Physiopathologie des MICI [Mode de compatibilité] · Physiopathologie des MICI. ... Q1 Q2 Q3 Q4 Q5...

Philippe SEKSIK

Hôpital Saint-Antoine, APHPMMBPI

ERL U1057 / UMR7203

Physiopathologie des MICI

Répartition géographique des MICI

Cosnes et al. Gastroenterology 2011

<4/105

5–10/105

10/105

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

Sartor RB. Nat Clin Pract Gastroenterol Hepatol 2006;3:390

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

Environnement

Facteurs Environnementaux

Alimentation

Tabac

Médicaments

Ensoleillement

Antibiotiques

Polluants

Appendicectomie

IBD

Le Tabac

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

Polluants

Maladie de Crohn et pollution atmosphérique :

corrélation écologique (Kaplan GG, Am J Gastro 2010)

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

Alimentation

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-/-

Le manque d’ensoleillement

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 médicaments

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.

Gut 2011

ExposomeInterprétation des résultats

MICI = maladies aux multiples présentations

Facteurs varient avec l’âge

Alimentation - Microbiote

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

Immunologie

Breakdown of gut homeostasis in IBD

Adapted from Khor et al. Nature 2011

TH1

DC

Gut Microbiota

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

IL-12 IFNγ

IL-4

IL-6TGFβ

IL-2TGFβ

RA

+

+

+

+

DC

T cell Lineage

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

+

+

+

+

O’ Shea H and Paul W, Science 2010

T cell differentiation pathways and plasticity

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

Génétique

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

Number of IBD susceptibility loci

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


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*


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


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

+/+

-/-

NOD2 -/- mouse

The translation of genetic findings to animal models is difficult

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

Microbiote

Bacteria

MICROBIOTA All the micro-organisms within the gut

Sokol H et al. Curr Opin Gastroenterol. 2010

BacteriaVirus



Norman JM et al. Cell 2015

BacteriaVirus (Phages)




Reyes A et al. PNAS 2013

BacteriaVirus (Phages)Fungi


Sokol H et al. Curr Opin Gastroenterol. 2010 Richard ML et al. IBD 2015



BacteriaVirus (Phages)FungiArchaea



Norman JM et al. Cell 2015 Blais Lecourt P et al. PlosOne 2014


BactériesVirus (Phages)ChampignonsArchae

CONDITIONS DE CULTURE EXTRÊMES

Fraction cultivable 20 % du microbiote intestinal

� Technologies indépendantes de la culture� Gènes codants pour ARNr16S

Fraction cultivable 20 % du microbiote intestinal

LES GRANDS NOMBRES

Abondance : 1014 bactéries

Diversité : ~ 1000 espèces

Populations bactériennes

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



Notre autre génomeNotre autre génomeNotre autre génomeNotre autre génome





La somme de tous les ADNs bactériens = Métagénome




Métagénome (ADN bactériens): ~108 gènes

100 à 150 x le génome humain


La somme de tous les ADNs bactériens = Métagénome

Mullard A. The inside story, Nature 2008

Projets ‘Métagénomic’

Turnbaugh et al., Nature 2008MetaHIT Project ; Qin et al , Nature 2010

Description d’un noyau fonctionnel bactérien


Seulement 2% des phylotypes sont partagés par plus de 50% des individus

Mais noyau fonctionnel important


38% des gènes bactériens sont partagés par >50% des individus(9% partagés par > 80%)

Nous sommes tous assez

semblables





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





� Connaître ces fonctions




• Métaboliques

• Immune / Protection

2 grandes fonctions

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+)

Microbiome & immunity

Quelles bactéries interagissent avec le système immunitaire ?

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




IgAIgA

IgAIgA

IgAIgA

IgA coats pathogenic bacteria and neutralizes them � protecting host from infection




IgAIgA

IgAIgA

IgAIgA

Commensal bacteria might also become coated with IgABacteria coated with IgA drive immune responses ?




identifying gut bacteria with high levels of IgA coating

Antibody-based bacterial sorting and 16S rRNA gene sequencing




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




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

• Role of Clostridi

• Role of F. prau

• Role of Bacteroides fragilis

Microbiote et Treg

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



Human microbiota

Germ-free mice

Fraction responsible for expansion of Treg FOXP3



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

Microbiote et MICI

IBD

PERSISTENT MICRO-ORGANISM

SIMPLIFIED HYPOTHESIS

DYSBIOSIS

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…

IBD

PERSISTENT MICRO-ORGANISM

SIMPLIFIED HYPOTHESIS

DYSBIOSIS

Dysbiose au cours des MICI

déséquilibre entre bactéries “protectrices” et bactéries “délétères”

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

Conséquences de la dysbiose

�Inflammation

F. prau anti-inflammatoire ?

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


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


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


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


Norman JM et al. Cell 2015 Blais Lecourt P et al. PlosOne 2014


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

Altération de la représentation des phages / MICI

Corrélation inverse entre Micro et Caudo

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

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

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