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La communication entre le microbiote intestinal et le cerveau : les voies métaboliques et neuronales

Le microbiote intestinal et le cerveau communiquent de manière complexe via diverses voies métaboliques et neuronales. Ces mécanismes incluent des voies neuronales, des systèmes de messagerie moléculaire, ainsi que des réponses immunitaires locales et distales. Bien que la recherche ait apporté des connaissances significatives, de nombreux mécanismes exacts de cette communication restent encore à élucider. Cet article se propose de vulgariser ces mécanismes.


🟢 Le système nerveux autonome (SNA)

Le système nerveux autonome (SNA) contrôle les fonctions corporelles involontaires comme la digestion, la respiration et le rythme cardiaque. Il se compose de deux branches principales : le système nerveux sympathique et le système nerveux parasympathique, qui jouent des rôles clés dans la communication entre l'intestin et le cerveau.


Le système nerveux sympathique :

Le système nerveux sympathique est responsable de la réaction de "combat ou fuite". Lorsque nous sommes stressés, ce système accélère le rythme cardiaque, dilate les pupilles et inhibe la digestion pour préparer le corps à réagir rapidement. Par exemple, face à une situation dangereuse, comme un accident de voiture imminent, le système sympathique active rapidement ces réponses pour augmenter nos chances de survie.


Le système nerveux parasympathique :

Le système nerveux parasympathique, en revanche, est responsable des fonctions de "repos et digestion". Après un repas, ce système ralentit le rythme cardiaque, stimule la digestion et favorise la relaxation. Imaginez que vous venez de manger un bon repas. Le système parasympathique va aider votre corps à digérer les aliments en augmentant la sécrétion des sucs digestifs et en ralentissant votre rythme cardiaque pour favoriser un état de repos.


👉 Interaction avec le microbiote :

Le microbiote intestinal influence ces systèmes en produisant des métabolites et en interagissant directement avec les nerfs de l'intestin. Par exemple, certaines bactéries intestinales produisent des acides gras à chaîne courte (AGCC) qui peuvent activer le système nerveux parasympathique et améliorer la motilité intestinale. De plus, des études montrent que des déséquilibres dans le microbiote peuvent influencer le stress et l'anxiété via le système nerveux sympathique.


👉 Les composants de l'axe microbiote-intestin-cerveau :

Les composants individuels de l'axe microbiote-intestin-cerveau communiquent bidirectionnellement, de manière antagoniste et synergique, au sein du SNA. En combinaison avec l'axe hypothalamo-hypophyso-surrénalien (HPA), le SNA constitue un réseau complexe de communication intégrée entre le cerveau et l'intestin, établissant et régulant involontairement l'homéostasie physiologique de l'hôte.


👉 La communication bidirectionnelle

Le SNA, en combinaison avec les signaux neuronaux et neuroendocriniens, peut induire des changements modifiés par le système nerveux central (SNC) dans l'intestin (effets descendants). Les fonctions gastro-intestinales clés, telles que la motilité intestinale, la perméabilité, la production de mucus et la réponse immunitaire muqueuse, sont toutes contrôlées par le SNA.


🟢 Le rôle du nerf vague

Le nerf vague est une autoroute de communication entre l'intestin et le cerveau. Il envoie des signaux des organes internes au cerveau et vice versa. Ce nerf joue un rôle crucial dans la régulation des fonctions digestives et dans la transmission des signaux de satiété après un repas.


Exemple de fonctionnement :

Quand vous mangez, les cellules de votre intestin détectent les nutriments et envoient des signaux au cerveau via le nerf vague pour indiquer que vous êtes en train de manger et qu'il est temps de commencer à digérer. En réponse, le cerveau peut envoyer des signaux de retour pour ajuster les niveaux de sécrétions digestives et la motilité intestinale.


Le nerf vague est la dixième paire de nerfs crâniens et la route la plus rapide et directe qui relie l'intestin au cerveau. Il est composé de 80 % de fibres afférentes et de 20 % de fibres efférentes, transmettant de manière tonique des informations vitales des systèmes gastro-intestinal, respiratoire et cardiovasculaire, et fournissant un retour d'information aux viscères. Le nerf vague innerve l'intestin par les branches hépatiques et cœliaques, avec une densité décroissante du duodénum proximal au côlon transverse.


La réflexe anti-inflammatoire Vago-Vagal :

Le réflexe anti-inflammatoire vago-vagal comprend des efférences vagales originaires principalement du noyau moteur dorsal médullaire du vague, modulant les niveaux circulants de cytokines pro-inflammatoires. La stimulation de ce réflexe peut entraîner une modification vagale de l'activation des macrophages, mécanisme important impliqué dans la physiopathologie des maladies inflammatoires de l'intestin.


🟢 Le système nerveux entérique (SNE) : le "deuxième cerveau"

Le système nerveux entérique (SNE) est un réseau complexe de neurones dans les parois de l'intestin. Structuré en deux plexus ganglionnés, le plexus sous-muqueux et le plexus myentérique, le SNE est responsable de la coordination des fonctions intestinales telles que la motilité et le contrôle des mouvements des fluides. Il contrôle directement les fonctions intestinales et peut fonctionner de manière autonome, bien qu'il communique également avec le système nerveux central.


👉 L'influence du microbiote sur le SNE :

Le microbiote influence le développement et la fonction du SNE via l'activation des récepteurs de reconnaissance de motifs (PRR) comme les récepteurs Toll-like (TLR). Par exemple, les souris dépourvues de TLR4 montrent une diminution de la production de pellets fécaux et de la teneur en eau des selles, reflétant des altérations de la fonction du plexus myentérique et sous-muqueux. De plus, les animaux axéniques (GF) présentent des anomalies significatives du SNE en termes de structure et de neurochimie, qui peuvent être inversées par la colonisation avec une flore bactérienne spécifique.


🟢 Le système immunitaire et la neuroimmunité

Le tractus gastro-intestinal abrite la concentration la plus dense de cellules immunitaires du corps et est en communication constante avec les milliards de microbes qui habitent notre intestin. Cette interaction se fait par contact physique direct ou par la libération de composés sécrétés. La couche muqueuse visqueuse protectrice sécrétée par les cellules caliciformes de l'épithélium limite le contact des microbiotes intestinaux avec les tissus viscéraux, servant ainsi à faciliter la communication entre l'intestin et le système immunitaire.


👉 Les récepteurs de reconnaissance de formes (PRR) :

Les PRR de l'épithélium reconnaissent des motifs moléculaires uniques aux bactéries et autres micro-organismes, activant des médiateurs inflammatoires, la production de cytokines et le recrutement chimiotactique des cellules inflammatoires aiguës. En plus d'activer le système immunitaire inné, de nombreux métabolites de bactéries commensales sont immunomodulateurs, influençant les messages neuronaux transportés par les neurones afférents vagaux et spinaux pour communiquer en permanence avec le cerveau et réguler potentiellement le comportement et la santé.


La communication entre le microbiote intestinal et le cerveau implique des réseaux complexes de voies neuronales, métaboliques et immunitaires. Comprendre ces mécanismes permet de mieux appréhender comment les bactéries intestinales peuvent influencer de manière significative le comportement et la physiologie de l'hôte. Bien que des progrès significatifs aient été réalisés, des recherches supplémentaires sont nécessaires pour déchiffrer les circuits neuronaux sous-jacents à l'axe microbiote-intestin-cerveau et leur implication dans la santé et les maladies.


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