Physiopathologie des MICI [Mode de compatibilité] · Physiopathologie des MICI. ... Q1 Q2 Q3 Q4 Q5...
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Molodecky et al. Gastroenterology 2012
Temporal trends of incidence rates for studies that reported at least 10 years of data and with at least 3 time points for CD
Molodecky et al. Gastroenterology 2012
Temporal trends of incidence rates for studies that reported at least 10 years of data and with at least 3 time points for CD
Microbiota
Pathogenesis of IBDActivation of the gastro-intestinal immune system
toward gut microbiota in genetically susceptible hosts and under the influence of environment
IBD
Microbiota
Pathogenesis of IBDActivation of the gastro-intestinal immune system
toward gut microbiota in genetically susceptible hosts and under the influence of environment
IBD
Microbiota
Pathogenesis of IBDActivation of the gastro-intestinal immune system
toward gut microbiota in genetically susceptible hosts and under the influence of environment
Facteurs Environnementaux
Alimentation
Tabac
Médicaments
Ensoleillement
Antibiotiques
Polluants
Appendicectomie
IBD
Tabac : rôle protecteur dans la RCH
RR de développer une RCH : • Fumeur = 0,4• ex-fumeur = 1,7
Ex-fumeur : • Aggravation de la maladie• Extension des lésions• Augmentation du risque de RCH réfractaire / colectomie.
% o
f pat
ient
s w
ithfla
re-u
p
months after inclusion
P<0.001
Cosnes et al Gastroenterology 2001
0
20
40
60
80
100
0 12 24 36 48
Quitters (n=59)
Continuing smokers (n=59)
Non-smokers (n=59)
� Active smoking worsens Crohn’s disease course whereas smoking cessation improves it
Tabac : rôle aggravant dans la MC
30
35
40
45
50
55
0 cig. 1-10 cig. 11-20 cig. > 20 cig.
1.431.32-1.55
1.541.41-1.69
1.671.54-1.82
Effet dose du tabac dans la maladie de Crohn
ACTIVITY : % of years with active disease flare-up, complication, chronic active form
Seksik et al IBD 2009
Aluminum: a good candidate ?
Al3+
Most frequent metal8% of the earth crustUbiquitary distribution
Present in Soil, water, vegetables
Human activities increased alum bioavailability
Industrial pollutionAcidic rains
Intensive agricultures Alimentary additivesMedicationKitchenware
Water decontaminant productsTobacco
Mean daily human intake3 to 15 mg/day
Tolerated dose1mg/kg/day (60mg)
Increased intake in developed countriesMore than 95mg/day in 5% of American peopleAdditives in commercially-processed foods and beverages
1 – ToxicNeurologic diseasesOsteomalaciaAnemiaLung fibrosis2 – ImmunogenicVaccine adjuvantNalp3-inflammasome activator3 – Human granulomaEquine granulomatous enteritis
Etudes cas témoin de la consommation d’aliments avant le diagnostic de MC
Aliments Effet Référence
Sucreries ↑↑↑↑ Sakamoto IBD 2005
Viande ↑↑↑↑ Abubakar Am J Epidemiol 2007
Graisses ↑↑↑↑ Reif Gut 1997Sakamoto IBD 2005
Poisson ↑↑↑↑Japon↓↓↓↓Canada
Sakamoto IBD 2005 Amre Am J Gastro 2007
Laitages ↑↑↑↑↓↓↓↓ (lait pasteurisé)
Reif Gut 1997Abubakar Am J Epidemiol 2007
Fruits ↓↓↓↓ Amre Am J Gastro 2007Abubakar Am J Epidemiol 2007
Légumes ↓↓↓↓ Amre Am J Gastro 2007
Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 Q8
June 90 Jan 92 June 93 Jan 95 Apr 97 July 00 July 02 July 05
DIET
E3N : A cohort study100 000 femmes vivant en France
End of follow up
CD ? UC ?
Non Cases N = 67504
Incident IBD
N = 77
PREVALENT IBD
N= 117
Data on diet in E3N cohort• Semi quantitative food frequency questionnaire (1993)
���� Estimated consumption in 208 food items/beverages (g/j)+ Calculation of the corresponding energy and nutrient intakes
Validation : Lucas et al. 1995 (Livret) ; Van Liere et al. 1997 (Questionnaire)
Risk of IBD according to macronutrient intake
Total ProteinHazard ratio (HR) third vs first tertile
3.31 ( 95% CI =1.41-7.77)P trend 0.007
TotalCarbohydrates:
HR =0.68 (0.37-1.27)P trend 0.26
Total Fats: HR =1.24 (0.57-2.72)
P trend 0.77
Risk of IBD according to animal and vegetal protein
Animal proteinHR = 3.03 (1.45-6.34)
P trend 0.005
Vegetal protein: HR = 1.31 (0.59-2.88)
P trend 0.44
Subgroup analysis
UC Total Protein
HR = 3.24 (1.07- 9.84)P trend= 0.06
CDTotal Protein
HR = 3.34 (0.90-12.4)P trend 0.04
Acides gras et RCH (Tjonneland A, Gut. 2009)
• 203 193 hommes et femmes agés de 30 à 74 ans, inclus dans EPIC (UK, Sweden, Denmark, Germany, Italy) suivis prospectivement.
• 126 ont développé une RCH après un suivi médian de 4 ans (1.7–11.3). Chaque cas apparié avec 4 témoins.
• Association positive avec linoleic acid • Association négative avec docosohexaenoic acid.
IBD in EPIC
Dietary emulsifiers impact the mouse gut microbiota
promoting colitis and metabolic syndrome
Chassaing B. et al. Nature 519, 92–96 (05 March 2015)
2 émulsifiants alimentaires carboxymethylcellulose (CMC) polysorbate-80 (P80)Rm : 2% dans l’alimentation
IL-10 -/-
Sauvage
(1% eau de boisson)
Carboxymethylcellulose (CMC) et polysorbate-80 (P80) altèrent la distance entre les bactéries et la muqueuse
Carboxymethylcellulose (CMC) et polysorbate-80 (P80) altèrent la distance entre les bactéries et la muqueuse
Carboxymethylcellulose (CMC) et polysorbate-80 (P80) altèrent la composition bactérienne (adhérente et luminale)
Les émulsifiants alimentaires favorisent la colite chez les souris Il10 -/-
Calpro Colite
MPO
Longueur du côlon
Histo
IL10-/-
Les émulsifiants alimentaires favorisent la colite chez les souris Il10 -/- et L’inflammation intestinale de faible grade chez les souris sauvage
Calpro Colite
MPO
Longueur du côlon
Histo
IL10-/-
Exposition solaire et incidence de la MC en France (Nerich V et al. APT2011)
Sun exposure Smoothed relative risk of CD
Une exposition solaire élevée est associée à une diminution du risque de MC dans la cohorte prospective E3N
(Jantchou et al. IBD 2013, in press)
• Cohorte prospective de 91 870 femmes agées de 40 à 65 • Données Meteosat® d’exposition solaire 1984-1989• MC
• RCH : NS
HR (IC95)P for trend
Residential UVR (HR 3rd vs the 1st tertile)
0.49 (95% CI=0.23-1.01)
0.04
Dietary vitamin D intake (HR 3rd vs the 1st tertile)
0.41 (95% CI=0.14-1.24)
0.14
Les antibiotiques dans l’enfance augmentent le risque de MICI
• 1. Card T, Logan RF, Rodrigues LC, Wheeler JG. Antibiotic use and the development of Crohn's disease. Gut 2004 ;53:246-50.
• 2. Hildebrand H, Malmborg P, Askling J, Ekbom A, Mo ntgomery SM. Early-life exposures associated with antibiotic use and risk of subsequent Crohn's disease. Scand J Gastroentrol 20 08; 43:961-6
• 3. Shaw SY, Blanchard JF, Bernstein CN. Association between the use of antibiotics and new diagnoses of Crohn's disease and ulcerative colitis. Am J Gastroenterol 2011;106:2133-42.
• 4. Hviid A, Svanström H, Frisch M. Antibiotic use a nd inflammatory bowel diseases in childhood. Gut 2011; 60:49-54.
• 5. Virta L, et al. Association of repeated exposure to antibiotics with the development of pediatric Crohn's disease-a nationwide, register-based finnish case-control study. Am J Epi demiol 2012;175:77.
• 6. Kronman MP, Zaoutis T, Haynes K Feng R Coffin SE . Antibiotic exposure and IBD development among children: a popu lation-based cohort study. Pediatrics 2012 ;130:e794-803.
Résumé
• Les facteurs d’environnement associés aux MICI sont
� le tabac� l’appendicectomie� les antibiotiques � l’exposition solaire� le régime alimentaire notamment la composition
en acides gras et en protéines animales
Breakdown of gut homeostasis in IBD
Adapted from Khor et al. Nature 2011
TH1
DC
Barrier dysfunctionER stressAutophagy
Gut Microbiota
Intestinal homeostasis
Effector T cells
Regulatory T cells
Intestinal inflammationRegulatory
T cells
Effector T cells
Accumulation of effector
T cells in CD
Clonal T cell expansions
Cytokines
Enhanced recruitment
Persistent T cell cycling
Resistance to apoptosis
Crohn’s diseaseUncontrolled inflammation in the intestinal
mucosa
Inflammatory soluble mediators
TNFIL6
IL12 IFNγIL23 IL17
Signaling through cytokine receptors=> activation of gene transcription
Clonal T cell expansions
Enhanced recruitment
Persistent T cell cycling
Resistance to apoptosis
Naïve LT
Th1
Th2
Th17
Treg
IFNγIL-2
IL-4IL-5
IL-13
IL-17IL-21IL-22IL-26IL-9
TGFβIL-10IL-35
TbetSTAT4
GATA3STAT6
RORγtSTAT3
Foxp3
DC
T cell Lineage
IL-12 IFNγ
IL-4
IL-6TGFβ
IL-2TGFβ
RA
+
+
+
+
IL-12R β1
IL-23R
Th17
IL-2R (CD25)
iTreg
IL-2
+Θ
TGFβ
IL-6+
IL-21
IL-21
+ Θ
Jak2
Tyk2
Stat3
Naive T cell
++
Th17-Treg Balance in the gutp40p19
IL-23
CCR6Gut homing
IL-27R
IL-27
IL-10/IL-10RαTr1
Immunologie
• dérégulation du système immunitaire muqueux avec comme élément déclencheur : le microbiote intestinal
• production de médiateurs inflammatoires (cytokines et chimiokines)
• recrutement de nouvelles cellules inflammatoires sanguines via la surexpression de molécules d’adhésion
• Déséquilibre entre cellules effectrices (voie Th17) et régulatrices
Cibles thérapeutiques des IS
Facteurs génétiques• Études chez les jumeaux
MZ : taux de concordance 36% (~16%RCH)
DZ : taux de concordance 4%• Agrégations familiales : + fréquentes que le hasard• Descendant d’un couple MICI : ~ 30% risque• Risque pour les apparentés au 1er degré = 1-3%• Syndromes génétiques associés : Turner, Hermansky-Pudlak
• Maladies ‘dysimmunitaires’ associées : CSP, Pso, SPA
Facteurs génétiques
• Concept de maladie génétique complexe– Polygénique– Facteurs environnementaux
• Etudes du criblage du génome humain– Localisation de loci de susceptibilité – Études réplicatives
Genes in IBDCrohn’s Disease140 risk loci
Ulcerative colitis133 risk loci
Identified in GWAS
Khor et al. Nature 2011
Jostins et al. Nature 2012
110 2330
Genes in IBDCrohn’s Disease140 risk loci
Ulcerative colitis133 risk loci
Identified in GWAS
Biological processes involved in IBD loci
Khor et al. Nature 2011
Jostins et al. Nature 2012
Epithelial Barrier
Innate Immunity
Autophagy
Adaptive immunity
110 2330
IBD pathways relevant for Epithelium homeostasis
• Restitution
– NKX2-3, HNF4A: transcription factors involved in epithelial regeneration
– STAT3: Involved in epithelial repair, IL-6 & IL-22 response, AMP secretion
– PTGER4, ERRFI1, PLA2G2A/E : EGFR signaling pathway
– REL
• Epithelial barrier: GNA12*, HNF4A, CDH1, ERRFI1, MUC19, ITLN1*
• Paneth cells: ITLN1*, NOD2*, ATG16L1*, XBP1*
• Autophagy: ATG16L1*, IRGM, NOD2*, LRRK2, CUL2, PARK7, DAP
• ER stress: CPEB4, ORMDL3, SERINC3, XBP1*
Khor et al. Nature 2011
Nod2
• First gene to be associated with CD
• Main polymorphism (3020insC) associated with a loss of function
• Intracellular innate receptor (NLR family)
• Recognizes the muramyl dipeptide (peptidoglycan product)
Hugo Nature 2001
CARD15/NOD-2
Structure de CARD15/NOD2 et localisation dans la région LRR
des 3 principales mutations associées à la maladie de Crohn
Apoptose activation NFkB
oligomérisation Reconnaissance bactérienne
Hugo Nature 2001
Nod2 functions impaired in IBD
Paneth Cells:
Defensins , antibacterial activity
Ag presenting Cells:
- pro-inflammatory CK secretion- IL-23 secretion (� Th17)-Antibacterial autophagy-Ag presentation- Sense ssRNA� anti-viral response-Chronic stimulation � tolerance
T Cells:
Involved in Th1 response and T cells activation
Khor et al. Nature 2011
Chez les patients atteints de maladie de Crohn la fréquence cumulée de ces mutations est de 29%
17% des malades doublement mutés vs 0,3% pop. générale
CARD15/NOD2 (2mutations) MC RR = 20 à 40
CARD15/NOD2 (1mutation) MC RR = 2 à 3
CARD15/NOD-2
0
0,5
1
1,5
2
2,5
0 50 100 150
OR of IBD variants / rank
Individually, IBD genes have only a small effect on disease predisposition
Bacteria
MICROBIOTA All the micro-organisms within the gut
Sokol H et al. Curr Opin Gastroenterol. 2010
BacteriaVirus
MICROBIOTA All the micro-organisms within the gut
Sokol H et al. Curr Opin Gastroenterol. 2010
Norman JM et al. Cell 2015
BacteriaVirus (Phages)
MICROBIOTA All the micro-organisms within the gut
Sokol H et al. Curr Opin Gastroenterol. 2010
Norman JM et al. Cell 2015
Reyes A et al. PNAS 2013
BacteriaVirus (Phages)
MICROBIOTA All the micro-organisms within the gut
Sokol H et al. Curr Opin Gastroenterol. 2010
Norman JM et al. Cell 2015
Reyes A et al. PNAS 2013
BacteriaVirus (Phages)Fungi
MICROBIOTA All the micro-organisms within the gut
Sokol H et al. Curr Opin Gastroenterol. 2010 Richard ML et al. IBD 2015
Norman JM et al. Cell 2015
Reyes A et al. PNAS 2013
BacteriaVirus (Phages)FungiArchaea
MICROBIOTA All the micro-organisms within the gut
Sokol H et al. Curr Opin Gastroenterol. 2010 Richard ML et al. IBD 2015
Norman JM et al. Cell 2015 Blais Lecourt P et al. PlosOne 2014
Reyes A et al. PNAS 2013
BacteriaVirus (Phages)FungiArchaea
MICROBIOTA All the micro-organisms within the gut
Sokol H et al. Curr Opin Gastroenterol. 2010 Richard ML et al. IBD 2015
Norman JM et al. Cell 2015 Blais Lecourt P et al. PlosOne 2014
Reyes A et al. PNAS 2013
� Technologies indépendantes de la culture� Gènes codants pour ARNr16S
Fraction cultivable 20 % du microbiote intestinal
ActinobacteriaBacteroidetes
Firmicutes
Trois phyla (divisions) majeurs
Li et al 2008 (n = 5, ~7000 seq)Eckburg et al 2006 (n = 3, ~2500 seq)Manichanh et al 2006 (n = 6, ~500 seq)Gill et al 2006 (n = 2, ~2000 seq)
Populations bactériennes
Le microbiote intestinal humain
Abondance : 1014 bactéries
Diversité : ~ 1000 espèces
Notre autre génomeNotre autre génomeNotre autre génomeNotre autre génome
Le microbiote intestinal humain
Abondance : 1014 bactéries
Diversité : ~ 1000 espèces
Notre autre génomeNotre autre génomeNotre autre génomeNotre autre génome
La somme de tous les ADNs bactériens = Métagénome
Le microbiote intestinal humain
Abondance : 1014 bactéries
Diversité : ~ 1000 espèces
Métagénome (ADN bactériens): ~108 gènes
100 à 150 x le génome humain
Notre autre génomeNotre autre génomeNotre autre génomeNotre autre génome
La somme de tous les ADNs bactériens = Métagénome
Turnbaugh et al., Nature 2008MetaHIT Project ; Qin et al , Nature 2010
Description d’un noyau fonctionnel bactérien
Turnbaugh et al., Nature 2008MetaHIT Project ; Qin et al , Nature 2010
Seulement 2% des phylotypes sont partagés par plus de 50% des individus
Mais noyau fonctionnel important
Description d’un noyau fonctionnel bactérien
38% des gènes bactériens sont partagés par >50% des individus(9% partagés par > 80%)
Nous sommes tous assez
semblables
Turnbaugh et al., Nature 2008MetaHIT Project ; Qin et al , Nature 2010
Seulement 2% des phylotypes sont partagés par plus de 50% des individus
Mais noyau fonctionnel important
Description d’un noyau fonctionnel bactérien
38% des gènes bactériens sont partagés par >50% des individus(9% partagés par > 80%)
Nous sommes tous assez
semblables
Gènes rares
gènes partagés par ≤ 20 % des individus= 2,4 millions gènes
Mais loin d’être identiques
Description d’un noyau fonctionnel bactérien
Turnbaugh et al., Nature 2008MetaHIT Project ; Qin et al , Nature 2010
Seulement 2% des phylotypes sont partagés par plus de 50% des individus
Mais noyau fonctionnel important
� Connaître ces fonctions
Turnbaugh et al., Nature 2008MetaHIT Project ; Qin et al , Nature 2010
Seulement 2% des phylotypes sont partagés par plus de 50% des individus
Mais noyau fonctionnel important
Microbiote & immunité innée
Microbiote :
• Dialogue avec l’hôte via les PPR
• Ségrégation microbiote /hôte- Peptides anti-microbiens- Autre système
Reconnaissance CAMP-PRR
CAMP : Commensal associated molecular patterns
LPS PG (MDP, DAP) ADN CpG Flagelline
PRR : Pattern Recognition ReceptorsTransmembranaires � TLR : Toll-like receptorintra-cellulaires � NOD : nucleotid oligodimerization domain
Reconnaissance des CAMPs par les TLRs
TLR4TLR2/TLR2TLR2/TLR6TLR2/TLR1
CD14
LBPLPSPeptidoglycanes
Lipoprotéines
MD-2TLR9
ADN bactérien(Motifs CpG)
TLR5
Flagelline
TLR3
ARN double-brin
TLR7
imidazoquinolines
?
TRIF
Milieu Extracellulaire ou Lumière du Phagosome
Cytoplasme
Signalisation intracellulaire
MyD88MyD88MyD88MyD88MyD88TRIF
TIRAP
NF-κκκκB
? DD
LRR
TIR
TIR
TIR
?
TIR
TIRAP
Immunité innée
ExempleRôle fonctionnel de Nod2
Reconnaissance du ligand naturel de NOD2 : MDP
� sécrétion de peptides anti-microbiens par les cellules intestinales
Mise en évidence chez la souris
Comparaison souris WT , Nod2-/-
Isolement et stimulation de cryptes par CCH, MDP, MDPDD et MDPLL
Recherche de l’activité bactéricide
Petnicki-Ocwiejaa et al. PNAS 2009
�Morphologie normale des cryptes chez les souris WT et souris Nod2-/-
Résultats:•Souris WT :
-CCH : effet antimicrobien +++-MDP : effet antimicrobien ++-MDPDD et MDPLL : pas effet antimicrobien
•Souris Nod2-/- :-Réduction considérable de l’activité antimicrobienne
�Illustre le rôle du dialogue bactérie-hôte dans la physiologie intestinale Nod2 a un effet général sur la sécrétion par les cellules de Paneth
Petnicki-Ocwiejaa et al. PNAS 2009
Microbiota segregates from epithelium : role of Antimicrobial peptides
REGULATION
Microbial populationsDistance between eptihelium / luminal bacteria
DEFENSINESα-defensin HD-5 (c. de Paneth)β-defensin hBD1 (colonocytes)RegIIIY
DEFENSINESα-defensin HD-5 (c. de Paneth)β-defensin hBD1 (colonocytes)RegIIIY
REGULATION
Microbial populationsDistance between eptihelium / luminal bacteria
Microbiota segregates from epithelium : role of Antimicrobial peptides
Vaishnava et al. PNAS 2008, Vaishnava et al. Science 2011
• Déficit en IgAs• Plasmocytes à IgA (répertoire)
• Plaque de Peyer hypoplasiques
• Diminution des LIE (Cytotoxiques CD8+)
• Déficit de certaines populations T
• Structure anormales des ggl lymphatiques et de la rate
Fonctions Immunes � Souris axéniques
Macpherson et al. ,Microb infection. 2001
Lindner et al. J exp med. 2012
Microbiote et réponses T effectricesChez la souris
Microbiote nécessaire pour :
• Stimulation / expansion appropriée des cellules Th1, Th2, Th17
• Induction des lymphocytes T γδ
• Nombres des LIE (Cytotoxic CD8+)
Immunoglobulin A Coating Identifies Colitogenic Bacteria
in Inflammatory Bowel Disease
Palm N et al. Cell 2014 Aug 28;158(5):1000-10
IgAIgA
IgAIgA
IgAIgA
IgA coats pathogenic bacteria and neutralizes them
Immunoglobulin A Coating Identifies Colitogenic Bacteria
in Inflammatory Bowel Disease
Palm N et al. Cell 2014 Aug 28;158(5):1000-10
IgAIgA
IgAIgA
IgAIgA
IgA coats pathogenic bacteria and neutralizes them � protecting host from infection
Immunoglobulin A Coating Identifies Colitogenic Bacteria
in Inflammatory Bowel Disease
Palm N et al. Cell 2014 Aug 28;158(5):1000-10
IgAIgA
IgAIgA
IgAIgA
Commensal bacteria might also become coated with IgABacteria coated with IgA drive immune responses ?
Immunoglobulin A Coating Identifies Colitogenic Bacteria
in Inflammatory Bowel Disease
Palm N et al. Cell 2014 Aug 28;158(5):1000-10
identifying gut bacteria with high levels of IgA coating
Antibody-based bacterial sorting and 16S rRNA gene sequencing
Immunoglobulin A Coating Identifies Colitogenic Bacteria
in Inflammatory Bowel Disease
Palm N et al. Cell 2014 Aug 28;158(5):1000-10
identifying gut bacteria with high levels of IgA coating
Antibody-based bacterial sorting and 16S rRNA gene sequencing
Immunoglobulin A Coating Identifies Colitogenic Bacteria
in Inflammatory Bowel Disease
Palm N et al. Cell 2014 Aug 28;158(5):1000-10
35 bacterial species highly coated in patients with IBD, but not in controls
identifying gut bacteria with high levels of IgA coating
Antibody-based bacterial sorting and 16S rRNA gene sequencing
Immunoglobulin A Coating Identifies Colitogenic Bacteria
in Inflammatory Bowel Disease
Palm N et al. Cell 2014 Aug 28;158(5):1000-10
Immunoglobulin A Coating Identifies Colitogenic Bacteria
in Inflammatory Bowel Disease
Palm N et al. Cell 2014 Aug 28;158(5):1000-10
IgA coating might be used to identify members of the gut microbiota that drive IBD and might pave the way for targeted antimicrobial therapies in IBD
• Germ free mice: no Th17 in small intestine and colon
• In mice, Segmented filamentous bacterium (SFB) required to elicit Th17 in the gut
Gaboriaud-Routhiau et al. Immunity 2009
Ivanov et al. Cell 2009
Intestinal LPL
Microbiote et réponses T effectrices
Microbiome & Treg : Clostridi Frequency of Foxp3+ Tregs
� Influence of the gut microbiota?
Germ free vs SPF
Decrease number of Foxp3+ Tregs in colon of GF mice (but not in small intestine)
Atarashi et al. Science 2011
Conventionalization of GF mice corrects Foxp3+ Tregs deficiency in colon
����Interactions between gut microbiota and the host play a critical role
in the accumulation of colonic LP Foxp3+ iTregs (Helios -)
Treg induction by a rationally selected mixture of Clostridia strains from the human microbiota
Koji Atarashi et al. Nature August 2013
Human microbiota
Germ-free mice
Treg induction by a rationally selected mixture of Clostridia strains from the human microbiota
Koji Atarashi et al. Nature August 2013
Human microbiota
Germ-free mice
Fraction responsible for expansion of Treg FOXP3
Treg induction by a rationally selected mixture of Clostridia strains from the human microbiota
Koji Atarashi et al. Nature August 2013
Human microbiota
Germ-free mice
Fraction responsible for expansion of Treg FOXP3
Treg induction by a rationally selected mixture of Clostridia strains from the human microbiota
Koji Atarashi et al. Nature August 2013
Human microbiota
Germ-free mice
Fraction responsible for expansion of Treg FOXP3
Treg induction by a rationally selected mixture of Clostridia strains from the human microbiota
Koji Atarashi et al. Nature August 2013
Treatment with 17-mix suppresses experimental colitis models
the 17 strains provide SCFAs, bacterial antigens and probably other factors, which together contribute to differentiation, expansion and colonic homing of Treg cells
Bacterial mix for Therapeutic ?
TNBS-colitis model
C D
E.coli
MycobacteriumMycobacteriumMycobacteriumMycobacteriumparatuberculosisparatuberculosisparatuberculosisparatuberculosis
Saccharomyces Saccharomyces Saccharomyces Saccharomyces cerevisiaecerevisiaecerevisiaecerevisiae
B
persistent ‘pathogen’ infection : conflicting results
Measles virus particles
Mycobacterium avium paratuberculosis
• obligate intracellular tap water, milk
• Similarities with Johne’s disease (cattle, ruminants)
• Slow-growing, fastidious to culture
• DNA insertion sequence IS900 � in CD
• Detection rates from 0 to 100% *
• Detected in tissue samples in healthy individuals
* Sartor Gastroenterology 2008* Sartor Gastroenterology 2008* Sartor Gastroenterology 2008* Sartor Gastroenterology 2008
NaserNaserNaserNaser S et al. Lancet 2004S et al. Lancet 2004S et al. Lancet 2004S et al. Lancet 2004
Mycobacterium avium paratuberculosisM
AP d
ete
ction
46%50%
45%
22% 20%
0%0%
20%
40%
60%
80%
100%
Crohn n=28 UC n=9 Controls n=15
MAP-DNA MAP culture
Mycobacterium avium paratuberculosis
Selby et al Gastroenterology 2007Selby et al Gastroenterology 2007Selby et al Gastroenterology 2007Selby et al Gastroenterology 2007
2-year prospective trial of antimycobacterial regimen in CD patients
clarithromycin rifabutin clofazamine
0
20
40
60
80
100
Pre
vale
nce
of E
. col
i AIE
C (
%) ileum
Colon
AIEC Adherent-Invasive E.coli associated withileal mucosa in Crohn’s disease
DarfeuilleDarfeuilleDarfeuilleDarfeuille Michaud et al. Michaud et al. Michaud et al. Michaud et al. GastroenterologyGastroenterologyGastroenterologyGastroenterology 2004200420042004
� A new strain of E. coli
Found on ileal mucosa of CD patients
lack of conventional pathogenicity genes
Capable to replicate within macrophage
AIEC Adherent-Invasive E.coli associated withileal mucosa in Crohn’s disease
Barnich J clin invest 2007
adhere and invade gut epithelial cells
Type 1 pilus-mediated adherence on IEC via CEACAM6
AIEC induce CEACAM6 expression in IEC
�Amplification loop of colonization and inflammation
persistent ‘pathogen’ hypothesis
• Entero-hepatic Helicobacter
Prospective study – association with CD
H. pullorum induces IL8 secretion by IEC mediated by NF-kappaB
Laharie APT 2009
• Bacteroides fragilis
� Biofilm mass in IBD
• Clostridium difficile
� toxin could reactivate inflammation in IBD
• Enterococcus faecalis
� superoxide production , virulence factors, etc…
principal component analysis
R2Ycum=0,719
-3
-2
-1
0
1
2
3
-6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6
t[2]=
0,08
5
t[1]=0,635R2Ycum=0,772
-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
-5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5
t[2]=
0,07
9
t[1]=0,692
MICI en poussée
Sujets sainsMICI en rémission
Microbiote fécal
Manichanh, C. et al. Nat. Rev. Gastroenterol. Hepatol. 2012
IBD associated DYSBIOSISDecrease in biodiversity
Decrease in The Firmicutes
Sokol et al. IBD 2009
Firmicutes / Bacteroidetes
6.0 3.6 2.4 1.2 1.3
0%
20%
40%
60%
80%
100%
sains MICI Rémission MICI Poussée
BacteroidetesFirmicutes
6.0 3.6 2.4 1.2 1.3
MICI en poussée IBD (n= 35)MICI en rémission (n= 14)Sujets sains (n=27)
Dysbiose au cours des MICILo
g10
CF
U/g
**
7,00
7,50
8,00
8,50
9,00
9,50
10,00
10,50
11,00
11,50
12,00
Bacteria Bacteroides Firmicutes F. prausnitzii
Sokol et al. IBD 2009
• Eub338 (Eubacteria)• Bac303 (Bacteroides-Prevotella)• Ent1458 (Enterobacteria)• Erec482 (Clostridiumcoccoides)• Lab158 (Lactobacillus-Enterococcus)• Bif164 (Bifidobacterium)• Fprau645 (F. prausnitzii) Dapi + Erec-Cy3
Sokol et al. PNAS 2008
remission
or
récidive
M6coloscopie
M0Résection chirurgicale
Une étude nichée dans un essai du Getaid
Microbiote associé à l’iléon au cours de la MC
20 patients ayant une résection iléo-caecale
par FISH analyse
remission
or
récidive
M6coloscopie
M0Résection chirurgicale
Une étude nichée dans un essai du Getaid
Microbiote associé à l’iléon au cours de la MC
F. prausnitzii à M03.3%±3.4 � remission à M6
vs 0.3%±0.5 � récidive à M6
(p=0.027)
par FISH analyse
• Eub338 (Eubacteria)• Bac303 (Bacteroides-Prevotella)• Ent1458 (Enterobacteria)• Erec482 (Clostridiumcoccoides)• Lab158 (Lactobacillus-Enterococcus)• Bif164 (Bifidobacterium)• Fprau645 (F. prausnitzii)
20 patients ayant une résection iléo-caecale
Entrée M2
M6
Récidive N = 19
Infliximab
Rémission
N = 18
37 patientsCrohn
M16
Etude nichée dans l’étude STORISTORI : effet de l’arrêt de l’infliximab chez des patients atteints de M
de Crohn contrôlés par une ‘combotherapie’
Echantillons fécaux
Entrée M2
M6
Récidive N = 19
Infliximab
Rémission
N = 18
37 patientsCrohn
M16
Echantillons fécaux
Etude nichée dans l’étude STORISTORI : effet de l’arrêt de l’infliximab chez des patients atteints de M
de Crohn contrôlés par une ‘combotherapie’
Microbiote de 37 patients atteints de MC en rémission
0.00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0
Surv
ivin
g
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500jours
0.00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0
Surv
ivin
g
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 jours
Nbre de patients : 37 31 30 24 12
P=0.03
F. prausnitzii
Evolution en fonction du taux de F. prau
Taux élevé
Taux faible
SeSe 0,820,82 SpSp 0,680,68
VPPVPP 0,60,6 VPNVPN 0,870,87Rajca et al. DDW 2011
Microbiome & Treg: F. prausnitzii
15000
20000
25000
***
*****
IL-1
0 (p
g/µµ µµ
g)
Faecalibacterium prausnitzii:- Major Clostridium of human gut- Defective in Crohn’s disease
TNBS colitis
Sokol et al. PNAS 2008
mediu
m
L. sa
livar
ius Ls
33
L. acid
ophilu
s NCFM
E. coli
TG1
L. lact
is MG13
63F. p
raus
nitzii
0
100
200**
****
*
IL-1
0 /
IL-1
2
Anti-inflammatory effect in vitro and in
vivo, notably via IL-10 secretion �Possible effect on iTreg
PBMC
Rats ; 6 weeks
D-7 D-2 D0
Intragastric gavage with bacteria or F. prau supernant
Colitis induction
TNBS
80mg/ kg body weight
Macroscopic observationsCytokines quantification
Faecalibacterium prausnitzii Inhibits Interleukin-17
to Ameliorate Colorectal Colitis in Rats
Zhang M et al. Plos One 2014 Oct 2;9(10):e109146
Faecalibacterium prausnitzii Inhibits Interleukin-17
to Ameliorate Colorectal Colitis in Rats
Zhang M et al. Plos One 2014 Oct 2;9(10):e109146
F. prausnitzii surpernatant blocks IL-1β induced NFκB
Controlsupernatant
F.prausnitzii
no IL-1 ββββ IL-1ββββ0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
0,30
0,35***
***
**
OD
Sokol et al. PNAS 2008
Controlsupernatant
F.prausnitzii
no IL-1 ββββ IL-1ββββ0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
0,30
0,35***
***
**
OD
Sokol et al. PNAS 2008
Quel(s) métabolite(s) sécrété(s) par F. prau anti-inflammatoire(s) ?
Analyse peptidomique différentielle du surnageant d e Fprau
• Etude comparative du surnageant et du LYBHI par MALDI TOFafin de détecter des peptides synthétisés par Fprau (M.A. Maubert)
• 6 peptides sont observés dans le surnageant de Fprau et sont absents dans le LYBHI
Avant culture Après culture
Recherche molécules bio-actives
Identification de 6 peptides
P1
P2
SN F. prau
�Séquençage de novo des peptides par MS haute résolution( FTICR)
Analyse in silico des peptides identifiésRecherche dans ProteinInfo ou Blast
P1
P2
SN F. prau
� Séquençage de novo des peptides par FTICRAnalyse in silico des peptides identifiés� se trouvent tous sur une même protéine (MAM)
Gène sur le génome de F. prau
Les peptides d’intérêt se trouveraient dans un domaine exposé dans l’hélice
� Protéine de 135 aa� Hydrophobe +++� Fonction inconnue� Modélisation
AA Hydrophiles AA Polaires AA Hydrophobes
14,8% 31,8% 53,4%
Recherche molécules bio-actives
Identification de 6 peptides
BacteriaVirus (Phages)FungiArchaea
VIROME
Sokol H et al. Curr Opin Gastroenterol. 2010 Richard ML et al. IBD 2015
Norman JM et al. Cell 2015 Blais Lecourt P et al. PlosOne 2014
Reyes A et al. PNAS 2013
Disease-specific alterations in the enteric virome
in inflammatory bowel disease
Norman JM. et al. Cell. 2015 Jan 29;160(3):447-60.
Disease-specific alterations in the enteric virome
in inflammatory bowel disease
Norman JM. et al. Cell. 2015 Jan 29;160(3):447-60.
Dysbiose du virome au cours des MICI
Selles filtrées
MétagenomiqueADN
Shot-gun sequencing
Crohn
RCH
Témoins / Même
environnement 3 cohorts (n=72) : UK, Boston , Chicago prélèvements en poussée et rémission
Disease-specific alterations in the enteric virome
in inflammatory bowel disease
Norman JM. et al. Cell. 2015 Jan 29;160(3):447-60.
Dysbiose du virome au cours des MICI
Selles filtrées
MétagenomiqueADN
Shot-gun sequencing
Crohn
RCH
Témoins / Même
environnement 3 cohorts (n=72) : UK, Boston , Chicago prélèvements en poussée et rémission
> 30 000 séquences
< 5% virus eucaryotes
Essentiellement des phages
Majorité Microviridae et Caudovirales
Corrélations Caudovirales et bactéries� Corrélations négatives entre Caudov et diversité et richness bactérienne
Corrélations Caudovirales et bactéries� Corrélations négatives entre Caudov et diversité et richness bactérienne
Corrélations Caudovirales (n=50) et bactéries� Corrélation négatives avec Bacteroidaceae
� Corrélations positives avec Enterobacteriaceae
Disease-specific alterations in the enteric virome
in inflammatory bowel disease
Norman JM. et al. Cell. 2015 Jan 29;160(3):447-60.
Conclusions
Intestinal microbiome of IBD patients displays:
– A specific distribution/distortion of microbiome compared to healthy subjects (dysbiosis)
Pro-inflammatoryBacteria
Anti-inflammatoryBacteria
Conclusions : Microbiota
IBD-associated Dysbiosis has functional consequences :
– Loss of anti-inflammatory bacteria
– Impaired Gut microbiome metabolic functions
– Most of the consequences are still unknown (normal functions largely unknown…)
Conclusion
• IBD Pathogenesis: complex interactions between genes, microbiota and environmental factors
• A lot of work to do to – Understand the functional consequences of IBD-
associated genes and polymorphisms
– Understand the functional consequences of IBD-associated dysbiosis
– identify environmental factors involved
�Better characterization and definition of IBD subgroups
�Tailored treatment