mimant l’épithélium intestinal. Si des différences d’absorption ont été observées pour les 4 phycotoxines, nos résultats ont montré que l’épithélium intestinal était également capable de les renvoyer dans la lumière intestinale, limitant ainsi la quantité circulant dans l’organisme. De même, à l’aide d’extraits de foie, nous avons montré que la structure des 4 phycotoxines était modifiée, principalement par des réactions d'hydroxylation. Concernant les effets mélanges, l'ajout d'une autre toxine (PTX-2, YTX ou SPX-1) à l'AO entraîne des effets moins importants avec de faibles concentrations, et des effets additifs ou plus importants avec des concentrations plus élevées. Ces résultats apportent des données complémentaires pouvant servir à confirmer ou réviser les seuils réglementaires établis pour ces toxines. / Lipophilic phycotoxins are secondary metabolites produced by some phytoplankton species. They accumulate in filter-feeding molluscs and can cause intoxication in humans with a wide variety of symptoms. This work aimed at bringing better knowledge on their fate in humans and their effects after ingestion by providing data on their intestinal absorption and their hepatic metabolism since these phenomena affect the amount of toxin circulating in the body and therefore the generation of toxic effects. In addition, several phycotoxins are sometimes found simultaneously in shellfish while the effects of these mixtures are still unknown. Four lipophilic phycotoxins, okadaic acid (OA), pectenotoxin-2 (PTX-2), yessotoxin (YTX) and spirolide (SPX-1) were selected. The intestinal passage was evaluated using human intestinal Caco-2 cells mimicking the intestinal epithelium. If differences in absorption were observed for the 4 phycotoxins, our results showed that the intestinal epithelium was also able to send them back into the intestinal lumen, thus limiting the amount circulating in the body. Similarly, using liver extracts, we showed that the structure of the 4 phycotoxins was modified, mainly by hydroxylation reactions. For mixtures effects, the addition of another toxin (PTX-2, YTX or SPX-1) to OA results in lower effects at low concentrations, and additive or larger effects at higher concentrations. These results provide additional data that can be used to confirm or revise regulatory thresholds established for these toxins.

Les lipides polaires (LP) laitiers (~2% des lipides du lait) présentent un potentiel bioactif élevé, notamment lié à leur richesse en sphingomyéline (SM, ~25% des LP). Nos hypothèses sont que les LP laitiers peuvent exercer certains de leurs effets bénéfiques par l'intermédiaire de la SM, notamment sur l'intégrité de la barrière intestinale et le microbiote, ce qui pourrait contribuer à réduire l'inflammation métabolique. Nous avons testé à long terme in vivo l'impact de régimes hyperlipidiques (HF) supplémentés en LP laitiers. In vitro, nous avons étudié l'effet des LP laitiers et de la SM (laitière ou d'oeuf) sur l'expression génique des protéines de jonctions serrées. Nos travaux in vitro ont également permis de tester que l'interleurkine-8 (IL-8), impliquée dans la maturation de l'épithélium intestinal, serait un acteur des modifications intestinales en réponse aux LP laitiers et/ou à la SM. L'impact à court terme d'un gavage chez la souris avec des LP laitiers ou de la SM laitière a également été étudié. Après 8 semaines de régime HF supplémenté en LP laitiers (1,6%) les souris présentent un moindre gain de poids en comparaison au régime HF. Nous observons une augmentation de Bifidobacterium animalis pour le groupe contenant 1,1% de LP laitiers. Le groupe nourri avec une supplémentation de 1,6% de LP laitiers présente une diminution de Lactobacillus reuteri et des cryptes coliques plus profondes. Nous retrouvons également une plus forte teneur en acide gras spécifiques des LP laitiers (C23:0, C24:0 et C24:1, présents dans la SM laitière) dans les lipides fécaux. Ces acides gras sont corrélés à la teneur en Lactobacillus spp. Parmi les protéines de jonctions serrées impliquées dans la perméabilité paracellulaire, seule l'expression de ZO-1 tend à être augmentée dans le duodénum. In vitro, lorsque les cellules Caco-2/TC7 sont incubées avec des micelles mixtes supplémentées en SM pure, une augmentation de l'expression génique des protéines de jonctions serrées, ainsi qu'une augmentation de la concentration d'IL-8 en apicale et en basolatérale, sont observées. Ces effets sont également retrouvés avec la SM d'oeuf, contrairement aux LP laitiers totaux. L'incubation d'IL-8 recombinante humaine conduit à une augmentation de l'expression génique des protéines de jonctions serrées. Un gavage avec de la SM laitière pure chez la souris induit une augmentation de l'expression des homologues murins de l'IL-8 (KC et Mip-2). Cette étude suggère que les LP laitiers peuvent limiter la prise de poids induite par un régime HF et moduler le microbiote intestinal. La présence de produits d'hydrolyse spécifiques de la SM pourrait expliquer les effets sur le côlon et le microbiote intestinal. Les résultats in vitro, suggèrent un impact spécifique de la SM sur la barrière intestinale. L'IL-8 semble impliquée dans la régulation de l'expression des protéines de jonctions serrées. Ces résultats contribuent à expliquer les effets bénéfiques démontrés des LP laitiers. L'exploration mécanistique des effets directs et/ou indirects de la SM et de l'IL-8 sur la barrière intestinale reste à élucider / Interest is growing for the metabolic impact of milk polar lipids (MPL, ~2% of dairy lipids), which present a high bioactive potential, particularly related to their content in sphingomyelin (SM, ~ 25% of MPL). Our hypotheses are that MPL can exert some of their beneficial effects through SM, including the integrity of the intestinal barrier and the microbiota, which could contribute to reduce metabolic inflammation. We tested the metabolic impact of the addition of MPL in a high-fat (HF) diet in mice on the modulation of the intestinal barrier. In vitro, we studied the effect of SM (milk or egg) on tight junction protein We also tested in vitro, that interleurkin-8 (IL-8), which is involved in the maturation of the intestinal epithelium, is an actor of intestinal changes in response to MPL and/or MSM. The short-term impact in mice of MPL or milk SM was also studied. After 8 weeks of diet, the supplementation with 1.6% of MPL prevented the HF-diet-induced body weight gain. In caecal microbiota, addition of 1.1% of MPL induced a specific increase in Bifidobacterium spp., in particular B. animalis. The group fed with a 1.6% MPL-supplementation showed a specific decrease in Lactobacteria reuteri and colonic crypt depth were greatest. We also found a higher content of fatty acids specific of MPL (C23:0, C24:0 and C24:1, found in milk SM) in fecal lipids of mice. These fatty acids are correlated with Lactobacillus spp. Among the tight junction proteins involved in paracellular permeability, only the expression of ZO-1 tended to be increased in the duodenum. In vitro, when Caco-2/TC7 cells were incubated with mixed micelles supplemented with pure SM, an increase in the gene expression of tight junction proteins (ZO-1, occludin, JAM-1, claudin-1) and an increase in apical and basolateral IL-8 concentration were observed. These effects were also found with egg SM, unlike total MPL. Incubation of recombinant human IL-8 led to an increase in gene expression of tight junction proteins. Gavage with pure milk- SM in mice induced an increase in the expression of murine homologs of IL-8 (KC and Mip-2). Our results show that MPL can limit HF-induced body weight gain and modulate the abundance of beneficial bacteria of the gut microbiota. The presence of SM-specific hydrolysis products may explain the effects on the colon and gut microbiota. In vitro results suggest a specific impact of pure SM on the intestinal barrier. IL-8 appears to be involved in the regulation of tight junction protein expression. This can contribute to explain reported beneficial effects of MPL in mice regarding HF induced metabolic disorders. The mechanistic exploration of direct and / or indirect effects of SM and IL-8 on the intestinal barrier remains to be elucidated

Les bénéfices attribués aux probiotiques sont nombreux : effets bénéfiques sur le microbiote intestinal, confort digestif, modulation du système immunitaire et prévention des infections intestinales. Ces effets divers et variés sont souches-spécifiques. Actuellement, de nombreuses études visent à mieux caractériser ces effets probiotiques.Ces travaux avaient pour objectif de déterminer et d’analyser les effets probiotiques de trois souches de la collection Danone : la souche de Lactobacillus paracasei CNCM I-3689, la souche de L. rhamnosus CNCM I-3690 ainsi que la souche de Bifidobacterium animalis subps. lactis CNCM I-2494. Dans un premier temps, leurs effets ont été caractérisés dans des modèles in vitro pour des propriétés anti-pathogènes, des propriétés d’immuno-modulation ainsi que pour des propriétés de protection de la barrière épithéliale intestinale. Dans un second temps, leurs effets de la protection de la barrière ont été confirmés dans un modèle murin de faible inflammation.Une analyse des mécanismes sous-jacents à ces effets à la fois chez la souche probiotique et chez l’hôte a été initiée par la construction et l’analyse fonctionnelle de banques génomiques bactériennes ainsi que par l’étude de la modulation des gènes impliqués dans le maintien de la barrière intestinale chez l’hôte. / Health benefits of probiotic bacteria are numerous: beneficial effects on the intestinal microbiota, digestive comfort, modulation of the immune system and prevention of winter infection. These diverse and various effects are strain-specific. Nowadays, numerous studies aim at better characterizing those probiotics effects.This project aimed at identifying and analyzing the probiotic effects of three strains from Danone collection: Lactobacillus paracasei CNCM I-3689, L. rhamnosus CNCM I-3690 and Bifidobacterium animalis subsp. lactis CNCM I-2494. First, their effects were assessed in in vitro models for immunomodulation properties, antipathogens activity and intestinal barrier protection. Secondly, their beneficial effects were confirmed in low-grade inflammation murine model.The analysis of the underlying mechanisms has been initiated both in the bacterial strains by the construction and the functional analysis of genomic libraries and in the host by measuring the modulation of the genes involved in the intestinal barrier maintain.

Les maladies métaboliques d’origine nutritionnelle sont caractérisées par un métabolisme des lipides perturbé et une inflammation métabolique. Les lipides polaires (LP) sont des agents émulsifiants utilisés dans l’industrie agroalimentaire. Le but de notre étude a été d’évaluer l’impact de l’utilisation de nouveaux LP issus du lait sur (i) la digestion et le métabolisme postprandial des lipides, et (ii) à plus long terme sur l’adiposité et l’inflammation dans le tissu adipeux (TA), en comparaison avec les LP de soja, actuellement les plus consommés.Chez la souris, les LP laitiers induisent une cinétique de lipémie postprandiale plus précoce en comparaison avec les LP de soja, associée à une augmentation de la lipolyse intestinale in vitro. De plus, les chylomicrons sécrétés durant le pic de lipémie sont plus petits avec les LP laitiers. D’autre part, la substitution d’une partie des lipides d’un régime hyper-lipidique par des LP laitiers ne modifie pas le stockage des lipides dans le foie et le TA contrairement aux LP de soja qui induisent une augmentation des lipides hépatiques, des adipocytes et des marqueurs inflammatoires dans le TA. Par ailleurs, Les LP laitiers induisent une diminution de l’expression génique de marqueurs de l’infiltration macrophagique dans le TA et du nombre de cellules à gobelet dans le côlon, suggérant une barrière intestinale renforcée.Ces travaux démontrent que les LP laitiers, par rapport aux LP de soja, stimulent la digestion des lipides et induisent une cinétique plus rapide de lipémie postprandiale. A long terme ils n’induisent pas les altérations métaboliques du TA observées en présence de LP de soja dans un régime hyper-lipidique / Metabolic diseases are characterized by an altered lipid metabolism and metabolic inflammation. Numerous food products contain polar lipid (PL) emulsifiers that could impact these risk factors. We evaluated the impact of using PL from milk (MPL) (i) acutely on lipid digestion and postprandial lipemia and (ii) in the longer term in addition to a high fat diet on adiposity and adipose tissue inflammation. We compared MPL to soybean PL (SPL) that is currently the main commercial source of PL.In mice, an emulsion stabilized by MPL results in a more rapid postprandial lipemia than an emulsion stabilized by SPL, with an early increase in lipemia and a faster clearance. Differences in lipemia can originate from differential kinetics of lipid hydrolysis in the mouse gut, as an increase intestinal TG hydrolysis is observed in vitro. Moreover, early MPL-derived chylomicrons are smaller than SPL-derived chylomicrons. In the longer term, compared with HF diet, HF-SPL diet increases hepatic lipids, white adipose tissue (WAT) mass, with larger and more numerous adipocytes and increases expression of pro-inflammatory adipokines. This is not observed with HF-MPL diet despite similar dietary intakes. HFP-MPL mice have a lower expression in WAT of marker of macrophage infiltration and more numerous goblet cells in the colon, suggesting an improved gut barrier function with this diet.Postprandial lipemia in mice can be modulated by emulsifying with MPL compared with SPL, partly through differences in chylomicron assembly, and intestinal TG hydrolysis rate. Moreover unlike SPL, MPL in a high fat diet do not induce WAT hypertrophy and inflammation

La prévalence de l’obésité et du diabète de type 2 évolue de façon épidémique. Ces pathologies sont caractérisées par un état inflammatoire à bas bruit dont l’origine moléculaire est inconnue. L’une des pistes qui émerge concerne le microbiote intestinal et plus particulièrement des molécules pro-inflammatoires présentes à la surface des bactéries Gram(-) : les lipopolysaccharides (LPS). Nous avons récemment montré que ces LPS augmentent les taux circulants de glucagon-like peptide 1 (GLP-1), une hormone connue pour stimuler la sécrétion d'insuline. Par ailleurs, un lien existerait entre qualité nutritionnelle de l’alimentation et taux de LPS sanguins. Ainsi, alimentation, LPS et GLP-1 pourraient être liés. Ces travaux de thèse portent sur i) les mécanismes moléculaires reliant LPS et GLP-1 et ii) les conséquences physiopathologiques d’une endotoxémie expérimentale lors d’un régime obésogène. Nous montrons, in vitro, ex vivo et in vivo, que les LPS stimulent la sécrétion de GLP-1 par les cellules entéroendocrines via un mécanisme TLR4-dépendant. Les LPS présents dans l’intestin déclenchent cette sécrétion lors de situations pathologiques de dégradation de la muqueuse, faisant du GLP-1 un potentiel marqueur précoce d’altération de la barrière intestinale. Chez des souris sauvages, une endotoxémie expérimentale n’aggrave pas les conséquences métaboliques généralement observées lors d’un régime obésogène, certains paramètres sont même améliorés. Enfin, des souris présentant un défaut de détoxification des LPS nourries avec un régime obésogène prennent plus de masse corporelle que les souris contrôles. Les origines moléculaires de ces différences sont également recherchées. / Obesity and type 2 diabetes are metabolic diseases which have reached epidemic proportions worldwide. These metabolic disorders are related to a low grade inflammation whose molecular origin is still unknown. Previous studies have highlighted the involvement of the gut microbiota and especially components of the cell wall of Gram(-) bacteria: lipopolysaccharides (LPS). We have recently shown that LPS enhance glucagon-like peptide 1 (GLP-1) plasma levels, a hormone which is known to stimulate insulin secretion. Moreover there would be a link between the nutritional qualities of food and LPS plasma levels. Thus diet, LPS and GLP-1 may be closely related. The present work focuses on i) the molecular mechanisms linking LPS to GLP-1 and ii) the pathophysiological consequences of an experimental endotoxemia under obesogenic diet conditions. In vitro, ex vivo and in vivo experiments highlight LPS as potent secretagogues of GLP-1. They are able to induce GLP-1 secretion from enteroendocrine cells through a direct TLR4-dependent mechanism. Luminal LPS trigger GLP-1 secretion only under pathological conditions leading to intestinal mucosal damages. Therefore GLP-1 could be a promising early biomarker for diagnosing gut barrier injuries. Experimentally-induced endotoxemia in wild-type mice does not worsen the usually observed metabolic consequences of an obesogenic diet but rather seems to improve some of them. In addition, under high-fat diet, genetically-engineered mice with a defective LPS detoxification process gain more weight than control mice. The purpose of this thesis is also to disentangle the molecular explanation behind this difference.

Le cancer colorectal (CCR) est le 3ème plus diagnostiqué au Canada. Son traitement implique une résection chirurgicale du côlon ou du rectum, et une reconnexion des deux bouts intestinaux pour rétablir la continuité gastrointestinale. Cette reconnexion, appelée « anastomose », peut ne pas bien guérir chez jusqu’à 30% des patients, ce qui mène à une complication morbide et mortelle appelée « fuite anastomotique ». En plus de diminuer la survie et la qualité de vie, la fuite est possiblement associée à une récidive accrue du cancer pour des raisons qui demeurent obscures. Malgré des progrès techniques importants dans les dernières décennies, les taux de fuite n’ont pas significativement diminué, et sa survenue demeure hautement imprévisible. Des données récentes ont suggéré que le microbiote intestinal, ou la collection de microorganismes dans l’intestin, peut influencer le processus de guérison après la chirurgie, mais l’évidence sur cette relation reste faible. Les études suivantes visaient donc à évaluer le lien causal entre le microbiote, la fuite anastomotique le CCR. En utilisant des échantillons de selles collectés avant la chirurgie de 18 patients avec CCR (9 avec fuite et 9 sans fuite), on a évalué le rôle causal du microbiote humain chez des souris assujetties à une greffe de microbiote fécal (GMF) puis une chirurgie colique. On a trouvé que la GMF avec des échantillons de patients avec fuite a entrainé chez la souris une mauvaise guérison anastomotique, un affaiblissement de la matrice extracellulaire dans la plaie colique, et une inflammation accrue localement. On a identifié 2 souches bactériennes, Parabacteroides goldsteinii kh35 et Alistipes onderdonkii kh33, qui influençaient la guérison anastomotique, la 1ère positivement et la 2ème négativement. Ces souches modulaient l’inflammation dans la muqueuse colique, avec P. goldsteinii exerçant un effet anti-inflammatoire et A. onderdonkii un effet pro-inflammatoire. En utilisant des échantillons de muqueuses collectés de patients avant la complétion de l’anastomose, on a trouvé avec une analyse multiplex que les patients présentant une fuite avaient des niveaux basaux plus élevés des macrophage inflammatory protein-1 alpha, monocyte chemoattractant protein-1, macrophage inflammatory protein 2 et interleukin-17A/F, et que le microbiote de ces patients entraine une augmentation similaire de ces cytokines pro-inflammatoires dans l’intestin des souris. Pour corroborer l’hypothèse que les patients présentant une fuite après la chirurgie avaient des niveaux basaux plus élevés d’inflammation intestinale de bas-grade induite par le microbiote, on a quantifié 9 cytokines dans la muqueuse colorectale de 77 patients avec CCR, pami lesquels 13 ont présenté une fuite après la chirurgie. Les 9 cytokines étaient plus élevées chez les patients ayant développé une fuite. On a exploré des marqueurs inflammatoires potentiels dans les selles, et qui peuvent être utilisés comme des biomarqueurs de dépistage avant la chirurgie, et avons identifié la calprotectine et la lipocaline-2 comme étant significativement différentes entre les patients présentant, ou pas, une fuite anastomotique. Ensuite, on a exploré si des métabolites bactériens peuvent être utilisés pour améliorer la guérison anastomotique. Les acides-gras à courte chaine (AGCCs) sont produits dans le côlon après la fermentation bactérienne de fibres alimentaires. On a ainsi testé si une supplémentation chez la souris avec de l’inuline ou des galacto-oligosaccharides (GOS), deux oligosaccharides fermentables, peut améliorer la guérison. On a trouvé que l’inuline et le GOS ont augmenté les niveaux du bénéfique AGCC butyrate, amélioré la guérison anastomotique, favorisé la réparation épithéliale, la déposition du collagène et la barrière intestinale. Enfin, puisque le butyrate est connu pour son effet anticancérigène via une activation peroxysome proliferator-activated receptor gamma (PPAR-γ), on a investigué la relation entre l’amélioration de la guérison intestinale postopératoire avec l’inuline et le 5-aminosalicylate (5-ASA), un activateur de PPAR-γ, et la récidive du CCR. Une revue de la survie postopératoire de patients avec CCR ayant, ou pas, présenté une fuite a été effectuée. L’effet d’une supplémentation alimentaire avec de l’inuline ou du 5-ASA sur les tumeurs anastomotiques a été évalué chez des souris subissant une chirurgie colique. L’inuline et le 5-ASA ont été aussi évalués dans un modèle murin de métastases hépatiques où les cellules de CCR étaient inoculées chirurgicalement dans la rate. Les patients présentant une fuite présentaient une survie globale et oncologique moindre que les patients sans fuite. Une mauvaise guérison anastomotique chez la souris a entrainé des tumeurs anastomotiques et péritonéales plus volumineuses. L’inuline et le 5-ASA ont renforcé la barrière intestinale et prévenu les tumeurs anastomotiques et dissémination métastatique chez la souris. Ces trouvailles renforcent l’hypothèse que prévenir la fuite améliore les issues oncologiques des patients avec CCR, et ouvre la voie à des essais cliniques où des interventions modifiant le microbiote seraient utilisées pour favoriser la guérison et diminuer la récidive du cancer. En résumé, on a démontré pour la première fois le lien causal entre le microbiote intestinal préopératoire et la guérison anastomotique chez les patients avec CCR. On a aussi identifié des biomarqueurs potentiels qui peuvent être utilisés en pratique pour détecter l’inflammation subclinique de bas-grade induite par le microbiote pour prédire la guérison avant la chirurgie. On a aussi démontré que le microbiote et PPAR-γ peuvent être modulés avec des oligosaccharides fermentables pour améliorer la guérison, renforcer la barrière intestinale et prévenir la récidive du cancer. / Colorectal cancer (CRC) is the third most diagnosed cancer in Canada. Its treatment involves a surgical resection of the colon or rectum, and a reconnection of the remaining bowel segments to re-establish gastrointestinal continuity. This reconnection, termed “anastomosis”, may fail to heal and leak in up to 30% of patients, which leads to a morbid and mortal complication called “anastomotic leak” (AL). In addition to decreasing survival and quality of life, AL may be linked to higher cancer recurrence for reasons that remain unclear. Despite significant technical progress over the last decades, the rates of AL have not significantly decreased, and its occurrence remains highly unpredictable. Recent data have suggested that the gut microbiota, or the collection of microorganisms in the gut, may influence the healing process after surgery, but evidence on this relation remains weak. The following studies aimed therefore at assessing the causal link between the gut microbiota, AL, and CRC in patients undergoing surgery. Using fecal samples collected before surgery from 18 patients with CRC (9 with AL and 9 without AL), we assessed the causal role of the human microbiota in mice subjected to fecal microbiota transplantation (FMT) then colonic surgery. We found that FMT from AL patients led to poor anastomotic healing, a weakened extracellular matrix in the colonic wound, and heightened inflammation locally. We identified 2 bacterial strains, Parabacteroides goldsteinii kh35 and Alistipes onderdonkii kh33, that were found to influence anastomotic healing, the first one positively and the second one negatively. These strains were found to modulate inflammation in the colonic mucosa, with P. goldsteinii exerting an anti-inflammatory effect and A. onderdonkii a pro-inflammatory effect. Using mucosal samples collected from patients before the completion of the anastomosis, we found with a multiplex assay that patients experiencing AL harbor higher basal levels of macrophage inflammatory protein- 1 alpha, monocyte chemoattractant protein-1, macrophage Inflammatory Protein 2 and interleukin-17A/F, and that the microbiota of these patients lead to the same increase in pro-inflammatory cytokines in mice. To corroborate the hypothesis that patients experiencing AL after surgery harbor higher basal levels of microbiota-driven low-grade inflammation in the gut, we quantified 9 cytokines in the colorectal mucosa of 77 patients with CRC, among whom 13 experienced AL after surgery. All 9 cytokines were found to be increased in patients developing AL. We explored potential fecal inflammatory markers that could be used as screening biomarkers before surgery, and identified calprotectin and lipocalin-2 as being significantly different between patients that subsequently developed, or not, AL. 4 Next we explored whether bacterial metabolites may be used to improve anastomotic healing. Short-chain fatty acids are produced in the gut upon bacterial fermentation of dietary fibers. We therefore tested in mice whether dietary supplementation with inulin or galacto-oligosaccharides (GOS), two fermentable oligosaccharides, could improve healing. We found that inulin and GOS increased the levels of the beneficial SCFA butyrate, improved anastomotic healing, promoted epithelial repair, collagen deposition and the gut barrier function. Finally, as butyrate is known to exert anticarcinogenic effect by stimulating the nuclear receptor peroxisome proliferator-activated receptor gamma (PPAR-γ), we further investigated the relationship between promotion of postoperative intestinal healing using inulin and 5-aminosalicylate (5-ASA), a PPAR-γ activator, and CRC recurrence. A review of postoperative survival of CRC patients with and without AL was performed. The effect of dietary supplementation with inulin and 5-ASA on local anastomotic tumors was assessed in mice undergoing colonic surgery. Inulin and 5- ASA were also assessed in a mouse model of liver metastasis where CRC cells are surgically inoculated into the spleen. Patients experiencing AL displayed significantly lower overall and oncological survival than non-AL patients. Poor anastomotic healing in mice led to larger anastomotic and peritoneal tumors. Inulin and 5-ASA reinforced the gut barrier and prevented anastomotic tumors and metastatic spread in mice. These findings reinforce the hypothesis that preventing AL improves oncological outcomes in patients with CRC, and pave the way towards clinical trials in which microbiotatargeted interventions may be used to enhance healing and diminish cancer recurrence. In summary, we demonstrated for the first time the causal link between the preoperative gut microbiota and anastomotic healing in patients with CRC. We also identified potential biomarkers that could be used in practice to detect microbiota-driven subclinical inflammation and predict healing before surgery. We also showed that the gut microbiota and PPAR-g could be modulated using fermentable oligosaccharides to improve healing, reinforce the gut barrier and prevent cancer recurrence.

La barrière intestinale est la plus grande surface de contact entre le milieu extérieur et le milieu intérieur. Outre ses fonctions d'absorption des nutriments, elle exerce un rôle important de défense contre les agents indésirables (toxines, bactéries) contenus dans la lumière intestinale. Une augmentation de la perméabilité intestinale a été observée chez les patients atteints du syndrome de l'intestin irritable (SII) ou des maladies inflammatoires chroniques de l'intestin (MICI). Cette hyperperméabilité intestinale est contemporaine d'une hypersensibilité viscérale à la distension de la paroi intestinale. Des travaux récents rapportent également une augmentation de l'activité protéolytique du contenu intestinal dans le cadre de ces deux pathologies. Les estrogènes, par leurs propriétés anti-inflammatoires et leur capacité à moduler la perméabilité intestinale par activation de leurs récepteurs (REs) peuvent contribuer à l'amélioration des symptômes associés à ces pathologies digestives. Une variété de traitements médicaux a été utilisée pour la prise en charge thérapeutique du SII et de MICI. Cependant, les patients questionnent les cliniciens sur des conseils diététiques susceptibles d'améliorer leur qualité de vie. Ainsi, l'objectif de ce travail était d'évaluer les effets et les mécanismes d'action impliqués, d'un traitement par du germe de soja fermenté (SG) sur l'hyperalgésie viscérale et l'hyperperméabilité intestinale dans des modèles animaux mimant le SII et les MICI afin de proposer des futures allégations santé à ce produit. Le rationnel de l'évaluation de cet ingrédient était basé sur sa composition intéressante, à savoir, sa teneur en composés à propriétés estrogéniques (isoflavones) et sa capacité à inhiber les protéases (BBI). Dans un premier temps, nous avons montré qu'un traitement oral de 15 jours par le SG diminue de façon significative l'hypersensibilité viscérale, l'hyperperméabilité intestinale ainsi que l'augmentation de l'activité protéolytique induites par un stress de contrainte chez le rat. La diminution de la perméabilité intestinale implique une surexpression de l'occludine, protéine des jonctions serrées. De même, le traitement par du SG réduit la densité des mastocytes au niveau du côlon. Tous les effets préventifs du SG sauf ceux sur l'activité protéolytique sont estrogéno-dépendants car bloqués par l'antagoniste des REs. Dans un second temps, nous avons montré qu'un traitement préventif par le SG pendant 15 jours présente des effets protecteurs vis-à-vis d'une inflammation intestinale induite par du TNBS. Le SG atténue la sévérité de l'inflammation, l'hyperperméabilité, l'hypersensibilité et l'augmentation de l'activité protéolytique induites par la colite. Les effets anti-inflammatoires du SG sont à la fois dépendants des phytoestrogènes et du contenu de l'ingrédient en BBI. En conclusion, ces données sont prometteuses pour une future utilisation du SG dans la gestion thérapeutique du SII et des MICI comme traitement adjuvant / The intestinal barrier is the largest area of contact between the external environment and internal environment. In addition to its function of nutrient absorption, the intestinal barrier plays a key role of defense against noxious agents (toxins, bacteria) contained in the intestinal lumen. An increase in intestinal permeability was observed in patients with irritable bowel syndrome (IBS) or inflammatory bowel disease (IBD). This intestinal hyperpermeability was often associated with visceral hypersensitivity to colorectal distension. Recent studies also report an increase in the proteolytic activity in patients with IBS or IBD. Estrogens, through their anti-inflammatory properties and their ability to modulate intestinal permeability by activating estrogen receptors (ERs), can play an important role in these digestive diseases. A variety of medical therapies have been used for treatment of IBS and IBD. However, patients question clinicians about dietary suggestions to improve their symptoms and quality of life. Thus, the aim of this study was to evaluate the effects and mechanisms of action involved of a treatment with fermented soy germ (SG) on visceral hyperalgesia, intestinal hyperpermeability in animal models mimicking the IBS and IBD. The evaluation of this ingredient was based on its interesting composition, i.e its content of isoflavones and a family of serine protease inhibitors known as BBI. Initially, we demonstrated that an oral treatment of 15 days by SG significantly reduces visceral hypersensitivity, intestinal hyperpermeability and increased proteolytic activity induced by acute stress in the rat. Decreased intestinal permeability is due to overexpression of occludin, a transmembrane tight junction protein. Similarly, treatment with SG reduces the density of colonic mast cells. All preventive effects of SG except those on the proteolytic activity are estrogen-dependent because blocked by the antagonist of ERs. In a second step, we demonstrated that a treatment for 15 days with SG induces protective effects against intestinal inflammation induced by TNBS. SG reduces the severity of colitis, decreases TNBS-induced hyperpermeability, hypersensitivity and increased proteolytic activity. The anti-inflammatory effects of SG are estrogen and/or BBI dependent. In conclusion, these data are promising for future use of the SG as adjuvant therapy in IBS and IBD management