Inflammatory bowel disease (IBD), characterised by chronic intestinal inflammation, is hypothesised to arise from the interplay between susceptibility genes, the immune system, environmental factors, and gut microbiota. Akkermansia muciniphila is a symbiotic bacterium that accounts for 1-5% of the human fecal microbiota. This microbe has been hailed as a next-generation probiotic, principally with regards to its plethora of beneficial host interactions, including the ability to influence mucin secretion and strengthen the intestinal barrier. Though a clear-cut role and mechanism by which A. muciniphila influences inflammatory conditions is unknown, evidence indicates this microbe is depleted in IBD, suggesting it may have protective effects that are lost in these conditions. Here, we investigate the role and mechanism of A. muciniphila in intestinal inflammation and its influence on intestinal barrier function by utilizing barrier-disrupting models of colitis, including dextran sulphate sodium (DSS) and Trichuris muris. Though only minor benefits were derived from this microbe in germ-free mice, in specific pathogen-free (SPF) mice, administration of pasteurized A. muciniphila in a DSS recovery model ameliorated inflammation severity and promoted recovery compared to controls. When gavaged prior to DSS administration, both live and pasteurized A. muciniphila failed to diminish inflammatory markers indicating minimal preventative effects. T. muris-infected SPF mice treated with live A. muciniphila showed increased levels of Th2 and anti-inflammatory cytokines, decreased worm burden, and enhanced levels of the mucin, Muc5ac, compared with those receiving control broth or pasteurized bacteria. Further, both live and pasteurized A. muciniphila ameliorated the severity of inflammation in mucin 2 deficient (Muc2-/-) mouse model of spontaneous colitis, indicating that these protective effects are Muc2-independent. These observations provide us not only with an enhanced understanding of the role A. muciniphila plays in the pathogenesis of intestinal inflammatory conditions but also may fuel novel avenues of treatment for those with IBD. / Thesis / Master of Science (MSc) / Akkermansia muciniphila is a bacterium that accounts for 1-5% of the human fecal microbiota and has been shown to stimulate intestinal mucus production and strengthen the gut barrier. Though several studies have linked inflammatory bowel disease (IBD) with decreased levels of A. muciniphila, the precise role of this microbe in gut inflammation is unknown. In this research, we investigate the role of A. muciniphila in gut barrier function and inflammation. Across several experimental models, we find that supplementation with live, and in some cases, pasteurized A. muciniphila, can help curb established inflammation and promote a more anti-inflammatory gut environment. We also identify that these changes are independent of this bacteria’s ability to influence mucin 2, the main building block of intestinal mucus. This study has the potential to both enhance our understanding of microbial influence in intestinal inflammation and may also lead to the development of future treatments for IBD.

No

A caquexia é uma síndrome multifatorial e multiorgânica associada ao câncer e outras doenças crônicas e caracterizada por perda involuntária grave de massa corporal, metabolismo e função imune alteradas, anorexia, fadiga e diminuição da qualidade de vida. A caquexia afeta cerca de 50% dos pacientes com câncer de cólon e é diretamente responsável pela morte de pelo menos 20% de todos os pacientes com câncer. A inflamação sistêmica, resultante da produção de mediadores inflamatórios, é comumente observada na caquexia do câncer. É possível que a inflamação possa derivar em parte da falha da função de barreira intestinal, promovendo uma ativação imunológica persistente. Este estudo envolveu 45 pacientes, divididos em grupos: WSC (câncer de peso estável) e CC (câncer com caquexia) e investigou a inflamação do cólon e a composição da microbiota intestinal na caquexia. Para tanto, realizou-se uma análise histológica por microscopia de luz e quantificação de fatores inflamatórios por Luminex® xMAP em biópsias de cólon retossigmóide (20 cm distantes do sítio tumoral) obtidas de pacientes CC e WSC durante a cirurgia para a retirada de tumor. Adicionalmente, realizou-se o seqüenciamento genético para a análise da composição da microbiota presente nas fezes dos pacientes. O número de agregados linfóides, eosinófilos e fibroblastos foi maior na mucosa do cólon em CC do que em WSC. A expressão da interleucina 7 (IL-7), da interleucina 13 (IL-13) e do fator de crescimento transformador beta 3 (TGF- &#946 3) aumentou significativamente no CC, em comparação com o WSC. Houve uma redução de bactérias dos gêneros Anaerotipes, Dorea e Coprococcus nos pacientes do grupo CC. Por outro lado, houve um aumento de bactérias dos gêneros Gemella e Parvimonas nos pacientes CC, comparado aos pacientes WSC. Os resultados sugerem alterações na barreira intestinal dos pacientes caquéticos, com um aumento do recrutamento de células imunes na mucosa do cólon, resposta inflamatória e de reparo teciduais. Não está claro se as respostas locais podem ser dirigidas pela disbiose ou podem promover a disbiose. Compreender o papel do intestino e da microbiota intestinal na patogênese desta síndrome pode levar ao desenvolvimento de novos alvos terapêuticos, a fim de minimizar a inflamação intestinal e os sintomas da caquexia. / Cachexia is a multifactorial and multiorgan syndrome associated with cancer and other chronic diseases and characterised by severe involuntary loss of body weight, disrupted metabolism, altered immune function, anorexia, fatigue and diminished quality of life. Cachexia affects around 50% of patients with colon cancer and is directly responsible for the death of at least 20% of all cancer patients. Systemic inflammation, the result of the production of inflammatory mediators, is commonly observed in cancer cachexia. It is possible that inflammation may partly derive from the failure of gut barrier function, yielding persistent immune activation. This study involved 45 patients, divided into groups: WSC (Weight Stable Cancer) and CC (Cachectic Cancer) and investigated the inflammation of the colon and the composition of the intestinal microbiota in cachexia. For this purpose, we carried out a morphological analysis by light microscopy and quantification of inflammatory factors by Luminex® xMAP in rectosigmoid colon biopsies (20 cm distant from the tumour site) obtained from cachectic (CC) and weight stable (WSC) colon câncer patients, during surgery. In addition, the genetic sequencing was performed to analyze the composition of the microbiota in the faeces of the patients. The number of lymphocytic aggregates, eosinophils and fibroblasts was higher in the mucosa of the colon in CC than in WSC. In regard to inflammatory cytokines, interleukin 7 (IL-7), interleukin 13 (IL-13) and transforming growth factor beta 3 (TGF- &#946 3) protein expression was significantly increased in CC, compared with WSC. There was a reduction of bacteria of the genus Anaerotipes, Dorea and Coprococcus in CC. On the other hand, there was an increase of bacteria of the genus Gemella and Parvimonas in CC patients, compared to WSC patients. The results suggest alterations in the intestinal barrier in cachectic patients, with an increase in the recruitment of immune cells in the mucosa of the colon, orchestrating an inflammatory response and in tissue repair. It is not clear whether local responses can be driven by dysbiosis or if it could promote dysbiosis. Understanding the role of the intestine and intestinal microbiota in the pathogenesis of this syndrome may lead to the development of new therapeutic targets in order to minimize intestinal inflammation and the symptoms of cachexia.

Les pathologies intestinales sont des maladies multifactorielles dont l’incidence ne cesse d’augmenter. Les maladies organiques regroupent les maladies inflammatoires chroniques de l'intestin tel que la maladie de Crohn (MC) et les pathologies fonctionnelles digestives comprennent les différentes formes du syndrome de l'intestin irritable (SII). Ces pathologies présentes des caractéristiques communes comme des troubles du transit, des douleurs abdominales, un dysfonctionnement de la barrière intestinale et des modifications de la communication bidirectionnelle de l’axe intestin-cerveau et une altération de la composition du microbiote intestinal (dysbiose). Cette dernière peut être en partie associée à un déficit de production en peptides et protéines antimicrobiennes (PAMs) par les cellules de Paneth. Parmi les cibles thérapeutiques stratégiques, une réduction de la dysbiose dans le but de réduire l’état inflammatoire ou micro-inflammatoire de la muqueuse font aujourd’hui l’objet de différentes études. Ces traitements alternatifs montrent l’efficacité d’un régime nutritionnel adapté, d’un apport en probiotiques ou en prébiotiques sur le microbiote intestinal des patients MC et SII, et sur l’intégrité de leur barrière intestinale. Parmi les matrices alimentaires présentant une composition nutritionnelle intéressante proche du lait maternel humain, le lait d’ânesse (LA) contient également une forte teneur en PAMs (lysozyme). En parallèle, un observatoire économique et social de la filière asine commandité par l’Institut National Âne et Mulet fait le diagnostic d’une activité grandissante autour du LA chez les éleveurs français et montre, face à une concurrence italienne et chinoise importante, la nécessité d’une meilleure organisation de la filière via une meilleure valorisation du LA. L’objectif de cette thèse était d’évaluer un potentiel effet santé du LA et d’apporter des preuves scientifiques robustes pour permettre une meilleure valorisation de ce dernier. Ainsi, l’effet d’une consommation orale chronique de LA a été évalué sur deux modèles précliniques murins distincts : un modèle d’iléite expérimentale induite par une administration per os d’indométacine et un modèle de stress psychologique chronique (Water Avoidance Stress, WAS). Dans ce travail, le rôle clé de l’activité du lysozyme dans les effets observés a également été évalué. Des essais de traitements thermiques ont aussi été réalisés pour optimiser un barème de pasteurisation permettant de proposer un LA répondant aux normes réglementaires microbiologiques et sanitaires tout en conservant l’activité du lysozyme contenue dans le lait. Les travaux de cette thèse montrent que le LA possède des propriétés anti-inflammatoires se traduisant par une réduction significative des lésions inflammatoires macroscopiques et microscopiques de l’iléon. Cet effet est associé à une réduction de la dysbiose intestinale et normalise les niveaux de PAMs dans les cellules de Paneth drastiquement réduits lors de l’iléite. Dans le modèle WAS, le LA et la fraction contenant l’activité en lysozyme réduisent l’hypersensibilité viscérale, l’état micro-inflammatoire induites par le stress et restaurent les niveaux de PAMs dans les cellules de Paneth réduits par le stress. Un traitement thermique de 2 min/72°C permet d’augmenter la durée de vie du LA tout en conservant l’activité du lysozyme et ses propriétés santé sur la muqueuse intestinale chez la souris. / Gut pathologies are multifactorial with a constant increasing incidence. Organic diseases include inflammatory bowel diseases such as Crohn's disease (CD) and functional pathologies include various subtypes of irritable bowel syndrome (IBS). These pathologies present common features such as transit disorders, abdominal pain, dysfunction of the intestinal barrier associated with bidirectional gut-brain axis modifications and alterations of the gut microbiota composition (dysbiosis). Dysbiosis is generally associated with a lack of production of antimicrobial peptides and proteins (AMPs) by Paneth cells. Among the alternative treatment strategies, it has been proposed to reduce gut inflammation by correcting intestinal dysbiosis. Recent studies show the efficacy of a suitable diet, probiotics or prebiotics interventions on gut microbiota and on the integrity of their intestinal barrier in CD and IBS patients. Among interesting food matrices, donkey milk (DM) is a good candidate with a nutritional composition close to human breast milk and contains high levels of AMPs like lysozyme. An economic and social observatory of the donkey industry was ordered by the Institut National Âne et Mulet for a better support of growing French activity around DM against Italian and Chinese competitions. The objective of this thesis was to evaluate the potential beneficial healthy effect of DM and to provide robust scientific evidences for a better valorization of this product. Thus, the effect of chronic oral intake of DM was evaluated on two distinct murine preclinical models: a model of experimental ileitis induced by an oral administration of indomethacin and a model of chronic psychological stress (Water Avoidance Stress, WAS). In these studies, the key role of lysozyme activity in the observed effects was highlighted. In order to develop the DM market in France, thermal treatments have been carried out to optimize a pasteurization process to obtain a DM in accordance with the regulatory microbiological and sanitary standards while preserving the activity of the lysozyme contained in milk. The work of this thesis shows that DM exerts anti-inflammatory properties resulting in a significant reduction of the macroscopic and microscopic inflammatory lesions of the ileum. This effect is associated with a reduction of gut dysbiosis while normalizing the level of drastically reduced AMPs contained Paneth cells in the ileitis model. In the WAS model, DM and the fraction containing activity of lysozyme reduce visceral hypersensitivity, stress-induced gut microinflammatory status and also restore the level of AMPs in Paneth cells . A heat treatment at 2 min/72 °C allows to increase the shelf-life of DM while preserving the activity of lysozyme and its gut beneficial healthy properties in mouse.

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

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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.

Inflammatory bowel disease (IBD) represents a group of multifactorial illnesses with increasing incidence worldwide. Crohn's disease (CD) and ulcerative colitis (UC) are the two most thoroughly defined phenotypes of IBD. IBD associated with primary sclerosing cholangitis (PSC) - a progressive biliary disease leading to cirrhosis and liver failure - is considered as specific IBD phenotype (also referred to as 'PSC - IBD') due to its clinical and pathophysiological characteristics. The aim of the experimental part of this thesis was to define specific features of PSC - IBD in the key areas of IBD pathogenesis. These are: microbiota composition, gut - barrier failure, genetic predisposition and aberrant cellular and antibody immune response. Furthermore, the other goals were to describe relation of IBD status and activity to liver transplantation (LTx) and carcinogenesis based on thorough analysis of clinical data in patients under surveillance at the liver transplantation unit. Using the next-generation parallel sequencing technology, we discovered specific bacterial and mycobial features of gut microbiota composition in PSC - IBD which significantly differed from UC and healthy controls recruited from Czech general population. Moreover, we identified numerous seral biomarkers distinguishing CD, UC...