Le microbiome intestinal des souris devient stressé dans les 24 heures lorsqu’elles suivent un régime riche en graisses

Le microbiome intestinal des souris devient stressé dans les 24 heures lorsqu’elles suivent un régime riche en graisses

Dans une étude récemment publiée dans la revue Rapports de cellules Des chercheurs de Cincinnati, aux États-Unis, ont examiné les effets d'un changement de régime alimentaire vers un régime riche en graisses (HFD) sur l'intestin.

Un changement important de régime alimentaire au fil du temps peut affecter le métabolisme et la physiologie. Aux États-Unis, le déséquilibre calorique peut contribuer à l’obésité. De 1999 à 2018, le nombre de personnes souffrant d'obésité est passé de 30,5 % à 42,4 %, tandis que les maladies métaboliques telles que les troubles lipidiques et le diabète ont augmenté de 25,3 % à 34,2 %. On sait que les changements alimentaires à long terme provoquent l’obésité et les maladies métaboliques, mais on ne sait pas exactement à quelle vitesse les changements alimentaires peuvent entraîner des changements dans le corps.

Apprendre: Changer votre alimentation pour adopter un régime riche en graisses initie une adaptation intestinale rapide. Crédit photo : Alexei Logvinovich / Shutterstock

À propos des études

Dans la présente étude, les chercheurs ont évalué la réponse des cellules épithéliales intestinales à un HFD à l’aide de mesures physiologiques et de transcriptomiques unicellulaires.

L’équipe a utilisé la calorimétrie indirecte pour étudier des souris adultes de type sauvage nourries régulièrement ou passées à un HFD pendant sept jours et évaluer les effets. Premièrement, la quantité d’oxygène consommée (VO2) a été estimée ainsi que l’expiration de dioxyde de carbone (VCO2) pour calculer le taux d’échange respiratoire (RER), qui indiquait la principale source de carburant métabolisée par le corps. L'équipe a également mesuré l'énergie totale requise pour l'homéostasie, appelée dépense énergétique (EE).

L'équipe a également examiné si une réponse adaptative dans l'intestin proximal à un HFD aigu provoquait ces changements métaboliques dans tout le corps. La prolifération intestinale, ainsi que la profondeur des cryptes et la hauteur des villosités, ont été examinées après un, trois ou sept jours sur un HFD. Le séquençage de l'acide ribonucléique unicellulaire (scRNA-seq) a également été réalisé sur des cellules épithéliales duodénales et jéjunales de souris adultes à tout moment. Après avoir vérifié et filtré la qualité des cellules, l’équipe a combiné les ensembles de données de cellules obtenues de souris consommant régulièrement de la nourriture et de souris nourries avec du HFD pendant un, trois ou sept jours. Les cellules d'alimentation normales ont été utilisées comme ensemble de données de référence.

L’équipe a ensuite analysé la façon dont chaque groupe de cellules répondait au HFD en utilisant une analyse différentielle de l’expression génique. La signature transcriptionnelle associée au métabolisme du glutamate/glutamine a également été évaluée à l'aide de gènes de la base de données de signatures moléculaires (MSigDB).

Résultats

Au cours du premier jour d’alimentation HFD, les valeurs RER ont diminué d’environ 0,9 à 0,8, et ces différences se sont maintenues au fil du temps. Le premier jour, l’EE est passée d’environ 0,2 à 0,5 kcal/min à près de 0,4 à 0,6 kcal/min. Il n’y avait aucune différence significative dans la quantité d’eau consommée ou dans les mouvements de marche au cours de sept jours. Les souris nourries avec un HFD ont pris du poids dès le premier jour tout en affichant un apport énergétique plus élevé. Après avoir consommé un HFD pendant une journée, ces résultats ont montré que le métabolisme des souris avait changé dans tout leur corps et que des changements pouvaient également s'être produits dans leurs intestins.

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Il y a eu une augmentation de la consommation d'EdU (5-éthynyl-2′-désoxyuridine) après 1 jour de consommation de HFD. Cependant, la profondeur des cryptes intestinales ou la hauteur des villosités n’ont pas changé. L’équipe a également évalué tout changement dans la mort des cellules intestinales à l’aide de la coloration de la caspase-3 clivée ainsi que de la coloration terminale de la désoxynucléotidyl transférase-désoxyuridine triphosphate (TUNEL) et n’a trouvé aucune différence à aucun des moments évalués. Ces résultats ont montré que le HFD produisait une réponse proliférative en une journée, mais que cela ne modifiait pas la taille de la surface intestinale au cours d'une semaine. De plus, tous les types de cellules attendus tels que la CEE, les entérocytes, les cellules progénitrices d'entérocytes (EP), les cellules caliciformes, les cellules de Paneth, les cellules progénitrices sécrétoires (SP), les touffes et les cellules souches/zones d'amplification de transit précoce (TA) ont été identifiés.

L'analyse des changements transcriptionnels induits par HFD a été réalisée à l'aide des termes d'ontologie des gènes de processus biologiques (GO-Terms), qui ont montré que les gènes des voies métaboliques des acides gras dans plusieurs types de cellules présentaient des niveaux d'expression plus élevés après seulement 1 jour de HFD. Cela suggère que l’épithélium intestinal s’est éloigné du métabolisme glutamine/glutamate couramment utilisé. Une régulation négative immédiate a également été observée après 1 jour de HFD. L'analyse d'enrichissement des ensembles de gènes (GSEA) a montré que la plupart des cellules épithéliales avaient des gènes régulés positivement qui facilitaient le métabolisme des acides gras, comme en témoignent les valeurs d'enrichissement normalisées (NES). Plus précisément, les NES liés au métabolisme des acides gras ont augmenté après un et trois jours de HFD. Cela suggère que le métabolisme du corps réagit rapidement à l’augmentation de la graisse luminale. Après sept jours, les NES du métabolisme des acides gras avaient diminué, indiquant que les entérocytes s'étaient adaptés au passage au HFD.

Après 1 jour sous HFD, il y avait une régulation positive des gènes liés au stress pour toutes les populations de cellules épithéliales. Sur la base des données scRNA-seq, les TA souches/précoces ainsi que les cellules de Paneth avaient tendance à présenter des changements spectaculaires dans l'expression des gènes en réponse au stress cellulaire. Il a été constaté que le sous-groupe tige/TA précoce régulait positivement les gènes des protéines de choc thermique et les gènes de réponse protéique non pliée (UPR) régulés positivement par la GSEA. Cela a démontré que les cellules souches/TA précoces répondent au HFD avec une réponse immédiate au stress.

Cette étude a démontré une approche à plusieurs volets pour évaluer la façon dont les animaux réagissent aux changements alimentaires en évaluant le métabolisme du corps entier, la fonction tissulaire, la morphologie et la transcriptomique unicellulaire. Les analyses fonctionnelles et transcriptionnelles ont montré que tous les types de cellules épithéliales intestinales étaient modifiés en 24 heures. De plus, en une semaine, l’épithélium intestinal avait été modifié pour maximiser l’absorption des graisses. La plasticité de la paroi intestinale a peut-être évolué en période de pénurie de nutriments, mais elle peut désormais être liée à l'obésité, aux maladies métaboliques et à l'inflammation en période d'excès de nutriments.

Référence:

• Jacob R. Enriquez, Heather A. McCauley, Kevin X. Zhang, J. Guillermo Sanchez, Gregory T. Kalin, Richard A. Lang, James M. Wells, A diätetische Umstellung auf eine fettreiche Ernährung initiiert eine schnelle Anpassung der intestinal, Cell Reports, Band 41, Heft 7, 2022, 111641, ISSN 2211-1247, DOI: https://doi.org/10.1016/j.celrep.2022.111641, https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211124722015121

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