Colonic mucosal protection is provided by the mucus gel, mainly composed of mucins. Several factors can modulate the formation and the secretion of mucins, and among them butyrate, an end-product of carbohydrate fermentation. However, the specific effect of butyrate on the various colonic mucins, and the consequences in terms of the mucus layer thickness are not known. Our aim was to determine whether butyrate modulates colonic MUC genes expression in vivo and whether this results in changes in mucus synthesis and mucus layer thickness. Mice received daily for 7 days rectal enemas of butyrate (100 mM) versus saline. We demonstrated that butyrate stimulated the gene expression of both secreted (Muc2) and membrane-linked (Muc1, Muc3, Muc4) mucins. Butyrate especially induced a 6-fold increase in Muc2 gene expression in proximal colon. However, butyrate enemas did not modify the number of epithelial cells containing the protein Muc2, and caused a 2-fold decrease in the thickness of adherent mucus layer. Further studies should help understanding whether this last phenomenon, i.e. the decrease in adherent mucus gel thickness, results in a diminished protective function or not.

Les nouveau-nés de petit poids de naissance ayant souffert d’un retard de croissance intra-utérin (RCIU) sont une population à haut risque pour développer un « syndrome métabolique » (obésité, hypertension, insulino-résistance) à l’âge adulte. Ces bébés sont généralement nourris avec des laits « enrichis » en protéines afin de leur assurer une croissance de rattrapage. Or le risque de pathologies cardiovasculaires ou d’obésité à l’âge adulte est corrélé à la vitesse de croissance dans les toutes premières semaines de vie. Notre hypothèse est qu’une alimentation hyperprotéique prescrite en période néonatale chez des nouveau-nés RCIU pourrait avoir des conséquences néfastes sur la santé à l’âge adulte. Pour étudier les conséquences à distance d’une alimentation néonatale hyperprotéique, des ratons RCIU, nés de mères carencées en protéines durant la gestation (60 % de carence) ont été équipés au 5ème jour de vie (J5) d’une canule de gastrostomie posée de façon percutanée (modèle de ratons « pup in the cup »). Ils ont reçu, de J5 (pose de la canule) à J21 (jour du sevrage) et de façon randomisée, soit un lait « normoprotéique » (NP : 87,0 g/l, n = 9), soit un lait « hyperprotéique » (HP : 130,5 g/l, n = 7). La croissance des rats et les quantités ingérées ont été suivies régulièrement (de J5 à J160, rat adulte). Le lait HP ne modifie pas la croissance des ratons avant le sevrage. Le lait HP présente des effets à distance : (1) un surpoids des rats nourris au lait hyperprotéique vs. normoprotéique entre J50 et J65, (HP : 329 ± 14 g vs. NP : 307 ± 28 g pour des rats de J60, p = 0,079), lié à une augmentation des quantités ingérées d’aliments (de J50 à J60, HP : 28 ± 3 g/j vs. NP : 25 ±3 g/j, p = 0.079) ; (2) une augmentation, de la masse du pancréas (0,29 ± 0,15 g vs. 0,17 ± 0,06, p= 0.046) et de la masse de la graisse mésentérique (6,3 ±1,4g vs. 4,5 ± 2, 1, p = 0,088) respectivement chez des rats HP vs. NP. Ces données préliminaires suggèrent qu’un lait hyperprotéique, administré à des ratons RCIU durant la période néonatale, a des effets mémoire sur le poids et la masse grasse mésentérique, traduisant des désordres métaboliques. Des mesures de composition corporel le, glucose et insuline plasmatiques, nous permettront de préciser ces perturbations métaboliques.

Le retard de croissance intra-utérin (RCIU) est un facteur de risque d’entérocolites ulcéro-nécrosantes (ECUN). Or l’ECUN est associée à une augmentation de la perméabilité intestinale.On ignore si le RCIU entraîne par lui-même une altération durable de la perméabilité intestinale. Le seul impact du RCIU démontré à ce jour au niveau intestinal est la présence de perturbations histomorphométriques, prolifératives, enzymatiques et absorptives de l’épithélium.Un RCIU a été provoqué chez le raton par une restriction protéique et isocalorique (8 % vs.20 %) du régime des mères pendant la gestation. Durant la lactation, les mères ont reçu soit un régime contrôle (C), soit un régime restreint (R). Les 3 groupes de ratons issus des mères restreintes ou non au cours des périodes de gestation et lactation (CC, RC, ou RR) ont été sevrés à 21 jours devie (J21) avec un régime contrôle. A J12, J40 et J100, nous avons mesuré la perméabilité ex vivo (en chambre de Ussing) de l’iléon et du côlon proximal à l’aide de sondes moléculaires de petite (4KDa : FITC-dextran) et de grande taille (44KDa : HRP).Quel que soit le traitement subi par les ratons en période périnatale, les perméabilités mesurées au niveau iléal et colique diminuaient significativement en période postnatale (médianes pour le groupe CC dans 1- l’iléon : 19,4 à J12 vs. 9,2 μg/cm2/h à J100 pour le FITC-dextran et 11,6 à J12 vs. 4,0 μg/cm2/h à J100 pour la HRP et 2-le côlon proximal :11,4 à J12 vs. 1,8 μg/cm2/h à J100 pour le FITC-dextran et 5,1 à J12 vs. 0,5 μg/cm2/h à J100 pour la HRP). En revanche, aucun traitement périnatal (CC, RC, RR) n’affectait la perméabilité ex vivo de l’iléon et du côlon proximal, à court (J12) ou long terme (J40 et J100). Conclusion La réduction de la perméabilité observée en fonction de l’âge confirme une maturation de la fonction barrière de l’intestin et du côlon au cours du développement postnatal. L’absence d’effet du RCIU sur la perméabilité intestinale et colique observé dans ce modèle, suggère que la’fragilité’intestinale observée chez les bébés nés avec un RCIU n’est pas due à une altération de perméabilité. L’altération d’autres paramètres de la barrière intestinale (flore, mucus) lors de la programmation fœtale est en cours d’investigation.

Il est généralement admis que les enfants de faible poids de naissance ont un risque accru de pathologies métaboliques à l’âge adulte. Ce risque paraît corrélé à la vitesse de croissance dans les premières années de vie, elle-même fortement tributaire de la nutrition périnatale et du degré de maturation intestinale. En effet, le retard de croissance intra-utérin (RCIU), est lié, chez l’homme ou l’animal, à une diminution de la croissance intestinale cause d’intolérance nutritionnelle et d’entérocolique nécrosante. Une des stratégies, pour étudier l’homéostasie de l’épithélium intestinal des nouveau-nés de petits poids, serait d’étudier le protéome des cellules exfoliées isolées de selles et/ou de résidus gastriques. Nous avons évalué l’intérêt d’une étude protéomique sur des cryptes coliques isolées de ratons normaux ou RCIU. Etudier les effets d’une restriction protéique durant la gestation sur la dynamique du protéome de cellules coliques de ratons. Les extraits protéiques des cryptes coliques isolées du côlon distal de ratons RCIU et de ratons normaux (22 et 40 jours de vie) ont été analysés en gels 2D. Les protéines présentant un taux d’expression différentielle ont été sélectionnées après analyse d’image et traitement statistique puis identifiées par spectrométriede masse. L’étude des profils protéomiques de ces cryptes nous a permis de mettre en évidence, chez les ratons RCIU, une sur-expression de la créatine kinase mitochondriale acide, l’ATP synthase sous-unité alpha et l’acyl-CoA déshydrogénase à 22 jours et une sous-expression de l’isocitrate déshydrogénase à 40 jours. Le retard de croissance intra-utérin se traduirait, chez le rat, par une altération dans les niveaux d’expression des protéines mitochondriales impliquées dans le métabolisme énergétique aux jours 22 et 40. L’ATP synthase sous-unité alpha, l’ATPase et la pyruvate kinase, ainsi qu’un marqueur épithélial (Heparin Binding Growth Factor-2) ont été retrouvés sur une cartographie 2D que nous avons réalisée à partir d’un pool de cellules exfoliées isolées de résidus gastriques de prématurés humains. La possibilité de détecter ces protéines sur cellules exfoliées du prématuré ouvre la voie à des tests chez le nouveau-né.

Colonic mucosal protection is provided by mucous gel, mainly composed of secreted (Muc2) and membrane-bound (Muc1, Muc3, Muc4) mucins. Our aim was to determine the expression profile of secreted and membrane-bound mucins in experimental dextran sulfate sodium (DSS)-induced colitis. Acute colitis was induced in Balb/C mice by oral administration of 1.0% DSS (5 days) and chronic colitis was maintained by subsequent 0.15% DSS treatment (28 days). Clinical symptoms (mortality, weight gain), stool scores, and MPO activity confirmed the inflammatory state in the two phases of colitis. Muc2 gene expression was not modified by colitis, whereas Muc3 gene expression was increased (×2) only in the cecum and the distal colon of mice after acute colitis. Muc1 and Muc4 mRNA levels were more significantly increased in the cecum (×8–10) than in colonic segments (×4) after acute colitis. TFF3 involved in mucosal repair was up-regulated during colitis induction. These results indicate that Muc and TFF3 genes are regulated early in inflammation and suggest that their mRNA levels could be used as early markers of inflammation.

Inulin and fructo-oligosaccharides (FOS) are known to be fermented in the colon, producing high level of butyrate and stimulating the growth of lactate-producing bacteria.The butyrate-producing fermentation is suggested to stimulate the trophicity of the intestinal mucosa and maintain the integrity of the non-immune intestinal barrier.The mucus layer, lining epithelial cells, is suggested to contribute to the maintain of intestinal barrier.The aim of the present study was to investigate whether, a mixture of inulin and FOS (IF: Synergy1, Orafti) can protect the colonic mucosa from inflammatory damages or restore its integrity in established colitis, by modulating mucin production.Two separate experiments tested the preventive and curative properties of IF (4%) versus basal diet (BD) in dextran-sodium sulfate (DSS)-induced colitis in Balb/c mice.In the preventive conditions, mice received BD or IF during 21 days.From day 12, they also received 1.3% DSS for 9 days in drinking water.In the curative conditions, mice first recieved 1.3% DSS alone for 7 days and for the last 2 weeks received 0.2% DSS and BD or IF.In both experiments, DSS-treated mice were compared to healthy mice fed basal diet (BD) or supplemented IF diet (IF).We investigated fermentation parameters (cecal pH, short chain fatty acid [SCFA] concentration), inflammatory damages (macroscopic mucosal score, diarrhoea, MPO activity), and mucin barrier (Muc gene expression).In the preventive conditions, IF fermentation increased the SCFA production only in proximal colon of DSStreated mice (P≤0.05).IF diet reduced the inflammation and lowered MPO activity (P<0.05) of colonic tissue, without changing the macroscopic inflammation parameters.The significant (P≤0.05)increase of the expression of Muc genes (Muc2, Muc3, Muc4) induced by DSS treatment was not modulated by IF diet.In the curative conditions, IF diet stimulated the fermentation in distal colon of DSS-treated mice, but DSS increased the SCFA concentration in all caeco-colonic segements of DSS-treated mice with comparison to control mice (p≤0.05).However, IF diet did not modify any inflammation parameter.Only Muc 4 gene expression was changed by the injuries of mucosal induced by DSS treatment.A diet supplementated with a nutritional level of IF (4%), given in preventive conditions, reduced the severity of DSS-induced colitis , but failed in restoring the integrity of ceco-colic mucosa in already established colitis.Mucins did not seem involved in the preventive effect of IF diet.These results confirm the potential efficacy of some dietary fibre in preventing inflammatory bowel disease.

The mucus layer covering the epithelium is one of the main lines of defense of the colonic barrier. Both mucus gel and mucin expressions are altered during colonic inflammation and could be involved in epithelial repair. We postulated that modulating colonic mucus and mucins by probiotic supplementation could contribute to healing inflammatory mucosa. Our aim in this study was to determine whether probiotics could repair dextran-sodium sulfate (DSS)-induced chronic colitis in mice, and whether modifications of the colonic mucins could be involved. For that purpose, the VSL#3 probiotic mixture of 8 lactic acid bacteria probiotic strains was administered daily for 2 wk to mice with a mucosa impaired by a mild DSS treatment, and to mice with a normal mucosa. Probiotic strains survived in the gastrointestinal tract, increased the cecal concentrations of bifidobacteria, and modified cecal microflora metabolic activity in both DSS-treated and healthy mice. However, probiotic supplementation did not reverse the inflammation induced by DSS at either the macroscopic or histological level. Concurrently, probiotics did not modify the colonic mucus barrier, in terms of either mucin gene expression or adherent mucus layer thickness. In conclusion, the modification of microflora by supplementation with the VSL#3 probiotic mixture did not help to repair the colonic barrier breakdown caused by DSS treatment. The potential healing roles of mucins were neither confirmed nor invalidated by this study.

The mucus layer covering the gastrointestinal mucosa is considered the first line of defense against aggressions arising from the luminal content. It is mainly composed of high molecular weight glycoproteins called mucins. Butyrate, a short-chain fatty acid produced during carbohydrate fermentation, has been shown to increase mucin secretion. The aim of this study was to test 1) whether butyrate regulates the expression of various MUC genes, which are coding for protein backbones of mucins, and 2) whether this effect depends on butyrate status as the major energy source of colonocytes. Butyrate was provided at the apical side of human polarized colonic goblet cell line HT29-Cl.16E in glucose-rich or glucose-deprived medium. In glucose-rich medium, butyrate significantly increased MUC3 and MUC5B expression (1.6-fold basal level for both genes), tended to decrease MUC5AC expression, and had no effect on MUC2 expression. In glucose-deprived medium, i.e., when butyrate was the only energy source available, MUC3 and MUC5B increase persisted, whereas MUC5AC expression was significantly enhanced (3.7-fold basal level) and MUC2 expression was strikingly increased (23-fold basal level). Together, our findings show that butyrate is able to upregulate colonic mucins at the transcriptional level and even better when it is the major energy source of the cells. Thus the metabolism of butyrate in colonocytes is closely linked to some of its gene-regulating effects. The distinct effects of butyrate according to the different MUC genes could influence the composition and properties of the mucus gel and thus its protective function.

Glycosylation of mucins produced by human intestinal goblet cells plays a crucial role in their functions: mucus gel physico-chemical protective properties, host–bacteria interactions, cell–cell adhesion, cell migration, and cell signaling. Colonic mucin glycosylation can be modified by luminal metabolites of fiber fermentation like butyrate. Our aim was to assess the effect of butyrate on the expression of a large panel of glycosylation-related genes in human intestinal epithelial goblet cells HT29-Cl.16E. We found that only a very scarce group of genes: 9 out of 252 were evidenced by microarray screening, and only three had their modulation significantly confirmed by real time PCR quantification. The most striking effect of butyrate was its 8- to 18-fold increase of galectin-1 gene expression, which was confirmed at the protein level, specifically with a central and apical intracellular localization. Significant butyrate effects will be discussed in regard to their possible link with mucins expressed by HT29-Cl.16E cells.

The release of nutrients from solid food depends on the physical and chemical characteristics of substrates, and on dynamic physiological events including pH, gastric emptying and enzymatic secretion. Our laboratory has developed an in vitro digestive system mimicking mouth and stomach processes to determine physical and chemical changes of bread during digestion. To simulate oral-phase digestion, bread was minced and subjected to in vitro amylase digestion, releasing 219 ± 11 g oligosaccharides/kg total carbohydrate. During the gastric phase, bread proteins, which are converted into insoluble aggregated proteins during breadmaking, were emptied in various states of peptic digestion: undigested aggregated proteins and degraded proteins of intermediate and low molecular weight. The mean particle size of ground bread decreased progressively to the end of the gastric digestion (from 292 to 109 μ m). The in vitro digestive system proved to be a useful tool for understanding the dynamic digestion of various food components held within the structure of a food matrix.

We have investigated the possible effects of algal polysaccharides on postprandial blood glucose and insulin responses in an animal model, the pig. Three seaweed fibres of different viscosities, extracted from Palmaria palmata (PP), Eucheuma cottonii (EC), or Laminaria digitata (LD), were compared to purified cellulose (CEL). Blood glucose and plasma insulin levels were monitored and intestinal absorption quantified for 8 h following a high carbohydrate test-meal supplemented with 5% fibre. Digestive contents were also sampled, 5 h postprandial. As compared to CEL, PP had no effect on glucose and insulin responses. The latter decreased with EC, but glucose absorption balance was not modified. LD addition resulted in a dramatically reduced glucose absorption balance, accompanied by a higher amount of starch left in the small intestine. Among polysaccharides tested, only the highly viscous alginates could affect intestinal absorption of glucose and insulin response.