Probiotiques et prise en charge du SII

Aspects critiques de l’interaction probiotiques – organisme hôte

Les principaux aspects de l’interaction entre les probiotiques et l’organisme hôte, définis pour légitimer l’utilisation des probiotiques pour améliorer les fonctions physiologiques de l’hôte, concernent la viabilité des souches administrées, leur identification, la quantité de souches administrées, leurs bénéfices pour l’hôte et leur définition, et la sécurité d’emploi [390].

Viabilité des souches probiotiques

Depuis Metchnikoff, les probiotiques, apportés soit dans une matrice alimentaire fermentée avec une ou des bactérie(s) « bénéfique(s) » soit par un complément alimentaire à base de bactérie(s) sous une forme « concentrée », fournissent aux consommateurs des bactéries vivantes capables de passer les environnements gastriques et iléales et ainsi proliférer dans le côlon conformément aux lignes directrices de la FAO/WHO en 2001 [384, 390]. Ce concept, écologique par nature, soutient que l’utilisation de bactéries vivantes capables de s’implanter parmi d’autres bactéries vivantes, c’est-à-dire le microbiote, exercent des fonctions impliquant une activité métabolique [390].
Néanmoins, le rapport de l’AFSSA (Agence Française de Sécurité Sanitaire des Aliments) publié en 2005 et intitulé « Effets des probiotiques et prébiotiques sur la flore et l’immunité de l’homme adulte » a émis des lignes directrices n’exigeant pas de démontrer la capacité de prolifération des probiotiques dans le tractus GI pour apporter la démonstration de leur bénéfice [391]. La viabilité est par définition un prérequis pour la fonctionnalité des probiotiques dans la mesure où elle assure les mécanismes tels que l’adhérence, la réduction de la perméabilité, l’immunomodulation et constitue un défi industriel dans la mesure où les souches doivent pouvoir croître dans les conditions de fabrication et commercialisation, et conserver leur viabilité dans les conditions normales de stockage [392-394]. Néanmoins, certains travaux ont pourtant démontré que la viabilité n’est pas nécessaire pour tous les effets probiotiques et que les composants de la paroi cellulaire ou l’ADN de certaines souches de bactéries probiotiques pourraient exercer des effets bénéfiques chez l’hôte ; ainsi pour certaines souches une croissance optimale lors des phases initiales de production pourrait être suffisante et ne nécessitant donc pas une viabilité optimale lors du stockage [395-397].
De nombreuses études soutiennent l’efficacité de bactéries vivantes mais les résultats des études sur les effets d’une même souche, à la fois sous des formes vivante et non-vivante, sont peu nombreux et conflictuels [390]. Par conséquent, en accord avec des définitions bien établies des probiotiques et par souci de clareté pour une meilleure information du consommateur, le terme probiotique est réservé aux produits contenant des micro-organismes vivants [390].

Identification des probiotiques

L’identification de la souche est nécessaire à la fois pour des raisons de sécurité et pour prouver son action bénéfique [390]. En effet, il a été démontré que différentes souches de la même espèce pourraient exercer des effets différents chez l’hôte [390]. Ainsi, dès 2001 la FAO/WHO a établi que « les données obtenues avec un aliment probiotique spécifique ne peuvent pas être extrapolées à d’autres aliments contenant cette souche probiotique particulière ou à d’autres micro-organismes probiotiques » [384]. De plus, le rapport de l’AFSSA (2005) mentionne que la quantité de probiotiques passant vivants à travers l’intestin dépend de la souche, de la dose ingérée et des facteurs liés à l’hôte et au vecteur alimentaire [391]. En effet, il a été mis en évidence que des souches d’une même espèce peuvent exercer des effets différents ou opposés [398,399]. Pour exemple, des différences dans la capacité de colonisation in vivo ont été mis en évidence entre LGG et L. rhamnosus 1970-2 et il a été démontré que Bifidobacterium longum (B. longum) W11 diminue l’induction d’IL-10 et augmente la réponse Th1 alors que les souches B. longum NCIMB 8809 et B. longum BIF53 à l’opposé augmentent l’induction d’IL-10 et diminuent la réponse Th1 [398,399].
Les méthodes analytiques sont établies et décrites dans plusieurs rapports incluant le rapport de la FAO/WHO (2001), les recommandations du ministère de la Santé italien (2005) ainsi que l’avis scientifique émis plus récemment par l’Autorité européenne de sécurité des aliments ou European Food Safety Authority (EFSA) (2012) [384, 388, 400]. L’espèce doit être identifiée par hybridation ADN-ADN ou par analyse de séquence du gène codant pour l’ARNr 16S et/ou analyse d’autres marqueurs phylogénétiques alors que la souche doit être identifiée par macro-restriction d’ADN suivie d’une éléctrophorèse en champ pulsé ou pulsed field electrophoresis (PFGE), d’une amplification aléatoire d’ADN polymorphe ou randomly amplified polymorphic DNA analysis (RAPD) ou d’autres méthodes moléculaires d’identification génétiques internationalement acceptées [384, 388, 400]. La bactérie est considérée suffisamment caractérisée si ces deux critères d’identification sont remplis [384, 388, 400]. L’inscription dans une collection internationale de souches est également recommandée [390].

Doses

La quantité optimale de bactéries probiotiques à administrer est mal documentée et difficilement estimable dans la mesure où celle-ci est souche-dépendante et dépendrait du bénéfice recherché [390]. Malgré l’absence d’études dose-réponse spécifiques, le rapport de l’AFSSA (2005) indique que :
1) La dose de probiotiques ingérée est un facteur important pour obtenir de fortes concentrations dans les divers compartiments du tractus GI.
2) Le rationnel scientifique appuyant l’allégation que les concentrations en probiotiques doivent être supérieures ou égales à 106 CFU/ml dans l’intestin grêle (ileum) et 108 CFU/g dans le côlon est faible.
3) Les concentrations dans le côlon ont été proposées car elles correspondent à moins de 1/1000ème du microbiote autochtone présent.
Il est également important de noter que dans le cas d’association microbienne, chaque espèce en « compétition » sur le plan fonctionnel doit être apportée dans des quantités appropriées et que le niveau de preuve d’un effet synergique, métabolique ou fonctionnel chez l’homme, de 2 souches bactériennes ou plus est faible [390]. Néanmoins, il existe pourtant un rationnel théorique soutenant que l’administration de 2 espèces bactériennes ou plus pourrait conduire à des effets fonctionnels complémentaires ou synergiques [390].

Type de bénéfice et population cible

Les probiotiques peuvent améliorer, dans les limites physiologiques, des fonctions du système digestif, telles que la fréquence des selles ou des caractéristiques subjectives et pourraient également être efficaces dans la réduction du risque de pathologies spécifiques en prévenant à la fois des symptômes objectifs et subjectifs [390]. Expérimentalement, les effets des probiotiquesont été observés principalement en étudiant des groupes de sujets diagnostiqués pour une pathologie pour des raisons méthodologiques dans la mesure où il est difficile d’enregistrer des effets positifs significatifs en l’absence d’anomalies fonctionnelles tel que c’est le cas des populations de sujets sains [390]. Cette approche a permis de démontrer divers bénéfices des probiotiques en santé humaine mais pose le problème de la transférabilité des données à une partie de la population représentant des consommateurs habituels de probiotiques et définis par la FAO/WHO comme étant des personnes en « bonne santé » [390]. Enfin, les effets observés sont souvent liés à la présence de probiotiques dans le tractus GI assurée uniquement en cas d’une administration prolongée [390].

Sécurité

L’évaluation de la sécurité des espèces microbiennes proposées comme probiotiques constitue un critère clé pour les autorités règlementaires [390]. La distribution des espèces microbiennes a reposé sur une longue tradition d’une consommation sûre ou d’une évaluation au cas par cas conformément à la règlementation européenne relative aux nouveaux alimentx ou novel foods, additifs alimentaires ou médicaments selon leurs conditions d’utilisation [390, 401]. Dans le secteur alimentaire, l’introduction de nouvelles directives a exigé l’adoption de nouveaux instruments d’évaluation des probiotiques basés sur le principe de présomption d’innocuité reconnue ou qualified presumption of safety (QPS) [402]. Ainsi, seules les souches microbiennes classées dans le groupe QPS sont sujettes à une vérification de l’absence de caractéristiques spécifiques basées sur l’absence de résistance aux antibiotiques, à usage clinique et vétérinaire, et de facteurs de virulence [403]. Cependant, dans la mesure où différents micro-organismes sont insensibles de façon inhérente aux antibiotiques, la résistance aux antibiotiques est problèmatique en particulier si celleci s’accompagne d’un transfert horizontal de déterminants génétiques [404]. C’est pourquoi le Comité Scientifique de Nutrition Animale de l’Union Européenne (UE) ou Scientific Committee on Animal Nutrition of the EU (SCAN) et le Panel EFSA sur les additifs, produits et substances utilisées dans l’alimentation animale exigent l’absence de gènes résistants aux antibiotiques transférables comme prérequis pour autoriser un micro-organisme [405-407].
1.4.3.6 Propriétés souhaitables des probiotiques
Afin qu’une souche potentiellement probiotique puisse exercer des effets bénéfiques, certaines propriétés sont couramment évaluées par des tests in vitro et incluent [408] :
1) Tolérance à l’acide et la bile, propriété majeure en vue d’une administration orale,
2) Adhésion aux surfaces mucosales et épithéliales, propriété nécessaire aux mécanismes d’immunomodulation, d’exclusion compétitive des pathogènes pour prévenir l’adhésion des pathogènes et leur colonisation,
3) Activité antimicrobienne contre les bactéries pathogènes,
4) Activité hydrolytique des sels biliaires.
Néanmoins, la pertinence de ces paramètres fait débat en raison des écarts entre les résultats des tests in vitro et in vivo et d’une absence de standardisation des procédures employées pour les réaliser. Ainsi, dans la mesure où il n’existe pas de paramètres spécifiques et essentiels pour toutes les applications probiotiques, les propriétés probiotiques des souches sont fonction de la population cible et des études spécifiques d’une fonction physiologique [386, 409].

Mécanismes de l’interaction entre les probiotiques et l’organisme hôte

Les données expérimentales tendent à démontrer que les probiotiques exercent des effets positifs impliqués dans l’homéostasie intestinale en modulant la composition du microbiote intestinal et en soutenant l’intégrité physique et fonctionnelle de la barrière épithéliale, et en particulier en influençant l’activité des IEC et des cellules immunitaires (Figure 10) [390, 410]. Les nombreux effets bénéfiques démontrés des probiotiques pour la santé peuvent être classés en 3 niveaux [411].
En premier lieu, les probiotiques pourraient agir directement dans le tractus GI (niveau 1) en modulant la composition et la diversité du microbiote afin d’exercer leurs effets bénéfiques par interaction avec le microbiote intestinal ou en modifiant l’activité métabolique [390, 412]. Les mécanismes permettant cette modulation comprennent la synhèse d’AGCC diminuant le pH luminal et d’AMP ainsi que la compétition pour les nutriments [390, 412]. Ces mécanismes permettent de moduler le microbiote intestinal et surtout de prévenir une prolifération bactérienne pathogénique [412]. En deuxième lieu, les probiotiques peuvent interagir directement avec le mucus et les IEC (niveau 2) induisant d’une part la synthèse de β-défensines nécessaires à la prévention de la prolifération bactérienne et influençant d’autre part la réponse immunitaire et le maintien de la fonction barrière [410, 412]. Les probiotiques peuvent réguler l’activité du facteur NF-κB, qui représente la principale voie de signalisation dans les IEC impliquée dans la réponse immunitaire face à une variété de stimuli, notamment en régulant l’activité du facteur IκB-α ou l’expression du récepteur nucléaire PPAR-γ [390, 410]. En outre, certaines souches de probiotiques sont capables de participer au maintien de l’intégrité de la barrière épithéliale en induisant l’expression de mucines, de protéines HSP nécessaires au maintien des jonctions serrées et de protéines antiapoptotiques [390, 410]. Les probiotiques augmentent l’activité des cellules NK sécrétrices d’ IFNγ et de perforines, peuvent être capturés au niveau des plaques de Peyer par les CPA qui induisent ainsi la synthèse de cytokines et de molécules de co-stimulation orientant la réponse des cellules T (IL-10 et IL-12) [214, 390]. De façon souche dépendante, ils peuvent stimuler la réponse à médiation humorale des lymphocytes B associée à une augmentation d’IgA et l’activité de phagocytose des cellules polynucléaires mais également influencer la réponse à médiation cellulaire des lymphocytes T modifiant ainsi la balance Th1/Th2 en faveur de la voie Th1 [390, 413-415].
Enfin, les probiotiques peuvent exercer leurs effets bénéfiques en dehors du tractus GI (niveau 3), tels que le système immunitaire systémique et d’autres organes comme le foie ou le cerveau [412].

Principaux genres et espèces microbiens aux propriétés probiotiques

En tenant compte d’une définition générique des probiotiques, divers micro-organismes ont été étudiés pour leur utilisation potentielle en tant que probiotiques en relation avec un large spectre d’effets biologiques et cliniques [412]. La majorité des micro-organismes qui ont été étudiés sont naturellement présents dans le tractus GI humain [412]. Actuellement, la majorité des microorganismes probiotiques utilisés appartiennent principalement aux genres bactériens Lactobacillus, classé en tant que bactérie lactique (LAB), et Bifidobacterium [412,416-418]. Ces deux genres comprennent un large nombre d’espèces et de souches bénéficiant du statut GRAS (Generally Recognized As Safe) dû à leur longue utilisation par l’industrie alimentaire et dont sont issues de nombreuses souches utilisées en tant que probiotiques [412, 419, 420]. D’autres genres bactériensappartenant aux LAB telles que Streptococcus, Enterococcus, Pediococcus, ainsi que les genres Bacillus et Propiobacterium comprennent également des souches exerçant des effets probiotiques [412, 421]. Certaines bactéries à Gram- , incluant principalement E. coli Nissle 1917, ainsi que les souches de levures appartenant au genre Saccharomyces ont également démontré leurs effets probiotiques [412, 421]. Plus récemment, des souches appartenant aux espèces bactériennes Akkermansia muciniphila et Faecalibacterium prausnitzii du cluster IV du genre Clostridium ont démontré des effets probiotiques bénéfiques dans les pathologies GI mais qui restent à être confirmés par des études chez l’homme démontrant leur efficacité et innocuité [421].

Métabolisme et effets probiotiques des bactéries lactiques (LAB)

Les bactéries lactiques (LAB) désignent un groupe de bactérie à Gram+ , non sporulée, cocci, coccobacillus ou en bâtonnets, généralement anaérobie et sans catalase, et qui produit l’acide lactique en tant que produit principal de la fermentation des glucides [421, 422]. Contrairement au genre Bifidobacterium, appartenant au phylum des Actinobacteria, et actif dans les parties basses du côlon, les LAB qui appartiennent au phylum des Firmicutes, classe des Bacilli, ordre des Lactobacillales, sont davantage actifs dans la partie supérieure du tractus GI [418, 421]. Bien que phylogénétiquement différent et utilisant une voie métabolique différente pour produire l’acide lactique en tant que produit majeur de la fermentation des glucides, le genre Bifidobacterium est traditionnellement classé en tant que LAB sur le plan fonctionnel mais n’est actuellement plus considéré comme appartenant à ce groupe sur le plan taxonomique [161, 417, 418]. Les LAB comprennent ainsi les genres Lactobacillus, Enterococcus, Leuconostoc, Streptococcus, Pediococcus, et constituent un groupe bactérien du microbiote normal commensal humain ou autochtone de la cavité orale, de l’intestin grêle, de l’épithélium vaginal où il exercerait des effets bénéfiques [418, 421]. Les LAB possèdent les gènes impliqués dans le métabolisme des glucides simples et complexes, potentiellement associés à une multiplication facilitée dans l’intestin, et produisent des bactériocines utilisées notamment dans la fermentation industrielle des aliments [423]. De plus, il a été démontré que l’acide lactique, en diminuant le pH, exerce un effet antimicrobien et potentialise l’effet du lyzozyme de l’hôte mais serait également capable de rompre la membrane extérieure des bactéries à Gram- telles que E. coli O157:H7, Pseudomonas aeruginosa, Salmonella enterica serovar Typhimurium [424, 425]. Les LAB utilisés en tant que probiotiques bénéficient d’un statut GRAS dont les espèces appartenant au genre Lactobacillus représentent un groupe majeur [412, 419, 426]. Les bactéries du genre Lactobacillus ont démontré leur capacité à améliorer la digestion, l’absorption et réguler la biodisponibilité des nutriments [421]. En outre, certaines souches appartenant à ce genre ont également démontré leur capacité à augmenter l’absorption de minéraux par les cellules Caco-2 et la production de vitamines du groupe B par l’hôte ainsi qu’à participer à l’homéostasie énergétique chez les patients obèses [421]. Des souches appartenant aux espèces Lactobacillus acidophilus (L. acidophilus), L. johnsonii, L. rhamnosus, L. casei et L. rhamnosus sont capables d’interférer avec une large variété de micro- organismes pathogènes, E. coli entéropathogénique, E. coli entérohémorrhagique, Listeria monocytogenes, Salmonella enterica serovar Typhimurium et Shigella flexneri [427]. Les LAB ont démontré leur capacité à inhiber la prolifération d’H.pylori, considérée comme une cause majeure de gastrite et d’ulcère gastro-duodénal et certaines souches appartenant au genre Lactobacillus, à l’instar du genre Bifidobacterium, permettent de diminuer les EI d’un traitement d’éradication d’H. pylori [421]. Enfin, les motifs microbiens tels que l’acide lipotéichoïque (LTA) de la paroi cellulaire des bactéries du genre Lactobacillus peuvent initier une réponse immunitaire innée et adaptative de l’hôte par reconnaissance des PRR, TLR2 et TLR6, exprimés par les cellules épithéliales et immunitaires [419].

Rationnel d’utilisation des probiotiques en santé humaine

Le concept de probiotiques soutient que la supplémentation du microbiote intestinale, devant être adaptée tant sur le plan qualitatif et quantitatif des souches à employer, peut améliorer les caractéristiques du microbiote et améliorer ainsi la santé [390, 418, 421, 428, 429].

Pathologies intestinales

La majorité des effets étudiés des probiotiques chez l’homme font référence à la fonction digestive et/ou à des bénéfices dans diverses pathologies GI de l’adulte et de l’enfant [390, 421,430-432]. De façon souche-dépendante, les bénéfices des probiotiques, et en particulier des bactéries lactiques (LAB) et du genre Bifidobacterium ainsi que des souches de levure appartenant à l’espèce Saccharmocyes boulardii (S. boulardii), sont actuellement établis dans le traitement des diarrhées infectieuses chez l’adulte et l’enfant ainsi que dans la prévention des diarrhées associées aux antibiotiques, de l’infection à Clostridium difficile chez l’adulte et nosocomiale à rotavirus chez l’enfant [390,433-440].