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Microbiome lié à la dépression et à l'inflammation du cerveau chez les rats de laboratoire

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Les scientifiques ont démontré que la transplantation de bactéries intestinales, d'un animal vulnérable au stress social à un animal non stressé, peut causer un comportement vulnérable chez le receveur. La recherche révèle des détails sur les interactions biologiques entre le cerveau et l'intestin qui pourraient un jour mener à des traitements probiotiques pour des troubles psychiatriques humains comme la dépression.

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"Chez les rats qui présentent un comportement dépressif lors d'un test de laboratoire, nous avons constaté que le stress modifie leur microbiome intestinal - la population de bactéries dans l'intestin ", a déclaré Seema Bhatnagar, neuroscientifique au Département d'anesthésiologie et de soins critiques du Children's Hospital of Philadelphia (CHOP). "De plus, quand nous avons transplanté des bactéries de ces rats vulnérables au stress chez des rats qui n'avaient pas été stressés, les animaux receveurs ont montré un comportement similaire."

Bhatnagar a ajouté que le stress augmentait aussi l'inflammation dans le cerveau des rats vulnérables, et que cette inflammation apparaissait chez les rats non stressés après avoir reçu des greffes d'animaux vulnérables.

L'équipe de l'étude a publié ses résultats en ligne le 4 mars 2019 dans Molecular Psychiatry.

Bhatnagar dirige le programme de neurobiologie du stress au CHOP, et plusieurs de ses co-auteurs sont membres du PennCHOP Microbiome Program, une collaboration entre les chercheurs du CHOP et la Perelman School of Medicine de l'Université de Pennsylvanie. Le programme vise à mieux comprendre les communautés de microbes à l'intérieur de notre corps et à modifier leurs propriétés pour améliorer la santé humaine. Chunyu Zhao, de ce programme, a effectué l'analyse des données microbiologiques et est co-auteur de l'article.

Les scientifiques savent déjà que le cerveau et l'intestin s'influencent mutuellement. Chez les humains, les patients atteints de troubles psychiatriques ont des populations de microbes intestinaux différentes de celles des individus en bonne santé, avec des résultats parallèles également observés chez les modèles animaux de maladies psychiatriques. Cette étude a porté sur les mécanismes liés à l'inflammation cérébrale, aux microbiomes et au stress.

"Les humains ne réagissent pas tous de la même façon aux mêmes stress - certains sont plus vulnérables que d'autres au développement de troubles psychiatriques, d'autres sont plus résilients ", a dit Bhatnagar. "Quelque chose de similaire se produit aussi chez les animaux de laboratoire."

Chez les rongeurs, les hiérarchies sociales et la territorialité sont des sources majeures de stress. En laboratoire, les chercheurs modélisent les facteurs de stress à l'aide d'outils comportementaux validés tels qu'un test de natation forcée ou un test de défaite sociale pour examiner comment les animaux utilisent des stratégies d'adaptation pour faire face au stress. Les rats qui s'adaptent plus passivement sont plus vulnérables aux effets du stress parce qu'ils ont aussi des comportements plus anxieux et dépressifs, tandis que les rats qui s'adaptent plus activement sont plus résistants aux effets du stress social. Sur la base de ces évaluations, les chercheurs ont classé les animaux comme vulnérables ou résilients.

L'équipe chargée de l'étude a ensuite analysé les microbiomes fécaux de rats vulnérables, de rats résilients, d'un groupe témoin non soumis au stress et d'un groupe placebo. Ils ont constaté que les rats vulnérables présentaient des proportions plus élevées de certaines bactéries, comme Clostridia, que les autres groupes.

Ils ont ensuite pratiqué des transplantations fécales de trois groupes de donneurs - des rats vulnérables, des rats résilients ou des rats témoins non stressés - chez des rats naïfs, des animaux qui n'avaient pas été stressés. Ils ont découvert que différents microbiomes modifiaient le comportement dépressif. Les rats recevant des greffes de rats vulnérables étaient plus susceptibles d'adopter des comportements dépressifs, tandis que les rats recevant des greffes d'animaux résistants ou non stressés ne présentaient aucun changement de comportement ou de mesures neurales. Les schémas des processus inflammatoires du cerveau chez les receveurs ressemblaient également à ceux observés dans le cerveau d'animaux vulnérables, ce qui suggère que les effets immunomodulateurs des bactéries intestinales telles que Clostridia ont pu favoriser cette inflammation. Cependant, les greffes n'ont pas modifié de façon significative le comportement anxiogène.

La découverte que les transplantations intestinales de rats vulnérables ont augmenté le comportement dépressif, mais pas le comportement anxieux chez les receveurs non stressés, peut indiquer des mécanismes différents. Les auteurs affirment que cette différence suggère que les comportements de type dépressif sont davantage régulés par le microbiome intestinal, alors que les comportements de type anxieux sont principalement influencés par les changements d'activité neuronale produits par les expériences de stress.

"Bien qu'il reste encore beaucoup de recherches à faire, nous pouvons envisager d'autres applications dans lesquelles nous pourrions tirer parti des connaissances sur les interactions entre les microbes et le cerveau pour traiter les troubles psychiatriques humains ", a dit Bhatnagar. "Les gens prennent déjà des probiotiques en vente libre comme suppléments. Si nous pouvons éventuellement valider les effets comportementaux bénéfiques de bactéries spécifiques, nous pourrions ouvrir la voie à de nouveaux traitements psychiatriques."