L’aluminium (Al) est le métal le plus abondant de notre environnement. Il est naturellement présent dans les sols, les roches, les minéraux, l’air, l’eau, et son utilisation pour la fabrication de produits de consommation courante n’a cessé d’augmenter de façon exponentielle dans les pays industrialisés. Durant les dernières décennies, la biodisponibilité de l’Al a fortement augmenté par l’activité humaine et les populations sont exposées quotidiennement à de multiples sources et doses d’Al, notamment par la voie orale. En se basant sur la description des effets toxiques et délétères de l’Al dans diverses pathologies ainsi que sur les doses d’Al ingérées, nous avons montré que l’Al pouvait participer à l’aggravation de l’inflammation intestinale, diminuer la cicatrisation muqueuse et le renouvellement cellulaire (Pineton de Chambrun et al., 2014).Dans le but de comprendre les mécanismes par lesquels l’Al perturbait l’épithélium intestinal, nous avons évalué la toxicité de l’Al sur la cellule épithéliale intestinale. Nous avons montré dans cette étude que l’Al diminuait la viabilité cellulaire, favorisait l’apoptose et perturbait le cycle cellulaire. L’Al avait également des effets pro-carcinogènes et pro-inflammatoires sur les cellules épithéliales intestinales. Ainsi, nous avons démontré que l’Al pouvait avoir des effets toxiques sur la muqueuse intestinale.Nous avons ensuite étudié les effets de l’Al sur la sensibilité viscérale chez le rongeur. Nous avons montré que l’ingestion d’une dose d’Al cohérente avec l’exposition humaine induisait une augmentation de la sensibilité viscérale chez le rat et la souris. Cette hypersensibilité induite par l’Al était persistante et exacerbée lors d’une nouvelle intoxication, indiquant ainsi qu’il n’y a pas de phénomène de tolérance. De plus, les femelles étaient plus affectées par l’hypersensibilité induite par l’Al que les mâles. Nous avons montré que les mécanismes impliquaient une augmentation de la perméabilité et étaient dépendants de la dégranulation des mastocytes et du récepteur aux protéases 2. Ces résultats sont pertinents avec la description des mécanismes observés dans la pathogénèse du syndrome de l’intestin irritable (SII). En effet, les malades présentent le plus souvent une hypersensibilité viscérale, une augmentation de la perméabilité intestinale, une altération du microbiote et une inflammation intestinale à bas grade. Les causes de cette maladie sont inconnues mais les facteurs environnementaux sont fortement suspectés. Ainsi, l’Al pourrait être un nouveau facteur de risque environnemental impliqué dans le développement du SII.En conclusion, ces résultats nous ont permis de démontrer la toxicité de l’Al sur le tube digestif et de mettre en avant un nouveau facteur de risque environnemental dans la physiopathologie des maladies intestinales telles que les maladies inflammatoires chroniques de l’intestin et le syndrome de l’intestin irritable. / Aluminium (Al) is the most abundant metal in our environment. Al naturally occurs in soils, rocks, minerals, air, water and its use in consumer products increase exponentially in industrialized countries. During last decades, human activities led to an increase in the bioavailability of Al and populations are exposed daily to multiple sources and doses of Al, including the oral route. Based on the description of toxic and deleterious effects of Al in various pathologies as well as ingested doses of Al, we showed that Al could participate in the exacerbation of intestinal inflammation, decrease mucosal healing and cell renewal (Pineton de Chambrun et al., 2014).In order to understand the mechanisms involved in the perturbations of the intestinal epithelium, Al toxicity was evaluated on intestinal epithelial cells. This study showed that Al decrease cell viability, promote apoptosis and disturb cell cycle. Al had also pro-tumorigenic and pro-inflammatory effects on intestinal epithelial cells. Thus, we demonstrated that Al could promote toxic effects on intestinal mucosa.Then, we evaluated the effects of Al on visceral sensitivity in rodents. We have demonstrated that currently ingested amounts of Al, in humans, induced in mice and rats a dose dependent increase of colorectal sensitivity. Al-induced hypersensitivity persists over time so that intoxication was arrested, and appears again when Al intoxication resumes, dismissing any tolerance phenomenon. Moreover, female gender was more affected by Al-induced hypersensitivity than male gender. Mechanisms involved an increased permeability and were dependent on mast cell degranulation and protease activated receptor 2. These results are relevant to the mechanisms observed in the pathogenesis of irritable bowel syndrome (IBS). Indeed, patients usually exhibit visceral hypersensitivity, increased permeability, impaired microbiota and low inflammation degree of the gastrointestinal tract. Causes of the disease remain unknown but environmental factors are strongly suspected to be involved in the pathogenesis. Thus, Al could be a new environmental risk factor involved in the development of IBS.In conclusion, these results demonstrate the toxicity of Al on the digestive tract and highlight a new environmental risk factor in the physiopathology of intestinal diseases such as inflammatory bowel diseases and irritable bowel syndrome.

Les douleurs viscérales sont des douleurs diffuses et irradiantes dont le traitement est souvent problématique faute d'étiologie bien identifiée. En particulier, les douleurs abdominales observées dans les troubles fonctionnels digestifs (TFI) s'expriment en l'absence d'atteinte organique ce qui rend difficile la compréhension des mécanismes physio-pathologiques de ces troubles. Cette problématique est un enjeu de santé publique puisque les TFI, et en premier lieu le syndrome de l'intestin irritable (SII), concerneraient 20% de la population occidentale. Les études cliniques fournissent des pistes de recherche sur l'origine des troubles dans les TFI mais sont souvent insuffisantes pour décortiquer leurs mécanismes physio-pathologiques. Les modèles animaux apparaissent comme une voie alternative permettant de tester des hypothèses diverses sur l'origine des douleurs viscérales. Nous avons ainsi utilisé un modèle animal de SII développé au laboratoire, le modèle butyrate, qui se base sur des données cliniques rapportant un excès de butyrate, un acide gras à chaîne courte, dans le côlon des patients atteints de SII. Ce modèle consiste en 6 instillations intra-coliques de butyrate 200mM, réalisées sur une durée de 4 jours, qui induisent une hyper-sensibilité colique (HSC) chez le rat dès la fin des instillations. L'HSC induite par le butyrate est évaluable par le test de distension colo-rectale (DCR). Elle est persistante et ne s'accompagne pas de lésion de la muqueuse colique ce qui est en accord avec les caractéristiques cliniques du SII. Après avoir établi la pertinence du modèle butyrate pour l'étude du SII, l'équipe s'est attaché à l'étude des mécanismes par lesquels le butyrate induit une HSC. Un traitement néo-natal des rats par la capsaïcine, qui permet de détruire les fibres nociceptives de type C, empêche le développement de l'HSC induite par le butyrate chez ces rats devenus adultes. Les afférences coliques de type C transmettent donc le message douloureux viscéral induit par le butyrate. L'objectif premier de ce travail de thèse a été de déterminer par quel mécanisme le butyrate sensibilise ces afférences. Nous avons émis l'hypothèse que le nerve growth factor (NGF), une neurotrophine impliquée dans la nociception et dans les processus d'inflammation neurogène des nerfs entériques dans le SII, pourrait contribuer à la sensibilisation colique. Implication du NGF dans l'HSC Nous avons montré que l'administration répétée d'anticorps anti-NGF (voie i.p.) prévient l'HSC induite par le butyrate, évaluée lors du test de DCR. De plus, nous avons montré par immuno-histo-chimie (IHC) que le NGF est exprimé dans le côlon des rats traités avec du butyrate mais son expression n'y est pas augmentée. En revanche, le NGF est sur-exprimé dans les ganglions rachidiens dorsaux (GRD) innervant le côlon. Ces résultats indiquent que le NGF est impliqué dans l'HSC induite par le butyrate et que son action pourrait s'exercer principalement au niveau du système nerveux périphérique (GRD). En effet, le NGF est impliqué dans le développement des phénomènes d'hyperalgie en induisant l'expression de molécules jouant un rôle clé dans la nociception comme les canaux ioniques. Notre attention s'est portée sur les canaux ioniques sensibles à l'acide (ASIC) et le transient receptor potential vannilloid1 (TRPV1) car de nombreuses études ont montré l'implication de ces canaux dans les douleurs viscérales et leur modulation par le NGF. Implication des canaux ASIC dans l'HSC Nous avons montré que l'administration d'amiloride (antagoniste des canaux ASIC, voie i.v.) mais pas celle de capsazepine (antagoniste du TRPV1, voie i.p.) prévient l'HSC induite par le butyrate, évaluée lors du test de DCR. L'HSC induite par le butyrate implique donc un mécanisme dépendant des ASIC mais pas de TRPV1. De plus, nous avons montré par RT-PCR semi-quantitative que le niveau d'expression des ARNm des gènes codant les sous-unités ASIC1A et ASIC1B est augmentée dans les GRD des rats butyrate. L'augmentation du niveau d'expression des ARNm a été corrélée à une augmentation de l'expression de la protéine ASIC1A dans les GRD, quantifiée par IHC. En déterminant la proportion de neurones immuno-réactifs (IR) à la protéine ASIC1A, nous avons montré que sa sur-expression est restreinte aux neurones de petit diamètre. Ces résultats montrent que le canal ASIC1A est impliqué dans l'HSC induite par le butyrate. Nous avons ensuite voulu savoir si, en accord avec la bibliographie, la sur-expression de ASIC1A pouvait être la conséquence de celle du NGF. Modulation de l'expression de ASIC1A par le NGF dans l'HSC Nous avons tout d'abord montré par microscopie confocale que le NGF et son récepteur de haute affinité (trkA) sont colocalisés avec ASIC1A dans les neurones sensoriels et en particulier dans ceux exprimant le calcitonin gene-related peptide. Nous avons ensuite montré par IHC et par Western blot que la sur-expression de ASIC1A dans les GRD est prévenue par le blocage du NGF grâce à l'administration répétée d'anticorps anti-NGF (voie i.p.). Ces résultats indiquent que la sur-expression de ASIC1A dans l'HSC induite par le butyrate est dépendante du NGF. Nous pouvons conclure que le NGF et le canal ASIC1A interviennent dans les GRD (et probablement dans les neurones sensoriels de type nociceptif) où ils participent aux phénomènes de sensibilisation concourant au développement de l'HSC induite par le butyrate. Nous ne rapportons pas de variation d'expression du NGF ou de ASIC1A au niveau colique. Ce résultat suggère que la mise en jeu de ces molécules ne se fait pas au niveau des terminaisons libres coliques mais plutôt dans l'élément pré-synaptique de la première synapse nociceptive centrale où elles pourraient amplifier l'activité synaptique médullaire. Nous avons ainsi émis l'hypothèse que l'HSC induite par le butyrate est associée à une sensibilisation centrale de la moëlle épinière (MEp). Sensibilisation centrale dans l'HSC Nous avons utilisé la méthodologie Fos, un marqueur de l'activité neuronale, afin d'évaluer l'état d'excitation de la MEp chez les rats butyrate. L'étude de l'expression spinale de la protéine Fos chez les rats soumis à une DCR nocive répétée a montré que les rats traités avec du butyrate présentent une densité de neurones Fos-IR augmentée par rapport aux rats contrôles dans les couches superficielles de la corne dorsale de la MEp. L'HSC induite par le butyrate s'accompagne spécifiquement du recrutement des segments thoraciques T10-T11-T12 de la MEp dans lesquels nous avons observé une une hyper-réactivité neuronale en réponse à la DCR. De plus, en l'absence de stimulation colique, les rats butyrate présentent hyper-activité basale dans les segments T10-T11-T12. Comme le canal ASIC1A spinal participe aux courants provoqués par un stimulus douloureux, nous avons ensuite voulu savoir si cette hyper-activité de la MEp pouvait être la conséquence d'une transmission synaptique accrue impliquant ASIC1A. Nous avons montré que l'administration de PcTx1 (antagoniste des canaux ASIC1A, voie i.t.) prévient l'HSC induite par le butyrate, évaluée lors du test de DCR. Ce résultat indique que les canaux ASIC1A participent aux mécanismes centraux de l'HSC dans le modèle butyrate. Nous avons également montré par RT-PCR et Western blot que le canal ASIC1A est sur-exprimé dans la MEp des rats butyrate. De plus, il est exprimé dans les neurones spinaux activés par la DCR où il est co-localisé avec Fos. ASIC1A pourrait donc participer à la transmission du message nociceptif viscéral dans la corne dorsale de la MEp. L'expression des ARNm codant les sous-unités ASIC2A et ASIC2B a également été trouvée augmentée dans la MEp par RT-PCR ce qui suggère que l'hyper-excitabilité spinale observée dans le modèle butyrate pourrait résulter d'une augmentation des conductances ioniques générées par l'activation des canaux hétéromériques de type ASIC1/ASIC2. Tout comme à la périphérie, la sur-expression de ASIC1A pourrait être sous dépendance du NGF. Nos résultats montrent en effet que le NGF est exprimé dans la MEp et que l'administration systémique répétée d'anticorps anti-NGF prévient la sur-expression des ARNm et de la protéine ASIC1A dans la MEp des rats traités avec du butyrate. En conclusion, ce travail de thèse suggère que le NGF et le canal ASIC1A jouent un rôle critique dans le développement de douleurs viscérales en contribuant à la fois aux phénomènes de sensibilisations périphérique et centrale. La meilleure compréhension des mécanismes d'interaction ASIC-NGF dans l'HSC pourrait donc ouvrir de nouvelles perspectives thérapeutiques dans le traitement des douleurs viscérales d'étiologie inconnue comme le SII en se basant sur des stratégies visant à diminuer l'effet potentialisateur du NGF sur les ASIC.