L'altération de la fonction endothéliale vasculaire est un phénomène précoce et central dans la pathogenèse de l'athérosclérose. Chez l'homme sain, un repas trop gras et trop sucré induit un ensemble de désordres vasculaires postprandiaux dont les voies de signalisation restent encore méconnues. Par ailleurs, si certains acides aminés participent à l'homéostasie vasculaire, aucune étude n'a examiné les effets d'une modulation de la nature des protéines d'un repas sur les fonctions endothéliales vasculaires. Afin de préciser l'implication des voies de signalisation du monoxyde d'azote (NO), molécule clé dans l'homéostasie vasculaire, et d'étudier les composantes de la réponse inflammatoire postprandiale, nous avons cherché à caractériser, chez le rat sain, les principaux paramètres de la dysfonction endothéliale induite par un repas riche en acides gras saturés et en saccharose. Nous avons ensuite examiné le potentiel des protéines de colza, naturellement riche en arginine et en cystéine, précurseurs respectifs du NO et du glutathion, à moduler la dysfonction endothéliale postprandiale. De ce travail de thèse s'est dégagé un solide modèle animal de dysfonction endothéliale postprandiale caractérisée par une diminution de la réactivité vasculaire NO-dépendante, une inflammation à bas bruit et du stress oxydant. Ces évènements postprandiaux délétères étaient associés à une diminution de la production corps-entier du NO et une activation de NF-κB au niveau du tissu adipeux viscéral. Enfin, nous avons montré que les protéines de colza, à des doses nutritionnelles, réduisait le stress oxydant, et prévenait complètement l'altération de la réactivité vasculaire NO-dépendante induits par l'ingestion d'un repas hyperlipidique. Cet effet protecteur des protéines de colza, nous invite à envisager, chez l'homme, la modulation de la nature des protéines d'un repas comme une véritable approche nutritionnelle de prévention du risque cardiovasculaire.

RESUME: S'il est établi que les acides aminés interagissent à différents niveaux avec les mécanismes de la régulation glycémique, le rôle quantitatif et qualitatif de l'apport protéique dans l'homéostasie du glucose reste controversé. Le stress oxydant joue un rôle important dans la pathogenèse de l'insulino-résistance, mais peu d'études ont exploré les effets de modulations de l'apport en cystéine, substrat limitant de la synthèse de glutathion. Après une étude des données bibliographiques portant sur les relations entre l'apport protéique et la régulation glycémique, avec un intérêt particulier porté à l'apport en acides aminés soufrés, nous présentons les résultats de nos études expérimentales réalisées chez le rat. Nous avons exploré les effets de la consommation de régimes hyperprotéiques sur la composition corporelle, la tolérance au glucose et la sensibilité à l'insuline et nous avons évalué les contributions respectives de la diminution spontanée de l'apport énergétique et de l'augmentation de l'apport protéique dans les effets observés. Par la suite, nous avons étudié les effets d'une augmentation spécifique en aigu et à moyen terme de l'apport en cystéine, apportée par l'intermédiaire d'une source protéique naturellement riche en cystéine (protéines de lactosérum enrichies en αlactalbumine) ou d'un donneur de cystéine (N-acétylcystéine), sur le statut en glutathion et la régulation glycémique chez le rat nourri avec un régime hypersaccharosé, un modèle d'induction nutritionnelle de stress oxydant associé à l'apparition d'une insulino-résistance. Différents paramètres de la régulation glycémique, évaluée à jeun et en dynamique (période postprandiale et provocations glycémiques ou insuliniques), ont été confrontés à des marqueurs du statut redox, du métabolisme du glutathion, de la production et de la biodisponibilité du monoxyde d'azote. L'augmentation de la fraction protéique de l'alimentation réduit le dépôt adipeux et améliore la régulation glycémique chez le rat sain. Chez le rat nourri avec un régime hypersaccharosé, une augmentation spécifique de l'apport en cystéine améliore le statut en glutathion et prévient le stress oxydant, les dysrégulations glycémiques et la réduction de la biodisponibilité du monoxyde d'azote. Ces résultats suggèrent que des conditions alimentaires conduisant à l'apparition d'un stress oxydant modéré pourraient être associées à une augmentation des besoins en acides aminés soufrés et que la non couverture de ces besoins favorise l'apparition de dysfonctions métaboliques.

Résumé : Les régimes hyperprotéiques sont couramment consommés mais les conséquences au niveau du gros intestin sont peu connues. L’objectif de la thèse était d’étudier les effets des régimes hyperprotéiques et des métabolites bactériens dérivés des acides aminés sur la muqueuse du gros intestinUne série d’expérimentations animales et in vitro a permis de montrer que deux métabolites bactériens dérivés des acides aminés (le sulfure d’hydrogène et le p-cresol) sont toxiques pour l’épithélium lorsqu’ils sont présents en concentration élevée. Les résultats obtenus lors d’une étude clinique montrent que la quantité et la qualité des protéines alimentaires n’ont pas d’effets marqués sur la composition du microbiote fécal mais modifient les concentrations fécales et urinaires en métabolites bactériens.Ces modifications de l’environnement luminal du gros intestin n’étaient pas associées à une augmentation de la cytotoxicité des eaux fécales in vitro. Néanmoins, dans la muqueuse rectale, l’augmentation de l’apport en protéines a régulé l’expression de gènes impliqués dans le maintien de l’homéostasie et ces effets étaient distincts en fonction de la source de protéines utilisée. Toutefois, le niveau d’apport en protéines n’avait pas d’effet sur les paramètres inflammatoires et histologiques dans la muqueuse. Ces résultats ont été complétés par une étude chez le rat montrant qu’un régime hyperprotéique modifie le transcriptome dans les colonocytes mais n’a pas d’effets délétères en termes d’intégrité de l’ADN, de renouvellement de l’épithélium et de fonction barrière. / Abstract: High-protein diets are frequently consumed but the consequences for the large intestine are not well described. The objective of this thesis was to evaluate the effects of high-protein diets and of amino-acid derived bacterial metabolites on the large intestine mucosa. Animal and in vitro studies showed that two amino acid derived bacterial metabolites (hydrogen sulfide and p-cresol) are toxic for the epithelium when present at high concentration. The results obtained in a clinical trial indicate that quantity and quality of dietary protein do not have major effects on the fecal microbiota composition but modify the fecal and urinary concentration of bacterial metabolites.These changes in luminal environment were not associated with an increase in fecal water cytotoxicity in vitro. Nevertheless, in the rectal mucosa, the increase in protein intake regulated the expression of genes implicated in homeostatic processes and these effects were modulated by the source of protein. However, the level of protein intake had no effect on immune and histological parameters in the mucosa. These results were completed with a study in rats showing a clear transcriptome profile in colonocytes induced by a high-protein diet but that was not associated with detrimental effects in terms of DNA integrity, epithelial renewal and barrier function.

Les protéines sont considérées comme le macronutriment avec le pouvoir de satiété le plus fort. Pendant la digestion les protéines agissent à différents niveaux: dans l'estomac, elles retardent la vidange gastrique et prolongent donc la distension gastrique agissant ainsi sur le rassasiement; dans l'intestin des acides aminés (AA) et les peptides sont détectés et entraînent l'activation du nerf vague et la libération de médiateurs gastro-intestinaux. Le nerf vague transmet ces signaux vers le complexe vagal dorsal (DVC), responsable du contrôle de l'ingestion. Les peptides gastro-intestinaux ainsi que les AA absorbés sont également détectés au niveau l'hypothalamus, en charge de la régulation de l'équilibre énergétique.<br /> Les mécanismes exacts par lesquels les protéines alimentaires influencent la faim et la satiété ne sont pas encore compris. Pour mieux comprendre ces phénomènes, nous avons réalisé 3 études qui constituent le présent travail de doctorat. Tout d'abord, concernant la transmission des informations relatives à la présence de protéines via le nerf vague, une première étude a montré que les afférences vagales de la zone hépato-portale ne sont pas nécessaires pour la dépression de la prise alimentaire induite par un régime HP. Deuxièmement, nous avons comparé les motifs d'activité neuronale dans le DVC en réponse à une charge protéique ou glucidique. L'utilisation de techniques de modélisation et de reconstruction 3D a permis de montrer que les motifs d'activité neuronale par la présence de protéines et de glucides sont spatialement distinctes. Dans une troisième étude nous avons testé l'effet des protéines sur le métabolisme énergétique et sur la réponse à une stimulation inhibitrice de la faim, ce dernier paramètre ne semble pas être significativement modulé par une augmentation de l'apport en protéine de la ration chez la souris.