Des microbes intestinaux spécifiques ont la capacité d'affecter la croissance et la maturation normales du squelette

Les microbes sont souvent considérés comme des agents pathogènes qui causent des maladies, mais l'image est en fait plus complexe que cette vue limitée. Le microbiome intestinal, qui est la collection de micro-organismes qui colonisent l'intestin sain, est considéré comme un organe de soutien qui peut réguler les fonctions biologiques de l'hôte, y compris la santé squelettique. Des chercheurs de la Medical University of South Carolina (MUSC) qui étudient l'ostéoimmunologie, l'interface des systèmes squelettique et immunitaire, ont examiné l'impact d'un micro-organisme spécifique, bactéries filamenteuses segmentées (SFB), sur le développement post-pubère du squelette. leurs résultats, publié en ligne le 10 janvier dans le Journal of Bone and Mineral Research Plus , ont montré que le SFB augmentait la réponse de cellules immunitaires spécifiques dans l'intestin et le foie. Cette réponse a entraîné une augmentation de l'activité des ostéoclastes et une diminution de l'activité des ostéoblastes, altérant cumulativement l'accumulation de la masse osseuse.

"C'est le premier rapport connu à montrer que dans le microbiome intestinal complexe, des microbes spécifiques ont la capacité d'affecter la croissance et la maturation normales du squelette, " a déclaré Chad M. Novince, D.D.S., Doctorat., professeur assistant dans les facultés de médecine et de médecine dentaire, qui étudie l'impact du microbiome sur l'ostéo-immunologie et le développement squelettique.

Le laboratoire Novince se concentre sur la phase post-pubère du développement squelettique, la fenêtre critique de plasticité qui prend en charge l'accumulation d'environ 40 % de la masse osseuse maximale d'une personne. Des travaux récents du laboratoire ont montré que le microbiome intestinal augmente les réponses immunitaires dans l'environnement du foie et des os, qui altère la masse osseuse squelettique. SFB a été montré par d'autres groupes pour activer la réponse immunitaire des cellules TH17 d'une manière dépendante de l'interleukine-17A (IL-17A). La recherche visait à lier ces aspects de l'immunité médiée par les SFB afin de déterminer si des microbes intestinaux spécifiques ont la capacité d'affecter la santé du squelette.

Pour étudier les effets du SFB et du microbiome intestinal sur la santé du squelette, le laboratoire Novince a utilisé un modèle de souris avec un microbiote défini. Cette recherche a été facilitée par Gnotobiotique Animal Core de MUSC, qui est dirigé par Caroline Westwater, Doctorat., co-auteur et professeur au Collège de médecine dentaire. Disponible via le noyau animal unique, les souris sans germes (pas de microbiote) et les souris gnotobiotiques (microbiote défini) constituent un excellent modèle pour étudier les contributions du microbiome au développement squelettique.

Chaque fois que nous pensons à l'os, c'est toujours l'équilibre des ostéoblastes et des ostéoclastes; les ostéoblastes forment l'os, et les ostéoclastes résorbent l'os. La colonisation des SFB a provoqué un déplacement des deux côtés de l'axe :l'activité des ostéoclastes a augmenté, et l'activité des ostéoblastes a diminué, ce qui est préjudiciable au squelette."

Chad M. Novince, professeur assistant dans les facultés de médecine et de médecine dentaire, MUSC

Pour commencer ses études, le laboratoire Novince a comparé des souris sans germe à des souris monoassociées à SFB. Les souris qui avaient SFB présentaient une réduction de 20 % du volume osseux trabéculaire - le type d'os qui subit des taux élevés de métabolisme osseux. Un examen plus approfondi de ces souris a montré que la colonisation des SFB entraînait une augmentation des niveaux d'IL-17A dans l'intestin et la circulation, et un potentiel accru d'ostéoclastes.

Prochain, le laboratoire Novince a examiné si la présence de SFB dans un microbiote intestinal complexe pouvait influencer le développement normal du squelette. Ils ont comparé des souris sans agent pathogène spécifique de Taconic qui avaient du SFB dans leur microbiome à des souris sans agent pathogène spécifique de Taconic qui manquaient de SFB.

La présence de SFB au sein d'un microbiote complexe a conduit à une réduction du volume osseux trabéculaire, qui a été attribuée à l'augmentation de l'activité des ostéoclastes et à la diminution de l'activité des ostéoblastes. La colonisation des SFB a conduit à un état immunitaire pro-inflammatoire dans l'intestin, avec un nombre accru de cellules suppressives dérivées de myéloïdes (MDSC) et de macrophages M1 dans les ganglions lymphatiques associés à l'intestin. De plus, La colonisation des SFB a augmenté les niveaux d'IL-17A dans l'intestin et la circulation.

De façon intéressante, la présence de SFB dans un microbiote intestinal complexe a également stimulé profondément l'immunité hépatique. La colonisation des SFB a régulé positivement les facteurs immunitaires pro-inflammatoires dans le foie et augmenté les cellules TH17 dans les ganglions lymphatiques drainant le foie. Par ailleurs, la présence de SFB a conduit à des niveaux plus élevés de réactifs de phase aiguë - des facteurs immunitaires qui sont fabriqués dans le foie et sécrétés dans la circulation. La lipocaline-2 (LCN2) était particulièrement intéressante car il s'agit d'un peptide antimicrobien qui influence le métabolisme osseux.

La colonisation des SFB a entraîné une augmentation des taux circulants d'IL-17A et de LCN2, qui sont à la fois des facteurs qui soutiennent l'activité des ostéoclastes et suppriment l'activité des ostéoblastes. Pris ensemble, ces données montrent que le SFB joue un rôle essentiel dans la régulation de la réponse immunitaire dans l'intestin et le foie, ce qui a des effets significatifs sur le squelette et fournit un soutien solide au fait que les actions du microbiote intestinal sur le squelette sont en partie médiées par un axe intestin-foie-os .

En outre, la contribution de la SFB à la santé du squelette peut avoir des implications cliniques importantes.

"Si nous pouvons empêcher la colonisation ou épuiser des microbes spécifiques tels que SFB du microbiome, il existe un potentiel clinique pour optimiser l'accumulation de la masse osseuse au cours du développement squelettique post-pubertaire, " dit Novince.

On sait que l'alimentation, les probiotiques et les antibiotiques ont des effets significatifs sur la constitution du microbiome, y compris la colonisation SFB. La majorité de la masse osseuse d'une personne s'accumule pendant l'adolescence, ou post-pubère. À mesure que les gens vieillissent, ils commencent lentement à perdre de la masse osseuse, ce qui les expose à des risques de fractures et d'ostéoporose. Modulation de SFB, par des interventions non invasives telles que les régimes alimentaires ou les probiotiques, pourrait permettre l'accumulation ou l'optimisation du pic d'accumulation de la masse osseuse pendant l'adolescence. Cela limiterait le risque de faible masse osseuse associée au vieillissement et de fractures associées.

En résumé, Le groupe de Novince a montré qu'au sein du microbiome complexe, un microbe commensal spécifique, SFB, a la capacité de changer de manière critique la façon dont le microbiome interagit avec le système immunitaire et le squelette de l'hôte. Cette réponse immunitaire, médié par un axe intestin-foie-os, induit un environnement pro-ostéoclaste et anti-ostéoblastique dans l'os, qui altère la croissance et la maturation normales du squelette. La forte contribution de l'immunité hépatique justifie une enquête plus approfondie sur la façon dont les produits de la phase aiguë peuvent avoir un effet de rétroaction sur le microbiome ou des effets supplémentaires sur l'hôte.

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