Le microbiome intestinal chez la souris est stressé dans les 24 heures avec un régime riche en graisses

Dans une étude récente publiée dans la revue Rapports de celluledes chercheurs de Cincinnati, aux États-Unis, ont évalué l’impact d’une modification de l’alimentation 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, un déséquilibre calorique peut être un facteur contribuant 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 comme la dyslipidémie et le diabète sont passées de 25,3 % à 34,2 %. Les variations à long terme du régime alimentaire sont connues pour provoquer l’obésité et les maladies métaboliques, mais on ne sait pas à quelle vitesse un changement de régime alimentaire peut entraîner des changements dans le corps.

Étude: Un changement alimentaire vers un régime riche en graisses initie une adaptation rapide de l’intestin. Crédit d’image : Alexei Logvinovich/Shutterstock

À propos de l’étude

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 la transcriptomique unicellulaire.

L’équipe a utilisé la calorimétrie indirecte pour étudier des souris adultes de type sauvage nourries avec de la nourriture normale ou passées à un HFD pendant sept jours et évaluer l’impact. Tout d’abord, la quantité d’oxygène consommée (V_O2) ainsi que l’expiration du dioxyde de carbone (V_CO2) a été estimé pour calculer le taux d’échange respiratoire (RER), qui a montré la principale source de carburant que le corps métabolise. En outre, l’équipe a mesuré l’énergie totale nécessaire à l’homéostasie, appelée dépense énergétique (EE).

L’équipe a également évalué si une réponse adaptative de l’intestin proximal à la HFD aiguë provoquait ces changements métaboliques dans tout le corps. La prolifération intestinale a été examinée ainsi que la profondeur des cryptes et la hauteur des villosités après un, trois ou sept jours sur un HFD. Le séquençage unicellulaire de l’acide ribonucléique (scRNA-seq) a également été effectué sur les cellules épithéliales du duodénum et du jéjunum de souris adultes à tous les moments. Après avoir vérifié la qualité des cellules et les avoir filtrées, l’équipe a combiné les ensembles de données de cellules obtenues à partir de souris ayant consommé de la nourriture normale et de souris nourries avec un HFD pendant un, trois ou sept jours. Les cellules de chow normales ont été utilisées comme ensemble de données de référence.

L’équipe a en outre analysé la réponse de chaque groupe de cellules au HFD à l’aide d’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 niveaux de 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. Au cours de sept jours, il n’y avait pas de différences significatives dans la quantité d’eau consommée ou les mouvements ambulatoires. Les souris nourries avec un HFD ont pris du poids tout en présentant un apport énergétique plus élevé dès le premier jour. Après une journée de consommation d’un HFD, ces résultats ont montré que le métabolisme des souris a changé dans tout le corps, et il peut également y avoir eu des changements dans leurs intestins.

Il y avait une augmentation de l’incorporation d’EdU (5-éthynyl-2′-désoxyuridine) après une journée de consommation de HFD. Cependant, la profondeur des cryptes intestinales ou la hauteur des villosités n’ont pas changé. L’équipe a également évalué toute altération de la mort des cellules intestinales à l’aide de la coloration clivée de la caspase-3 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 a provoqué une réponse proliférative en un jour, mais cela n’a pas modifié la taille de la surface intestinale au cours d’une semaine. De plus, tous les types de cellules attendus, comme la CEE, les entérocytes, les progéniteurs d’entérocytes (EP), le gobelet, les cellules de Paneth, les progéniteurs sécrétoires (SP), la touffe et les cellules de la zone d’amplification du transit précoce (TA) ont été identifiés.

L’analyse des altérations transcriptionnelles induites par HFD a été réalisée avec les termes d’ontologie des processus biologiques (GO-Terms), qui ont montré que les gènes des voies métaboliques des acides gras avaient des niveaux d’expression plus élevés dans plusieurs types de cellules après seulement une journée de HFD. Cela suggère que l’épithélium intestinal s’est éloigné du métabolisme glutamine/glutamate habituellement utilisé. Il y avait aussi une régulation à la baisse immédiate observée après un jour de HFD. L’analyse de l’enrichissement de l’ensemble de gènes (GSEA) a montré que la plupart des cellules épithéliales avaient des gènes régulés à la hausse qui facilitaient le métabolisme des acides gras, comme en témoignent les scores d’enrichissement normalisés (NES). En particulier, les NES associés au métabolisme des acides gras ont augmenté à un et trois jours de HFD. Cela suggérait que le métabolisme du corps réagissait rapidement à l’augmentation de la graisse luminale. Au bout de sept jours, les NES du métabolisme des acides gras avaient décliné pour indiquer que les entérocytes s’étaient adaptés au passage au HFD.

Après une journée sur un HFD, il y avait une régulation à la hausse des gènes liés au stress pour toutes les populations de cellules épithéliales. Sur la base des données de scRNA-seq, les cellules souches / précoces de TA, ainsi que les cellules de Paneth, avaient tendance à présenter des changements spectaculaires dans l’expression des gènes en réponse au stress cellulaire. Le sous-ensemble tige/TA précoce s’est avéré réguler à la hausse les gènes des protéines de choc thermique, et la GSEA a régulé à la hausse les gènes de réponse des protéines dépliées (UPR). Cela a montré que les cellules souches/TA précoces réagissent immédiatement au HFD avec une réponse au stress.

Cette étude a démontré une approche à plusieurs volets pour évaluer la façon dont les animaux réagissent aux changements de régime alimentaire en évaluant le métabolisme du corps entier, la fonction tissulaire, la morphologie et la transcriptomique unicellulaire. Des analyses fonctionnelles et transcriptionnelles ont montré que tous les types de cellules épithéliales intestinales étaient altérés 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 pendant les périodes de pénurie de nutriments, mais pourrait maintenant être liée à l’obésité, aux maladies métaboliques et à l’inflammation pendant les périodes d’excès de nutriments.