Un apport insuffisant en fibres alimentaires nuit au microbiote intestinal et à l’équilibre du système immunitaire

Les fibres alimentaires sont constituées de sucres complexes non digestibles par les enzymes digestives humaines, mais elles constituent une source importante d’énergie pour les bactéries intestinales qui ont la capacité de les dégrader. Ces fibres proviennent principalement des plantes, mais on en retrouve aussi dans les tissus animaux (viande, abats), les fungi (champignons, levures, moisissures) et les microorganismes d’origine alimentaire. Les principales fibres sont la cellulose, lignines, pectine, inuline, amidons et dextrines résistant aux amylases, chitines, bêta-glucanes et autres oligosaccharides. Cependant, toutes les fibres alimentaires ne peuvent être utilisées par le microbiote intestinal (la cellulose par exemple), aussi les chercheurs s’intéressent-ils plus particulièrement aux « glucides accessibles au microbiote » ou MAC (de l’anglais : microbiota-accessible carbohydrates) qui sont retrouvés dans les légumineuses, le blé et l’avoine, par exemple.

Recrudescence des allergies, maladies inflammatoires et auto-immunes
Les maladies non transmissibles, telles les allergies et les maladies inflammatoires et auto-immunes sont en hausse importante dans les pays occidentaux depuis un siècle. Même si l’on ne connaît pas toutes les causes de ces augmentations, il est fort plausible qu’elles aient une composante environnementale. La transition du régime alimentaire traditionnel au régime alimentaire occidental qui est survenu après la révolution industrielle est souvent mise en cause.   Le régime alimentaire occidental typique consiste principalement en des aliments transformés, riches en sucres et en gras, mais pauvres en minéraux, vitamines, et fibres. L’apport quotidien en fibres alimentaires recommandé est d’au moins 30 grammes (1 once), alors que les adeptes du régime alimentaire occidental n’en consomment que 15 grammes en moyenne. Par ailleurs, les personnes vivant dans des sociétés traditionnelles consomment jusqu’à 50-120 g/jour de fibres et ont un microbiote intestinal beaucoup plus diversifié que celui des Occidentaux. Un microbiote diversifié est associé à une bonne santé en général alors qu’un microbiote peu diversifié a été associé à des maladies chroniques courantes dans les pays occidentaux, telles que le diabète de type 2, l’obésité, les maladies inflammatoires de l’intestin (colite ulcéreuse, maladie de Crohn), le cancer colorectal, l’arthrite rhumatoïde et l’asthme.

Les métabolites du microbiote intestinal
Le microbiote intestinal contribue à la physiologie humaine par une production d’une multitude de métabolites. Ceux qui ont été les plus étudiés sont les acides gras à courte chaîne (AGCC), qui sont des composés organiques tels l’acétate, le propionate et le butyrate qui constituent ensemble ≥95 % des AGCC. Ces métabolites sont absorbés et se retrouvent dans la circulation sanguine via la veine porte et agissent sur le foie puis, via la circulation sanguine périphérique, sur les autres organes du corps humain. Les AGCC jouent des rôles clés dans la régulation du métabolisme humain, du système immunitaire et de la prolifération cellulaire. Les AGCC sont des métabolites produits par les microorganismes du microbiote intestinal à partir des fibres alimentaires qui sont des sucres complexes. Le microbiote produits d’autres métabolites à partir des acides aminés provenant des protéines alimentaires, incluant l’indole et ses dérivés, tryptamine, sérotonine, histamine, dopamine, p-crésol, phénylacetylglutamine, phénylacetylglycine.

Un manque de fibres alimentaires mène à la génération par le microbiote de métabolites toxiques pour l’humain
Un apport insuffisant en fibres ne mène pas seulement à une diversité réduite du microbiote et à une réduction de la quantité d’AGCC produits, mais cause aussi un changement dans le métabolisme des microorganismes vers l’utilisation de substrats moins favorables pour la santé de l’hôte. Parmi ces substrats alternatifs, les acides aminés provenant des protéines alimentaires sont fermentés par le microbiote en acides gras à chaîne ramifiée, ammoniaque, amines, composés N-nitrosés, des composés phénoliques tel le p-Crésol, sulfures et des composés indoliques. Ces métabolites sont soit cytotoxiques et/ou pro-inflammatoires et ils contribuent au développement de maladies chroniques, particulièrement le cancer colorectal.

Effets sur la production de mucus qui protège la muqueuse intestinale
Les principaux substrats utilisés par le microbiote lorsque l’apport en fibres est faible sont les mucines, des glycoprotéines contenues dans les mucus qui couvrent et protègent l’épithélium de la muqueuse intestinale. Le maintien de cette couche de mucus est très important pour prévenir les infections ; or un régime alimentaire à faible teneur en fibres altère la composition du microbiote intestinal et mène à une détérioration importante de la couche de mucus, ce qui peut augmenter la susceptibilité aux infections et à des maladies inflammatoires chroniques (voir la figure, ci-dessous). Des analyses transcriptomiques ont révélé que lorsqu’il y a un manque de fibres de type MAC, les enzymes qui dégradent le mucus sont exprimées en plus grande quantité dans les micro-organismes du microbiote. Les conséquences de la détérioration et de l’amincissement de la couche de mucus sont un dysfonctionnement de la barrière intestinale, c.-à-d. à une hausse de la perméabilité qui augmente la susceptibilité à l’infection par des bactéries pathogènes. Une alimentation riche en fibres a l’effet contraire : le microbiote est diversifié et la production abondante des métabolites AGCC stimule la production et la sécrétion de mucus par les cellules épithéliales spécialisées, dites caliciformes ou en gobelets.

Figure. Effet d’un régime alimentaire à haute teneur ou à faible teneur en fibres sur la composition et la diversité du microbiote intestinal et les répercussions sur la physiologie humaine. MAC : glucides accessibles au microbiote (microbiota-accessible carbohydrates). D’après Makki et coll., 2018.

Système immunitaire
Un microbiote intestinal en santé contribue à la maturation et au développement du système immunitaire (voir cet article de revue en français et cet article de revue en anglais). Par exemple, les acides gras à chaîne courte (AGCC) produits par le microbiote stimulent la production de lymphocytes T régulateurs. Les AGCC ont de nombreux effets sur la fonction et l’hématopoïèse des cellules dendritiques, ainsi que sur les neutrophiles qui sont les premiers leucocytes mobilisés par le système immunitaire en présence d’un agent pathogène.

Inflammation et cancer du côlon
L’incidence de maladies inflammatoires de l’intestin a augmenté considérablement en Occident depuis quelques décennies. Un régime alimentaire à faible teneur en fibres a été corrélé avec l’augmentation de l’incidence de la maladie de Crohn. Au contraire, un apport suffisant en fibres alimentaires semble protéger contre le développement de la colite ulcéreuse, un effet qui a été associé à une baisse des AGCC produits par le microbiote, le butyrate en particulier qui a des propriétés anti-inflammatoires.

Les maladies inflammatoires de l’intestin peuvent mener au développement du cancer du côlon. De plus, un apport alimentaire réduit en fibres a été associé à une incidence accrue du cancer colorectal.

Les fibres alimentaires jouent un rôle bien plus complexe qu’on le croyait il y a peu de temps, alors qu’on pensait qu’elles avaient un rôle purement mécanique dans le transit intestinal, par une augmentation du volume du bol alimentaire et par ses propriétés émollientes. Un apport alimentaire en fibres adéquat permet de maintenir un microbiote intestinal diversifié et en santé, ce qui peut prévenir le développement d’allergies, de maladies inflammatoires et auto-immunes. Le microbiote intestinal est l’objet d’intenses efforts de recherche, tel qu’en témoignent les nombreuses publications scientifiques publiées chaque mois, il n’a certainement pas livré tous ses secrets !