Effet anti-inflammatoire de l'électrostimulation vagale appliqué à un modèle de colite expérimentale

Background The vagus nerve is composed of 20% of efferents and 80% of afferents. Nowadays, vagus nerve stimulation (VNS) is used in the treatment of refractory epilepsy and depression in Human. Moreover, the vagus nerve has anti-inflammatory properties through its i) afferents by activating the hypothalamic pituitary adrenal axis, ii) its efferents by the cholinergic anti-inflammatory pathway has also been reported more recently. In fact, acetylcholine can binds alpha 7 nicotinic receptor of immune cells (like macrophages) to inhibit pro-inflammatory cytokines secretions (like TNFalpha). Inflammatory bowel diseases (IBD) are multifactorial pathologies that produce hyper-activations of the immune system and hence to intestinal lesion. Nowadays, IBD treatments not induce a total remission but have only suspensive effects. AimThe aim of this study was to evaluate the effect of chronic VNS on an experimental colitis in rats and characterize its anti-inflammatory mechanisms and its lateral effects on brain and on intestinal motility. MethodsColitis was induced in rats by intracolonic instillation of trinitrobenzene sulfonic acid (TNBS). VNS was performed for 3 hours during five days in freely moving rats chronically implanted with an electrode on the left cervical vagus nerve with stimulation parameters known to activate vagal efferents (1mA, 5Hz, 500µs, 10s ON, 90s OFF). Body temperature and locomotor activity were recorded. At the end of stimulation, evaluation of colitis was assessed by physiological and local parameters both at the level of the damaged colon and immediately above. A global multiparametric index of colitis was generated. Western blot analysis and immunohistochemistry of STAT proteins were performed to best characterized mechanisms of action of VNS. A study of the lateral effects of VNS was performed by c-fos immunohistochemestry in the brain and by the recording of migrant motor complex at the peripheral level. ResultsVNS induced a significant improvement of physiological parameters such as body weight loss and a reduction of inflammatory markers notably in mild damaged tissues. This effect was associated with a reduction of the multivariate index of colitis. TNBS colitis induced significant increase of STAT levels in the lesion and above, these changes were improved by VNS. In addition, VNS induced slight effects on central neuronal activation, and on intestinal motility. ConclusionAll together, these data argue for a therapeutic effect of VNS on this model of colitis. This study opens a potential therapeutic avenue for the use of VNS in patients with IBD.IntroductionLe nerf vague est un nerf mixte composé de 20% de fibres efférentes et 80% de fibres afférentes. La stimulation électrique du nerf vague (VNS) est actuellement employée comme thérapie de certaines formes d'épilepsies et de dépressions chez l'Homme. Le nerf vague a également un double rôle anti-inflammatoire : i) d'une part via la voie classique faisant intervenir les fibres vagales afférentes centripètes qui peuvent activer l'axe corticotrope, ii) d'autre part via la voie cholinergique anti-inflammatoire, plus récemment décrite. L'effet anti-inflammatoire est dans ce cas lié à l'activation des efférences vagales centrifuges. En effet, les terminaisons de ces fibres libèrent, en périphérie, de l'acétylcholine qui, en se liant au récepteur alpha 7-nicotinique exprimé en particulier par les macrophages, inhibe la sécrétion de cytokines pro-inflammatoires (TNFalpha notamment). Bien que les maladies inflammatoires chroniques de l'intestin (MICI) aient une incidence en augmentation, leur origine exacte reste méconnue et semble liée à de nombreux facteurs. Les patients atteints de MICI présentent des troubles au niveau de l'activation du système immunitaire qui vont engendrer l'apparition de lésions au niveau intestinal. Les traitements des MICI disponibles actuellement ne permettent pas une guérison totale, mais ont uniquement un rôle suspensif. But Les travaux réalisés ont eu pour objectif d'utiliser la VNS afin de diminuer l'inflammation dans un modèle de colite expérimentale chez le rat. Des études complémentaires ont été réalisées pour étudier les mécanismes de cet effet anti-inflammatoire ainsi que les effets centraux et digestifs moteurs de la VNS. Matériels et Méthodes La colite a été induite par l'instillation intra-colique d'acide trinitrobenzène sulfonique (TNBS). La VNS a été réalisée grâce à une électrode bipolaire implantée de manière chronique au niveau du nerf vague gauche (paramètres de stimulation : 1mA, 5Hz, 500µs, 10s ON, 90s OFF) ; l'animal a été stimulé pendant 3 heures le jour de l'injection du TNBS et pendant les 4 jours suivants. Les paramètres physiologiques de température corporelle et d'activité locomotrice ont été suivis en continu par télémétrie pendant cette période. L'animal a été sacrifié 5 jours après l'instillation, le côlon a été prélevé et deux zones tissulaires ont été distinguées : la partie lésée et la partie adjacente. Ces prélèvements ont ensuite été utilisés pour une analyse histologique, une quantification de la myéloperoxydase et une quantification des ARNm des cytokines par la technique de RT-PCR. L'inflammation globale induite par la colite a été étudiée par l'intermédiaire d'un index multiparamétrique global comprenant des paramètres physiologiques intégrés (température corporelle, activité locomotrice), tissulaires (surface des lésions) et moléculaires (ARNm des marqueurs d'inflammation). L'approfondissement des connaissances mécanistiques de l'effet anti-inflammatoire obtenu a été réalisé par une étude par western blot et immunohistochimie de l'expression des protéines impliquées dans les voies intracellulaires d'activation des cellules immunitaires (protéines STAT). Enfin les effets latéraux de la VNS ont été étudiés au niveau central par la technique d'immunohistochimie du c-fos et par l'analyse des électromyogrammes du jéjunum au niveau périphérique.Les résultats mettent en évidence chez les animaux stimulés : une amélioration clinique significative avec une perte pondérale réduite, une tendance à la réduction des lésions intestinales, de l'expression de la myéloperoxidase et du taux d'ARNm de cytokines dans le tissu colique, ainsi qu'une diminution significative de l'index global d'inflammation. Au niveau mécanistique, la VNS induit des changements dans la signalisation intracellulaire, au niveau de la lésion et juste au-dessus de celle-ci. Enfin la VNS semble induire aussi des changements modérés au niveau de l'activation neuronale centrale et de la motricité digestive. Conclusion Ces données expérimentales montrent l'intérêt d'activer la voie cholinergique par la VNS pour obtenir un effet anti-inflammatoire ciblé au niveau du tube digestif. La VNS pourrait être envisagée dans le traitement des poussées ou le maintien en phase de rémission des patients atteints de MICI