La conversion de la glucoraphanine encapsulée, étude de la phylogénie et du génotype du microbiote intestinal (ENGAGE) (ENGAGE)

Les glucosinolates (GSL) sont des composés phytochimiques non volatils contenant du soufre (métabolites secondaires) présents dans les tissus végétaux des cultures crucifères, comme le brocoli, le chou et le cresson. Les glucosinolates s'accumulent dans ces aliments, la glucoraphanine étant le glucosinolate prédominant présent dans le brocoli. Lorsque le tissu est rompu, les glucosinolates sont convertis en isothiocyanates (ITC) par l'enzyme myrosinase. Le sulforaphane est l'ITC prédominant obtenu par hydrolyse enzymatique à partir de la glucoraphanine. Lorsque les légumes sont cuits très soigneusement, l'enzyme myrosinase est dénaturée, ce qui entraîne le passage des GSL dans le tractus gastro-intestinal (GI) dans le côlon.

Il a été démontré dans des études animales que les ITC exercent divers effets biologiques, tels que des effets antioxydants ; propriétés anti-inflammatoires; inhibition de l'agrégation plaquettaire; réduction de la pression artérielle systolique et réduction du taux de cholestérol; ce qui réduit le risque de développer des maladies cardiovasculaires. Le sulforaphane a été associé à des bienfaits pour la santé chez l'homme, tels que la chimioprévention du cancer et l'aide au maintien d'un cœur en bonne santé.

Lorsque des légumes crucifères cuits, dans lesquels l'enzyme myrosinase a été inactivée, sont consommés, une partie de la microflore du côlon produit une enzyme semblable à la myrosinase qui peut également convertir les glucosinolates en ITC. Ce processus de conversion du microbiote intestinal de la glucoraphanine en ITC est aboli par les antibiotiques entériques et le nettoyage de l'intestin. Plusieurs études in vitro ont été réalisées avec des cultures de bactéries pures et mixtes confirmant la capacité des souches bactériennes présentes dans l'intestin humain à métaboliser les GSL en culture. Il a été démontré que l'étendue de la conversion des GSL en ITC par le microbiote intestinal humain varie considérablement d'un individu à l'autre, mais le taux de conversion à partir de déterminations répétées chez les individus est beaucoup plus cohérent. Une étude récente a tenté de corréler la conversion du glucosinolate ex vivo par les bactéries intestinales humaines aux données in vivo du métabolisme du glucosinolate d'un petit nombre d'individus, mais aucun lien spécifique avec les spécialités bactériennes individuelles n'a été établi.

Notre étude est une intervention alimentaire humaine dans laquelle les participants consommeront une capsule contenant 100 mg de glucoraphanine purifiée de brocoli. Les niveaux de glucoraphanine délivrés par la capsule sont similaires à ceux d'une à deux portions de brocoli. Comme il s'agit de glucoraphanine purifiée, il n'y a pas d'enzyme myrosinase présente. Toute conversion de la glucoraphanine, contenue dans la capsule, en ITC se fera donc par des enzymes présentes dans le microbiote intestinal.

La capacité de la glucoraphanine contenue dans la capsule à être métabolisée en ITC par la microflore intestinale est inconnue et sera évaluée en mesurant les ITC excrétés dans l'urine. En bref, il sera demandé à chaque participant à l'étude de s'abstenir de tout aliment contenant du glucosinolate et de l'ITC pendant trois jours avant l'intervention diététique, et pendant 24 heures supplémentaires pendant l'intervention. Il leur sera demandé de jeûner la nuit précédant l'intervention du jour de l'étude et le matin après le jeûne, de prélever un échantillon d'urine. Cela constituera effectivement un échantillon de contrôle négatif et sera utilisé comme mesure de conformité à la restriction alimentaire. Le participant recevra ensuite la capsule de glucoraphanine avec son petit-déjeuner. La restriction alimentaire se poursuivra pendant 24 heures supplémentaires, pendant lesquelles le participant collectera toute l'urine qu'il produit. Les ITC seront quantifiés dans l'urine par HP-LC et LC-MS en utilisant des méthodes analytiques validées. Une fois la collecte d'urine de 24 heures terminée, la restriction alimentaire cessera.

Il a été démontré dans des études d'intervention alimentaire humaine que l'étendue de la conversion des glucosinolates varie considérablement. Afin d'évaluer les facteurs causals possibles de la variation du taux de métabolisme de la glucoraphanine, chaque participant fournira un échantillon fécal à partir duquel la phylogénie de son microbiote intestinal fécal sera analysée. Une description détaillée de la façon dont l'échantillon doit être prélevé ainsi que tout l'équipement nécessaire sera fourni. Les échantillons fécaux seront retournés au scientifique de l'étude dans les deux heures suivant la production afin de maintenir la viabilité des bactéries fécales.

Pour un petit nombre de participants, un deuxième échantillon fécal sera demandé (un maximum de 3 participants). L'objectif est de sélectionner un excréteur à ITC faible, moyen et élevé. Idéalement, les excréteurs faibles et élevés se situeraient dans les 5 % d'excrétion les plus bas et les plus élevés de l'ITC et le troisième participant sera aussi proche que possible de l'excrétion moyenne de l'ITC. L'objectif est de cultiver le microbiote fécal dans le temps avec des dosages répétés de glucoraphanine afin de sélectionner les microbiotes capables de métaboliser la glucoraphanine. On sait que le principal produit d'hydrolyse de la glucoraphanine, le sulforaphane, présente divers avantages pour la santé humaine, mais il n'y a aucune pertinence clinique connue pour être un excréteur élevé, moyen ou faible d'ITC.

Plusieurs études épidémiologiques et d'intervention suggèrent que les avantages pour la santé et la réponse physiologique aux légumes crucifères peuvent être médiés par le génotype GSTM1 d'un individu (famille de gènes glutathion-S-transférases (GST)). Lorsque les ITC sont absorbés dans l'organisme, ils se conjuguent au glutathion et sont ensuite métabolisés par la voie de l'acide mercapturique. La conjugaison se produit spontanément en raison de la concentration relativement élevée de glutathion dans les cellules par rapport à la concentration d'ITC. Cependant, comme des ITC non conjugués se produisent dans le plasma, à un certain stade, il doit y avoir une dissociation du conjugué ITC-thiol. On pense que cela peut être catalysé par l'enzyme GSTM1. Environ 50 % de la population ont une délétion homologue du gène GSTM1 résultant en un génotype nul, et 20 % ont une délétion du gène GSTT1. Certaines études, dont l'une des nôtres, suggèrent que le génotype GSTM1 peut affecter le taux d'excrétion d'ITC dans l'urine, mais n'ont pas suggéré que le génotype GSTM1 affecte la concentration plasmatique maximale d'ITC.

Résultats non publiés d'une intervention précédente, l'étude sur l'alimentation et la santé vasculaire ; Essais cliniques.gov : NCT01114399 ont ajouté du crédit à l'idée que les nulls GSTM1 métabolisent le sulforaphane d'une manière différente de ceux avec un allèle GSTM1 fonctionnel. Outre la famille de gènes GST et leur association avec les légumes crucifères, il peut exister d'autres gènes d'intérêt susceptibles de déterminer l'étendue de la conversion de la glucoraphanine en sulforaphane. Travail réalisé sur notre précédente intervention, l'étude Alimentation et santé vasculaire a cherché à investiguer d'éventuels gènes candidats. Avec un amendement substantiel visant à adopter une approche plus globale dans l'identification des gènes candidats d'intérêt en effectuant une analyse Affymetrix SNP sur des échantillons de participants qui avaient suivi un régime riche en glucoraphanine.

Par conséquent, le génotype GSTM1 et d'autres gènes candidats non encore identifiés de chaque participant seront déterminés pour évaluer si le génotype affecte le taux d'excrétion d'ITC dans l'urine, soit seul, soit en combinaison avec leur profil phylogénique. Un échantillon de sang de 5 ml sera prélevé sur chaque participant et l'ADN extrait, la PCR sera ensuite utilisée pour tester si le gène est présent ou non.