Influence of dietary sugar consumption on colitis severity in mice and gut microbiota modulation
Influence de la consommation alimentaire en sucre sur la sévérité de la colite chez l'animal et modulation du microbiote intestinal
Résumé
Inflammatory bowel diseases (IBD) are chronic diseases characterized by inflammation of the mucosa associated with gut microbiota dysbiosis and overreaction of the immune system. IBD prevalence is increasing in industrialized countries where the western dietary pattern is involved in many pathologies such as obesity, diabetes, and cancers. Nutrition appears to be an important environmental factor involved in IBD onset through poorly understood biological mechanisms. Here we focused on the early consequences of a diet enriched in sugar (sucrose) because it represents up to 25% of total energy intake within industrialized countries, while the WHO recommends reducing it to less than 5%. We studied the effects of high sucrose diet on intestinal homeostasis and experimental colitis in mice. In healthy subjects, this diet caused endoscopic lesions, thus predisposing to colitis. The worsening of colitis was preceded by gut microbiota dysbiosis with complete depletion of bacteria belonging to Barnesiella and transcriptional reprogramming of colonic genes, associated with IBD according to functional annotations. In cellulo, a low dose of fructose induced cell junctions’ alterations, while a high dose of glucose was needed to induce similar damage. After colitogenic treatment, the high sugar diet worsens the severity of clinical and endoscopic signs by disrupting the organization of cell-cell junctions and the autophagy process in intestinal cells. Such in-vivo effects on mice microbiome and transcriptome were partially reversible upon mice return to control diet. Finally, sugar overconsumption induces a "pre-IBD" state characterized by an overall downregulation of the colonic transcriptome in mice together with immunodepression, significant alterations in cellular architecture, and gut microbiota dysbiosis. Our findings support international recommendations about reducing sugar consumption to reduce the risk of developing or worsening intestinal inflammation.
Les maladies inflammatoires chroniques de l’intestin (MICI) se caractérisent par une inflammation de la muqueuse liée à une altération du microbiote intestinal et une hyperactivité du système immunitaire. La prévalence de ces pathologies ne cesse d’augmenter dans les pays occidentaux où le régime « Western Diet » est mis en cause dans de nombreuses pathologies telles que l’obésité, le diabète ou certains cancers. La nutrition est un facteur environnement important impliqué dans les MICI par le biais de mécanismes biologiques encore mal compris. Nous nous sommes intéressés à la consommation en sucre (saccharose) car ce dernier représente jusqu’à 25 % de l’apport énergétique total dans les pays industrialisés alors que l’OMS recommande de le réduire à moins de 5 %. Nous avons étudié les effets d’un régime enrichi en saccharose sur l’homéostasie intestinale et sur la colite expérimentale chez la souris. Chez les sujets sains, ce régime a provoqué des lésions endoscopiques prédisposant ainsi les animaux à la colite. L’aggravation de la colite était précédée d’une dysbiose du microbiote intestinal, avec une déplétion totale de bactéries appartenant au genre Barnesiella et une reprogrammation transcriptionnelle des gènes coliques, associés aux MICI selon les annotations fonctionnelles. In cellulo, une faible dose de fructose a provoqué une altération des jonctions cellulaires tandis qu’une forte dose de glucose a été nécessaire pour induire des dommages similaires. Après traitement colitogène, le régime hypersucré aggrave la sévérité des signes cliniques, endoscopiques et histologiques en perturbant l’organisation des jonctions cellulaires et le processus d’autophagie dans les cellules intestinales. Les effets in vivo sur le microbiome et le transcriptome des souris se sont avérés partiellement réversibles après retour des animaux au régime contrôle. Finalement, la surconsommation de sucre a provoqué un état « pré-MICI » caractérisé par une régulation à la baisse du transcriptome colique des souris ainsi qu’une immunodépression, des altérations importantes de l’architecture cellulaire et une dysbiose du microbiote intestinal. Ainsi, nos travaux soutiennent les recommandations internationales concernant la réduction de la consommation de sucre, ce qui pourrait limiter le risque de développer et/ou d’aggraver l’inflammation intestinale.
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