Les interactions stress, intestin, immunité et...

Le Mans 7/12/2017 AFTAA Session Immunité et Nutrition II

Les interactions stress, intestin, immunité et microbiote

Fabrice ROBERT ([email protected])

Responsable R&D Groupe CCPA


© C

opyrig

ht,

Janzé

, 2014,

Gro

upe C

CP

A -

10/1

2/2

017


SANTE digestive

STRESS

DYSBIOSIS MUQUEUSE

SANTE ABSORPTION

Colibacillosis, coccidiosis, necrotic enteritis, septicemia,…

Efficacité alimentaire, production.


ZnO Efficace contre les diarrhées PS

Effet anti-bactérien et modulation des populations bactériennes ?


ZnO efficace

Porcelets allaités

Porcelets sevrés

Porcelets sevrés + 3000 ppm ZnO

28 jours 6.13 6.65 6.19

35 jours 6.05 6.29 6.15

Cai-hong & Zhong-cang, 2009

E. Coli au niveau intestinal (log CFU)

- Sevrage 21 jours - 3 groupes, 18 porcelets par groupes

1. Restent sous la mère 2. Aliment témoin 3. Aliment témoin + 3000 ppm ZnO


ZnO efficace

Témoin Son de blé ZnO

n 16 16 16

Total SCFA 71,6 109,7 59,5

Acide acétique 42,2 56,9 37,8

Acide propionique 17,8 29,2 14,6

Acide butyrique 9,5 18,3 10,2

% diarrhée 88% 100% 44%

GMQ 102,8 116,2 153,4

CMJ 176,8 184,9 231,9

E. coli (J12, logCFU) 6,7a

5,4b

5,7ab

(Molist et al., 2011)


ZnO efficace

2

3

4

5

6

7

8

Intestin grêle Ceacum

ZnO 100 ppm ZnO 2500 ppm

pH

Inte

stin

al

Estomac Intestin grêle Gros intestin

Bactéries lactiques /

lactobacilles - - - - - -

Anaérobies - - - - 0

Entérocoques + + + + +

Coliformes + + 0 +

(Højberg & Canibe, 2005)


ZnO efficace

Porcelets allaités

Porcelets sevrés Porcelets sevrés + 3000 ppm ZnO

28 jours 6.13 6.65 6.19

35 jours 6.05 6.29 6.15


Porcelets allaités

Porcelets sevrés Porcelets sevrés + 3000 ppm ZnO

28 jours 0 83,3 % 33,3 %

35 jours 0 50 % 16,6 %

E. Coli au niveau intestinal (log CFU)

E. Coli dans les ganglions mésentériques (% de ganglions +)


ZnO efficace

Porcelets allaités

Porcelets sevrés

Porcelets sevrés + 3000 ppm ZnO

D lactate

µg/ml

28 jours 5,4+/-0,5 12,7+/-1,5 4,38+/-0,4

35 jours 5,2+/-0,5 9,9+/-0,8 4,14+/-0,5

DAO

U/l

28 jours 3,5+/-0,5 9,4+/-1,2 2,9+/-0,2

35 jours 3,5+/-0,4 7,8 +/-0,8 2,8 +/-0,3

Endotoxine

EU/ml

28 jours 3,13+/-0,11 3,4+/-0,15 3,01+/-0,07

35 jours 3,11+/-0,1 3,28+/-0,13 3,07+/-0,11



ZnO pharmacologique efficace

• Sevrage 26 jours, mesures de 33 à 54 jours

• MUC1 – MUC2 – MUC3 - IL8 – IL 1b – IL10 – IFN IL8

IFN gamma (tendance)

Liu 2014 - Effect of Dietary Zinc Oxide on Morphological Characteristics, Mucin Composition and Gene Expression in the Colon of Weaned Piglets

Grilli 2015 - Low doses of microencapsulated zinc oxide improve performance and modulate the ileum architecture, inflammatory cytokines and tight junctions expression of weaned pigs

• Sevrage 28 jours, mesures à 14 jours

• IL6 – IL10 – TNFalpha – IFNgamma – ZO1 – Occludine

IL10

IFNgamma


ZnO efficace

Effets antibactériens aléatoires et non associés avec l’activité anti-diarrhéique.

Effets de protection de la muqueuse digestive et de réduction de la perméabilité robustes.


Le syndrome de l’intestin perméable chez le porc

Sevrage à 19 jours

Sevrage Euthanasie

Euthanasie

Chambre d’Ussing

Moeser 2007



Chambre d’Ussing

0

20

40

60

80

Non sevrés Sevrés

Oh

m /

cm

²

Résistance Trans Epithéliale

0

0,5

1

1,5

Non sevrés Sevrésµ

M /

cm

²/h

Mannitol

Moeser 2007


STRESS

HYPOTHALAMUS

HYPOPHYSE

SURRENALES

Cortisol

Corticolibérine

(CRF)

Hormone corticotrope

(ACTH)

Catecholamines



Moeser 2007

CRF produit par la muqueuse digestive (ARN m)



Non sevrés Sevrés

Hypersécretion intestinale Augmentation de la motilité

Hypersensibilité intestinale

Les récepteurs de la Corticolibérine (CRF) sont exprimés dans la muqueuse digestive des porcelets sevrés

Moeser 2007


• Le stress du sevrage induit

Augmentation de la perméabilité intestinale

Augmentation de l’activité secrétoire de l’intestin

Induites par une activation des récepteurs de la corticotropine

(CRF corticotrope releasing factor)



Comment agissent les hormones du stress sur la muqueuse digestive ?

Overmann 2012 - College of Veterinary Medicine, North Carolina State University

Occludine au niveau des jonction serrées


CRF Induces Intestinal Epithelial Barrier Injury via the Release of Mast Cell Proteases and TNF-a. Overmann . PLoS ONE June 2012. North Carolina University

Ileon de porc en chambre d’Ussing.

MASTOCYTES

Relation stress, altération de la muqueuse digestive et diarrhée chez le porc


• Histamine • dilation des petits vaisseaux, augmentation de la permeabilité, contraction

des muscles lisses

• Proteases • Dommages tissulaires

• Facteurs de croissance tissulaires • TGF- β, VEG

• Cytokines pro-inflammatoires • IL- 4 (IgE production ), 5 (active eosinophiles), 13 (stimule la sécrétion de

mucus), TNF α, IL-1 (pro-inflammatoires)

• Médiateurs de l’inflammation • PAF (platelet activation factor), leukotrienes (contraction prolongées des

muscles lisses), prostaglandines

• Radicaux libres • NO


Stress oxydatif systémique / local

Wang 2008 – China Agricultural University, Beijing

GSH µM/g GSSG nM/g GSSG / GSH

Non sevrés 2.56 122 0.049

Sevrés 1.93 148 0.078

Sevrage 28 jours Broyat de jéjunum


0

0,01

0,02

0,03

0,04

0,05

0,06

0,07

0,08

0,09

0,1

0 2 5 12 28

GSS

G:G

SH

Jours post sevrage

Muqueuse GSSG:GSH

IG proximal

IG distal

Inflammation intestinale et sevrage (porcelet)

Stress oxydatif local

Degroote 2012 - Changes in the pig small intestinal mucosal glutathione kinetics after weaning

Sevrage à 19 jours


Inflammation intestinale et sevrage (porcelet)

JP Lalles


Stress

Hyper sécrétion

Motilité

Hyper sécrétion

Motilité

Diarrhée fonctionnelle Altération de la fonction barrière

Inflammation Inflammation

Relation stress, altération de la muqueuse digestive et diarrhée chez le porc



• Le stress du sevrage induit

Augmentation de la perméabilité intestinale

Altération de la fonction barrière

Inflammation, stress oxydatif local et systémique

Augmentation de l’activité secrétoire de l’intestin

Diarrhée par fuite d’ions

Induites (aussi) par une activation des récepteurs de la

corticotropine (CRF corticotrope releasing factor)

Moeser 2007


DYSBIOSIS – COCCIDIOSE – ENTERITE NECROTIQUE


Sans antibiotique et anticoccidien

Gaucher 2015

Without ATB (n=51)

Conventional (n=51)

P value

Survie (%) 98,4 98,6 0,49

Age à l’abattage (jours) 38,5 38,1 0,17

Poids final (kg) 2,38 2,43 0,01

GMQ (g/d) 61,5 63,5 <0,001

IC (g/g) 1,84 1,78 <0,01

Entérite nécrotique clinique (% bande touchée)

27,45 0 <0,001

Enterite subclinique (% bande touchée)

49,02 0 <0,001

Decrease in feed efficiency

Necrotic enteritis

8 élevages avec 2 bâtiments


Enterite nécrotique Qu’apprend on des modèles expérimentaux ?

LESIONS INTESTINALES

- Coccidia (maxima, acervulina, necatrix)

- Gut inflammation (vaccination)

IMMUNODEPRESSION / STRESS

- Stress, Densité ++

- Vaccin (Gumboro)

- Stress thermique avant inoculation

Clostridium perfringens seul est insuffisant

Lee 2011 Poult. Sci. Shojadoost 2012, Vet Res.

ALIMENT

- Excès proteine / energie

- Type de céréale

- AA (glycine, methionine)

- Inhibiteurs Trypsique du soja

Formulation Protection de la muqueuse digestive


Le stress altère la barrière intestinale chez le poulet

Vicuna, 2012. Poult. Sci.

• Stress induced by dexamethasone

LIVER Gut barrier Fluorescein

Isothiocyanate

dextran

Bacteria


LIVER



Quel mécanisme ?

Moser 2007, Overman 2012, Vicuna 2015



Moser 2007

Overman 2012

Vicuna 2015

Quel mécanisme ?


Stress

Innate immunity

Inflammation Free

radicals

production

Altération of tight junctions

Alteration of enterocytes

Nutrients absorption (FE)

Pathogens development


STRESS

ALTERATION DE LA MUQUEUSE DIGESTIVE

Efficacité alimentaire Pathologie (entérite nécrotique)


Anti-inflammatory activity of plant extracts

CCPA –Leuven University 2011 Theo Niewold

-10

0

10

20

30

40

50

60

0,1 1 10 100 1000

NO

µM

ppm

Curcuma

Garlic EO

Quercitin

aspirin

OTC

Carnosic acid

Gingerol

Verbascoside


Some essential oils or flavonoïds have anti-inflammatory activity at very low level

Landa et al., 2009 Kyung-Woo, 2004

CARVACROL

Dose

ppm

Antibacterial activity

(Minimun Inhibitory Concentration)

125 ppm

500 ppm

Anti-inflammatory activity

0,1 ppm


Control Feed

Control Feed + tetracycline

Control Feed + plant additive (Curcuma + Scutellaria)

24 chicks

24 chicks

24 chicks

Jour 1 Jour 7 Salmonella infection

Jour 11 6 chicks sacrificed

Jour 21 6 chicks sacrificed

Effet d’ingrédients nutritionnels sur l’inflammation chez le poulet (CCPA and VRI Brno)


0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

liver spleen caecum

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

liver spleen caecum

control

tetracycline

plant additive

Salm

on

ella

co

un

ts (

log

CFU

/g)

Salm

on

ella

co

un

ts (

log

CFU

/g)

4 days post infection 14 days post infection

Dénombrements salmonelles chez les poulets infectés

Varmuzova et al 2015 Poultry Science 00:1–10

LIVER


* Différence control inoculated / non inoculated

Differences by the plant extracts vs control feed in infected animal

Effet sur l’inflammation intestinale

Varmuzova et al 2015 Poultry Science 00:1–10


Microbiota

Control Plant extracts Control Plant extracts

Salmonella inoculation

Control Plant extracts Control Plant extracts

Salmonella inoculation

D11 4 j post

Infection

D21 14 j post

Infection

Salmonella :

E. coli 3 ++

Clostridium XI 4 ++

Salmonella + plant

extracts :

+ Lachnospiracea 2,

+ Clostridium XI 4,

+ Blautia 5,

+ Flavonifractor 6,

+ Coprococcus 7,

+ Clostridium IV 8,

+ Lactobacillus 9,

+ Faecalibacterium

10

- Clostridium XIVa 1


INFLAMMATION STRESS OXYDATIF

MICROBIOTE « ALTERE »

- DYSBIOSIS

DETERIORATION DES BARRIERES EPITHELIALES

SANTE PRODUCTION

LITIERE ALTEREE


Défenses naturelles Immunité

Innée

Inflammation

Production de radicaux libres

Adaptative

Destruction des cellules infectées

Anticorps Réponse cellulaire

Protection spécifique


3 Jours 7 jours 14 jours 21 jours

0

5

10

15

20

0 5 10 15 20 25 30

IgA

(SU

/ml)

Age of the chickens (Days)

Germ free

Conventional

Les Ig A circulants sont stimulés par le microbiote Kaspers 2017

Immunité du jeune


Immunité du poussin

• Immunité adaptative « en construction »

Très dépendante de l’implantation du microbiote.

• Immunité innée fonctionnelle

Forte sensibilité au stress oxydatif.

Antioxidants


Implantation de la flore digestive du porcelet

KUBASOVA T, 2017

1Escherichia, 2Clostridium, 3Fusobacterium, 4Actinobacillus, 5Prevotella, 6Bacteroides, 7Oscillospira,

8Ruminococcus


Schokker 2014

• T1 : porcelets témoins

• T2 : injection 0,1 ml Tulathromycin à 4 jours d’age..

• T3 : injection 0,1 ml Tulathromycin à 4 jours d’age + • Coupe des queues

• Pesée

• Meulage des dents

• Euthanasie à 8 jours


Microflore

Schokker 2014


Transcriptome (sang)

Schokker 2014


Transcriptome (broyat intestinal)


• Les process dominants affectés par les traitements 2 et 3 sont les processus immunitaires • Chemotaxis

• Activité des cytokines et des chemokines

• Communications entre cellules

• Le développement du système immunitaire après la naissance est affecté par des facteurs externes modulant le microbiote • Antibiothérapie

• Stress

Schokker 2014


SANTE digestive

STRESS

DYSBIOSIS MUQUEUSE

NUTRITION ZOOTECHNIE

Bien être

Santé

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