Analyse de l'impact du type de fibres alimentaires sur l'athérosclérose chez les souris colonisées par différentes communautés microbiennes intestinales

npj Biofilms et Microbiomes volume 9, Numéro d'article : 31 (2023) Citer cet article

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La consommation de fibres alimentaires a été associée à une amélioration de la santé cardiométabolique. Cependant, des études chez l'homme ont signalé de grandes variations interindividuelles dans les bénéfices observés. Nous avons testé si les effets des fibres alimentaires sur l'athérosclérose étaient influencés par le microbiome intestinal. Nous avons colonisé des souris ApoE−/− sans germes avec des échantillons fécaux provenant de trois donneurs humains (DonA, DonB et DonC) et les avons nourries avec un régime complété soit par un mélange de 5 fibres fermentescibles (FF), soit par un contrôle de cellulose non fermentescible (CC). régime. Nous avons constaté que les souris colonisées par DonA avaient réduit le fardeau de l'athérosclérose avec l'alimentation FF par rapport à leurs homologues nourries avec CC, alors que le type de fibre n'affectait pas l'athérosclérose chez les souris colonisées avec le microbiote des autres donneurs. Les changements microbiens associés à l'alimentation en FF chez les souris DonA ont été caractérisés par des abondances relatives plus élevées de taxons producteurs de butyrate, des taux de butyrate plus élevés et un enrichissement des gènes impliqués dans la synthèse des vitamines B. Nos résultats suggèrent que l'athéroprotection en réponse au FF n'est pas universelle et est influencée par le microbiome intestinal.

Les réponses individuelles au même régime alimentaire ou aux mêmes médicaments thérapeutiques sont souvent incohérentes et non universelles. Cette notion est un principe fondamental de la médecine de précision et de la nutrition1,2. De nombreux facteurs influencent la façon dont un sujet répond à un traitement donné, notamment la génétique, l'alimentation et le sexe. Récemment, il est devenu évident que le microbiome intestinal est un contributeur majeur à la variation interpersonnelle observée de la réactivité3,4,5,6. Il est désormais largement reconnu que le microbiome intestinal joue un rôle important dans la santé et que sa composition est très variable selon les individus7. Les composants alimentaires, depuis les aliments jusqu’aux médicaments administrés par voie orale, entrent en contact étroit avec les microbes résidents le long du tractus gastro-intestinal. Le microbiome intestinal code collectivement plus de 100 fois plus de gènes que le génome humain, y compris un riche éventail d'enzymes ayant le potentiel de métaboliser ces composés ingérés et de moduler leur biodisponibilité, leur activité et, finalement, leurs effets sur l'hôte8,9,10. En effet, les microbes intestinaux ont reçu une attention considérable ces dernières années en raison de leur capacité à moduler les réponses à des composés bioactifs11 allant des médicaments antihypertenseurs aux immunosuppresseurs pour les transplantations d'organes12,13. Mieux comprendre quelles interventions sont les plus sensibles à la variation du microbiome est essentiel pour la mise en œuvre efficace de la médecine de précision.

Les maladies cardiovasculaires (MCV) sont la principale cause de décès aux États-Unis et représentent plus d'un tiers de tous les décès dans le monde14,15. L'athérosclérose est la manifestation la plus courante des maladies cardiovasculaires et est provoquée par des processus inflammatoires qui entraînent la formation de plaques graisseuses denses en macrophages dans la paroi artérielle16. Il existe de plus en plus de preuves selon lesquelles le microbiome intestinal joue un rôle important dans la modulation du développement de l’athérosclérose. Des études épidémiologiques ont identifié des différences dans les microbiomes des individus atteints de maladie coronarienne par rapport aux individus en bonne santé17,18,19. En outre, il a été démontré que plusieurs métabolites microbiens provenant de composants alimentaires spécifiques modulent la progression de l'athérosclérose chez l'homme et les modèles animaux par divers mécanismes. Par exemple, le N-oxyde de triméthylamine, un dérivé microbien de la choline, est associé à un risque accru d’événements cardiovasculaires majeurs chez l’homme20 ; le métabolite microbien acide indole-3-propionique, dérivé du tryptophane, protège contre la progression de l'athérosclérose en favorisant l'efflux de cholestérol21 ; Il a été démontré que les acides gras à chaîne courte (AGCC), produits par fermentation des fibres alimentaires, atténuent l'athérosclérose en limitant l'absorption du cholestérol alimentaire (propionate) et en réduisant l'inflammation et la perméabilité intestinale (butyrate)22,23,24. En effet, on sait depuis longtemps que l’alimentation joue un rôle majeur dans la promotion et la prévention de l’athérosclérose25,26. Par exemple, il est bien établi que les aliments tels que les céréales complètes et les légumineuses, riches en fibres alimentaires, protègent contre les maladies cardiovasculaires27,28. Cependant, des réponses incohérentes à un certain nombre d’interventions diététiques et pharmacologiques pour les maladies cardiovasculaires ont été observées entre les individus29,30. La plupart des études établissant un lien entre les fibres alimentaires et l’amélioration de la santé cardiovasculaire sont évaluées à l’aide de moyennes de population31 et ne tiennent pas compte des caractéristiques individuelles. Les causes de ces incohérences sont donc peu étudiées.

0.1, Supplementary Fig. 2a). However, comparisons using unweighted UniFrac distances (sensitive to presence/absence of taxa) showed a significant difference in community structure in DonA-colonized mice between FF-bound and CC-bound communities (adjusted P = 0.0012, Supplementary Fig. 2b). This was driven by 9 genera that were detected in one diet-bound group but not the other (Supplementary Fig. 2c). Eleven weeks after dietary treatment, cecal samples were collected and used to assess terminal microbial communities. By the end of the experiment, 5 of the 9 missing genera were no longer detected in cecal contents of mice on either diet, while 4 genera (Clostridium, Faecalibacterium, Gemmiger, and an undetermined Ruminococcus genus) were found only in FF-fed mice (Supplementary Fig. 2c). This introduces the possibility that the differences observed in the assembled communities between dietary groups for DonA mice are the result of inconsistent engraftment rather than an effect of diet. Alternatively, since microbial communities undergo considerable fluctuations in the period after colonization39, it is possible that these missing taxa were present in the CC-bound mice, but below detectable levels. The latter scenario is supported by the fact that (i) all of the missing taxa were detected in the human donor sample used to inoculate all DonA mice, and (ii) similar FF-diet-driven patterns were observed with Faecalibacterium and Gemmiger abundances in a previous study35 that used the same donor feces and the same diets. These findings highlight the importance of reporting pre-treatment engraftment data in mouse transplant studies such that the conclusions can be appropriately contextualized./p> 0.1). The dot’s orientation relative to the origin represents the effect of diet on the abundance of each taxa (negative values correspond to CC abundances, positive values correspond to FF abundances). The first 5 letters of the family encompassing each taxon is shown in brackets; if the family is undetermined the taxon phylum is listed instead and noted with a “P-”. d Relative abundance of Phylum-level taxa as a function of diet and donor group. e Bacteroidetes to Firmicutes ratio. f, g Shannon diversity index and observed richness. Box and whisker plots denote the interquartile range, median, and spread of points within 1.5 times the interquartile range along with individual data points; magenta = Fermentable Fiber (FF), blue = Cellulose Control (CC). Comparisons of means (n = 7–10/diet/donor group) conducted with Wilcoxon test, *P < 0.05, **P < 0.01, ***P < 0.001./p>

0.1) of KOs involved in folate biosynthesis and cobalamin (vitamin B12) biosynthesis. Negative values reflect KO abundance (CPM) in CC-fed mice and effect sizes (MaAsLin 2 coefficient) favoring the CC condition, while positive values indicate KOs abundances and effect sizes in the FF condition (n = 5/diet/donor group)./p> 0.1) of the top 10% most differentially abundant CAZymes (n = 5/diet/donor group). The right panel depicts a heatmap of Spearman correlation coefficients between each corresponding CAZyme family and cecal SCFA levels across all mice, *P < 0.05./p> 25), and were not diagnosed with diabetes, cancer, or heart disease35,36. Identifiable information of WLS participants was blinded to the researchers in the current study./p>