Le Syndrome de l'Intestin Irritable (SII) est caractérisé par des douleurs abdominales chroniques, des diarrhées, des constipations ou l'alternance des deux. Les neurones sensitifs des patients seraient surexcitables et ainsi à l'origine de l'hypersensibilité viscérale ressentie. Parmi les médiateurs impliqués dans le SII, les protéases ont un rôle prépondérant notamment car il a été observé une augmentation de leur activité dans des surnageants de biopsies coliques de patients atteints du SII. Ces protéases sont capables d'activer les " Protease-Activated Receptors " (PARs) dans les neurones sensitifs de souris. L'activation des neurones sensitifs murins peut être déclenchée selon un mécanisme dépendant de PAR2 et générant une hypersensibilité viscérale, mais inhibée par un mécanisme dépendant de PAR4. Dans certaines cellules (plaquettes), les PARs ont des rôles très différents entre la souris et l'homme. L'expression et la signalisation des PARs dans les neurones sensitifs humains étant jusqu'alors inconnues, cette thèse a eu pour objectif général d'étudier la signalisation des PARs et d'identifier les effets de médiateurs présents dans les tissus de patients atteints du SII, sur leur capacité à activer des neurones sensitifs humains. Le but ultime était d'identifier de potentielles cibles thérapeutiques pour le traitement de la douleur viscérale associée au SII chez l'homme. Le premier objectif a été de mettre au point la culture de neurones humains des ganglions spinaux dorsaux (GSD) thoraciques, contenant des projections coliques de neurones sensitifs. Une culture de neurones sensitifs d'une pureté de 90% a été obtenue, ces neurones étaient viables et fonctionnels, mobilisant du calcium intracellulaire en réponse à différents agonistes pro-nociceptifs. L'expression des PARs a été étudiée dans ces cultures et comparée à celle dans des tissus de GSD frais. PAR1, PAR2 et PAR4 de même que d'autres récepteurs canaux de la famille des " Transcient Receptors Potential " (TRPs) étaient exprimés de façon comparable dans les GSD fraichement isolés et dans les cultures de neurones, validant ainsi le phénotype physiologique des neurones en culture. L'effet des agonistes des PARs a ensuite été étudié sur la signalisation calcique dans ces cultures de neurones sensitifs humains. De tous les agonistes peptidiques des PARs utilisés, seul le peptide activateur de PAR1 a conduit à une augmentation du flux calcique dans les neurones sensitifs humains, tandis que le peptide agoniste de PAR4 l'a réduite. Comme le peptide activateur de PAR1, la thrombine, une protéase capable d'activer à la fois PAR1 et PAR4 a induit une augmentation du flux calcique dans les neurones sensitifs humains. La mobilisation calcique induite par la thrombine a été inhibée par un antagoniste de PAR1 et potentialisée par un antagoniste de PAR4. La thrombine exerce donc un double effet contradictoire sur les neurones sensitifs humains, induisant un signal calcique par l'activation de PAR1 et l'inhibant par l'activation de PAR4. Les surnageants de biopsies coliques de patients atteints du SII mais pas ceux de contrôles sains, ont provoqué un flux calcique dans les neurones sensitifs humains par un mécanisme dépendant de l'activation de PAR1. Nos résultats mettent en évidence l'importance de réduire la sensibilisation des neurones sensitifs humains dépendante de l'activation de PAR1 dans le SII. Notre technique de culture de GSD humains offre de nouvelles applications en neurosciences et nos résultats permettent d'envisager de nouvelles perspectives thérapeutiques quant à l'utilisation d'un antagoniste de PAR1 pour le traitement de la douleur viscérale associée au SII. / Irritable Bowel Syndrome (IBS) is characterized by chronic abdominal pain, diarrhea and/or constipation. Sensory neurons from IBS patients are considered to be over-activated, being thereby responsible of the experienced visceral pain. Among mediators involved in IBS, proteases seem to have a prominent role. First, proteolytic activity is increased in the supernatants of colonic biopsies from IBS patients. Second, these proteases activate " Proteases-Activated Receptors " (PARs) in rodent sensory neurons. Rodent primary afferent activation can be induced by a PAR2-dependent mechanism, which generates visceral hypersensitivity. This mechanism can be inhibited by a PAR4-dependent mechanism. In some cell types such as platelets, PARs may have very different functions in rodent versus human. The expression and the signalization of PARs in human sensory neurons have never been explored. The general aim of this thesis was to study the signalization of PARs and to identify the effect of mediators present in tissues from IBS patients, on their ability to activate human sensory neurons. The final objective was to identify new possible therapeutic targets to treat visceral pain associated with IBS. The first objective was to establish a protocol for culturing human sensory neurons isolated from thoracic dorsal root ganglia (DRG). Thoracic DRG contain the stroma of sensory neurons projecting from the colon. The culture of human sensory neurons was 90% pure with viable and functional neurons, which were able to induce calcium flux in response to different pro-nociceptive agonists. PAR expression was studied in cultures and compared to fresh DRG tissues. PAR1, PAR2 and PAR4 as well as others receptors from the " Transcient Receptors Potential " (TRPs) channel family were similarly expressed in neurons from fresh DRG tissues and in cultured sensory neurons, thereby validating the physiological phenotype of human DRG neurons in culture. The effect of PAR agonists was studied by imaging calcium mobilization in human sensory neuron cultures. From all PAR agonist peptides used, only PAR1 agonist peptide was able to increase calcium signaling in human sensory neurons, while PAR4 agonist peptide was able to decrease this calcium signaling. Similar to PAR1 agonist peptide, thrombin a protease capable of activating both PAR1 and PAR4, induced an increase of calcium flux in human sensory neurons. Thrombin-induced calcium mobilization was inhibited by a PAR1 antagonist and was potentiated by a PAR4 antagonist. Thus, thrombin has a contradictory double effect on human sensory neurons, inducing calcium signaling through PAR1 activation and inhibiting calcium signaling through PAR4 activation. In addition, supernatants of colonic biopsies from IBS patients but not from healthy controls, provoked an increased calcium signaling in human sensory neurons. This effect was dependent on the activation of PAR1. In the context of IBS, our results highlight the importance of targeting PAR1-induced sensitization in human sensory neurons. The DRG culture technique we have established offers important and new applications in the domain of neurosciences. All together, these data point to new therapeutic possibilities for the use of PAR1 antagonist in the treatment of visceral pain associated with IBS.

Le syndrome de l’intestin irritable (SII) est un trouble fonctionnel d’origine multifactorielle, impliquant des facteurs environnementaux tels que le stress, l’alimentation et met en jeu un dysfonctionnement de l’axe intestin-cerveau, une micro-inflammation, une dysbiose et une hyperperméabilité intestinale. Le rôle du protéasome dans la régulation de la barrière intestinale au cours du SII a été étudié. De plus, ces troubles fonctionnels intestinaux (TFI) ont également été décrits comme exacerbés chez des patients souffrant d’obésité, dont la physiopathologie est complexe. Néanmoins, les mécanismes impliqués dans cette association restent mal compris et ont donc été recherchés. Dans ce travail, des modèles murins « SII-like » comme le modèle de stress « water avoidance stress » ou WAS et le modèle post-inflammatoire « post-TNBS » ont été utilisés afin d’étudier l’impact d’une inhibition du protéasome sur la régulation de la perméabilité intestinale. L’inhibition pharmacologique du protéasome par le PR-957 ou l’utilisation de souris invalidées pour une sous unité β2i du protéasome limite l’hyperperméabilité intestinale. Une supplémentation orale en glutamine permet également de diminuer la perméabilité intestinale. Une étude protéomique au niveau colique des souris WAS et une étude de l’ubiquitome colique de patients souffrant de SII à profil diarrhéique confirment l’implication du protéasome dans la physiopathologie du SII. Nous avons ensuite cherché à comprendre le lien entre l’obésité et le SII en combinant des modèles d’obésité (génétique et induite par une alimentation riche en graisses ou HFD) et le modèle WAS. Seules les souris HFD présentent une exacerbation de l’hyperperméabilité intestinale et une corticostéronémie plasmatique élevée en réponse au modèle WAS. Des études complémentaires suggèrent que ces résultats sont indépendants de la leptine, de la glycémie et du microbiote intestinal. Nos travaux proposent donc de nouvelles pistes de prise en charge des patients souffrant de SII, par intervention nutritionnelle via la glutamine ou en utilisant le protéasome comme cible thérapeutique. Nous suggérons également un rôle de l’alimentation (riche en graisse) dans le développement des TFI au cours de l’obésité. / Irritable bowel syndrome (IBS) is a multifactorial functional disorder, involving environmental factors (stress and diet for instance), gut-brain-axis dysfunction, micro-inflammation, dysbiosis and an alteration of intestinal permeability. The role of the proteasome in the regulation of the intestinal barrier during IBS has been studied. In addition, these intestinal functional disorders have also been described in patients with obesity. Nevertheless, the mechanisms underlying an association of intestinal functional disorders in the obesity context, remain poorly understood and have therefore been investigated in this thesis. In this study, "IBS-like" mouse models such as water avoidance stress (WAS) and the post-inflammatory (post-TNBS) models, were used to study the impact of proteasome inhibition on the regulation of intestinal permeability. We found that the pharmacological inhibition of the proteasome (with PR-957) or the use of knock-out mice for a subunit of the proteasome (β2i -/-) limit intestinal hyperpermeability occured in IBS-Like models. Moreover, we found that oral supplementation with glutamine also reduces intestinal hyperpermeability, wich, thus, can be considered as a putative nutritional treatment for IBS. A colonic proteomic study of WAS mice and a study of colonic ubiquitoma in IBS patients with diarrheal profiles confirmed the involvement of proteasome in the pathophysiology of IBS. Therefore, the link between obesity and IBS was examined by combining models of obesity (ob/ob genetic and high-fat diet [HFD] models) with WAS model. Only HFD mice displayed enhanced intestinal hyperpermeability and higher plasma corticosterone levels in response to WAS. Further studies suggest that these results, themselve, are independent of leptin, glycaemia and gut microbiota. This study paves new ways of treating patients suffering from IBS, by nutritional intervention via glutamine or by using the proteasome as a therapeutic target. We also suggest a role of diet (high fat) in the development of intestinal functional disorders during obesity.

Le syndrome de l'intestin irritable (SII) touche près de 10% de la population. Nous avons utilisé un modèle animal de SII induit par le butyrate développé au laboratoire afin de décortiquer les mécanismes de l'hypersensibilité colique (HSC) dans le SII. Le blocage du NGF par des anticorps anti-NGF prévient l'HSC induite par le butyrate, évaluée par le test de distension colorectale. Le NGF, quantifié par immunohistochimie (IHC), est surexprimé dans les ganglions rachidiens dorsaux (GRD) innervant le côlon des rats butyrate. Le blocage des canaux ASIC par amiloride prévient l'HSC induite par le butyrate. L'expression des ARNm ASIC1a et ASIC1b, évaluée par RT-PCR, est augmentée dans les GDR des rats butyrate. Cette augmentation est corrélée à une augmentation de l'expression de la protéine ASIC1A dans les neurones nociceptifs, quantifiée par IHC. Le blocage du NGF par des anticorps anti-NGF prévient la surexpression de ASIC1A dans les GRD. L'absence de variation d'expression du NGF et de ASIC1A au niveau colique suggère que ces moléciles ont une implication dans l'élément présynaptique plutôt que dans les terminaisons libres coliques. L'étude de l'expression spinale de la protéine Fos après stimulation des fibres coliques a montré que l'HSC induite par le butyrate est associée à une activation spécifique des segments thoraciques T10-T11-T12 de la moëlle épinière (MEp). Le blocage spinal du canal ASIC1A par la PcTx1 prévient l'HSC induite par le butyrate. L'expression de ASIC1a, évaluée par RT-PCR et Western blot, est augmentée dans la MEp des rats butyrate. Comme à la périphérie, l'expression de ASIC1a est modulée par le NGF puisque le blocage du NGF prévient la surexpression des ARNm et de la protéine ASIC1A dans la MEp des rats 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 à la sensibilisation périphérique et centrale.

La douleur est une expérience subjective multidimensionnelle accompagnée de réponses physiologiques. Ces dernières sont régulées par des processus cérébraux qui jouent un rôle important dans la modulation spinale et cérébrale de la douleur. Cependant, les mécanismes de cette régulation sont encore mal définis et il est essentiel de bien les comprendre pour mieux traiter la douleur. Les quatre études de cette thèse avaient donc comme objectif de préciser les mécanismes endogènes de modulation de la douleur par la contreirritation (inhibition de la douleur par une autre douleur) et d’investiguer la dysfonction de ces mécanismes chez des femmes souffrant du syndrome de l’intestin irritable (Sii). Dans un premier temps, un modèle expérimental a été développé pour mesurer l’activité cérébrale en imagerie par résonance magnétique fonctionnelle concurremment à l’enregistrement du réflexe nociceptif de flexion (RIII : index de nociception spinale) et des réponses de conductance électrodermale (SCR : index d’activation sympathique) évoqués par des stimulations électriques douloureuses. La première étude indique que les différences individuelles d’activité cérébrale évoquée par les stimulations électriques dans les cortex orbitofrontal (OFC) et cingulaire sont associées aux différences individuelles de sensibilité à la douleur, de réactivité motrice (RIII) et de réactivité autonomique (SCR) chez des sujets sains. La deuxième étude montre que l’analgésie par contreirritation produite chez des sujets sains est accompagnée de l’inhibition de l’amygdale par OFC et d’une modulation du réflexe RIII par la substance grise périaqueducale (PAG) et le cortex somesthésique primaire (SI). Dans les troisième et quatrième études, il est montré que la contreirritation ne produit pas d’inhibition significative de la douleur et du réflexe RIII chez les patientes Sii en comparaison aux contrôles. De plus, les résultats indiquent que la sévérité des symptômes psychologiques est associée au déficit de modulation de la douleur et à une hypersensibilité diffuse chez les patientes Sii. Dans l’ensemble, cette thèse précise le rôle de certaines structures cérébrales dans les multiples composantes de la douleur et dans l’analgésie par contreirritation et montre que les patientes Sii présentent une dysfonction des mécanismes spinaux et cérébraux impliqués dans la perception et la modulation de la douleur. / Pain is a subjective experience comprising multiple dimensions and is accompanied by physiological responses. These responses are regulated by neural processes that play a crucial role in cerebral and spinal modulation of pain. However, the mechanisms of this regulation are still not clear and a better understanding of these processes is essential in order to treat pain effectively. The four studies of this thesis were intended to define the central mechanisms of endogenous pain modulation by counterirritation (application of two competing noxious stimuli) and to investigate the dysfunction of these mechanisms in female patients with irritable bowel syndrome (IBS). First, an experimental model was developed in which functional magnetic resonance imaging was used to measure brain activity concurrently to the recording of the nociceptive flexion reflex (RIII: an index of spinal nociceptive processes) and skin conductance responses (SCR: an index of sympathetic activation). The first study indicates that individual differences in shock-evoked brain activity in the orbitofrontal (OFC) and cingulate cortices are associated with individual differences in pain sensitivity, motor reactivity (RIII), and autonomic reactivity (SCR) in healthy volunteers. In the second study, it is shown that counterirritation analgesia produced in healthy volunteers is accompanied by the inhibition of the amygdala by the OFC, and the inhibition of the RIII reflex by the periacqueductal gray matter (PAG) and the primary somatosensory cortex (SI). In the third and fourth studies, pain and RIII reflex were not significantly modulated by counterirritation in patients with IBS in comparison to healthy controls. Furthermore, the severity of psychological symptoms was associated with pain modulation deficits and diffuse hypersensitivity in IBS patients. Together, the results of these studies clarify the functions of pain-related activity in specific brain structures and the mechanisms underlying counterirritation analgesia. Moreover, it is concluded that patients with IBS show a dysfunction of cerebral and spinal processes involved in both the perception and modulation of pain.

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

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.

La douleur est une expérience subjective multidimensionnelle accompagnée de réponses physiologiques. Ces dernières sont régulées par des processus cérébraux qui jouent un rôle important dans la modulation spinale et cérébrale de la douleur. Cependant, les mécanismes de cette régulation sont encore mal définis et il est essentiel de bien les comprendre pour mieux traiter la douleur. Les quatre études de cette thèse avaient donc comme objectif de préciser les mécanismes endogènes de modulation de la douleur par la contreirritation (inhibition de la douleur par une autre douleur) et d’investiguer la dysfonction de ces mécanismes chez des femmes souffrant du syndrome de l’intestin irritable (Sii). Dans un premier temps, un modèle expérimental a été développé pour mesurer l’activité cérébrale en imagerie par résonance magnétique fonctionnelle concurremment à l’enregistrement du réflexe nociceptif de flexion (RIII : index de nociception spinale) et des réponses de conductance électrodermale (SCR : index d’activation sympathique) évoqués par des stimulations électriques douloureuses. La première étude indique que les différences individuelles d’activité cérébrale évoquée par les stimulations électriques dans les cortex orbitofrontal (OFC) et cingulaire sont associées aux différences individuelles de sensibilité à la douleur, de réactivité motrice (RIII) et de réactivité autonomique (SCR) chez des sujets sains. La deuxième étude montre que l’analgésie par contreirritation produite chez des sujets sains est accompagnée de l’inhibition de l’amygdale par OFC et d’une modulation du réflexe RIII par la substance grise périaqueducale (PAG) et le cortex somesthésique primaire (SI). Dans les troisième et quatrième études, il est montré que la contreirritation ne produit pas d’inhibition significative de la douleur et du réflexe RIII chez les patientes Sii en comparaison aux contrôles. De plus, les résultats indiquent que la sévérité des symptômes psychologiques est associée au déficit de modulation de la douleur et à une hypersensibilité diffuse chez les patientes Sii. Dans l’ensemble, cette thèse précise le rôle de certaines structures cérébrales dans les multiples composantes de la douleur et dans l’analgésie par contreirritation et montre que les patientes Sii présentent une dysfonction des mécanismes spinaux et cérébraux impliqués dans la perception et la modulation de la douleur. / Pain is a subjective experience comprising multiple dimensions and is accompanied by physiological responses. These responses are regulated by neural processes that play a crucial role in cerebral and spinal modulation of pain. However, the mechanisms of this regulation are still not clear and a better understanding of these processes is essential in order to treat pain effectively. The four studies of this thesis were intended to define the central mechanisms of endogenous pain modulation by counterirritation (application of two competing noxious stimuli) and to investigate the dysfunction of these mechanisms in female patients with irritable bowel syndrome (IBS). First, an experimental model was developed in which functional magnetic resonance imaging was used to measure brain activity concurrently to the recording of the nociceptive flexion reflex (RIII: an index of spinal nociceptive processes) and skin conductance responses (SCR: an index of sympathetic activation). The first study indicates that individual differences in shock-evoked brain activity in the orbitofrontal (OFC) and cingulate cortices are associated with individual differences in pain sensitivity, motor reactivity (RIII), and autonomic reactivity (SCR) in healthy volunteers. In the second study, it is shown that counterirritation analgesia produced in healthy volunteers is accompanied by the inhibition of the amygdala by the OFC, and the inhibition of the RIII reflex by the periacqueductal gray matter (PAG) and the primary somatosensory cortex (SI). In the third and fourth studies, pain and RIII reflex were not significantly modulated by counterirritation in patients with IBS in comparison to healthy controls. Furthermore, the severity of psychological symptoms was associated with pain modulation deficits and diffuse hypersensitivity in IBS patients. Together, the results of these studies clarify the functions of pain-related activity in specific brain structures and the mechanisms underlying counterirritation analgesia. Moreover, it is concluded that patients with IBS show a dysfunction of cerebral and spinal processes involved in both the perception and modulation of pain.

.La consommation journalière de fructose est en augmentation croissante, jusqu'à plus de 50g par jour aux Etats-Unis et en Europe de l'Ouest. Le fructose est de plus en plus incorporé dans les boissons, les produits laitiers et les conserves, les produits cuisinés ou transformés. Le fructose peut déclencher ou aggraver les symptômes digestifs chez des volontaires sains, mais aussi dans le syndrome de l'intestin irritable. Le rôle de l'hypersensibilité viscérale dans le déclenchement des symptômes, lié à la prise de fructose a été suspecté mais n'a jamais été évalué. La prévalence de la malabsorption du fructose était mal documentée chez les patients souffrant d'un syndrome de l'intestin irritable, principalement en raison de l'hétérogénéité des méthodes diagnostiques. Le premier objectif de ce travail a été de définir, dans une population de patients souffrant d'un syndrome de l'intestin irritable, la prévalence de la malabsorption du fructose. Notre test de malabsorption du fructose a été défini par une dose de charge de 25g. Chez nos patients souffrant d'un syndrome de l'intestin irritable, 22% présentaient une malabsorption du fructose. Les patients jeunes et de sexe masculin étaient plus à risque de malabsorption du fructose. Nous avons également étudié l'association de la malabsorption du fructose avec d'autres anomalies physiopathologiques connues dans le syndrome de l'intestin irritable. Nous n'avons pas retrouvé d'association entre la présence d'une inflammation digestive et la présence ou non d'une malabsorption du fructose. En revanche, une association a été retrouvée entre malabsorption du fructose et hypersensibilité viscérale. L'efficacité du régime appauvri en fructose dans le syndrome de l'intestin irritable est connue. L'existence ou non d'une malabsorption du fructose associée pourrait être un facteur prédictif d'efficacité d'un tel régime. Le deuxième objectif de ce travail a été de déterminer si le test de dépistage de la malabsorption au fructose permettait de prédire l'efficacité du régime appauvri en fructose sur les symptômes digestifs des patients souffrant d'un syndrome de l'intestin irritable. Les résultats de notre étude ont confirmé l'efficacité du régime appauvri en fructose dans le syndrome de l'intestin irritable. En revanche, la présence ou non d'un test respiratoire au fructose positif n'impactait pas l'efficacité du régime. Le dernier objectif de ce travail était de modéliser la malabsorption du fructose sur des modèles murins, pour permettre d'identifier les mécanismes physiopathologiques sous-jacents. La modélisation sur 3 modèles murins de malabsorption du fructose (par régime riche en fructose, par délétion des gènes codant les transporteurs du fructose GLUT5 et GUT2) permettait d'induire une hypersensibilité viscérale associée à une augmentation de la perméabilité intestinale, deux anomalies déjà rapportées dans le syndrome de l'intestin irritable. L'étude des mécanismes physiopathologiques sous-jacents a permis d'écarter l'implication d'une inflammation de bas grade qui n'était pas retrouvée chez nos souris. L'augmentation d'activité élastase dans les selles de souris avec malabsorption du fructose était associée à l'hypersensibilité viscérale. Or il a déjà été démontré que l'activité protéasique pouvait être responsable d'une hypersensibilité viscérale et d'une augmentation de la perméabilité intestinale. Les récepteurs associés à la protéase-2 sont connus pour être associés à l'hypersensibilité viscérale et l'augmentation de la perméabilité intestinale. Les résultats obtenus dans le cadre de ce travail soulignent le rôle de la malabsorption du fructose, qui entraine la survenue d'une hypersensibilité viscérale et d'une augmentation de la perméabilité intestinale, dans le syndrome de l'intestin irritable. Un régime appauvri en fructose n'améliore pas de manière ciblée les symptômes des patients souffrant d'un syndrome de l'intestin irritable avec malabsorption du fructose. / Fructose intake has increased by up to 50 g per day in the USA and Western Europe. Fructose is increasingly incorporated in beverages, dairy products and canned, baked or processed foods worldwide. Fructose has been shown to trigger or worsen digestive symptoms not only in healthy volunteers, but also in patients with irritable bowel syndrome. The involvement of visceral hypersensitivity has been suspected but has never been assessed. The prevalence of fructose malabsorption in patients with irritable bowel syndrome in Western Europe remains poorly documented, due to the heterogeneity of available tests. Therefore, the first objective of this present work was to assess the prevalence of fructose malabsorption in patients with irritable bowel syndrome. We assessed fructose malabsorption with a fructose breath test, after a 25 g load. We systematically ruled out small intestinal bacterial overgrowth which could promote false positive. In our irritable bowel syndrome patients, 22% had fructose malabsorption. Young, male patients were more likely to have fructose malabsorption. We also assessed the association between fructose malabsorption and other abnormalities. We did not observe any association between low-grade inflammation (with faecal calprotectin dosage) or fructose malabsorption. In contrast, an association between fructose malabsorption and visceral hypersensitivity was evidenced. Low fructose diet is known to improve symptoms in patients with irritable bowel syndrome. The presence of fructose malabsorption could be predictive of the efficacy of a low fructose diet. The second objective of this work was to determine if an abnormal fructose breath test was a predictor of symptomatic response to low fructose diet in irritable bowel syndrome. Our study has confirmed the efficacy of low fructose diet on irritable bowel syndrome. However, the results of the fructose breath test had no impact on its efficacy. One explanation for this result could be the presence of other abnormalities (including visceral hypersensitivity) that were not addressed only with a diet. The last objective of this work was to model fructose malabsorption in mice, in order to identify the underlying mechanisms. We used three models of fructose malabsorption (high fructose diet, invalidation of GLUT5 and GLUT2 coding gene). In these models, fructose malabsorption induced visceral hypersensitivity and increased intestinal permeability, the two abnormalities being reported in irritable bowel syndrome. In our models, there was no low-grade inflammation. Increased elastase activity in mice faeces was associated with visceral hypersensitivity. Protease-activated receptor-2 is known to be associated with visceral hypersensitivity and increases intestinal permeability. Further works are warranted to determine the involvement of protease-activated receptor-2 in fructose malabsorption-associated visceral hypersensitivity. The results of this work underlined the role of fructose malabsorption in irritable bowel syndrome, in the onset of visceral hypersensitivity and increased intestinal permeability. A low fructose diet is not helpful to improve symptoms of irritable bowel syndrome with fructose malabsorption.

Le syndrome de l’intestin irritable (SII) et le syndrome de la vessiedouloureuse (SVD) sont tous deux caractérisés par une hypersensibilité viscérale àla distension. Sur le plan épidémiologique, ces deux syndromes sont étroitementassociés puisque les patients SII ont une prévalence du syndrome de la vessiedouloureuse 7 fois plus élevée que la population générale. Cependant, le mécanismeresponsable de la sensibilisation du tube digestif et de l’appareil urinaire n’a jamaisété étudié. Compte tenu de l’innervation commune de ces deux organes, il estprobable que ce mécanisme mette en jeu sur le long terme des phénomènes de laplasticité neuro-gliale aux niveaux communs d’intégration de la sensibilité pelvienne.L’objectif général de ce travail était d’établir et de caractériser un modèleanimal de sensibilisation croisée vessie/colon, aigu et chronique, afin de mieuxcomprendre les mécanismes impliqués dans l’hypersensibilité viscérale croisée. / Irritable bowel syndrome (IBS) and Bladder pain syndrome (BPS) are bothcharacterized by visceral hypersensitivity to distension. Epidemiology showed thatthese two syndromes are closely associated since IBS patients have a prevalence ofbladder pain syndrome that is 7 times higher than the general population. However,the mechanism responsible for sensitization of the gastrointestinal tract and theurinary tract has never been studied. Given the common innervation of these twoorgans, it is likely that this mechanism involves long-term phenomena of neuro-glialplasticity at the common levels of integration of pelvic sensitivity.The overall objective of this work was to establish and characterize an animalmodel of bladder / colon cross-sensitization, acute and chronic, to better understandthe mechanisms involved in cross-visceral hypersensitivity.