Nutrition, brain health and structure with aging : an epidemiological approach

La nutrition est un facteur environnemental modifiable prometteur pour la prévention du vieillissement cérébral. Une association bénéfique entre une alimentation plus saine ou des apports plus importants en certains nutriments et un moindre risque de démence ou de déclin cognitif a été suggérée dans les études épidémiologiques. Cependant, la stratégie nutritionnelle à privilégier pour la prévention reste encore mal caractérisée. Mieux décrire les mécanismes neurobiologiques chez l’Homme permettrait d’identifier les stratégies préventives les plus efficaces. L'objectif de cette thèse est d'analyser les associations épidémiologiques entre la nutrition et des marqueurs en neuro-imagerie de deux composantes physiopathologiques clés du vieillissement cérébral : la structure cérébrale et la neurodégénérescence associée d’une part, le fardeau cérébral vasculaire d’autre part. La nutrition est étudiée à travers plusieurs expositions complémentaires, du statut biologique en nutriments candidats jusqu’aux profils de consommation alimentaire. Les données proviennent de l’étude des 3-Cités, une cohorte de personnes âgées issues de la population générale. Dans une première partie, nous nous sommes intéressés à la relation entre nutrition et évolution des volumes cérébraux à l’Imagerie par Résonance Magnétique (IRM) au cours de 10 ans suivi dans la cohorte. Nous avons mis en évidence des associations entre des concentrations plasmatiques plus élevées en acides gras polyinsaturés oméga-3 (AGPI n-3) et en caroténoïdes avec une moindre atrophie du lobe temporal médian, une structure clé pour la mémoire et impliquée dans développement de la maladie d’Alzheimer. Dans une deuxième partie, une approche plus globale de l’alimentation a été adoptée avec l’évaluation de l’adhérence au Mediterranean-DASH Intervention for Neurodegenerative Delay (MIND) diet. Ce régime alimentaire spécifiquement développé pour la santé cérébrale a été associé à un moindre risque de démence sur 16 ans de suivi et à une meilleure intégrité de la substance blanche, dégradée dans le vieillissement cérébral et dans la maladie d’Alzheimer. Dans une dernière partie, nous avons abordé la composante vasculaire de la santé cérébrale et montré une association entre une consommation de poisson plus élevée et un moindre fardeau cérébrovasculaire global, défini par la combinaison de trois marqueurs IRM : hypersignaux de la substance blanche, infarctus cérébraux silencieux et dilatations des espaces périvasculaires. Ces résultats décryptent les effets spécifiques de différentes expositions nutritionnelles sur la santé cérébrale dans le vieillissement, suggérant un rôle prépondérant des AGPI n-3 apportés par le poisson, associés à la fois à une diminution de l’atrophie et du fardeau cérébrovasculaire. Le MIND diet (intégrant le poisson et les légumes colorés, sources de caroténoïdes) était associé à une préservation globale de la microstructure cérébrale et pourrait être une stratégie de prévention efficace d’un point de vue de la santé publique.Nutrition is a promising modifiable factor for the prevention of brain aging. Epidemiological studies suggested a beneficial association of a healthy diet or higher intakes of specific nutrients with a lower risk of dementia or cognitive decline. However, the most appropriate target strategy for prevention remains to be defined. A better description of the neurobiological mechanisms in humans would help identify the most effective preventive strategy. The aim of this thesis is to analyze the epidemiological relationships between nutrition and neuroimaging markers of two key pathophysiological components of brain aging: brain structure and associated neurodegeneration on the one hand, and cerebrovascular burden on the other. Nutrition is studied through several complementary exposures, from biological status in candidate nutrients to dietary patterns. We used data from the 3-City study, a population-based cohort of older persons in France. First, we were interested in the relationship between nutrition and changes in brain volumes on Magnetic Resonance Imaging (MRI) over 10 years of follow-up in the cohort. We found associations of higher plasma concentrations of omega-3 polyunsaturated fatty acids (n-3 PUFA) and carotenoids with lower rate of atrophy in the medial temporal lobe, a key structure for memory affected in the development of Alzheimer's disease. Second, we adopted a more global approach of diet through the investigation of the Mediterranean-DASH Intervention for Neurodegenerative Delay (MIND) diet. This dietary pattern specifically designed for brain health was associated with a lower 16-year risk of dementia and greater white matter integrity, typically degraded with aging and Alzheimer’s disease. Third, we studied the vascular component of brain health, relating higher frequency of fish intake to lower global subclinical cerebrovascular burden defined by the combination of three MRI markers: white matter hyperintensities, silent brain infarcts, and dilated perivascular spaces. These results highlight specific effects of several nutritional exposures on brain health in aging, suggesting a major role of n-3 PUFA provided by fish, which were associated with both reduced brain atrophy and lower cerebrovascular burden. The MIND diet (including fish and colored vegetables, source of carotenoids) was associated with a preserved white matter microstructure and could be an effective strategy for prevention from a public health perspective