Prsentation PowerPoint

1
Probiotiques et barrière intestinale Mécanismes
daction
Theodorou Vassilia, PhD Unité de
Neuro-Gastroentérologie et Nutrition (NGN) UMR
1054 INRA/EI-Purpan vtheodor_at_toulouse.inra.fr
2
Un certain début de lhistoire
Longévité des populations caucasiennes et
consommation des produits fermentés (bactéries
lactiques)..
Elie Metchnikoff (1845-1916)
3
Probiotiques définitions
 Probiotiques  terme proposé par Lilly et
Stillwell (Science, 1965) substances secrétées
par un micro-organisme stimulant la croissance
dun autre. Micro-organismes et substances issues
de micro-organismes contribuant à léquilibre de
la microflore intestinale (Parker et al.,
1974).  Micro-organismes vivants exerçant un
effet bénéfique vis-à-vis de lhôte par maintien
de léquilibre de la microflore intestinale
(Fuller et al., 1989).   Micro-organismes
vivants qui, ingérés en quantité suffisante
exercent un effet positif sur la santé (FAO/WHO)
4
Probiotiques entité en évolution De
lingrédient daliment fonctionnel vers lagent
bio thérapeutique
5
Qui sont-ils?
Bactéries

• Lactobacilles (différentes souches )
• Bifidobactéries
• ..
• E. Coli non-pathogène (E. Coli Nissle 1917)
• Enterocoques

Levures

• Saccharomyces boulardii

6
La barrière intestinale
7
Probiotiques comment agissent-ils?
Microbiote lumière
Barrière intestinale
Immuno- modulation
8
Probiotiques et pathologies gastro-intestinales

• Intolérance au lactose
• Gastroentérites infectieuses
• Diarrhée associée à lantibiothérapie
• Maladies inflammatoires chroniques de lintestin
  (MICI)
• Syndrome de lintestin irritable (IBS)

9
Probiotiques / MICI / IBS rationnel
dutilisation
- Changements du milieu intraluminal (flore,
proteases) - Reponse immune au microbiote
inappropriée - Barrière intestinale altérée
- Changements du milieu intraluminal (flore,
proteases) - Activation immune locale et
systémique - Barrière intestinale altérée
10
Changements qualitatifs et quantitatifs de la
microflore
?du nombre de bifidobactéries et lactobacilles
Favier et al., 1997 Balsari et al., 1982
Malinen et al., 2005 Matto et al., 2005)
11
Intraluminal serine-proteases changes
Roka et al., Clin Gastroenterol Hepatol 2007
12
Critical features of the mucosal immune response
in normal vs Crohn disease intestine
Strober et al., JCI 2007
13
Plasma cytokine levels changes in IBS
Dinan et al., Gastroenterology 2006
14
Crohn and Ileo-Colonic paracellular permeability
Söderholm et al. Gut 2002
15
IBS and increased gut permeability
Post-infection (acute diarrhea)
All subjects Rome I
100
100
Control (n86)
No IBS (n43)
80
80
IBS (n132)
IBS (n67)
60
60

Subjects ()
Subjects ()

40
40
20
20
0
0
gt 0.02
gt 0.02
Lactulose-Mannitol ratio
Lactulose-Mannitol ratio
Marshall et al. Gastroenterology 2006
16
Probiotiques et mécanismes daction
1) Interactions avec des pathogènes et des
facteurs endoluminaux
17
Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol. 1999
Probiotiques/pathogènes
18
Expression du peptide antimicrobien human
beta-defensin-2 (hBD-2)
E.coli Nissle 1917
NF-kB, AP-1
Caco-2
hBD-2
L. paracasei, L plantarum, L frementum, L.
gasseri
Wehkamp et al., Infect Immun, 2004
Probiotiques/pathogènes
19
Inhibition of H pylori by bacteriocins
Lactobacilli (Kim et al., 2003)
Nisin A, pediocin PO2, leucocin K, lacticins..
Nisin, lactacin F, autolysin
L. johnsonii La1, L.Acidophilus LB supernatant
(Dalmau et al., 2002 Coconnier et al., 1998)
urease
Probiotiques/pathogènes
20
Fecal serine-protease activity in IBS-D a
lumenal factor impairing permeability and
sensitivity
21
L farciminis decreases visceral hypersensitivity
induced by luminal application of IBS-D fecal
supernatants
Probiotiques/facteurs endoluminaux
22
L farciminis decreases fecal serine-protease
activity of IBS-D fecal supernatants
Probiotiques/facteurs endoluminaux
23
Probiotiques et mécanismes daction
2) Interactions avec la barrière épithéliale
24
Toll-like receptors (TLRs) in bacteria-
intestinal epithelial cell (IEC) communication
TLR5
TLR2
Hyporesponsiveness (tolerance)
Bacteria Gram
Tollip
LTA
LPS
Tollip
Hyperresponsiveness (inflammation)
TLR4
Bacteria Gram -
Cytokines
From Otte et al., Gastroenterology 2004
25
L.casei and L. helveticus induce IEC
responsivness via a TLR -2 independent pathway
Primary culture of colon IEC
Anti-TLR2
x
?
x
Maintained IL-6 release
Anti-TLR4
L casei CRL431 L helveticus R389
From Vinderola et al., 2005
Probiotiques/barrière épithéliale
26
VSL?3 inhibits nuclear factor-?B and induce heat
shock proteins in colonic epithelial cells
through proteasome inhibition
VSL3
Facteurs solubles
Petrof et al., Gastroenterology 2004
Probiotiques/barrière épithéliale
27
L. farciminis reduces the severity of
experimental colitis role of intestinal barrier
integrity
Probiotiques/barrière épithéliale
Lamine et al., Scand J Gastroenterol. 2004
28
L. farciminis suppresses the increase of colonic
permeability induced by an acute stress in rats
interaction with epithelial cells cytoskeleton
contraction
Ait Belgnaoui et al., Gut 2006
Probiotiques/barrière épithéliale
29
L. farciminis suppresses stress-induced visceral
hypersensitivity through interaction with
epithelial cell cytoskeleton contraction
Compliance
Colorectal sensitivity



60

4

3
40

Number of abdominal contractions/5 min.
Volume (ml)
2
20
1
0
0
45
60
15
30
0
0
15
30
45
60
Pressure (mm Hg)
Pressure (mm Hg)
sham
stress
stress L.farciminis
Ait Belgnaoui et al., Gut 2006
Probiotiques/barrière épithéliale
30
Effect of a Tight Junction blocker on
stress-induced increased colonic paracellular
permeability and sensitivity to distension
40
51-CrEDTA
Tris

4
35
Tris Stress

sham
plt0.05 from sham
TAP stress
30
stress
3
25
stress TAP
20




2
15

10
plt from control (Tris)
1
5
plt from Stress Tris)

0
0
0
0,4
0,8
1,2
Basal
0 - 6
6 - 24 hours
Volume of distension (ml)
TAP 2, 4, 6, triaminopyrimidine
( Ait-Belgnaoui et al. 2005)
31
Probiotiques et mécanismes daction
3) Interactions avec les cellules immunitaires
32
Link between physical and funcionnal barrier

• immunocyte attraction
• increased MPO
• - increased cytokine
• expression (IL-1ß
• TNF-a, IFN-g)
• - bacterial translocation

33
TLR-9 signaling mediates anti-inflammatory
effects of VSL3 in experimental colitis
Dendritic cell Macrophages
VSL3
IL-6, IL-12
TLR 9
chloroquine
CpG-DNA (ISS-DNA) or ISS-ODN
Anti-inflammatory effects (DSS - TNBS)
Rachmilewitz et al. Gastroenterology 2004
Probiotiques/immunomodulation
34
L. reuteri and L. casei effects through DC-SIGN
binding
Dendritic cell
L. reuteri, L. casei
DC-SIGN
Treg
IL-10
Unknown carbohydrate motif
Inhibition of bystander T cells
Anti-DC-SIGN
Anti-inflammatory effects
Smits et al., J Allergy Clin Immunol. 2005
Probiotiques/immunomodulation
35
L. farciminis releases NO in vivo
NO intraluminal
Lamine et al., Scand J Gastroenterol. 2004
Probiotiques/immunomodulation
36
L. farciminis reduces TNBS-induced colitis NO
involvement
Scores Lésionnels Macroscopiques
Activité MPO


SLM
U/g protèines



Lamine et al., Scand J Gastroenterol. 2004
Probiotiques/immunomodulation
37
Effect of L. farciminis on mucosal cytokine
levels in TNBS colitic rats

3
7.5

6
2

IL-1b pg/mg of protein
4.5
IL-10 pg/mg of protein
3
1


1.5
0
0
Control
L. farc.
TNBS
TNBS L. farc.
Control
L. farc.
TNBS
TNBS L. farc.
Lamine et al., Scand J Gastroenterol. 2005
Probiotiques/immunomodulation
38
L casei attenuates the severity of TNBS-induced
colitis (prevents the upregulation of ICAM-1
expression and leukocyte recruitement)
Angulo et al Am J Physiol 2006
Probiotiques/immunomodulation
39
Bifidobacterium infantis normalizes PBMC
IL10/IL-12 ratio in IBS patients
OMahony et al., Gastroenterology. 2005
Probiotiques/immunomodulation
40
L. salivarius, B. infantis in IBSComposite score
of IBS symptoms
OMahony et al., Gastroenterology 2005
Probiotiques/immunomodulation
41
Putative pathways involved in probiotic effects
IL-10
Treg
TLR-9
ICAM-1 (recrut. leuc.)
Cytokines pro-infl
Hypo CD4
(8)
MLC
(6)
(1)
(3)
(7)
(5)
NFk-B
(2)
NFk-B, AP-1
(4)
X
MLCK
X
MLCP
Hsp
X
X
TLR-2
PARs
Serine protéases
DC-SIGN
Facteurs solubles
CpG-DNA
NO
hBD2
LTA
Facteurs gluc.
X
Inhibiteurs proteases
42
Probiotics in IBD Clinical evidence
Sartor B, Gastroenterology 2004
43
Probiotics in IBS Clinical evidence
Floch GC et al., J. Clin. Gastroenterol 2005
44
Conclusion
Mécanismes daction de probiotiques (i)
plusieurs voies impliqués dans laction dune
souche (ii) toutefois ces voies sont
espèce-spécifiques (iii) des nouvelles pistes
dinvestigation dans le dialogue
hôte-probiotique interactions avec le contenu
luminal. Des clarifications nécessaires (i)
définition de la sélection des souches de la dose
et de la durée des traitements (ii) de la
fraction active (bactéries vivantes versus
fractions bactériennes ou métabolites (iii)
synergies entre souches? (préparations mono
versus pluri-souches).
45
Remerciements
UMR1054 INRA-EI-Purpan F. Lamine A.
Ait-Belgnaoui H. Eutamene L. Ferrier E.
Houdeau M. Leveque C. Cartier L. Bueno J.
Fioramonti
Universitéy P Sabatier Toulouse III F. Nepveu C
Roques Institut Rosell Lallemand, Toulouse H.
Durand V. Delahaye P. Malard