Gut-brain axis and the regulation of satiey during obesity : Study of metabolic endotoxemia origin and its role on vagus nerve physiology in a rat model of diet-induced obesity.

Véritable enjeu de santé publique, l’obésité et ses complications seraient la conséquence d’un état inflammatoire chronique de bas-grade qui pourrait résulter de la présence dans le sang de composés bactériens, les lipopolysaccharides (LPS), état appelé endotoxémie métabolique. Le premier objectif de cette thèse était de comprendre pourquoi les LPS, initialement contenus dans le microbiote, sont capables de traverser l’intestin et d’entrer dans le système sanguin. Mon second objectif était d’étudier l’impact de la composition du microbiote dans le contrôle de la satiété par le nerf vague, lien de communication entre l’intestin et le cerveau. Pour cela, un modèle de rats soumis à un régime obésogène a été utilisée.Mes travaux ont montré que la consommation d’un régime obésogène induisait une perte de la fonction de barrière intestinale au niveau de l’iléon caractérisée par une baisse des défenses mucosales et une augmentation de la perméabilité au LPS. L’obésité est également caractérisée par une altération du comportement alimentaire, avec notamment une réduction de la sensibilité aux signaux de satiété. Nous avons montré que ni l’obésité ni le pourcentage de lipides du régime n’étaient responsables de cette perte de sensibilité aux signaux de satiété mais que l’altération du microbiote en serait le contributeur principal. Ainsi, l’endotoxémie métabolique serait le résultat d’une augmentation du passage transepithelial de LPS, qui, une fois dans le sang, pourraient atteindre, entre autres, le nerf vague où ils perturberaient les signaux intestinaux de satiété.A real public health issue, obesity and its associated metabolic and behavioral disorders are the consequences of a state of low grade chronic inflammation that might originate from the presence in host plasma of gut-derived bacteria components, lipopolysaccharides (LPS). This present state is called metabolic endotoxemia. The first aim of my thesis was to understand why, in diet-induced obesity (DIO), LPS initially contained in the gut lumen, are able to cross the intestine and enter into the circulatory system. My second aim was to investigate the effect of gut microbiota composition and LPS on the satiety regulation by the vagus nerve, the main communication pathway between the gut and the brain. To answer these questions, we have mainly used a DIO rat model.We showed that consumption of WD induced a loss of ileal barrier function characterized by a reduction in mucosal defenses associated to elevated LPS permeability. Obesity is also characterized by an alteration in feeding behavior including a decreased sensitivity to intestinal satiety signals. We showed that neither obesity nor the lipid percentage of the diet triggers loss of sensitivity to satiety signals but that gut microbiota alterations could rather be the main driver. Hence, metabolic endotoxemia could result from an increased transepithelial passage of LPS, which once spread in the blood could reach, among other things, the vagus nerve where they could disrupt intestinal signals of satiety

Axe intestin-cerveau et régulation de la satiété chez l'obèse : étude de l'origine de l'endotoxémie métabolique et de son rôle sur la physiologie du nerf vague dans un modèle d'obésité induite par un régime occidental chez le rat

A real public health issue, obesity and its associated metabolic and behavioral disorders are the consequences of a state of low grade chronic inflammation that might originate from the presence in host plasma of gut-derived bacteria components, lipopolysaccharides (LPS). This present state is called metabolic endotoxemia. The first aim of my thesis was to understand why, in diet-induced obesity (DIO), LPS initially contained in the gut lumen, are able to cross the intestine and enter into the circulatory system. My second aim was to investigate the effect of gut microbiota composition and LPS on the satiety regulation by the vagus nerve, the main communication pathway between the gut and the brain. To answer these questions, we have mainly used a DIO rat model.We showed that consumption of WD induced a loss of ileal barrier function characterized by a reduction in mucosal defenses associated to elevated LPS permeability. Obesity is also characterized by an alteration in feeding behavior including a decreased sensitivity to intestinal satiety signals. We showed that neither obesity nor the lipid percentage of the diet triggers loss of sensitivity to satiety signals but that gut microbiota alterations could rather be the main driver. Hence, metabolic endotoxemia could result from an increased transepithelial passage of LPS, which once spread in the blood could reach, among other things, the vagus nerve where they could disrupt intestinal signals of satiety.Véritable enjeu de santé publique, l’obésité et ses complications seraient la conséquence d’un état inflammatoire chronique de bas-grade qui pourrait résulter de la présence dans le sang de composés bactériens, les lipopolysaccharides (LPS), état appelé endotoxémie métabolique. Le premier objectif de cette thèse était de comprendre pourquoi les LPS, initialement contenus dans le microbiote, sont capables de traverser l’intestin et d’entrer dans le système sanguin. Mon second objectif était d’étudier l’impact de la composition du microbiote dans le contrôle de la satiété par le nerf vague, lien de communication entre l’intestin et le cerveau. Pour cela, un modèle de rats soumis à un régime obésogène a été utilisée.Mes travaux ont montré que la consommation d’un régime obésogène induisait une perte de la fonction de barrière intestinale au niveau de l’iléon caractérisée par une baisse des défenses mucosales et une augmentation de la perméabilité au LPS. L’obésité est également caractérisée par une altération du comportement alimentaire, avec notamment une réduction de la sensibilité aux signaux de satiété. Nous avons montré que ni l’obésité ni le pourcentage de lipides du régime n’étaient responsables de cette perte de sensibilité aux signaux de satiété mais que l’altération du microbiote en serait le contributeur principal. Ainsi, l’endotoxémie métabolique serait le résultat d’une augmentation du passage transepithelial de LPS, qui, une fois dans le sang, pourraient atteindre, entre autres, le nerf vague où ils perturberaient les signaux intestinaux de satiété

L’hyperphagie transitoire lors de la consommation d’un régime de type occidental est nécessaire aucontrôle de l’endotoxémie métabolique à moyen terme

National audienceIntroduction et but de l’étude : La présence dans le sang de lipopolysaccharides (LPS) ou endotoxémie métabolique, liée àune altération de la barrière intestinale, est impliquée dans le développement de l’inflammation chronique de bas-gradecaractéristique de l’obésité. La consommation d’un régime de type occidental riche en lipides et pauvre en fibres induit uneaugmentation des taux de LPS circulant mais aussi une hyperphagie transitoire. L’objectif de notre étude était d’évaluer lerôle de l’hyperphagie liée à la consommation d’un tel régime dans la cinétique d’altération des mécanismes régulant latranslocation caecale et iléale du LPS.Matériel et méthodes : 24 rats mâles Wistar ont été nourris avec un régime standard (C) ou un régime Western ad libitum(WDal) riche en lipides (45% de l’énergie) et appauvri en fibre durant 1 ou 6 semaines. Un troisième groupe a été nourriavec l’aliment Western mais avec un apport calorique au même niveau que les animaux contrôles (pair-feeding, WDpf, n=12). A l’euthanasie, le passage iléal et caecal de LPS a été mesuré en chambres d’Ussing. L’endotoxémie a été évaluéepar dosage LAL, l’activité de la phosphatase alcaline intestinale (IAP) par dosage colorimétrique et l’expression demolécules impliquées dans la signalisation du LPS (tlr4, md2, myd88) par PCR.Résultats et Analyse statistique : L’adiposité à 6 semaines était augmentée chez les animaux nourris avec le régime WD,ad libitum ou non (+81% et + 64% vs C). Les animaux WDpf présentaient la même augmentation transitoire de l’activité del’IAP caecale à 1 semaine que les animaux WDal (+408% WDpf vs C et +1052% WDal vs C). En revanche, alors que lesrats WDal présentaient une augmentation transitoire du passage caecal du LPS à 1 semaine (+49% vs C), celui-ci restaitélevé à 6 semaines chez les animaux WDpf (+49% à 1 et +71% à 6 semaines vs C). L’expression de md2 à 1 et 6 semaineset de myd88 à 6 semaines était diminuée chez les rats WDpf (-80, -30 et -41% vs C, respectivement) contrairement auxrats WDal qui ne présentaient une diminution de md2 (-70% vs C) qu’à 1 semaine. Dans l’iléon, les animaux WDpfprésentaient le même profil à 1 et 6 semaines que les animaux WDal concernant l’activité de l’IAP (+537 et +329% WDpfvs C ; +1000 et +900% WDal vs C) et l’expression de md2 (-28 et -30% WDpf vs C ; -31 et -25%, WDal vs C). Cependantet contrairement aux rats WDal, les animaux WDpf ne présentaient pas de diminution de l’expression de tlr4 mais unediminution de myd88 à 6 semaines (-31% WDpf vs C). Comme dans le caecum, les animaux WDpf présentaient uneaugmentation du passage iléal de LPS à 1 et 6 semaines (+ 81 et +140% vs C) non observée chez les animaux WDal.Enfin, à 6 semaines, l’endotoxémie était élevée uniquement chez les animaux WDpf (+ 1124% WDpf vs C).Conclusion : Un régime obésogène induit des altérations des mécanismes homéostatiques contrôlant le passage intestinaldu LPS dépendantes de la durée de régime et du site intestinal considéré ainsi que de l’hyperphagie initiale au moment duchangement de régime

Transient overconsumption induced by a Western diet in rats is essential to the control of metabolic endotoxemia via regulation of LPS intestinal translocation

Increased plasma level of gut bacteria-derived lipopolysaccharides (metabolic endotoxemia) due to alteration of intestinal homeostasis plays an important role in obesity-related disorders. We hypothesizedthat initial calorie overconsumption during Western diet feeding in rats alters intestinal homeostasis, leading to increased lipopolysaccharides (LPS) translocation. Rats were fed for 1 or 6 weeks either a control diet (C), a Western Diet (45% fat) ad libitum (WDal) or at the same caloric level than C rats (WDpf).Adiposity and weight gain were similarly increased in both groups of WD rats, whereas endotoxemia was increased only in rats fed WD without calorie overconsumption. WD feeding increased intestinal LPS detoxification mechanisms (alkaline phosphate activity) and transiently decreased caecal bile acids receptors mRNA, irrespective of the energy intake level. However, sustained increased in intestinal LPS permeability and decreased caecal pxr, md2 and myd88 mRNA level were observed in WDpf rats as opposed to transient effects at week 1 in WDal rats. A Western diet has both profound and transient effects on the mechanisms preventing LPS intestinal translocation. The transient effects seem to be driven by initial calorie intake and involved in the control of metabolic endotoxemia

La perte de sensibilité à la CCK observée chez le rat obèse est liée à la nature purifiée des ingrédients composant les régimes expérimentaux

National audienceIntroduction et but de l’étude : Les modèles murins d’obésité induite par l’alimentation comparent les effets de la consommation de régimes riches en lipides, composés d’ingrédients purifiés à ceux de la consommation de régimes normo-lipidiques formulés avec des ingrédients complexes. Des travaux récents suggèrent que les effets métaboliques de ces régimes ne seraient pas entièrement liés au taux de lipides de l’aliment mais également à la nature purifiée ou complexe des ingrédients qui les composent. Chez le rat, l’obésité s’accompagne d’une réduction de la sensibilité du nerf vague à la cholécystokinine (CCK), peptide satiétogène sécrété par l’intestin. Notre objectif était d’évaluer si cette perte de sensibilité à la CCK était liée à la consommation excessive de lipides ou à la nature purifiée/complexe des ingrédients composant les régimes et si la nature des fibres alimentaires (cellulose vs inuline) du régime obésogène pouvait moduler cette perte de sensibilité à la CCK. Matériel et méthodes : Des rats Wistar males ont été nourris avec un régime normo-lipidique composé d’ingrédients complexes (C), ou avec des régimes composés d’ingrédients purifiés, à teneur normale (10% de l’énergie) ou élevée en lipides (45%) et contenant une nature de fibres différente: 10% de cellulose (LFC et HFC) ou 10% d’inuline (LFI et HFI). Après 7 semaines de consommation, la sensibilité à la CCK des rats a été évaluée en comparant la prise alimentaire après injection i.p. de CCK8S (1 ou 3 μg/kg) ou de sérum physiologique. Les expériences ont été réalisées de façon randomisée à 3 jours d’intervalle. Après 8 semaines de consommation, le métabolome de leur contenu caecal a été évalué par 1H-RMN. Résultats et Analyse statistique : La consommation des régimes HFC et HFI a augmenté la prise de poids (+33%, P=0,01) et l’adiposité (+14%, P=0,01) des rats en comparaison des régimes C, LFC et LFI. La consommation des régimes synthétiques, quels que soient le taux de lipides ou la nature des fibres (cellulose ou inuline), a entrainé la perte de sensibilité à la CCK, i.e. une absence d’effet satiétogène de la CCK à la faible dose (diminution de la consommation par rapport à la condition sérum physiologique HFC: -24 HFI: -19, LFC:-18 et LFI:-19%, P>0,05) en comparaison du régime C (-42%, PConclusion : Les altérations de la communication intestin-cerveau régulant la satiété observées chez le rat obèse semblent liées à la nature purifiée des ingrédients des régimes consommés et non au taux de lipides ou à la nature des fibres alimentaires. Ainsi, ces régimes modifient profondément le métabolome intestinal et les interactions microbiote-hôte

L’hyperphagie transitoire lors de la consommation d’un régime de type occidental est nécessaire au contrôle de l’endotoxémie métabolique à moyen terme chez le rat

National audienceL’hyperphagie transitoire lors de la consommation d’un régime de type occidental est nécessaire au contrôle de l’endotoxémie métabolique à moyen terme chez le rat. 34. Congrès du club d'étude des cellules épithéliales digestives (CECED

Western-diet consumption induces alteration of barrier function mechanisms in the ileum that correlates with metabolic endotoxemia in rats

International audienceObesity and its related disorders have been associated with the presence in the blood of gut bacteria-derived lipopolysaccharides (LPS). However, the factors underlying this low-grade elevation in plasma LPS, so-called metabolic endotoxemia, are not fully elucidated. We aimed to investigate the effects of Western diet (WD) feeding on intestinal and hepatic LPS handling mechanisms in a rat model of diet-induced obesity (DIO). Rats were fed either a standard chow diet (C) or a Western Diet (WD, 45% fat) for 6 wk. They were either fed ad libitum or pair-fed to match the caloric intake of C rats for the first week, then fed ad libitum for the remaining 5 wk. Six-week WD feeding led to a mild obese phenotype with increased adiposity and elevated serum LPS-binding protein (LBP) levels relative to C rats, irrespective of initial energy intake. Serum LPS was not different between dietary groups but exhibited strong variability. Disrupted ileal mucus secretion and decreased ileal Reg3-γ and -β gene expression along with high ileal permeability to LPS were observed in WD compared with C-fed rats. Ileal and cecal intestinal alkaline phosphatase (IAP) activity as well as Verrucomicrobia and Bifidobacterium cecal levels were increased in WD-fed rats compared with C-fed rats. WD consumption did not impact mRNA levels of LPS-handling hepatic enzymes. Correlation analysis revealed that ileal passage of LPS, IAP activity, Proteobacteria levels and hepatic aoah gene expression correlated with serum LPS and LBP, suggesting that ileal mucosal defense impairment induced by WD feeding contribute to metabolic endotoxemia

Chronic refined low-fat diet consumption reduces cholecystokinin satiation in rats

International audiencePurpose - Reduced ability of cholecystokinin (CCK) to induce satiation contributes to hyperphagia and weight gain in high-fat/high-sucrose (HF/HS) diet-induced obesity, and has been linked to altered gut microbiota. Rodent models of obesity use chow or low-fat (LF) diets as control diets; the latter has been shown to alter gut microbiota and metabolome. We aimed to determine whether LF-diet consumption impacts CCK satiation in rats and if so, whether this is prevented by addition of inulin to LF diet. Methods - Rats (n = 40) were fed, for 8 weeks, a chow diet (chow) or low-fat (10%) or high-fat/high-sucrose (45 and 17%, respectively) refined diets with either 10% cellulose (LF and HF/HS) or 10% inulin (LF-I and HF/HS-I). Caecal metabolome was assessed by H-NMR-based metabolomics. CCK satiation was evaluated by measuring the suppression of food intake after intraperitoneal CCK injection (1 or 3 µg/kg). Results - LF-diet consumption altered the caecal metabolome, reduced caecal weight, and increased IAP activity, compared to chow. CCK-induced inhibition of food intake was abolished in LF diet-fed rats compared to chow-fed rats, while HF/HS diet-fed rats responded only to the highest CCK dose. Inulin substitution ameliorated caecal atrophy, reduced IAP activity, and modulated caecal metabolome, but did not improve CCK-induced satiety in either LF- or HF/HS-fed rats. Conclusions - CCK signaling is impaired by LF-diet consumption, highlighting that caution must be taken when using LF diet until a more suitable refined control diet is identified

Milk protein digestion and the gut microbiome influence gastrointestinal discomfort after cow milk consumption in healthy subjects

Many healthy people suffer from milk-related gastrointestinal discomfort (GID) despite not being lactose intolerant; the mechanisms underpinning such condition are unknown. This study aimed to explore milk protein digestion and related physiological responses (primary outcome), gut microbiome and gut permeability in 19 lactose-tolerant healthy nonhabitual milk consumers [NHMCs] reporting GID after consuming cow milk compared to 20 habitual milk consumers [HMCs] without GID. NHMCs and HMCs participated in a milk-load (250 mL) test, underwent blood sample collection at 6 time points over 6 h after milk consumption and collected urine samples and GID self-reports over 24 h. We measured the concentrations of 31 milk-derived bioactive peptides (BAPs), 20 amino acids, 4 hormones, 5 endocannabinoid system mediators, glucose and the dipeptidyl peptidase-IV (DPPIV) activity in blood and indoxyl sulfate in urine samples. Subjects also participated in a gut permeability test and delivered feces sample for gut microbiome analysis. Results showed that, compared to HMCs, milk consumption in NHMCs, along with GID, elicited a slower and lower increase in circulating BAPs, lower responses of ghrelin, insulin, and anandamide, a higher glucose response and serum DPPIV activity. The gut permeability of the two groups was similar, while the habitual diet, which was lower in dairy products and higher in the dietary-fibre-to-protein ratio in NHMCs, possibly shaped the gut microbiome; NHMCs exhibited lower abundance of Bifidobacteria, higher abundance of Prevotella and lower abundance of protease-coding genes, which may have reduced protein digestion, as evidenced by lower urinary excretion of indoxyl sulfate. In conclusion, the findings showed that a less efficient digestion of milk proteins, supported by a lower proteolytic capability of the gut microbiome, may explain GID in healthy people after milk consumption