Lactobacillus Plantarum PS128 chez les patients atteints d'un trouble dépressif majeur et d'un niveau élevé d'inflammation

1. Contexte Le trouble dépressif majeur (TDM) est une maladie complexe et de longue durée qui implique des handicaps marqués chez les patients concernés. Il a été l'une des principales causes de la charge mondiale de morbidité, en particulier dans les groupes d'âge moyen (GBD Lancet 2016 ; 388 : 1603-58). Il s'agit également d'une comorbidité fréquente chez les patients atteints du syndrome du côlon irritable, de maladies cardiovasculaires et de cancer (Musselman et al. 1998 ; Spiegel et al. 2003 ; Whitehead et al. 2002). Les mécanismes responsables de la dépression et de sa comorbidité ne sont pas clairs, mais des processus inflammatoires peuvent être impliqués. Une méta-analyse a montré que les patients souffrant de dépression ont des niveaux plus élevés de marqueurs inflammatoires, tels que la protéine C-réactive (CRP), l'interleukine-1 (IL-1), l'interleukine-6 ​​(IL-6) et le facteur de nécrose tumorale (TNF )-alpha (Dowlati et al. 2010 ; Howren et al. 2009). L'axe microbiote-intestin-cerveau peut expliquer des cytokines inflammatoires plus élevées chez les patients atteints de TDM. L'accumulation de données indique maintenant que le microbiote intestinal peut communiquer avec le SNC - éventuellement par des voies immunitaires, neurales et endocriniennes - et influence ainsi la fonction et le comportement du cerveau (Cryan et al. 2012 ; Forsythe et al. 2016 ; Rogers et al. 2016). Les probiotiques, qui sont définis comme un organisme vivant qui, lorsqu'ils sont ingérés en quantité adéquate, exercent un effet bénéfique sur la santé, peuvent affecter le microbiote intestinal, la neurochimie cérébrale, l'axe HPA et l'inflammation, et peuvent constituer une nouvelle classe de psychotropes (Dinan et al. 2013).

1.1 Axe microbiote-intestin-cerveau Le tractus gastro-intestinal inférieur contient près de 100 000 milliards de micro-organismes, dont la plupart sont des bactéries. Le microbiote code collectivement plus de 3,3 millions de gènes non redondants, dépassant de 150 fois le nombre codé par le génome de l'hôte humain (Qin et al. 2010). De nombreux produits géniques microbiens ont des effets importants sur le métabolisme et la santé de l'hôte.

De nombreuses études ont soutenu les communications entre le microbiote intestinal et le cerveau. L'étude utilisant des animaux sans germes (GF) est un bon modèle pour montrer la relation entre le microbiote et le cerveau. Par rapport aux souris exemptes d'agents pathogènes spécifiques (SPF) avec un microbiote intestinal normal, les souris GF affichent une activité motrice accrue et un comportement d'anxiété réduit. Un renouvellement accru des neurotransmetteurs dopaminergiques et sérotoninergiques dans le striatum a été observé chez les souris GF (Diaz Heijtz et al. 2011). De plus, les souris GF ont présenté une élévation plus élevée de l'hormone adrénocorticotrope (ACTH) et de la corticostérone en réponse au stimulus de contention que les souris SPF (Sudo et al. 2004). Cela suggère que le microbiote intestinal peut affecter la réponse de l'hôte au stress.

Plusieurs études ont montré que la manipulation du microbiote intestinal peut affecter la présentation de la psychophysiologie de l'hôte. Par exemple, la consommation d'un régime riche en graisses (HFD) est associée à une diversité microbienne altérée (Daniel et al. 2014) et à une plasticité synaptique réduite (Liu et al. 2015). Le HFD a également augmenté les comportements anxieux (Sharma et al. 2013). Les souris mâles adultes C57BL/6 ayant reçu un microbiote HFD présentaient des perturbations significatives et sélectives du comportement exploratoire, cognitif et stéréotypé par rapport aux souris avec un microbiote alimentaire témoin. Aucune différence significative dans le poids corporel n'a été notée. La différence de composition du microbiote intestinal entre les groupes HFD et les groupes à régime normal a été notée (Bruce-Keller et al. 2015).

L'administration d'antibiotiques est un autre moyen d'affecter la composition du microbiote intestinal et de modifier la psychophysiologie de l'hôte. L'administration orale d'antimicrobiens non absorbables a modifié de manière transitoire la composition du microbiote intestinal et augmenté le comportement exploratoire et l'expression hippocampique de l'ARNm du BDNF chez la souris, mais l'administration intrapéritonéale n'a eu aucun effet sur le comportement (Bercik et al. 2011). Des expositions accrues aux antibiotiques ont été associées au risque de dépression et d'anxiété dans une étude de population (Lurie et al. 2015). Par conséquent, l'administration de probiotiques peut être un moyen direct de modifier l'environnement et la composition du microbiote intestinal et d'observer ses effets physiologiques sur l'hôte.

1.2 Administration de probiotiques dans les études animales Des études animales ont montré que les probiotiques affectent les marqueurs psychophysiologiques de l'anxiété et de la dépression. Desbonnet et al. n'ont pas trouvé d'effet significatif du traitement par Bifidobacteria infantis sur les comportements de nage au jour 3 ou au jour 14 chez les rats naïfs. Cependant, le traitement par Bifidobacteria infantis a atténué les réponses immunitaires pro-inflammatoires et élevé le tryptophane, suggérant que ce probiotique pourrait posséder des propriétés antidépressives (Desbonnet et al. 2008). Dans leur étude suivante, ils ont utilisé des rats de séparation maternelle (MS) comme animal d'étude. Ils ont découvert que les rats atteints de SEP réduisaient le comportement de nage et augmentaient l'immobilité dans le test de nage forcée (FST), diminuaient la teneur en noradrénaline (NA) dans le cerveau et augmentaient la libération périphérique d'IL-6 et les niveaux d'ARNm du facteur de libération de la corticotrophine (CRF) de l'amygdale par rapport au témoin. rats (Desbonnet et al. 2010). Le traitement de Bifidobacteria infantis a entraîné la normalisation de la réponse immunitaire, l'inversion des déficits comportementaux et la restauration des concentrations basales de NA dans le tronc cérébral. Ces changements étaient comparables à ceux observés dans le groupe citalopram, suggérant que certains avantages probiotiques sont similaires aux effets antidépresseurs (Desbonnet et al. 2010). Liu et al ont découvert que Lactobacillus plantarum PS128 (PS128) pouvait améliorer le comportement anxieux, mais pas dépressif, chez les souris GF, et augmentait significativement les niveaux de sérotonine et de dopamine dans le striatum, mais pas dans le cortex préfrontal et l'hippocampe (Liu WH et al. 2016). Dans le modèle MS, cependant, le PS128 a réduit de manière significative les comportements de type dépression, mais pas ceux de type anxiété. Le PS128 a significativement réduit le comportement anxieux, mais pas dépressif, chez les souris naïves. Il a également réduit les niveaux de cytokines inflammatoires, IL-6, et augmenté les niveaux de cytokines anti-inflammatoires, IL-10, chez les souris atteintes de SEP (Liu YW et al. 2016). Le PS128 a eu un effet plus évident sur la psychophysiologie chez les souris SEP que chez les souris naïves, ce qui suggère que l'administration de probiotiques peut avoir un effet plus robuste sur la modification des comportements, la neurochimie et l'HPA chez les personnes souffrant d'un stress plus élevé.

1.3 Composition du microbiote chez les patients atteints de TDM Étant donné que les compositions du microbiote intestinal modifient l'inflammation, la neurochimie et le comportement dans les études animales, plusieurs études humaines ont comparé le microbiote intestinal entre des patients atteints de TDM et des témoins sains. Naseribafrouei et al. ont comparé les compositions du microbiote intestinal chez 37 participants déprimés et 18 non déprimés. Les résultats ont montré une surprésentation des Bacteroidales, tandis qu'une sous-représentation des Lachnospiraceae, chez les participants déprimés. À de faibles niveaux taxonomiques, Oscillibacter et Alistipes étaient associés à la dépression (Naseribafrouei et al. 2014). Jiang et al ont recruté 29 MDD actifs (A-MDD), 17 MDD répondeurs (R-MDD) et 30 témoins sains (HC) et ont comparé leur microbiote intestinal. Ils ont constaté que l'alpha-diversité bactérienne fécale augmentait dans le groupe A-MDD par rapport au groupe HC, mais pas dans le groupe R-MDD par rapport au groupe HC. Les bactéroïdes, les protéobactéries et les actinobactéries ont augmenté de manière significative, tandis que celle des Firmicutes a été significativement réduite dans les groupes A-MDD et R-MDD par rapport au groupe HC. Les groupes MDD présentaient des niveaux accrus d'Enterobacteriaceae et d'Alistipes, mais des niveaux réduits de Faecalibacterium (Jiang et al. 2015). Non seulement les différences de composition du microbiote intestinal entre les patients atteints de TDM et les témoins sains, mais la transplantation d'échantillons fécaux de patients TDM chez des souris peut induire un comportement de type dépressif chez les souris receveuses. La composition du microbiote intestinal chez les souris receveuses était similaire à celle de l'hôte humain (Zheng et al. 2016). Cette étude soutient que le microbiome intestinal peut avoir un rôle causal dans le développement de comportements de type dépressif.

1.4 Effets des probiotiques sur l'humeur dans les études humaines Outre les différences de répartition du microbiote intestinal entre les sujets déprimés et les sujets non déprimés, plusieurs études humaines ont montré que les probiotiques pouvaient avoir un effet bénéfique sur l'humeur. Benton et al. ont démontré qu'il n'y avait pas de différence significative dans le changement d'humeur, mesuré par Profile of Mood State, entre les participants en bonne santé utilisant du lait probiotique (contenant Lactobacillus casei) pendant 3 semaines et ceux utilisant du lait sans probiotique. Cependant, ils ont constaté que ceux qui étaient de mauvaise humeur au départ s'amélioraient après avoir consommé du lait contenant des probiotiques (Benton et al. 2007). Mohamed et al. ont également montré que les participants utilisant du yogourt probiotique (contenant Lactobacillus acidophilus LA5 et Bifidobacterium lactis BB12) ou une capsule probiotique (contenant Actobacillus casei, L. acidophilus, L. rhamnosus, L. bulgaricus, .B. breve, B. longum, S. thermophiles) pendant 6 semaines ont eu une amélioration significative de l'humeur, mesurée par le GHQ et l'échelle de dépression, d'anxiété et de stress, mais ceux qui utilisaient du yogourt conventionnel n'ont pas eu de changement significatif dans ces mesures. Il n'y avait aucune différence dans les indices de l'axe HPA, tels que le cortisol et l'ACTH, entre ces trois groupes (Mohammadi et al. 2016). L'étude de Messaoudi, dans laquelle les participants étaient des volontaires sains, a montré que l'administration de probiotiques (contenant L. helveticus R0052 et B. longum R0175) pouvait améliorer les symptômes de l'humeur des participants, mesurés par Hopkins Symptom Checklist-90 et Hospital Anxiety and Depression Scale, par rapport à ceux ont utilisé un placebo (Messaoudi et al. 2011). Une réactivité cognitive accrue aux changements normaux et transitoires de l'humeur triste est un marqueur établi de vulnérabilité à la dépression et est considérée comme une cible importante pour les interventions (Kruijt et al. 2013). Steenbergen et al. ont constaté que la réactivité cognitive globale était significativement réduite, ce qui s'expliquait en grande partie par la réduction des sous-échelles de rumination et d'agressivité, chez les participants sans troubles de l'humeur actuels après 4 semaines d'administration de probiotiques multi-espèces. Parce qu'ils ont utilisé des participants non déprimés, le BDI et le BAI n'ont pas changé de manière significative après l'intervention (Steenbergen et al. 2015). L'efficacité des probiotiques dans les symptômes de l'humeur n'est pas seulement démontrée chez des volontaires sains, mais également chez des sujets cliniques. Chez les patients atteints du syndrome de fatigue chronique, Rao et al. ont constaté que l'administration de Lactobacillus casei pendant 2 mois pouvait améliorer le BAI, mais pas le BDI, par rapport au placebo. Dans le même temps, les lactobacilles et les bifidobactéries fécaux ont augmenté après une intervention de 2 mois sur L. casei (Rao et al. 2009). Akkasheh et al. a donné des probiotiques multi-espèces, contenant Lactobacillus acidophilum, Lactobacillus casei et Bifidobacterium bifidum, ou un placebo à des patients atteints de TDM pendant 8 semaines. Ils ont découvert que les probiotiques multi-espèces pouvaient réduire considérablement les scores BDI chez les patients souffrant de trouble dépressif majeur (Akkasheh et al. 2016), mais la souche de probiotiques exerçant l'effet bénéfique n'est pas claire.

1.5 Traumatisme infantile, inflammation et perméabilité intestinale dans la dépression Dans une étude animale, stress précoce, tel que la séparation maternelle, un niveau élevé d'IL-6 et un comportement de type dépressif accru (augmentation du temps d'immobilité dans le FST) (Liu YW et al. 2016) . Une méta-analyse récente a montré que les traumatismes de l'enfance contribuent à un état pro-inflammatoire à l'âge adulte (Baumeister et al. 2016). De plus, les traumatismes de l'enfance augmentaient également le risque de troubles dépressifs (Norman et al. 2012). Des méta-analyses ont montré que les patients atteints de TDM ont des cytokines inflammatoires sériques élevées (Dowlati et al. 2010 ; Howren et al. 2009). Un mécanisme possible contribuant à l'inflammation systémique chez les patients atteints de TDM est la translocation bactérienne due à une perméabilité accrue de l'intestin (intestin qui fuit). La figure 2 montre la relation entre les traumatismes de l'enfance, la perméabilité intestinale, l'inflammation et la dépression.

Chaque microbe possède un modèle moléculaire associé aux microbes (MAMP) ou un modèle moléculaire associé aux pathogènes (PAMP). Les microbes qui fuient de l'intestin activent les MAMP et les récepteurs de reconnaissance de formes, tels que les récepteurs de type Toll (TLR). Les cytokines pro-inflammatoires, telles que l'IL-6, le TNF-alpha, sont libérées des cellules après une série de transductions de signaux.

Les probiotiques peuvent affecter la perméabilité intestinale. Le microbiote intestinal dérivé de HFD a augmenté la perméabilité intestinale, l'inflammation systémique et l'inflammation cérébrale (Bruce-Keller et al. 2015). Une étude in vitro a montré que Lactobacillus rhamnosus GG améliore le dysfonctionnement de la barrière intestinale et l'inflammation en inhibant le NF-kappaB (Donato et al. 2010). L'administration de Lactobacillus farciminis pourrait atténuer la perméabilité intestinale et l'inflammation chez les rats en contention partielle (Ait-Belgnaoui et al. 2012).

La preuve d'une perméabilité intestinale accrue chez les patients atteints de TDM a été révélée par les études de Maes. Maes et al ont constaté que les valeurs médianes des IgM et IgA sériques contre le LPS des entérobactéries gram-négatives étaient significativement plus élevées chez les patients atteints de TDM que chez les volontaires normaux, ce qui suggère qu'une perméabilité intestinale accrue entraîne une translocation accrue du microbiote gram-négatif (Maes et al. 2008 ; Maes et al. 2012). Chez les patients dépendants à l'alcool, ceux qui avaient une perméabilité intestinale accrue, mesurée par la sonde radioactive 51Cr-EDTA, avaient des scores de dépression et d'anxiété plus élevés que ceux qui avaient une perméabilité intestinale normale. La composition et l'activité du microbiote étaient altérées chez les patients présentant une perméabilité intestinale accrue (Leclercq et al. 2014).

1.6 Justification de l'étude actuelle PS128 a été trouvé dans les aliments fermentés traditionnels, le fu-tsai, par notre co-PI (Tsai YC) et son architecture génomique a été finalisée et a indiqué son effet immunomodulateur potentiel. (Chao et al. 2009). Lactobacillus plantarum est généralement reconnu comme sûr (GRAS). Le PS128 peut réduire les niveaux d'IL-6 et augmenter le niveau d'IL-10, ce qui s'accompagne d'un comportement de type dépression amélioré chez les souris atteintes de SEP (Liu YW et al. 2016). Dans la présente étude, nous aimerions étudier l'effet du PS128 sur la psychophysiologie, y compris la composition du microbiote intestinal, la perméabilité et l'inflammation intestinales, l'expression des TLR, les niveaux de cytokines sériques et les symptômes dépressifs chez les patients atteints de TDM.

Des méta-analyses ont montré que les patients atteints de TDM ont des cytokines inflammatoires plus élevées (Dowlati et al. 2010 ; Howren et al. 2009), mais seul un sous-groupe de patients atteints de TDM a un niveau d'inflammation plus élevé. Par exemple, selon la définition de l'inflammation élevée de hs-CRP > 3 mg/l (Pearson et al. 2003), la proportion de patients ayant une inflammation élevée était de 24 % chez les patients atteints de TDM (Rapaport et al. 2016) et 45 % chez les patients souffrant de dépression résistante au traitement (Raison et al. 2011). Le niveau inflammatoire de base peut affecter la réponse au traitement. Par exemple, les patients présentant une inflammation initiale élevée avaient une meilleure réponse au traitement à l'infliximab (antagoniste du facteur de nécrose tumorale) (Raison et al. 2013) et aux acides gras oméga-3 (Rapaport et al. 2016) par rapport à ceux présentant une inflammation initiale faible. Dans l'étude de Raison, l'effet de l'infliximab sur les symptômes de la dépression était pire que le placebo chez les personnes ayant un niveau inflammatoire inférieur au départ (Raison et al. 2013). Par conséquent, nous recruterons des patients atteints de TDM et de niveau inflammatoire élevé dans notre étude d'intervention PS128.

Nous émettons l'hypothèse que PS128 peut (1) modifier la composition du microbiote intestinal ; (2) améliorer la perméabilité intestinale, qui est mesurée par le niveau de zonuline fécale, et l'inflammation, qui est mesurée par le niveau de calprotectine fécale ; (3) réduire la translocation de l'agent pathogène dans le système de circulation, ce qui sera démontré par une expression réduite de TLR, (4) réduire l'IL-6 et le TNF-alpha, et la hs-CRP, et augmenter le niveau d'IL-10. Nous espérons que l'amélioration du niveau d'inflammation pourra également avoir un effet bénéfique sur les symptômes dépressifs.