Modulation of juvenile growth and the somatotropic axis by Lactobacillus in chronic undernutrition

En 2019, 149 millions d’enfants de moins de 5 ans souffraient de dénutrition chronique. En pédiatrie, la dénutrition chronique présente un impact sur le pronostique staturale secondairement à un état de résistance à la GH. La restauration de l’axe somatotrope nécessite le recouvrement d’apport alimentaires adéquat. Depuis quelques années, le microbiote intestinal apparaît essentiel pour une croissance optimale. Les précédents résultats générés dans notre laboratoire ont permis de mettre en évidence la capacité de certaines souches de Lactobacillus plantarum à maintenir la croissance d’animaux axéniques mono-colonisés élevés en situation de dénutrition chronique. Ces résultats nécessitaient cependant un approfondissement. Le premier objectif de notre travail était de vérifier si les capacités du Lactobacillus plantarum WJL (LpWJL) à maintenir la croissance en milieux dénutris était conservés chez la souris avec microbiote complexe. Après confirmation de l’effet de retard de croissance induit par le régime expérimental, nous avons mis en évidence que la supplémentation en LpWJL était capable de maintenir partiellement la croissance somatique et la fonctionnalité de l’axe GH/IGF-1 chez la souris conventionnelle sans modification des ingesta. Cet effet était médié par la paroi bactérienne seule et par le récepteur NOD2. Une amélioration globale de la fonctionnalité de la voie insuline/IGF-1 à également été mise en évidence. Le but de la seconde partie de ce travail était d’apporter de nouvelles pistes de réflexion quant à la mécanistique de recouvrement de l’axe GH/IGF1 par le LpWJL. L’une des hypothèses du syndrome de résistance à la GH fait intervenir le Fibroblast Growth Factor 21 (FGF-21). Le FGF-21 est une hormone hépatique synthétisée en réponse à un stress nutritionnel comme la carence protéique. Le rôle du FGF-21 étant de limiter l’impact de ce stress en limitant la lipolyse dans le tissus adipeux blanc et en augmentant l’effet de « browning ». Afin de mettre en évidence un tel effet dans notre modèle, le FGF21 ainsi que son transcrit ont été dosés dans les différents tissus. Les principaux transcrits impliqués dans les voix métaboliques lipidiques du tissus adipeux blanc ont également été dosé. Nos résultats ont montré que malgré une augmentation significative de la synthèse hépatique de FGF-21 induite par le régime expérimental, le LpWJL ne modifiait que les niveaux sériques de FGF21. Aucun modification plasmatique ou adypocitaire lipidique n’a pu être mise en évidence. Dans un troisième temps, notre travail testait une nouvelle souche candidate: Lactobacillus fermentum CECT5716 (LfCECT5716). Cette souche a été isolée du lait maternel et est utilisée en tant que probiotique dans une formulation infantile commerciale. Nous avons exposé des larves de Drosophile à une carence en protéine et supplémenté le milieu soit par un placebo, soit par le LfCECT5716, soit par des formules infantiles enrichies en LfCECT5716. Le LfCECT5716 a confirmé un effet promoteur de croissance chez les larves dans un effet intermédiaire comparé à nos souches témoins. Cet effet était conservé lorsque le LfCECT5716 était introduit via une formulation infantile. Afin de vérifier l’hypothèse d’une amélioration de l’absorption lipidique entérocytaires par le LfCECT5716, nous avons co-cultivé des cellules Caco2/TC7 avec le LfCECT5716 puis stimulé les cellules à l’aide de micelles postprandiaux. Aucun effet du LfCECT5716 n’a pu être mis en évidence sur l’absorption lipidique ni sur la voie de synthèse des chylomicrons. En conclusion, le LpWJL est capable de maintenir la croissance et la fonctionnalité de l’axe GH/IGF-1 chez la souris conventionnelle exposée à une dénutrition chronique. Le rôle du FGF-21 dans le processus doit être encore approfondi. Enfin Le LfCECT5716 semble une souche candidate intéressante au travers de son implication industrielle dans les formulations infantiles.In 2019, 149 millions of children younger than 5 years suffer from stunting. Especially in paediatrics, under-nutrition has a real impact on children growth due to a state of GH resistance leading to poor height for age. To restore the GH axis, a recovery of protein and energy intakes is essential. Since a few years, the gut microbiota appears to be an essential parameter to maintain juvenile growth. Moreover, previous results from our lab suggest that several strains of Lactobacillus have shown the capacity to sustain growth in mono-associated germ free drosophila and mice raised upon under-nutrition. However, some hypothesis needs to be deepened. The first aim of our work was to check if the growth promoting effect of the Lactobacillus plantarum WJL (LpWJL) was kept in conventional mice with complex gut microbiota. After weaning, conventional mice were raised on an isocaloric, low protein and low lipid diet during 56 days. Mice were daily supplemented by 108 CFU of LpWJL or a placebo. After the validation of the stunting effect induced by our experimental diet, we found that LpWJL were able to maintain partially the juvenile growth and the somatotropic axis of mice raised on poor diet without a change in food intakes. We found that this effect was mediated through a NOD2 dependant sensing of the bacterial cell wall and was associated with an improvement the insulin/IGF pathway. Since the growth-promoting effect was strain specific, the second aim of our work was to screen another candidate Lactobacilli strain: Lactobacillus fermentum CECT5716 (LfCECT5716). This strain was isolated from mother’s breast milk and is already used in an industrial infant formula. The purpose was to explore a novel application of an already industrialized probiotic. In this way, we have challenged drosophila larvae with a restricted protein diet and supplemented the media with LfCECT5716 alone or infant formulas associated with LfCECT5716. We found that the LfCECT5716 had an intermediate growth-promoting effect on starved larvae compared to referential strains. Interestingly, this growth-promoting effect was conserved when the LfCECT5716 was added in an infant formula. In addition, we would like to explore a hypothetical link between the growth promoting effect of the LfCECT5716 and the lipid up-take. Caco2/TC7 cells were co-cultured with LfCECT5716 and challenged with post-prandial micelles. However we were not able to see any change in the lipid up-take or in the pathway of the chylomicron synthesis. The third part of my work was to bring out some new perspective to explain the metabolic effect of LpWJL. A hypothesis of the GH resistance syndrome involves the role of the fibroblast Growth Factor 21 (FGF-21). FGF-21 is a hepatic hormone up-regulated by metabolic stress as under-nutrition. The function of the FGF-21 is to improve the energy expenditure through limiting lipolysis in white adipose tissues and increasing the browning effect. In this way, FGF-21 was dosed in the different mice tissues from the previous protocol and different pathways involving the FGF-21 in adipocytes were explored. Results showed that FGF-21 is over-expressed in the placebo group compared to normal diet and down regulated by the LpWJL. However, we were not able to found any change in the seric level of the FGF-21 or in the regulation of the main genes involved in the “browning” of white adipose tissues. In conclusion, the LpWJL is able to improve growth kinetics in conventional mice raised upon under-nutrition without changing food intakes. The involvement of the FGF-21 in the process need to be deepened. The LfCECT5716 could be a candidate strain to this growth-promoting effect with an industrial application by infant formula