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Irritable Bowel Syndrome (IBS) is the most common gastrointestinal disorder which affects approximately 4% of the population worldwide, according to the Rome IV criteria. It is characterized by abdominal pain and altered bowel movements in the absence of relevant structural abnormalities. The diagnosis of IBS is based on symptom profiles as no biomarkers exist to guide diagnosis or treatment stratification. Accumulating data suggests that altered gut microbiota and chronic low-grade inflammation play important roles in genesis of IBS. However, the mechanisms are unclear. My thesis first addresses the hypothesis that changes in fecal β-defensin secretion reflect compositional changes in the intestinal microbiota. This was driven by the understanding that compositional changes in the microbiota (“dysbiosis”) may play a role in the expression of IBS, and that a marker of these will identify those patients who might benefit from microbiota-directed therapies. I used a murine model in which I disrupted the microbiota using interventions relevant to the natural history of IBS i.e., antibiotics, stress, or dietary changes. I showed that experimentally induced compositional changes in the microbiota, with the exception of stress, altered the secretion of fecal β-defensin. My study indicates that monitoring fecal β-defensin over time identifies compositional changes in microbiota. I next investigated mechanisms and treatment options for a recently recognized variant of post-infectious IBS (PI-IBS) developed following antibiotic treatment in patients recovering from Clostridioides difficile infection (CDI). I refer to this variant as post-CDI gut dysfunction. I used a humanized mouse model in which germ-free mice were colonized with fecal microbiota from patients with post-CDI gut dysfunction, or age and sex matched healthy controls. I found that mice colonized with microbiota from a patient with severe slow transit constipation post-CDI reproduced the donor phenotype. Mice developed slow colonic transit due to macrophage mediated damage to the interstitial cells of Cajal (ICC) that maintain normal motility. These changes were reversed after fecal microbiota transplantation (FMT) from healthy donor mice thus confirming that the post-CDI gut dysfunction is microbiota driven. Similar results were obtained in a patient with slow transit constipation without a history of infection. My findings prompted me to next evaluate the therapeutic potential of microbiota-directed dietary therapies. I chose psyllium, the flavonoid quercetin, and pectin based on their demonstrated ability to alter microbiota composition. Psyllium and pectin each normalized colonic transit, and this was accompanied by an alteration in macrophages morphology, restoration of the disrupted ICC network and an increase in short chain fatty acids production. My results demonstrate the importance of a dysbiotic microbiota in this post infectious- IBS (PI-IBS) variant and, identify two potentially useful dietary based therapeutic approaches to improve gut dysfunction in these and similar patients. If findings from my thesis are confirmed in humans, it could offer novel approaches for identifying those IBS patients who might benefit from microbiota-directed therapeutics. / Thesis / Candidate in Philosophy

Irritable bowel syndrome (IBS) and inflammatory bowel disease (IBD) are two of the most commonly diagnosed chronic digestive disorders in Western countries with increasing prevalence among Canadians. However, the etiology of IBS and IBD remain poorly understood due to a complex interplay of genetic, psychosocial and environmental factors, which hampers efforts at early detection/screening, accurate diagnosis and effective treatments notably in children. This thesis aims to reveal new biochemical insights into the pathophysiology underlying IBS and IBD when using an untargeted metabolite profiling (i.e., metabolomics) approach on urine and stool specimens based on multisegment injection-capillary electrophoresis-mass spectrometry (MSI-CE-MS). Chapter I reviews brief history and current challenges in diagnosis and treatment, as well as current metabolomics literature of IBS and IBD. Chapter II first develops a robust method for high throughput profiling of anionic metabolites in human urine samples when using MSI-CE-MS. For the first time, we demonstrate that incidental capillary fractures are caused by irreversible aminolysis of the outer polyimide coating due to the frequent use of volatile ammonia based buffers under alkaline conditions (pH > 9) in electrospray ionization-MS. Chapter III subsequently applies this validated method to investigate differentially excreted urinary metabolites between adult IBS patients and healthy controls, which indicated significantly accelerated rates of collagen degradation and cell turn-over in IBS patients. Chapter IV later develops a novel stool extraction protocol for characterization of the fecal metabolome together with meta-genomic data for elucidating complex host-gut microflora interactions from a cohort of pediatric IBD patients, including Crohn’s disease and ulcerative colitis. In this pilot study, a panel of discriminating metabolites in urine is shown to allow for differential diagnosis of major pediatric IBD sub-types as an alternative to colonoscopy and histopathology that are invasive, expensive and prone to ambiguous test results. Finally, Chapter V involves a longitudinal metabolomics study that aims to identify metabolic trajectories that predict treatment responses of a cohort of pediatric Crohn’s disease patients following initiation of exclusive enteral nutrition (EEN) therapy. In the end, Chapter VI highlights major outcomes of thesis and future direction of metabolomics in IBS and IBD with a specific focus on improved stool specimen collection and validation of biomarker specificity relative to other related gastrointestinal disorders. In summary, this thesis has demonstrated metabolic processes that are associated with exacerbation of symptoms or remission in subset of IBS and pediatric IBD patients. With follow up studies with larger cohort of patients, potential biomarkers identified in this thesis will contribute the development of more accurate and non-invasive decision making process for diagnosis and treatment, resulting in long-lasting remission and improved quality of life of patients suffering from chronic digestive disorders. / Thesis / Doctor of Science (PhD)

Introduktion: Irritable bowel syndrome, IBS, är den vanligaste funktionella tarmsjukdomen och påverkar ungefär 11 % av befolkningen. Forskningsresultat antyder att förändringar i mikroorganismernas sammansättning i tarmen, känd som dysbios, kan spela en roll i uppkomsten och patofysiologin vid IBS. Detta har ökat intresset för behandlingar som fokuserar på att återställa balansen av dessa mikroorganismer genom probiotika. Det finns dock begränsad forskning om effekten av probiotika på förstoppningsdominerad IBS (IBS-c), vilket indikerar ett behov av ytterligare studier på området.  Syfte: Att utforska litteraturen angående effekten av probiotika som behandling vid IBS-c hos vuxna.  Metod: Studien genomfördes som en litteraturstudie baserad på sökning av vetenskapliga originalartiklar i Pubmeds sökmotor Medline. Datainsamlingen startade i februari 2024 med inklusionskriterierna RCT-studier om effekten av probiotika vid IBS-c hos vuxna. Sökningen resulterade i 212 artiklar, vars titlar och nyckelord först granskades efter dess relevans för syftet, d.v.s. om de studerade probiotikas effekt på symtomen vid just IBS-c eller inte, och där föll många bort då de bara verkade studera generell IBS. 35 artiklar valdes då för vidare läsning av abstrakt, och slutligen ansågs fem RCT-studier möta inklusionskriterierna för denna litteraturstudie. Resultat: Studie 1, som undersökte två probiotikakombinationer, hade bäst utfall med signifikant förbättring av samtliga IBS-symtom och med trestjärnig signifikansnivå. I studie 2 visades signifikanta förbättringar av buksmärta, uppblåsthet, avföringskonsistens och den sammansatta IBS-poängen men med enstjärnig signifikansnivå. Studie 3 visade en signifikant förbättring av den sammansatta IBS-poängen samt buksmärta men också med en enstjärnig signifikansnivå. Studie 4 visade en signifikant förbättring av buksmärta och livskvalitet med en enstjärnig signifikansnivå, och i studie 5 förbättrades endast avföringsfrekvensen blygsamt i de två olika probiotikagrupperna som testades. Diskussion: En signifikant symtomförbättring av buksmärta jämfört med placebo sågs i alla studier utom en. Bäst utfall hade studie 1 som studerade probiotikakombinationerna L. acidophilus och L. reuteri, och L. plantarum, L. rhamnosus och B. lactis mot placebo, som visade signifikant förbättring av samtliga symtom (buksmärta, uppblåsthet, gasbildning, förstoppning och negativ livskvalitet). Svårigheten att dra säkra slutsatser från de granskade studierna beror på svagheter i studierna, olika deltagarantal, låga signifikansnivåer, hög placeboeffekt och variationer i undersökta probiotikastammar. De olika utfallen i studierna ger anledning att tro att effekten av probiotika är beroende av vilken typ av probiotika som testas.  Slutsats: Probiotika hade signifikant effekt på buksmärta och avföringskonsistens, men inte på uppblåsthet, gasbildning, livskvalitet eller den sammansatta upplevelsen av IBS-symtom. Variationen i studiernas probiotikaarter och doser, tillsammans med små studiepopulationer och metodologiska svagheter, gör det svårt att avgöra vilken probiotika som är mest effektiv mot IBS-c-symtom. För att kunna dra säkra slutsatser krävs fler och större studier med standardiserade metoder.

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

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.

Les douleurs abdominales, reflet d’une hypersensibilité viscérale (HSV), sont l’un des premiers motifs de consultation en médecine générale et en gastro-entérologie. Ces douleurs abdominales, généralement passagères, peuvent également être causées par des pathologies sous-jacentes plus graves. Parmi ces maladies sont retrouvés notamment le Syndrome de l’Intestin Irritable (SII), et les Maladies Inflammatoires Chroniques de l’Intestin (MICI) qui regroupent la maladie de Crohn (MC) et la RectoColite Hémorragique (RCH).Bien que le SII et les MICI diffèrent sur de nombreux points, des facteurs communs à ces deux pathologies peuvent contribuer au symptôme majeur de ces maladies, à savoir la douleur abdominale. En effet, les facteurs environnementaux (alimentation, stress, etc.) prennent une part importante dans l’étiologie du SII, mais il s’avère aujourd’hui qu’ils participent également à l’aggravation des symptômes associés aux MICI. De même, si de nombreux polymorphismes génétiques et l’atteinte inflammatoire sont les bases de la physiopathologie des MICI, des études récentes montrent que de telles modifications peuvent également être retrouvées au cours du développement du SII (identification de gène de susceptibilité et présence de micro-inflammation). Enfin, les récentes études menées sur le microbiote intestinal mettent en évidence des perturbations de celui-ci aussi bien chez des patients atteints du SII que de MICI.Les MICI se caractérisent par des phases d’inflammation sévère au niveau du tube digestif, pour lesquelles la pharmacopée actuelle, qui consiste à réduire cette inflammation, est plutôt satisfaisante. Ces phases sont entrecoupées par des phases dites « de rémission », durant lesquels l’HSV reste un problème chez un grand nombre de patients (environ 38%). Ces douleurs abdominales, diffuses et irradiantes, peuvent être assimilées à celles retrouvées chez les patients atteints du SII (symptômes SII-like). La prise en charge thérapeutique de ces douleurs est limitée, puisque basée sur d’anciens médicaments qui présentent un ratio bénéfice/ risque faible.Les antiépileptiques, sont des molécules qui ciblent l’excitabilité neuronale en modulant l’activité des canaux ioniques, de récepteurs ou encore de voies de signalisation intracellulaires. Parmi ces molécules, la gabapentine (GBP) et la prégabaline (PGB) (regroupées sous le terme de gabapentinoïdes) sont des ligands des sous-unités α2δ des canaux calciques voltage-dépendants (CCVD). Ces ligands α2δ sont actuellement prescrits dans le cadre de douleurs neuropathiques, au même titre que les antidépresseurs, qui sont également utilisés pour le traitement de l’HSV. / Abdominal pain, which can reflect visceral hypersensitivity (VHS), is one of the primary reasons for consultations in general medicine and gastroenterology. These abdominal pain, usually transient, can also be caused by more serious underlying pathologic conditions, such as irritable bowel syndrome (IBS) and chronic inflammatory bowel disease (IBD), which include Crohn's disease (CD) and ulcerative colitis (UC).Although IBS and IBD differ on many points, common factors to these two conditions may contribute to the major symptoms of these intestinal disorders, the abdominal pain. Indeed, environmental factors (diet, stress) play an important part in the etiology of IBS, but it turns out today that they are also involved in the worsening of symptoms associated with IBD. Similarly, if many genetic polymorphisms and inflammatory disorders are the basis of the IBD pathogenesis, recent studies show that such changes can also be found in the development of IBS (identification of susceptibility gene and the presence of micro-inflammation). Finally, recent studies on intestinal microbiota reveal some disturbances, called dysbiosis, as well in IBS or IBD patients.Inflammatory bowel disease is characterized by short phases of severe intestinal inflammation, for which the current pharmacopoeia consisting of reducing this inflammation is rather satisfactory. These phases are interspersed with so-called "remission" phase, during which the VHS remains a problem for many patients (about 38%). These abdominal, diffuse and radiating pain can be similar to the one observed in IBS patients. The therapeutic management of this pain is limited, as it is based on old drugs that are of low benefit / risk ratio.Antiepileptics are molecules that target neuronal excitability by modulating the activity of ion channels, receptors or intracellular signaling pathways. Among these molecules, gabapentin (GBP) and pregabalin (PGB) (grouped under the term gabapentinoids) are ligands of the α2δ subunit for voltage gated calcium channel (VGCC). These α2δ ligands are currently prescribed for neuropathic pain, as well as antidepressants, which are also used for the treatment of VHS.About visceral pain, current data only relate to the treatment of VHS associated with IBS. Two clinical studies show a profit of GBP or PGB on symptoms associated with IBS. These data have also been found in preclinical animal models of various non-inflammatory VHS. In addition, the analgesic effects of these molecules is been highlighted on somatic inflammatory pain models, but no study is looking into the potential beneficial effect of these ligands on models of inflammatory visceral pain or in patients with IBD.

La douleur chronique occupe une place centrale dans les préoccupations de santé publique. En France, elle touche environ 20% de la population et a un impact négatif sur la qualité de vie des patients. Les traitements actuels sont généralement inefficaces ou associés à d’importants effets indésirables. Par conséquent, de nouvelles approches thérapeutiques sont nécessaires. Parmi les cibles potentielles, les canaux calciques voltage-dépendants de type T, en particulier l’isoforme Cav3.2, constituent des candidats d’intérêt. Aussi, l’objectif de cette thèse est de caractériser leur implication fonctionnelle dans deux types de douleur chronique : viscérale et somatique. Concernant la douleur viscérale, nous avons développé un modèle murin d’hypersensibilité colique associée à une inflammation à bas bruit, deux caractéristiques séméiologiques proches de la symptomatologie rencontrée chez la plupart des patients souffrant du syndrome de l’intestin irritable (SII) ou de maladies inflammatoires chroniques intestinales (MICI) durant les périodes de rémission. En ce qui concerne la douleur somatique, nous avons utilisé deux modèles murins de douleur inflammatoire, l’un présentant une inflammation subaiguë et l’autre persistante. Dans ces différents modèles, une inhibition pharmacologique via l’administration d’un antagoniste des canaux Cav3.2, le TTA-A2, ou génétique grâce à des souris présentant un Knock out (KO) de Cav3.2 a induit un puissant effet antalgique, démontrant une implication fonctionnelle des canaux Cav3.2 dans le développement et le maintien de ces types de douleur. De plus, l’utilisation de souris présentant un KO conditionnel de Cav3.2, spécifiquement dans les fibres C des ganglions de la racine dorsale (DRG), ainsi que l’emploi de l’ABT-639, un agent pharmacologique bloqueur des canaux de type T à action périphérique, nous ont permis de préciser la localisation de cette implication. Ainsi, une action majoritairement spinale présynaptique des canaux Cav3.2 a été mise en évidence pour la douleur viscérale alors qu’une action plus complexe de ces canaux est mise en jeu pour la douleur somatique inflammatoire. En effet, pour cette dernière, le canal Cav3.2 présente une implication à la fois spinale et périphérique. De plus, nous avons montré un rôle des canaux Cav3.2 dans le processus inflammatoire, s’effectuant au travers d’une implication de ces derniers dans les cellules immunitaires. Enfin, dans une démarche de recherche translationnelle, nous avons évalué l’effet de l’éthosuximide (ETX), un bloqueur des canaux de type T, utilisé en clinique dans le traitement de l’épilepsie. Nous avons décrit un effet antalgique de ce dernier dans chacun des modèles étudiés ainsi qu’une action anti-inflammatoire, apportant ainsi une preuve de concept préclinique pour une évaluation d’efficacité clinique de l’ETX dans un contexte de douleurs viscérales ou somatiques inflammatoires. L’ensemble de ces résultats apporte de nouvelles connaissances concernant l’implication des canaux Cav3.2 dans la douleur chronique et permet de proposer ces canaux comme des cibles d’intérêt pour le développement de stratégies thérapeutiques innovantes visant à soulager les patients. / Chronic pain is a central concerns to public health. In France, it affects about 20% of the population and has a negative impact on the patients’ quality of life. Current treatments are generally ineffective or associated with strong adverse effects. Therefore, new therapeutic approaches are needed. Among the potential targets, the T-type voltage-dependent calcium channels, in particular the Cav3.2 isoform, constitute candidates of interest. Thus, the objective of this thesis is to characterize their functional implication in two types of chronic pain: visceral and somatic. We have developed a murine model of colonic hypersensitivity associated with low grade inflammation, two symptomatic features close to the symptomatology found in most patients suffering from irritable bowel syndrome (IBS) or with diseases inflammatory bowel disease (IBD) during remission periods. Concerning the somatic pain, we used two murine models of inflammatory pain, one with subacute inflammation and another with persistent inflammation. In these different models, a pharmacological inhibition with the administration of a Cav3.2 channel antagonist, TTA-A2, or a genetic approach using Cav3.2 knockout (KO) mice induced a robust analgesic effect demonstrating a functional implication of Cav3.2 channels in the development and maintenance of these types of pain. Moreover, the use of mice with a Cav3.2 conditional KO, specifically in the C-dorsal root ganglia (DRG) fibers, and the use of ABT-639, a peripherally acting pharmacological blocker of type T channels, allowed us to specify the localization of this implication. Thus, a pre-synaptic spinal action of the Cav3.2 channels has been demonstrated for visceral pain whereas a more complex action of these channels is involved for inflammatory somatic pain. Indeed, for the latter, Cav3.2 channels present a spinal and peripheral implication. In addition, we have shown the role of Cav3.2 channels in the inflammatory process, with an involvement located in the immune cells. Finally, with a translational research approach, we evaluated the effect of ethosuximide (ETX), a T-channel blocker, clinically used in the treatment of epilepsy. We have described an analgesic effect of the latter in both studied models as well as an anti-inflammatory action. These results constitute a pre-clinical proof of concept for a clinical efficacy evaluation of ETX in a context of visceral pain or somatic inflammatory diseases. Altogether these results provide new insight about the involvement of Cav3.2 channels in chronic pain and allow us to propose these channels as targets of interest for the development of new therapeutic strategies to relieve patients.

Introduction : Le syndrome de l’intestin irritable (SII) est un désordre gastro-intestinal qui atteint environ 15% de la population mondiale. La diète FODMAP (Fermentable Oligosaccharides Disaccharides Monosaccharides and Polyols), fractionnée en trois phases (élimination, réintroduction, personnalisation), a été développée pour établir une tolérance personnelle aux nutriments (glucides) qui accentuent les symptômes. Une approche a été créée avec la plateforme web SOSCuisine.com afin de permettre aux gens atteints du SII de suivre la diète FODMAP dans un contexte de libre-service. Celle-ci combine un service en ligne de menus hebdomadaires personnalisés faibles en FODMAP avec des instructions pour chaque étape de la diète et l'accès à un groupe de soutien par les pairs modéré par une nutritionniste spécialisée. Objectif : Évaluer l’impact de ce service sur la qualité de vie et le contrôle des symptômes physiologiques et psychologiques des gens atteints du SII. Méthode : Étude prospective observationnelle effectuée auprès de patients (suivis dans deux hôpitaux montréalais) souffrant du SII. Ceux-ci devaient effectuer la diète FODMAP via la plateforme web et des questionnaires leur ont été administrés en ligne avant et après les deux premières phases. Résultats : 35 personnes ont été incluses et 14 ont complété l’étude. Après l’intervention, la sévérité du SII et l’anxiété situationnelle des participants étaient significativement améliorées tandis que la qualité de vie demeurait inchangée. Conclusion : Cette étude pilote démontrent la pertinence et l’utilité de l’enseignement de la diète FODMAP à l’aide de méthodes alternatives. Cependant, des études de plus grande envergure sont nécessaires pour confirmer ces résultats. / Introduction: Irritable Bowel Syndrome (IBS) is a gastrointestinal disorder that affects approximately 15% of the worldwide population. The Fermentable Oligosaccharides Disaccharides Monosaccharides and Polyols (FODMAP) diet was developed to establish a personal tolerance to these nutrients (carbohydrates) that accentuate the symptoms related to IBS. This diet, lasting on average twelve weeks, is separated into three steps: elimination, reintroduction and personalization. An innovative approach has been developed by the online platform SOSCuisine.com to allow people with IBS to safely follow the FODMAP diet in a ‘self-service’ way. It combines an online service of personalized low-FODMAP weekly menus with instructions for each step of the diet in combination with an access to a peer support group moderated by a specialized registered dietitian. Objective: Assess the impact of this service on the quality of life and the control of physiological and psychological symptoms of people with IBS. Method: Prospective observational study involving patients (followed in two Montreal hospitals) suffering from IBS. They had to perform the FODMAP diet via the web platform and several variables were evaluated, via questionnaires administered online, before and after phase one and. Results: 35 people were included and 14 completed the study. After the intervention, the severity of the IBS and the situational anxiety of the participants were significantly improved while the quality of life was not changed. Conclusion: The data from this pilot study demonstrate the relevance and utility of teaching the FODMAP diet using alternative methods. However, larger studies are needed to confirm these results.