Dans le cadre d’un précédent projet, nous avons pu mettre en évidence que de jeunes femmes adultes, confrontées à des situations émotionnelles négatives, pouvaient présenter une consommation alimentaire excessive, ceci étant défini comme hyperphagie émotionnelle (HE). L’HE peut être un facteur de risque à moyen terme, si répétée, concourant à l’établissement de troubles du comportement alimentaire, eux-mêmes pouvant mener à plus long terme à la mise en place de pathologies liées à l’alimentation : désordres métaboliques, obésité, diabète de type 2. Une intervention préventive pour limiter l’HE serait donc recommandée pour empêcher l’établissement de ces pathologies. Le fait qu’une situation émotionnelle délétère induise une augmentation momentanée de la consommation alimentaire suggère une implication de structures cérébrales impliquées dans la motivation alimentaire (striatum ventral), la récompense (noyau accumbens), mais aussi les émotions (amygdale), ainsi que dans un contrôle cognitif défaillant notamment au niveau du cortex préfrontal (PFC). Par conséquent, l’amélioration du contrôle cognitif, via une augmentation de l’activité du PFC est une stratégie prometteuse pour l’amélioration de ces troubles. L’amélioration contrôlée de la réponse du PFC par le sujet est réalisable par l’approche de « neurofeedback », qui consiste à présenter le niveau d’activité du PFC au sujet et de lui demander de l’augmenter de manière volontaire et autonome lors de sessions d’entrainement répétées. Cette approche a déjà montré son efficacité dans le cas de la régulation des émotions. Parmi les différentes modalités d’imagerie employées pour le neurofeedback, la fNIRS est actuellement la plus facile et la moins coûteuse à mettre en œuvre. Pour l’instant, aucune intervention de neurofeedback via la fNIRS n’a été réalisée dans le cadre de troubles du comportement alimentaire.

L’obtention d’une cicatrisation de la muqueuse au cours de la rectocolite hémorragique (RCH) s’est imposée comme un objectif thérapeutique essentiel pour la prévention des complications de la maladie. Comprendre les mécanismes cellulaires et moléculaires impliqués dans la réparation épithéliale permettrait d’identifier de nouvelles cibles thérapeutiques. L’objectif de ce travail était de développer un modèle d’organoïdes coliques humains pour étudier la fonction mitochondriale au cours de la réparation épithéliale suite à un épisode inflammatoire. Ce travail a permis de mettre au point un modèle d’organoïdes RCH reproduisant un épisode inflammatoire (stress RCH) suivi d’une réparation épithéliale. Une modification du métabolisme énergétique associé à une dysfonction mitochondriale a été mise en évidence dans les cellules épithéliales des organoïdes coliques humains. Une modulation des voies métaboliques énergétiques (glycolyse, métabolisme des acides aminés, métabolisme lipidique) a été observée et suggère une adaptation en réponse aux perturbations mitochondriales. La phase de réparation épithéliale a été induite dans le modèle d’organoïdes montrant la capacité de prolifération des cellules souches et progénitrices reconstituer l’épithélium colique. De plus, cette réparation est associée à une restauration de la fonction mitochondriale via la phosphorylation oxydative. L’importance de l’apport en substrat énergétique dans la réparation épithéliale a été soulignée dans ce travail. Ces pistes restent à être explorées au travers des études cliniques présentées dans ce manuscrit et d’études mécanistiques plus poussées. L’ensemble de ces travaux indique que la restauration de la fonction mitochondriale est cruciale pour soutenir la réparation épithéliale et permettre de restaurer l’homéostasie intestinale pour favoriser une rémission à long terme du patient.

Les maladies hépatiques d’origine dysmétabolique représentent aujourd’hui un véritable enjeu de santé publique. Parmi elles, la stéatose (NAFL, Non Alcoholic Fatty Liver) est caractérisée par une accumulation excessive de lipides dans le foie et peut progressivement évoluer vers une stéatohépatite non alcoolique (NASH, non alcoholic steatohepatitis), qui est une lésion plus grave. Plusieurs études ont mis en évidence que le cytochrome P450 2E1 (CYP2E1) a la particularité de générer des espèces réactives de l’oxygène (EROs) qui sont sources d’un stress oxydant propice à l’aggravation de la NAFL en NASH. Des travaux ont rapporté le rôle de certains acides gras parmi les facteurs métaboliques susceptibles d’activer le CYP2E1, en particulier dans un contexte d’obésité et/ou de NAFLD. Outre son rôle potentiel dans l’aggravation de la NAFL en NASH, le CYP2E1 est impliqué dans la toxicité hépatique du paracétamol, observée généralement après un surdosage (>10 g/j) intentionnel ou non, et plus rarement au cours de traitements à des doses pharmacologiques (3-4 g/j). Ainsi, le paracétamol pourrait être plus toxique dans un contexte de NAFLD et d’obésité. Notre travail a permis de montrer que tous les acides gras n’ont pas le même impact sur le CYP2E1 et sur la stéatose, dans le modèle cellulaire HepaRG. Dans nos conditions expérimentales, l’induction du CYP2E1 n’est pas non plus forcément corrélée à l’apparition d’une NAFL. Des investigations sur le métabolisme lipidique ont permis de comprendre les mécanismes sous-jacents au développement de cette NAFL. Notre étude a également permis d’identifier certains acides gras comme des facteurs de potentialisation de l’hépatotoxicité induite par le paracétamol, bien que les mécanismes sous-jacents ne soient pas encore totalement élucidés.

L’obésité et le surpoids provoquent la mort de 4 millions de personnes chaque année des suites des complications associées. L’inflammation systémique de bas-grade à l’origine des troubles métaboliques observés dans l’obésité a été associée à une dysbiose et des perturbations de l’homéostasie intestinale. Cette dernière est notamment soutenue par la fonction mitochondriale des cellules épithéliales intestinales (CEI) qui pourrait être altérée par la consommation d'un régime riche en lipides, par le biais d’une modification de leur métabolisme lipidique et/ou par la production de métabolites bactériens délétères. L’objectif de cette thèse était de déterminer si la consommation d’un régime obésogène modifie la fonction mitochondriale des CEI. Ce travail montre que la consommation d’un tel régime chez la souris modifie la fonction mitochondriale des cellules épithéliales jéjunales et coliques et augmente la perméabilité intestinale, via des mécanismes différents selon le segment intestinal et l’environnement auquel les CEI sont exposées. Dans le jéjunum, les données in vivo montrent que l’accumulation lipidique entérocytaire induite par la consommation d’un régime obésogène perturbe la dynamique mitochondriale, marquée par une diminution du nombre de mitochondries et de l’expression du régulateur de la biogénèse mitochondriale Pgc1a, ainsi que la capacité oxydative. Cette altération de la bioénergétique des CEI est associée à une augmentation de la prolifération, à une diminution du phénotype mature des CEI et à une expression plus élevée de Cldn2, claudine permissive pouvant contribuer à l’augmentation de la perméabilité jéjunale. Les données in vitro sur la lignée d’entérocytes IPEC-J2 montrent que les altérations de bioénergétique des CEI sont provoquées par le mélange des acides gras du régime à forte concentration, acides gras qui présentent cependant des effets différents selon leur nature. Les acides gras palmitique et stéarique provoquent ainsi une dysfonction mitochondriale et une augmentation de la perméabilité intestinale contrairement aux acides gras laurique et myristique. Dans le côlon, les acides gras du régime ne sont pas absorbés par les cellules épithéliales coliques (CEC), qui par ailleurs ne présentent pas de modification du métabolisme lipidique. En revanche, la consommation d’un régime obésogène augmente l’abondance des Desulfovibrionaceae et les concentrations en sulfides dans l’environnement luminal colique, de façon associée à une augmentation de la perméabilité colique. Le traitement d’organoïdes coliques murins avec des sulfides a permis de valider l’hypothèse de leur impact direct sur la fonction mitochondriale des CEC. De plus, l’exposition aigue de mitochondries isolées de CEC murines à des sulfides provoque une diminution de l’activité du complexe IV de la chaîne de respiration mitochondriale et contribue à expliquer la dysfonction mitochondriale induite par le régime obésogène au niveau colique. L’ensemble de ces travaux indique que la restauration de la fonction mitochondriale des CEI et des CEC, par le biais de composés nutraceutiques innovants, permettrait de rétablir l’homéostasie intestinale et ainsi limiter le développement des complications liées à l’obésité.

L’épithélium intestinal et le microbiote intestinal sont en équilibre dans l’intestin. Cependant, cet équilibre peut être rompu par différents facteurs endogènes ou exogènes, conduisant à la dysbiose intestinale. La dysbiose intestinale est une perturbation de la composition du microbiote intestinal, pouvant être corrélée à l’apparition de certaines pathologies intestinales, telles que la maladie de Crohn, l’obésité, le diabète de type 2 ou le cancer colorectal. Certaines bactéries comme Salmonella sont augmentées et persistent dans l’intestin tandis que d’autres espèces bactériennes commensales sont diminuées, telles que Bacteroides fragilis et Roseburia intestinalis, considérées comme des potentiels probiotiques de nouvelle génération. Ces potentiels probiotiques de nouvelle génération sont capables de produire des métabolites bactériens exerçant des effets bénéfiques dans l’intestin et d’autres organes. Dans un premier temps, nous avons montré que les métabolites, comprenant l’acide cholique, sécrétés par B. fragilis étaient capables d’inhiber la virulence de Salmonella Heidelberg dans des modèles in vitro et in vivo. Dans un deuxième temps, nous avons observé que R. intestinalis produisait des métabolites capables de stimuler l’expression de PYY, peptide hormonal, sur un modèle multi- cellulaire comprenant des cellules entéro- endocrines. Ces deux études montrent l’importance des métabolites produits par le microbiote intestinal, pour le maintien de l’intégrité intestinal. L’administration des probiotiques de nouvelle génération et/ou de leurs métabolites pourraient conduire à la mise en place de nouveaux traitements, dans les cas de pathologies associées aux dysbioses. Cependant, de nombreux mécanismes sont encore à élucider, notamment l’étude des communautés bactériennes et les études cliniques qui sont en cours d’élaboration.

L'utilisation intensive des pesticides génère une contamination des denrées alimentaires, une exposition de l’Homme à ces contaminants environnementaux et un problème de santé majeur. L'EFSA a établi pour chaque pesticide une dose journalière admissible (DJA), qui est un seuil de sécurité théorique pour la santé humaine. Néanmoins, la DJA ne tient pas compte des effets cumulatifs potentiels des cocktails de pesticides. Le premier objectif de cette étude était d'évaluer les effets d'un mélange de pesticides fréquemment retrouvé dans l'alimentation humaine (chlorpyriphos, diméthoate, iprodione, imazalil, diazinon, manèbe, mancozèbe) dans des modèles hépatocytaires in vitro. En utilisant des cellules HepaRG différenciées, nous avons mis en évidence un effet cytotoxique majeur du cocktail suite à une exposition unique à de faibles concentrations extrapolées à partir de la DJA. De plus, nous avons démontré que la toxicité de ce cocktail est portée par les dithiocarbamates (Mn-EBDC), le manèbe et le mancozèbe, qui contiennent du manganèse. Une exposition aiguë au cocktail, Mn-EBDC ou chlorure de manganèse (MnCl2) induit une surproduction d’espèces réactives de l’oxygène, qui a conduit à la mort cellulaire par apoptose. Nous avons également montré une surcharge intracellulaire/mitochondriale de manganèse concomitante à une diminution intracellulaire des niveaux de zinc suite à une exposition au manèbe ou au MnCl2. Enfin, une co-exposition avec du chlorure de zinc (ZnCl2) a partiellement restauré les niveaux intracellulaires/mitochondriaux de manganèse et prévient la toxicité induite par les Mn-EBDC. Dans une seconde étude, nous avons utilisé un modèle de stéatose des cellules HepaRG induite par les acides oléique et stéarique et démontré que l'exposition chronique au mélange pesticide, Mn-EBDC ou MnCl2 aggravait la stéatose induite par ces acides gras (AG) en l'absence de cytotoxicité. Le mécanisme impliquait une absorption accrue de AG et l'inhibition de la sécrétion de VLDL. De plus, nous avons constaté que l'exposition à des concentrations non cytotoxiques du mélange de pesticides ou de MnCl2 (≤ADI/10) réduisait fortement l'expression et les activités enzymatiques des CYP2E1, CYP3A4 ou CYP2B6. Fait intéressant, ces inhibitions étaient associées à une réduction de l'expression des régulateurs transcriptionnels PXR et CAR des CYP. Les altérations des expressions et des activités des enzymes de phase I par le mélange de pesticides réduisaient le catabolisme du diazinon. L’ensemble de ces résultats a démontré que les expositions aux dithiocarbamates et au MnCl2 produisent des effets cytotoxiques et altèrent les métabolismes des lipides et des xénobiotiques dans les hépatocytes humains in vitro.

L’ostéoporose représente un problème de santé publique, particulièrement par l’intermédiaire de ses conséquences en termes de morbi-mortalité. La complication principale de cette maladie est la fracture, occasionnant un surrisque de décès et d’institutionnalisation. La surcharge en fer est une cause bien identifiée d’ostéoporose secondaire. L’intérêt pour cette cause secondaire de perte osseuse est renforcé par le fait que l’augmentation de la ferritinémie chez les femmes ménopausées serait associée à un excès de fragilité osseuse. Les mécanismes cellulaires et moléculaires impliqués dans l'ostéoporose liée au fer ne sont pas entièrement compris. Ceux-ci aboutissent à un déséquilibre de l’homéostasie osseuse, avec activation de la résorption et diminution de la formation osseuse. Notre objectif était d'étudier les rôles respectifs du fer lui-même, mais aussi de l’hepcidine, acteur central de la régulation du niveau de fer plasmatique, et des autres métaux interagissant avec le métabolisme du fer dans le développement de l'ostéoporose liée à la surcharge en fer. En s’appuyant sur des modèles murins de surcharge en fer génétique (Hfe-/-, Bmp6-/-) ou secondaire (fer dextran), puis des modèles cellulaires, nos résultats suggèrent que le fer à lui-seul ne peut pas expliquer l’ensemble du phénotype osseux, avec une perte osseuse retrouvée exclusivement dans les modèles de surcharge génétique. La diminution de l’hepcidine dans les modèles génétiques pourrait avoir un rôle dans la perte osseuse, qui semble apparaitre principalement par dépression ostéoblastique. Concernant les autres métaux, étudiés dans les mêmes modèles ainsi que chez l’humain, les observations montrent une différence de la concentration sérique des métaux entre les sexes avec des différences notables entre homme et femme, notamment concernant l’aluminium et le cadmium. L’ensemble de ce travail permet donc de préciser le mécanisme de la perte osseuse dans le cadre des surcharges en fer, avec potentiellement des applications pouvant s’étendre à la population générale, avec identification de groupes à risque.

Les concepts de « santé unique (One Heath) » et de « santé globale » s’intéressent à la santé de l’homme en lien avec la santé des animaux et des écosystèmes. Nos études (de 1995 à 2021) ont d'abord démontré une amélioration de la santé des animaux quand leur alimentation contient plus d’Omega 3 (ALA de l’herbe et du lin) comparativement à une alimentation à base de maïs et de soja. Ces rations riches en ALA réduisent aussi l’impact environnemental de l’élevage. Les produits de ces animaux contiennent moins d’AG saturés (AGS) et plus d'oméga 3. L’apport de produits alimentaires de ces élevages (laits, viandes, œufs) en substitution aux produits standards améliore l’alimentation de l’homme dans le sens des recommandations des ANC puis son profil lipidique sanguin en AG. Cette amélioration de l'alimentation s'accompagnait d'une amélioration du l’IMC (Indice de masse corporelle), de l’insulinémie, de la cholestérolémie chez des volontaires sains, obèses ou diabétiques. Cela suggère qu’une alimentation avec plus d’oméga 3 pourrait aider dans la prise en charge de ces pathologies. Au regard des enjeux de santé animale, réchauffement climatique, et pour la prévention de maladies épidémiques non infectieuses (obésité, diabète de type 2, maladies cardiovasculaires ou neuro-dégénératives), notre travail indique qu'une amélioration de la santé des écosystèmes et des animaux bénéficie à la santé des hommes. Nous proposons l'utilisation de plusieurs indicateurs de « santé unique » dans les chaînes de production. La baisse du ratio LA / ALA dans les rations animales et du ratio C16 : 0 / oméga 3 dans l’alimentation humaine seraient de bons indicateurs de la qualité des lipides alimentaires. Enfin, dans un objectif de prévention chez l'homme, nous proposons un indicateur documenté et facilement dosable : la concentration sanguine en oméga 3 dans le sang total à jeun. Nous proposons la mise en place d’une étude chez l'homme.

Les catécholamines jouent un rôle dans des processus physiopathologiques hépatiques. Néanmoins, une forte activité du système nerveux sympathique, en sécrétant les catécholamines, peut contribuer à la progression tumorale de certains types de cancer. Il semblerait que le carcinome hépatocellulaire (CHC), un cancer primitif du foie, en fasse également partie. Ainsi, le but de cette étude est de déterminer les principaux mécanismes pouvant être responsables des effets des catécholamines en utilisant des hépatocytes-HepaRG tumoraux et des hépatocytes humains en culture primaire. Des techniques de biologie moléculaire et des analyses transcriptomiques ont été utilisées. Les hépatocytes-HepaRG expriment les récepteurs α1A- et β2-adrénergiques et métabolisent effectivement les catécholamines. Ces dernières stimulent dans notre modèle une réponse inflammatoire avec production d’interleukine 6, une prolifération cellulaire, une transition épithélio-mésenchymateuse de type II, un remodelage matriciel, une angiogenèse/hypoxie, une résistance à l’anoïkis et potentiellement une reprogrammation métabolique. La régulation de la sécrétion de la bile semble également altérée, avec la répression gènes clés et l’augmentation du nombre des canalicules biliaires. Cette étude souligne le rôle des catécholamines dans la progression des CHC via la stimulation de processus notamment retrouvés lors de la régénération hépatique ou les maladies chroniques du foie telles que la fibrose.

La dérivation gastrique de type Roux-en-Y (RYGBP) est une des interventions de référence dans la prise en charge médico-chirurgicale de l’obésité. Ses mécanismes ne sont pas encore tous élucidés et son impact spécifique sur le contrôle du comportement alimentaire reste à approfondir. L’objectif de cette thèse était la mise au point d’un modèle de RYGBP chez le miniporc Yucatan obèse puis la réalisation d’une étude transversale intégrative des effets spécifiques du RYGBP sur l’axe microbiote-intestin-cerveau. Nous avons émis l’hypothèse que le RYGBP induirait des modifications de cet axe et que les réponses cérébrales à la stimulation sucrée en imageries fonctionnelles dans les zones impliquées dans le comportement alimentaire lui seraient liées. Nous avons montré que la perte de poids induite par le RYGBP ou une chirurgie SHAM modulait différemment les réponses frontostriatales lors d’une stimulation sucrée orale témoignant d’un traitement hédonique et d’un contrôle inhibiteur différents. L'expression des gènes cérébraux impliqués dans les systèmes sérotoninergiques et cannabinoïdes a été affectée par le RYGBP. Le microbiote cæcal ainsi que le métabolome plasmatique ont été profondément modifiés par le RYGBP. L'intégration des données avec une analyse WGCNA a permis d'identifier de fortes interactions entre certaines familles de bactéries et métabolites liés pour certaines spécifiquement au RYGBP et pour d’autres aux réponses cérébrales en IRM fonctionnelle. Notre modèle représente une belle opportunité d'améliorer, par des analyses intégratives et systémiques, nos connaissances sur les changements neurocognitifs et métaboliques complexes induits par le RYGBP. Des analyses et études supplémentaires sont nécessaires pour explorer la dynamique de ces adaptations dans le temps, au décours de l’intervention et à long terme.