Development of an experimental model of Blastocystis infection in rats : Impacts on colonic sensitivity, behavior and the intestinal microbiota composition
Mise en place d'un modèle animal d'infection par Blastocystis : répercussion sur la sensibilité colique, le comportement et le microbiote intestinal
Résumé
Chronic abdominal pain often associated with colonic hypersensitivity (CHS) is one of the major symptoms of irritable bowel syndrome (IBS). IBS is a functional chronic disorder affecting ~11% of worldwide population and disturbing patients’ quality of life. Etiology is multifactorial and thus pathophysiology is complex and remains poorly understood. Infectious gastroenteritis has been described as one of the risk factors for development of post-infectious IBS (PI-IBS). PI-IBS can occur in 4-31% of patients following acute gastroenteritis of bacterial, viral or parasitic origin. Numerous studies support a role for pathogen-mediated modifications in the resident intestinal microbiota, epithelial barrier integrity and immune activation in PI-IBS. Interestingly, the risk of IBS is highest with protozoal enteritis, with ~40% of individuals developing IBS against ~14% following bacterial infection. Blastocystis is the most common intestinal parasite found in human intestinal tract. Nevertheless, clinical relevance remains controversial, despite recent epidemiological studies showing a higher prevalence of this parasite in IBS patients. Interestingly, studies report that individuals carrying Blastocystis display abdominal pain and intestinal dysbiosis. Currently, the lack of reproducible animal model of Blastocystis infection does not allow to study the pathological mechanisms related to infection and thus to explore the potential contribution of this parasite in IBS.The aims of this study were first to develop a murine model of Blastocystis infection and then to investigate whether this parasite could lead to the development of intestinal dysbiosis associated CHS with the aim of developing a new PI-IBS rat model.The first aim was to evaluate the infectivity of different parasitic subtypes and stages (vacuolar and cystic forms) isolated from axenic cultures or purified from human or animal feces, into laboratory animals (rats and mice). Interestingly, we succeeded in the development of a reproducible model of chronic infection by Blastocystis in laboratory rats using cysts purified from human stool.Using this animal model, we found that Blastocystis ST4 induced non inflammatory CHS in infected rats. In addition infected rats developed anxiety- and depressive-like behavior correlated with CHS. Infection associated intestinal dysbiosis was characterized by increased bacterial richness and decreased Firmicutes/Bacteroidetes ratio. Interestingly, we correlated CHS with the increase in the relative abundance of genus Bacteroides and the decrease in the relative abundance of the family Clostridiaceae, some bacteria producing Short Chain Fatty Acids (SCFAs). Indeed, fecal SCFAs levels were decreased in infected rats. These decreases were correlated with the relative abundance of genus Oscillospira which was also described increased in Blastocystis individual carriers. In addition, we have demonstrated an increase in fecal serine protease activity in infected animals that may explain development of CHS.These data suggest that a gastrointestinal infection with Blastocystis may be associated with the establishment of intestinal dysbiosis associated CHS. Thus, this new infectious model could be a good model of PI-IBS and could therefore contribute to a better diagnosis and development of new therapeutic strategies for chronic bowel diseases.
Les douleurs abdominales chroniques, souvent associées à une hypersensibilité viscérale d’origine colique (HSVC), sont l’un des symptômes majeurs constatés lors du syndrome de l’intestin irritable (SII). Le SII est une colopathie chronique fonctionnelle touchant environ 11% de la population mondiale et altérant significativement la qualité de vie des patients. L’étiologie multifactorielle de cette pathologie rend la physiopathologie complexe. Les gastroentérites infectieuses ont été décrites comme l’un des facteurs de risque dans le développement du SII-post-infectieux (SII-PI). Le SII-PI survient en effet dans 4 à 31% des cas suite à une gastroentérite aigüe d’origine bactérienne, virale ou parasitaire. Ces infections peuvent avoir de nombreuses répercussions et en particulier sur l’intégrité de la barrière épithéliale intestinale, le système immunitaire ou encore sur le microbiote intestinal. Par ailleurs, suite à une infection parasitaire, le risque de développer un SII est de 40% contre seulement 14% suite à une infection bactérienne.Blastocystis est le parasite intestinal le plus fréquemment retrouvé chez l’Homme. Néanmoins, malgré de récentes études épidémiologiques rapportant une plus forte prévalence de ce parasite chez les patients atteints de SII, son rôle en santé humaine reste débattu. De plus, d’autres études rapportent que les individus porteurs de ce parasite présentent des douleurs abdominales et sont atteints d’une dysbiose intestinale. Actuellement, l’absence d’un modèle animal d’infection par Blastocystis reproductible ne permet pas d’étudier les mécanismes physiopathologiques liés à l’infection et donc d’explorer la contribution éventuelle de ce parasite dans le SII.Les objectifs de ce travail de thèse étaient tout d’abord de mettre en place un modèle murin d’infection expérimentale par Blastocystis pour dans un deuxième temps évaluer si ce parasite est capable d’induire une HSVC et une dysbiose intestinale avec l’objectif d’établir un nouveau modèle de SII d’origine infectieuse chez le rat. Pour répondre au premier objectif, le pouvoir infectieux de différents sous-types et différentes formes du parasite (formes vacuolaires ou kystes), isolés de cultures axéniques ou purifiés à partir de selles de patients et d’animaux a été évalué chez des animaux de laboratoire (rats et souris). Nous avons ainsi réussi à établir un modèle reproductible d’infection chronique par Blastocystis chez le rat de laboratoire à l’aide de kystes purifiés à partir de selles humaines.L’utilisation de ce modèle in vivo, nous a permis de mettre en évidence que le sous-type 4 (ST4) de Blastocystis induit une HSVC sans origine inflammatoire chez les rats expérimentalement infectés. De plus, les animaux développent un comportement type anxio-dépressif corrélé à l’HSVC. La dysbiose intestinale associée à l’infection se caractérise par une augmentation de la richesse bactérienne et une diminution du ratio Firmicutes/Bacteroidetes. Par ailleurs, nous avons corrélé l’HSVC à l’augmentation de l’abondance relative du genre Bacteroides et la diminution de l’abondance relative de la famille des Clostridiaceae, bactéries productrices d’acides gras à chaine courte (AGCC). Une diminution des taux d’AGCC fécaux a d’ailleurs été constatée chez les rats infectés. De plus, nous avons mis en évidence une augmentation de l’activité de protéases à sérine dans les fèces des animaux infectés pouvant expliquer l’HSVC.Ces données suggèrent qu’une infection gastro-intestinale par Blastocystis serait associée à une hypersensibilité viscérale d’origine colique (HSVC) et à un déséquilibre de la flore intestinale (dysbiose). Ainsi, ce nouveau modèle d’infection pourrait être un bon modèle de SII d’origine infectieuse et pourrait donc contribuer à un meilleur diagnostic et au développement de nouvelles stratégies thérapeutiques pour des pathologies chroniques de l’intestin chez certains individus.
Origine : Version validée par le jury (STAR)