Les effets de l'alimentation sur la santé

L'exposition fœtale à un excès de glucose, d'acides aminés et de lipides maternels expose la progéniture à un risque accru de maladies métaboliques. La progéniture des mères souffrant d'obésité et/ou de diabète gestationnel (DG) présente des altérations durables de son métabolome, qui tendent à varier selon ces deux types d'exposition.

À ce jour, peu d’études ont examiné de manière approfondie ces différences dans une perspective longitudinale. Afin de combler cette lacune, Francis et ses collègues ont analysé le métabolome plasmatique à la naissance et à l’âge de 6 ans chez des enfants ayant été exposés 1) à l’obésité maternelle, 2) au diabète gestationnel, ou 3) aux deux¹. Des modèles linéaires mixtes et une analyse en composantes principales ont été utilisés pour identifier les métabolites associés à la suralimentation fœtale et mettre en évidence les différences de profil métabolique entre les groupes. 52 métabolites ont été associés à la suralimentation fœtale, la sphingomyéline-mannose présentant une association plus forte avec l’obésité que les deux autres groupes.

L'exposition à l'obésité et au diabète gestationnel a été associée à un métabolisme musculaire squelettique plus élevé et à un CMPF plus important, ce qui a été mis en relation avec un dysfonctionnement des cellules bêta et l'apparition ultérieure d'un diabète. Dans l'ensemble, cette étude génératrice d'hypothèses a mis en évidence des différences subtiles dans l'empreinte métabolique des enfants exposés à différents types de suralimentation. Cette subtilité suggère que l'obésité et le diabète gestationnel ne constituent pas des entités distinctes, mais plutôt différents degrés de gravité sur un spectre métabolique, ce qui pourrait faire l'objet d'études plus approfondies à l'avenir.

Les prématurés disposent de réserves minimales en nutriments, pourtant essentiels à leur croissance, et leur système gastro-intestinal, encore immature, limite l’absorption de ces nutriments. La nutrition parentérale totale (NPT), qui consiste à administrer par voie intraveineuse les nutriments essentiels directement dans la circulation sanguine, est indispensable à la survie des prématurés, mais elle comporte des effets indésirables potentiels tels que l’hyperglycémie, les déséquilibres électrolytiques et les troubles acido-basiques. L'impact global de la TPN sur le métabolome des nourrissons n'est pas bien caractérisé, et disposer de ces connaissances pourrait s'avérer utile pour optimiser le moment et la posologie des apports nutritionnels. Dans cette étude, Guardado et ses collègues ont réalisé une analyse métabolomique non ciblée sur des échantillons d'urine prélevés entre le 23e et le 30e jour de vie chez 314 nourrissons nés avant 29 semaines de gestation².

L'analyse en composantes principales a mis en évidence une distinction métabolique entre les nourrissons sous nutrition parentérale totale (NPT) et ceux ayant basculé vers une alimentation entérale. Par rapport à la NPT, l'alimentation entérale était associée à des concentrations plus élevées d'acides aminés essentiels, de lipides et de vitamines. L'évolution dans le temps des concentrations de métabolites liée au sevrage de la nutrition parentérale totale et au début de l'alimentation entérale a mis en évidence des variations à la fois rapides et différées des concentrations de ces composés biochimiques. Dans l'ensemble, ces résultats confirment que l'alimentation entérale est plus efficace pour favoriser la croissance et le développement, soutiennent la pratique clinique actuelle consistant à faire passer un nourrisson à l'alimentation entérale dès que cela est possible, et constituent un bon exemple de la manière dont la métabolomique peut améliorer notre compréhension des interventions nutritionnelles.

Dans cette étude, Brachem et ses collègues ont analysé les métabolomes plasmatiques et urinaires de 228 adolescents participants, et les associations entre l'alimentation et le métabolome ont été déterminées à l'aide de la projection orthogonale sur des structures latentes et de forêts aléatoires³.

Un nombre limité d'associations a été mis en évidence dans l'urine, tandis qu'aucune association n'a été observée dans le sang. Les associations identifiées dépendaient du sexe. L'hippurate ou l'acide hippurique étaient associés à une consommation accrue de légumes dans l'urine des hommes. L'indole-3-acétamide et la N6-méthyladénosine présentaient une association négative avec la consommation d'œufs chez les hommes. Enfin, le vanillylmandélate était négativement associé à la consommation de viande transformée et d’autres viandes dans l’urine des femmes. Ces résultats montrent que des métabolites isolés peuvent refléter, dans une certaine mesure, les habitudes alimentaires ; des études supplémentaires seront nécessaires pour caractériser plus en détail ces voies métaboliques et leurs associations différentes selon le sexe.

Les interventions nutritionnelles et les repas adaptés sur le plan médical font partie des normes de soins pour plusieurs maladies, notamment le diabète de type 2, les maladies cardiovasculaires et l’hypertension. Récemment, un régime cétogène a été proposé comme nouvelle approche thérapeutique visant à retarder le déclin cognitif dans la maladie d’Alzheimer (MA), en raison de sa capacité à améliorer la fonction mitochondriale et la bioénergétique cérébrale, ainsi qu’à réduire le stress oxydatif. Selon les hypothèses actuelles, l'apparition de la MA pourrait débuter par des perturbations du microbiote intestinal, entraînant une inflammation gastro-intestinale et, par la suite, une dérégulation des signaux entre l'axe intestin-cerveau. Afin de mieux caractériser la relation entre le régime cétogène (RC), le microbiote intestinal et l'état cognitif chez les patients atteints de MA, Dilmore et ses collègues ont évalué le microbiote intestinal et les métabolites liés à l'état cognitif à l'issue d'une intervention contrôlée par RC, comparée à une intervention par régime pauvre en graisses⁴.

Des adultes prédiabétiques, présentant soit des fonctions cognitives normales, soit un léger trouble cognitif, ont suivi pendant 6 semaines soit un régime pauvre en graisses recommandé par l’American Heart Association, soit un régime cétogène (KD). Après une période de sevrage de 6 semaines, les groupes sont passés à l’autre régime. Le microbiome et le métabolome de chaque participant ont été analysés à l’aide de la métagénomique « shotgun » et de la métabolomique non ciblée sur des échantillons de selles prélevés à 5 moments différents tout au long de l’étude. Les souches microbiennes, les aliments et les métabolites liés à la fois à l'état cognitif et au régime alimentaire sont présentés dans la figure 1.

Figure 1. Souches microbiennes (à gauche), aliments (au centre) et métabolites (à droite) liés à l'état cognitif et au régime alimentaire. (A) Nuage de points représentant les rapports logarithmiques des abondances différentielles en fonction du régime alimentaire (axe des x) et de l’état cognitif (axe des y) pour les micro-organismes, avec mise en évidence des 10 micro-organismes et métabolites présentant les différences les plus marquées sur les deux axes. (B) Graphique en violon représentant le rapport logarithmique entre Alistepes sp. CAG: 514 et Bifidobacterium adolescentis à quatre moments différents de l’étude. (C) Nuage de points représentant les rapports logarithmiques des abondances différentielles en fonction du régime alimentaire (axe des x) et de l’état cognitif (axe des y) pour les microbes, les 10 microbes et métabolites présentant les différences les plus marquées étant mis en évidence par des couleurs sur les deux axes. (D) Dans les nuages de points présentés en (A) et (C), chaque coin correspond à une sous-population différente : le coin supérieur droit représente les microbes/métabolites associés au MMKD et à une cognition normale, le coin supérieur gauche contient les microbes/métabolites corrélés à l’AHAD et à une cognition normale, le coin inférieur gauche montre les microbes/métabolites associés à l’AHAD et au MCI, et le coin inférieur droit correspond aux microbes/métabolites corrélés au MMKD et au MCI. Ces analyses nous ont permis d’examiner les modifications microbiennes et métaboliques modulées à la fois par le régime alimentaire et l’état cognitif.

Le rapport entre Alistipes sp. CAG:514 et Bifidobacterium adolescentis présentait une différence significative entre les personnes présentant une déficience cognitive légère et celles ayant des fonctions cognitives normales, mais uniquement après avoir suivi le régime pauvre en graisses recommandé par l’American Heart Association. Ce résultat est intéressant car on sait que des souches microbiennes similaires à Alistipes sp. CAG:514 produisent du GABA. Lorsqu’ils suivaient le régime cétogène (KD), les individus présentant une déficience cognitive légère présentaient des niveaux plus faibles de microbes intestinaux producteurs de GABA et des niveaux plus élevés de microbes régulateurs du GABA. Il a été démontré que le GABA joue un rôle multiforme au sein de l’axe intestin-cerveau. Dans l’intestin, il régule les populations microbiennes et envoie des signaux via le tractus gastro-intestinal pour influencer la motilité et l’inflammation, et peut avoir un impact sur les niveaux de GABA dans d’autres organes, y compris le cerveau. Dans l’ensemble, ces résultats suggèrent qu’une intervention alimentaire peut modifier le microbiome et les molécules de signalisation en aval, et que les personnes présentant des troubles cognitifs légers réagissent différemment des individus sans troubles cognitifs à une intervention agissant sur le microbiome.