Contribution of the intestinal epithelium in the gut barrier dysfunction in patients with an alcohol use disorder

Details

Supervisors

Starkel, Peter

Faculty

Faculté de pharmacie et des sciences biomédicales

Degree label

Master [120] en sciences biomédicales, à finalité spécialisée: nutrition humaine

Abstract

Introduction : La consommation chronique d'alcool entraîne une prolifération bactérienne dans l'intestin grêle, des modifications du microbiote associé à la muqueuse duodénale ainsi qu'une immunosurveillance réduite des microbes. L'épithélium intestinal fonctionne comme une barrière physique et chimique qui défend l'hôte contre les microbes pathogènes envahissants. Pour assurer une homéostasie optimale, l'épithélium de l'intestin grêle est constamment renouvelé par des cellules souches adultes résidant à la base des cryptes et par des cellules progénitrices dans la zone d'amplification (TA). Nous avons récemment montré que la longueur des villosités est réduite alors que celle des cryptes est augmentée (hyperplasie des cryptes) chez les patients souffrant de troubles liés à l'alcool (AUD), ce qui indique des altérations de leur programme de prolifération et de différenciation. Objectif : Nous avons cherché à évaluer les altérations de la prolifération et de la différenciation dans l'épithélium intestinal de patients atteints de AUD et à identifier les voies liées à ces altérations. Matériel et méthodes : Des patients buveurs actifs (n=47) admis dans un programme de sevrage alcoolique hautement standardisé aux Cliniques universitaires Saint-Luc, Bruxelles, ont été recrutés et comparés à un groupe témoin sain (n=15) apparié pour l'âge, le sexe et l'IMC. Des biopsies duodénales ont été obtenues le deuxième jour de l'admission. L'expression des protéines et la localisation tissulaire ont été évaluées par western blot et immunochimie, respectivement. L'expression relative des gènes a été évaluée par RT-qPCR. Résultats : Les patients atteints d'AUD présentaient significativement plus de noyaux ki67+ par crypte par rapport au contrôles (AUD : 28,33 ±1,874 vs Ctrl : 15,93 ±3,123 ; p=0,002), ce qui indique une prolifération accrue. Il est frappant de constater que la proportion de bases de crypte où résident des cellules souches adultes présentant une activité proliférative était réduite dans le groupe AUD (AUD : 0,78 ±0,03 Ctrl : 0,96 ±0,11 ; p=0,01). Une augmentation de l'expression génétique de SOX9 et REG4, marqueurs des cellules progénitrices, a été constatée chez les patients atteints d'AUD, ce qui indique que les cellules progénitrices situées dans la zone d'amplification contribuent à l'augmentation de la prolifération. La réponse proliférative était associée à une régulation positive des gènes cibles de la voie Wnt- βcaténine tels que Axin2, Ephb3 et CD44, indiquant son activation. Les niveaux de protéines des principaux régulateurs de la voie canonique Wnt-βcaténine (GSK3β, GSK3βp et R-spondin) n'étaient pas modifiés et n'ont donc pas pu expliquer la régulation accrue des gènes cibles. Les voies alternatives impliquées dans la prolifération (EGFR ; Akt/mTOR et MAPK/ERK) n'ont pas montré une activation accrue dans l'AUD. Parallèlement, un nombre plus élevé de cellules caliciformes par villosité et crypte a été trouvé chez les patients atteints d'AUD par rapport aux contrôles (AUD : 27,46±0,864 Ctrl : 19,03±0,055 p=0,0001), indiquant une préférence dans la différenciation vers les cellules caliciformes. L'expression des gènes KLF4 et SPDEF, facteurs de transcription spécifiques de la différenciation des cellules de caliciformes, était régulés à la hausse dans le patients AUD. Il est intéressant de noter que les patients atteints d'AUD présentent un nombre significativement plus élevé de noyaux KLF4 et Ki67 doublement positifs par crypte dans leur épithélium intestinal, ce qui indique un nombre accru de cellules se différentiant en cellules calciformes en prolifération chez les patients AUD par rapport au groupe témoin (AUD : 1,13 ±0,08 Ctrl : 0,57±0,06). Les patients atteints d'AUD présentaient des transcriptions élevées de MUC5AC, une mucine normalement présente dans l'estomac, probablement liée aux altérations du mucus déjà décrites chez ces patients. En outre, la transcription de la molécule antimicrobienne TFF3, liée aux cellules calciformes, était augmentée. Ces observations indiquent que les fonctions normales des cellules calciformes pourraient être perturbées chez les patients atteints d'AUD. Conclusion : Nos résultats montrent une altération du programme de prolifération- différenciation dans l'épithélium duodénal des patients atteints d'AUD. L'augmentation de la prolifération est liée à l'activation de la voie Wnt-β-caténine et provient probablement de cellules progénitrices prolifératives situées dans la zone d'amplification. La réponse proliférative s'accompagne d'une augmentation de la différenciation des cellules calciformes. En outre, l'altération de l'expression des gènes codant pour les mucines et les molécules antimicrobiennes indique des changements fonctionnels dans les cellules calciformes. Globalement, ces observations soutiennent un lien entre les altérations des programmes de prolifération/différenciation épithéliale et la barrière intestinale défaillante observée chez les patients atteints d'AUD.