Le cancer colorectal (CCR) est le 3ème plus diagnostiqué au Canada. Son traitement implique une résection chirurgicale du côlon ou du rectum, et une reconnexion des deux bouts intestinaux pour rétablir la continuité gastrointestinale. Cette reconnexion, appelée « anastomose », peut ne pas bien guérir chez jusqu’à 30% des patients, ce qui mène à une complication morbide et mortelle appelée « fuite anastomotique ». En plus de diminuer la survie et la qualité de vie, la fuite est possiblement associée à une récidive accrue du cancer pour des raisons qui demeurent obscures. Malgré des progrès techniques importants dans les dernières décennies, les taux de fuite n’ont pas significativement diminué, et sa survenue demeure hautement imprévisible. Des données récentes ont suggéré que le microbiote intestinal, ou la collection de microorganismes dans l’intestin, peut influencer le processus de guérison après la chirurgie, mais l’évidence sur cette relation reste faible. Les études suivantes visaient donc à évaluer le lien causal entre le microbiote, la fuite anastomotique le CCR.
En utilisant des échantillons de selles collectés avant la chirurgie de 18 patients avec CCR (9 avec fuite et 9 sans fuite), on a évalué le rôle causal du microbiote humain chez des souris assujetties à une greffe de microbiote fécal (GMF) puis une chirurgie colique. On a trouvé que la GMF avec des échantillons de patients avec fuite a entrainé chez la souris une mauvaise guérison anastomotique, un affaiblissement de la matrice extracellulaire dans la plaie colique, et une inflammation accrue localement. On a identifié 2 souches bactériennes, Parabacteroides goldsteinii kh35 et Alistipes onderdonkii kh33, qui influençaient la guérison anastomotique, la 1ère positivement et la 2ème négativement. Ces souches modulaient l’inflammation dans la muqueuse colique, avec P. goldsteinii exerçant un effet anti-inflammatoire et A. onderdonkii un effet pro-inflammatoire. En utilisant des échantillons de muqueuses collectés de patients avant la complétion de l’anastomose, on a trouvé avec une analyse multiplex que les patients présentant une fuite avaient des niveaux basaux plus élevés des macrophage inflammatory protein-1 alpha, monocyte chemoattractant protein-1, macrophage inflammatory protein 2 et interleukin-17A/F, et que le microbiote de ces patients entraine une augmentation similaire de ces cytokines pro-inflammatoires dans l’intestin des souris.
Pour corroborer l’hypothèse que les patients présentant une fuite après la chirurgie avaient des niveaux basaux plus élevés d’inflammation intestinale de bas-grade induite par le microbiote, on a quantifié 9 cytokines dans la muqueuse colorectale de 77 patients avec CCR, pami lesquels 13 ont présenté une fuite après la chirurgie. Les 9 cytokines étaient plus élevées chez les patients ayant développé une fuite. On a exploré des marqueurs inflammatoires potentiels dans les selles, et qui peuvent être utilisés comme des biomarqueurs de dépistage avant la chirurgie, et avons identifié la calprotectine et la lipocaline-2 comme étant significativement différentes entre les patients présentant, ou pas, une fuite anastomotique.
Ensuite, on a exploré si des métabolites bactériens peuvent être utilisés pour améliorer la guérison anastomotique. Les acides-gras à courte chaine (AGCCs) sont produits dans le côlon après la fermentation bactérienne de fibres alimentaires. On a ainsi testé si une supplémentation chez la souris avec de l’inuline ou des galacto-oligosaccharides (GOS), deux oligosaccharides fermentables, peut améliorer la guérison. On a trouvé que l’inuline et le GOS ont augmenté les niveaux du bénéfique AGCC butyrate, amélioré la guérison anastomotique, favorisé la réparation épithéliale, la déposition du
collagène et la barrière intestinale.
Enfin, puisque le butyrate est connu pour son effet anticancérigène via une activation peroxysome proliferator-activated receptor gamma (PPAR-γ), on a investigué la relation entre l’amélioration de la guérison intestinale postopératoire avec l’inuline et le 5-aminosalicylate (5-ASA), un activateur de PPAR-γ, et la récidive du CCR. Une revue de la survie postopératoire de patients avec CCR ayant, ou pas, présenté une fuite a été effectuée. L’effet d’une supplémentation alimentaire avec de l’inuline ou du 5-ASA sur les tumeurs anastomotiques a été évalué chez des souris subissant une chirurgie colique. L’inuline et le 5-ASA ont été aussi évalués dans un modèle murin de métastases hépatiques où les cellules de CCR étaient inoculées chirurgicalement dans la rate. Les patients présentant une fuite présentaient une survie globale et oncologique moindre que les patients sans fuite. Une mauvaise guérison anastomotique chez la souris a entrainé des tumeurs anastomotiques et péritonéales plus volumineuses. L’inuline et le 5-ASA ont renforcé la barrière intestinale et prévenu les tumeurs anastomotiques et dissémination métastatique chez la souris. Ces trouvailles renforcent l’hypothèse que prévenir la fuite améliore les issues oncologiques des patients avec CCR, et ouvre la voie à des essais cliniques où des interventions modifiant le microbiote seraient utilisées pour favoriser la guérison et diminuer la récidive du cancer.
En résumé, on a démontré pour la première fois le lien causal entre le microbiote intestinal préopératoire et la guérison anastomotique chez les patients avec CCR. On a aussi identifié des biomarqueurs potentiels qui peuvent être utilisés en pratique pour détecter l’inflammation subclinique de bas-grade induite par le microbiote pour prédire la guérison avant la chirurgie. On a aussi démontré que le microbiote et PPAR-γ peuvent être modulés avec des oligosaccharides fermentables pour améliorer la guérison, renforcer la barrière intestinale et prévenir la récidive du cancer. / Colorectal cancer (CRC) is the third most diagnosed cancer in Canada. Its treatment
involves a surgical resection of the colon or rectum, and a reconnection of the
remaining bowel segments to re-establish gastrointestinal continuity. This
reconnection, termed “anastomosis”, may fail to heal and leak in up to 30% of patients,
which leads to a morbid and mortal complication called “anastomotic leak” (AL). In
addition to decreasing survival and quality of life, AL may be linked to higher cancer
recurrence for reasons that remain unclear. Despite significant technical progress over
the last decades, the rates of AL have not significantly decreased, and its occurrence
remains highly unpredictable. Recent data have suggested that the gut microbiota, or
the collection of microorganisms in the gut, may influence the healing process after
surgery, but evidence on this relation remains weak. The following studies aimed
therefore at assessing the causal link between the gut microbiota, AL, and CRC in
patients undergoing surgery.
Using fecal samples collected before surgery from 18 patients with CRC (9 with AL
and 9 without AL), we assessed the causal role of the human microbiota in mice
subjected to fecal microbiota transplantation (FMT) then colonic surgery. We found
that FMT from AL patients led to poor anastomotic healing, a weakened extracellular
matrix in the colonic wound, and heightened inflammation locally. We identified 2
bacterial strains, Parabacteroides goldsteinii kh35 and Alistipes onderdonkii kh33, that
were found to influence anastomotic healing, the first one positively and the second
one negatively. These strains were found to modulate inflammation in the colonic
mucosa, with P. goldsteinii exerting an anti-inflammatory effect and A. onderdonkii a
pro-inflammatory effect. Using mucosal samples collected from patients before the
completion of the anastomosis, we found with a multiplex assay that patients
experiencing AL harbor higher basal levels of macrophage inflammatory protein-
1 alpha, monocyte chemoattractant protein-1, macrophage Inflammatory Protein 2 and
interleukin-17A/F, and that the microbiota of these patients lead to the same increase
in pro-inflammatory cytokines in mice.
To corroborate the hypothesis that patients experiencing AL after surgery harbor higher
basal levels of microbiota-driven low-grade inflammation in the gut, we quantified 9
cytokines in the colorectal mucosa of 77 patients with CRC, among whom 13
experienced AL after surgery. All 9 cytokines were found to be increased in patients
developing AL. We explored potential fecal inflammatory markers that could be used
as screening biomarkers before surgery, and identified calprotectin and lipocalin-2 as
being significantly different between patients that subsequently developed, or not, AL.
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Next we explored whether bacterial metabolites may be used to improve anastomotic
healing. Short-chain fatty acids are produced in the gut upon bacterial fermentation of
dietary fibers. We therefore tested in mice whether dietary supplementation with inulin
or galacto-oligosaccharides (GOS), two fermentable oligosaccharides, could improve
healing. We found that inulin and GOS increased the levels of the beneficial SCFA
butyrate, improved anastomotic healing, promoted epithelial repair, collagen
deposition and the gut barrier function.
Finally, as butyrate is known to exert anticarcinogenic effect by stimulating the nuclear
receptor peroxisome proliferator-activated receptor gamma (PPAR-γ), we further
investigated the relationship between promotion of postoperative intestinal healing
using inulin and 5-aminosalicylate (5-ASA), a PPAR-γ activator, and CRC recurrence.
A review of postoperative survival of CRC patients with and without AL was
performed. The effect of dietary supplementation with inulin and 5-ASA on local
anastomotic tumors was assessed in mice undergoing colonic surgery. Inulin and 5-
ASA were also assessed in a mouse model of liver metastasis where CRC cells are
surgically inoculated into the spleen. Patients experiencing AL displayed significantly
lower overall and oncological survival than non-AL patients. Poor anastomotic healing
in mice led to larger anastomotic and peritoneal tumors. Inulin and 5-ASA reinforced
the gut barrier and prevented anastomotic tumors and metastatic spread in mice. These
findings reinforce the hypothesis that preventing AL improves oncological outcomes
in patients with CRC, and pave the way towards clinical trials in which microbiotatargeted
interventions may be used to enhance healing and diminish cancer recurrence.
In summary, we demonstrated for the first time the causal link between the preoperative
gut microbiota and anastomotic healing in patients with CRC. We also identified
potential biomarkers that could be used in practice to detect microbiota-driven
subclinical inflammation and predict healing before surgery. We also showed that the
gut microbiota and PPAR-g could be modulated using fermentable oligosaccharides to
improve healing, reinforce the gut barrier and prevent cancer recurrence.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:umontreal.ca/oai:papyrus.bib.umontreal.ca:1866/32600 |
| Date | 04 1900 |
| Creators | Hajjar, Roy |
| Contributors | Santos, Manuela, Richard, Carole |
| Source Sets | Université de Montréal |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | thesis, thèse |
| Format | application/pdf |
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