Frontiers in Medicine

Introduction

La coloscopie est la méthode privilégiée pour évaluer la santé intestinale de la plupart des patients et c’est l’étalon-or pour le diagnostic du cancer colorectal, qui peut clairement découvrir les lésions intestinales (1). Avant la coloscopie, une préparation intestinale est couramment utilisée pour s’assurer qu’aucun résidu ne reste dans la paroi intestinale et n’affecte le processus et les résultats de l’examen en utilisant un régime alimentaire adapté et des médicaments associés, et l’adéquation de la préparation intestinale peut directement affecter l’effet final de la coloscopie (2). À l’heure actuelle, le polyéthylène glycol (PEG) est largement utilisé pour le nettoyage intestinal avant la coloscopie en raison de son efficacité et de sa large acceptabilité (3).

Comme nous le savons, le microbiote intestinal est important pour soutenir la santé humaine. Dans des conditions physiologiques, les bactéries anaérobies physiologiques symbiotiques, les bactéries pathogènes conditionnelles symbiotiques et d’autres bactéries nocives coexistent dans le tractus intestinal dans une proportion stable. Toutefois, lorsque le microbiote intestinal se modifie ou que sa proportion est déséquilibrée, des changements physiopathologiques correspondants se produisent (4). Pendant la procédure de préparation de l’intestin, une grande quantité de liquide pénètre dans le tractus intestinal et perturbe considérablement l’environnement de la cavité intestinale normale, et la prise de laxatifs peut renforcer la dyskinésie intestinale et le péristaltisme intestinal, ce qui fait que les bactéries ne peuvent pas adhérer à la muqueuse intestinale (5). En outre, la grande quantité d’oxygène apportée par la préparation intestinale dans le milieu intestinal réduit fortement le nombre de bactéries anaérobies, et favorise la croissance des bactéries aérobies, ce qui entraîne un désordre microbien intestinal (6).

Les probiotiques sont des « micro-organismes vivants qui peuvent avoir des effets bénéfiques sur l’hôte lorsqu’ils ingèrent des doses suffisantes » (7), des études antérieures indiquent que les probiotiques jouent un rôle actif dans une variété de maladies humaines, y compris le syndrome du côlon irritable, les maladies inflammatoires de l’intestin et le cancer du côlon (8, 9). Nos études précédentes ont indiqué que les préparations probiotiques ont des effets importants dans la réduction de la réponse inflammatoire après une gastrostomie et l’amélioration des symptômes gastro-intestinaux chez les patients post-opératoires (10), et les préparations probiotiques ont également atténué de manière significative l’inflammation de la muqueuse buccale causée par la radiothérapie chez les patients atteints de carcinome nasopharyngé (11). Bien que l’attention ait été portée sur les effets secondaires des préparations intestinales, par ex, le déséquilibre du microbiote intestinal et les dommages à la muqueuse intestinale dans les milieux universitaires, peu de travaux sont réalisés pour réduire les effets secondaires de la préparation intestinale en utilisant un supplément probiotique.

Dans la présente étude, le médicament probiotique clinique de Bifidobacterium Tetragenous viable Bacteria Tablets a été utilisé pour évaluer son effet sur les volontaires recevant une préparation intestinale, et le séquençage à haut débit a été appliqué pour évaluer si les probiotiques avaient des effets positifs sur le désordre du microbiote intestinal causé par la préparation intestinale.

Matériels et méthodes

Déclaration d’éthique

La présente étude a été approuvée par les conseils d’examen institutionnels du deuxième hôpital affilié de l’Université de Nanchang (Nanchang, Chine). Les patients ont fourni un consentement éclairé écrit pour la collecte des échantillons. Le projet a également été enregistré et approuvé par le Centre d’enregistrement des essais cliniques de Chine (ChiCTR1900022539).

Conception de l’étude et recrutement des patients

L’essai a été mené au Second hôpital affilié de l’Université de Nanchang en Chine entre décembre 2018 et novembre 2019. Trente-deux sujets (29 hommes, 3 femmes), avec un âge moyen de 51 ans (fourchette de 30 à 70 ans), une taille de 1,66 m, un poids de 61,78 kg, un indice de masse corporelle (IMC) de 22,39, ont été recrutés. Cinq participants avaient des antécédents d’hypertension, quatre avaient des antécédents de diabète, et trois avaient des antécédents d’hypertension et de diabète. Conformément à la réglementation, la prise de médicaments n’a pas été interrompue au cours de l’étude. De plus, aucun participant n’a pris d’antibiotiques pendant le sujet, ni n’avait développé d’infection récemment, et aucun autre probiotique ou yaourt n’a été pris. Aucun de ces volontaires n’était végétarien (tableau 1).

Protocole d’essai

Les 32 volontaires ont été répartis en deux groupes : groupe placebo (groupe C, n = 16) et groupe probiotique (groupe P, n = 16). Comprimés de probiotique (bactéries viables Bifidobacterium Tetragenous) (SiLianKang), Hangzhou Grand Biologic Pharmaceutical Inc., Hangzhou, Chine. Numéro d’approbation SFDA : S20060010, contenant >0,5 × 106 CFU/tableau Bifidobacterium infantis, >0,5 × 106 CFU/tableau Lactobacillus acidophilus, >0,5 × 106 CFU/tableau Enterococcus faecalis, et >0,5 × 105 CFU/tableau Bacillus cereus). Il a été suggéré aux participants de manger du porridge, des nouilles et d’autres régimes à faible teneur en fibres le jour précédant la préparation intestinale, et de manger normalement après la coloscopie. Les antibiotiques étaient interdits pendant le processus de traitement, ainsi que la boisson et l’acrimonie. Tous ont commencé à prendre des préparations placebo ou probiotiques après la coloscopie pendant 5 à 7 jours maximum (trois comprimés et trois fois par jour).

Les participants ont pris 2 L de polyéthylène glycol (PEG, numéro d’approbation SFDA : H20020031, contenant le paquet A : 0,74 g de chlorure de potassium et 1,68 g de bicarbonate de sodium, le paquet B : 1,46 g de chlorure de sodium et 5.Après une anesthésie intraveineuse avec 1 ml d’injection de chlorhydrate de lidocaïne (numéro d’approbation SFDA : H37021309), 1 ml d’injection de chlorhydrate de nalbuphine (numéro d’approbation SFDA : H20130127) et 20 ml d’injection d’émulsion de propofol (numéro d’approbation SFDA : H20051843), les participants ont subi une coloscopie. Si les participants présentaient une intolérance lors de la coloscopie, des anesthésiques ont été ajoutés selon les besoins. Les matières fécales ont été collectées en 3 temps (3 jours avant, le même jour que la préparation intestinale juste avant la coloscopie, et 7 jours après le processus). Les échantillons collectés ont été conservés dans du glycérol à 50 % (Cat#56-81-5 ; Sengon Biotech, Chine) et immédiatement stockés à -80°C pour une utilisation ultérieure.

Extraction de l’ADN génomique bactérien total et séquençage à haut débit

Un total de 96 échantillons fécaux a été collecté, et la méthode de projection de billes combinée au kit d’ADN génomique (Tiangen Biotech Co., Ltd, Beijing, Chine) a été utilisée pour extraire l’ADN microbien fécal (12). La concentration et la pureté des ADN purifiés ont été déterminées au moyen d’un spectrophotomètre à 230 nm (A 230) et 260 nm (A 260) (NanoDrop ; Thermo Fisher Scientific, Inc., Waltham, MA, USA). La région V4 du gène de l’ADNr 16S dans chaque échantillon a été amplifiée avec l’amorce 515F/806R(515F, 5′-GCACCTAAYTGGGYDTAAAGNG-3′ ; 806R, 5′- TACNVGGGTATCTAATCC-3′), et les produits PCR ont été séquencés sur la plateforme IlluminaHiSeq 2000 (numéro d’accession GenBank PRJNA597277) (13).

Analyse des données

Pour analyser les données de séquençage à haut débit, Cutadapt (version 1.9.1, http://cutadapt.readthedocs.io/en/stable/), l’algorithme UCHIME http://www.drive5.com/usearch/manual/uchime_algo.html, le progiciel UPARSE (version 7.0.100), le logiciel QIIME (version 1.9.1), le progiciel QIIME (version 1.8.0) et le logiciel SIMCA-P (version 11.5 ; Umetrics ; Sartorius Stedim Biotech, Malmö, Suède) ont été utilisés pour déterminer la diversité α (au sein des échantillons, indices des OTU observées, Chao1, Shannon, Simpson, ACE et couverture des biens) et la diversité β (entre les échantillons, ACP, PCoA et NMDS) (14, 15).

Les données sont présentées sous forme de moyennes ± écart-type (ET). Les analyses statistiques ont été réalisées à l’aide des logiciels Prism (version 7.0 ; GraphPad Software, San Diego, CA, USA) et SPSS 17.0 (SPSS Inc., Chicago, IL, USA). La signification statistique a été déterminée à l’aide d’une analyse de variance à sens unique (ANOVA) suivie du test de comparaison multiple de Tukey et des tests F. Les probabilités d’erreur de P < 0,05 ont été considérées comme statistiquement significatives.

Résultats

Caractéristiques de base des patients

Entre décembre 2018 et novembre 2019, 32 volontaires ont été inscrits dans le groupe placebo (groupe C, 16 volontaires) et le groupe probiotiques (groupe P, 16 volontaires), et leur sexe, âge, IMC, caractéristiques de base, antécédents médicaux et réaction gastro-intestinale avant et après la préparation intestinale ont été résumés dans le tableau 1. Il n’y avait pas de différence significative entre le groupe C et le groupe P.

Effet de la préparation intestinale sur les microbes intestinaux

Pour explorer si la préparation intestinale peut affecter les microorganismes intestinaux, la région hypervariable V4 des bactéries a été amplifiée en utilisant la méthode de séquençage de l’amplicon de l’ADNr 16S à partir des fèces de 16 volontaires avant (groupe CB), pendant (groupe CM) et après la préparation intestinale (groupe CA).

Dans les figures 1A-C, l’indice de Shannon, l’indice de Simpson et les espèces observées ont indiqué que l’occurrence de la préparation intestinale a légèrement affecté la α-diversité de la communauté microbienne intestinale entre les groupes CB et CM, CB et CA, tandis qu’elle a significativement affecté la diversité microbienne entre les groupes CM et CA (P < 0,05). Et l’analyse des coordonnées principales (PCoA) a montré que la diversité microbienne dans le groupe CM et le groupe CA était différente de celle du groupe CB (Figure 1D). En outre, les résultats de l’indice de Venn (figure 1E) ont indiqué qu’il y avait 2 068, 3 426 et 1 695 OTU dans les groupes CB, CM et CA, et que leur pourcentage d’OTU communes était de 27,71% (573/2 068), 16,73% (573/3 426) et 33,81% (573/1 695), respectivement.

De plus, nous avons analysé les bactéries dominantes au niveau de l’embranchement (Figures 2A-E), et nous avons constaté que les Protéobactéries, les Bactéroïdètes, les Firmicutes et les Actinobactéries étaient les embranchements prédominants dans ces 3 groupes. Les résultats ont révélé que la préparation des intestins augmentait l’abondance relative des protéobactéries (0,266 vs. 0,410) tout en diminuant l’abondance relative des actinobactéries (0,044 vs. 0,029), et avait un léger effet sur l’abondance relative des Firmicutes (0,462 vs. 0,408) et des Bacteroidetes (0,194 vs. 0,136) par rapport au groupe CB. Sept jours après la préparation des intestins, l’abondance relative des protéobactéries a diminué de 0,410 à 0,335. Étrangement, l’abondance relative des Actinobactéries a augmenté de 0,029 à 0,119, tandis que l’abondance relative des Firmicutes (0,409 vs. 0,389) et des Bacteroidetes (0,136 vs. 0,126) a encore montré une tendance à la baisse par rapport au groupe CM. Au niveau du genre (Figures 2F-J), pendant la préparation des intestins, on a observé que l’abondance relative de Bacteroides et Acinetobacter étaient les bactéries dominantes, l’abondance relative d’Acinetobacter (0,042 vs. 0,176) était significativement augmentée, et l’abondance relative de Streptococcus (0,020 vs. 0,008), Bifidobacterium (0,036 vs. 0,022) et Faecalibacterium (0,075 vs. 0,065) était légèrement modifiée par rapport au groupe CB. Sept jours après la préparation des intestins, cependant, il y avait une augmentation significative du pourcentage de Streptococcus (0,007 contre 0,068) et de Bifidobacterium (0,022 contre 0.109), et une diminution de l’abondance relative de Faecalibacterium (0,065 vs. 0,031) et Acinetobacter (0,176 vs. 0,136) par rapport au groupe CM.

Effet de la préparation probiotique sur l’équilibre microbien intestinal

Pour évaluer les effets des probiotiques sur le microbiote intestinal des volontaires recevant une préparation intestinale, les matières fécales ont été collectées avant (groupe PB), pendant (groupe PM) et après la préparation intestinale (groupe PA) pendant 7 jours (ont pris une préparation probiotique pendant 5-7 jours).

Nous avons observé que la préparation intestinale avait nettement affecté la α-diversité sur l’indice de Shannon (figure 3A) et l’indice de Simpson (figure 3B, P < 0,05) de la communauté microbienne entre les groupes PB et PM. Il est intéressant de noter que les espèces observées ont connu une augmentation évidente après la préparation des intestins, mais une réduction évidente 7 jours après le traitement (Figure 3C). En outre, les résultats de la PCoA ont indiqué que la prise de probiotiques a grandement restauré le microbiote perturbé à un niveau normal dans le groupe PM et le groupe PA (Figure 3D), et les OTU communes ont occupé 28,68% (508/1 771), 23,67% (508/2 146) et 36,92% (508/1 376) des OTU totales dans les groupes PB, PM et PA, respectivement.

Puis, nous avons évalué plus avant les effets de l’intervention des probiotiques sur la composition microbienne, et nous avons constaté que la supplémentation en probiotiques réduisait significativement les Protéobactéries (0.515 contre 0,173) et a fortement augmenté l’abondance relative des Bacteroides (0,166 contre 0,338) dans le groupe PM par rapport au groupe PA au niveau du phylum (P < 0,05). Au niveau du genre, les probiotiques supplémentés ont manifestement réduit le pourcentage d’Acinetobacter (0,204 contre 0,071) dans le groupe PM par rapport au groupe PA, et ont augmenté de manière significative le pourcentage de Bifidobacterium (0.017 contre 0,110), de Bacteroides (0,095 contre 0,155) et de Faecalibacterium (0,028 contre 0,060) dans le groupe PM par rapport au groupe PA (Figures 4F-J).

Les changements microbiens entre les groupes CA et PA

Pour mieux comprendre l’effet des probiotiques sur la préparation intestinale, nous avons comparé la diversité microbienne entre les volontaires des groupes CA et PA. Comme le montrent les figures 5A-C, la supplémentation en probiotiques a nettement amélioré l’indice de Shannon et l’indice de Simpson (P < 0,05), tout en diminuant les espèces observées. Les résultats de la PCoA ont indiqué que les échantillons du groupe CA et du groupe PA étaient très éloignés les uns des autres (figure 5D). Il y avait 1 695 et 1 376 OTU dans le groupe CA et le groupe PA, et le nombre commun d’OTU était de 570 (figure 5E). En outre, l’analyse de Lefse a démontré que les Bacteroidia (à la classe), les Bacteroidetes (à l’embranchement), les Bacteroidaceae (à la famille), les Bacteroides (au genre), les Fusobacteriaceae (à la famille), les Porphyromonadaceae (à la famille) et les Parabacteroides (au genre) étaient significativement plus nombreux dans le groupe PA que dans le groupe CA (Figure 5F).

Puis, les bactéries spécifiques dans le groupe CA et le groupe PA ont été comparées. La supplémentation en probiotiques a nettement enrichi le pourcentage de Bacteroidetes (0,126 contre 0,338), tout en réduisant le pourcentage de Proteobacteria (0,335 contre 0,173) et Firmicutes (0,389 contre 0,330) par rapport au groupe PA au niveau du phylum (P < 0,05). Au niveau des genres (Figures 6E-K), la supplémentation en probiotiques a diminué l’abondance relative d’Acinetobacter (0,136 vs. 0,071) et de Streptococcus (0,068 vs. 0,023), tout en augmentant l’abondance relative de Bacteroides (0.068 vs. 0,155), Roseburia (0,02 vs. 0,04), Faecalibacterium (0,031 vs. 0,060) et Parabacteroides (0,16 vs. 1,92%).

Discussion

Le nettoyage des intestins est nécessaire pendant la coloscopie, et son utilisation de longue date de la sécurité fait que les gens ignorent son impact négatif sur les micro-organismes intestinaux (16). Comme nous le savons, les micro-organismes coliques sont à la base de la promotion des fonctions physiologiques normales des mammifères, notamment l’angiogenèse, le métabolisme, la digestion et le développement du système immunitaire (17). Qui plus est, diverses maladies, dont l’obésité, le diabète de type 2, le cancer colorectal et les maladies inflammatoires de l’intestin, se produiront lorsque le microbiote intestinal est déséquilibré (8, 9, 18).

Les principaux composants du microécosystème intestinal normal sont les anaérobies obligatoires (Bacteroidetes et Firmicutes), et les anaérobies facultatifs (comme les Proteobacteria) ne représentent généralement qu’une petite proportion, et le déséquilibre du microbiote intestinal est souvent causé par l’augmentation du nombre d’anaérobies facultatifs (19). La préparation intestinale peut apporter une grande quantité d’oxygène dans la cavité intestinale, endommager l’environnement anaérobie de la cavité intestinale et fournir un bon environnement de croissance pour les bactéries anaérobies ou aérobies facultatives. Des études antérieures et le présent travail, de même, ont démontré que la préparation des intestins avait considérablement augmenté l’abondance des protéobactéries .

Dans cette étude, nous avons constaté que la préparation des intestins a considérablement diminué les phyla Bacteroidetes et Firmicutes (Figure 2), et la prise de probiotiques a eu peu d’effet sur le phylum Firmicutes, tout en augmentant considérablement l’abondance des Bacteroidetes (Figure 4). Des études antérieures avaient montré que l’augmentation de l’abondance des Firmicutes et la diminution de l’abondance des Bacteroidetes étaient étroitement liées à des conditions malsaines. Par conséquent, l’augmentation des Firmicutes/Bacteroidetes peut constituer un risque potentiel pour la santé des patients (20-22). Dans la présente étude, nous avons constaté que le rapport Firmicutes/Bacteroidetes dans le groupe CA (3,08) était plus élevé que celui du groupe PA (0,98), ce qui suggère que la prise de probiotiques pourrait réduire les risques potentiels de maladie par la préparation intestinale. En outre, le corps humain n’a généralement pas la capacité de dégrader la plupart des polysaccharides complexes (le principal composant et la principale source de nutrition de notre alimentation quotidienne) jusqu’à ce qu’ils atteignent le côlon, et les Bacteroidetes jouent un rôle vital dans la dégradation des polysaccharides complexes de la cellulose, de la pectine et du xylane, qui peuvent aider les gens à absorber plus d’énergie de l’alimentation (23). De plus, le butyrate produit par les Bacteroidetes joue un rôle important dans le maintien de la santé intestinale de l’hôte, en exerçant une immunité et un effet anti-tumoral (24).

Au niveau du genre, la supplémentation en probiotiques a réduit de manière significative l’abondance d’Acinetobacter qui est une bactérie aérobie et gram-négative commune dans la nature, appartenant à un pathogène vital causant des infections hospitalières surtout chez les patients ayant une faible fonction immunitaire (Acinetobacter baumannii) (25). Acinetobacter a été répertorié comme le troisième agent pathogène humain le plus fréquent dans l’unité de soins intensifs des hôpitaux sud-coréens, et sa résistance inhérente à une variété d’antibiotiques lui a permis d’obtenir des déterminants de la résistance à divers médicaments antibactériens (26). En outre, la préparation des intestins a réduit de manière significative le niveau de Bacteroides, et les probiotiques ont manifestement rétabli son abondance. Des études ont révélé que les Bacteroides peuvent réduire le niveau d’oxygène intestinal pour favoriser la croissance des anaérobies stricts (23) et certaines souches de Bifidobacterium ont été utilisées comme probiotiques dans l’alimentation et la médecine (10, 27). Bacteroides et Bifidobacterium peuvent établir un contact stable et à long terme avec l’hôte et bénéficier à la santé du corps humain, peuvent dégrader les fibres alimentaires en acides gras à chaîne courte (AGCC), ce qui fournit une source d’énergie pour les cellules, favorise la fonction de barrière et réduit l’apparition de réactions inflammatoires (28, 29).

En fin de compte, nous avons comparé la diversité microbienne de l’AC et de l’AP, et nous avons constaté que la prise de probiotiques a principalement augmenté l’abondance des bactéries bénéfiques telles que Roseburia (produit principalement ou uniquement du butyrate, qui peut réduire le niveau d’inflammation dans l’ensemble, en particulier dans le sang, réduire davantage le degré d’athérosclérose. Elle reste à des niveaux plus faibles chez les personnes atteintes de maladies cardiovasculaires) (30, 31), Faecalibacterium (une bactérie symbiotique qui existe largement dans le tractus gastro-intestinal des animaux et des humains. Elle était significativement réduite chez les patients atteints de la maladie de Crohn, et pourrait être utilisée comme probiotique pour traiter la maladie de Crohn) (32-34) et Parabacteroides (peut résister à l’inflammation intestinale, les principaux produits finaux métaboliques sont l’acide acétique et l’acide succinique bénéfiques, qui sont inférieurs à la normale dans le tractus intestinal des patients atteints de colite) (35-37) au niveau du genre. Néanmoins, l’abondance des bactéries nocives telles que Streptococcus était remarquablement réduite (Figures 5, 6). Streptococcus est un agent pathogène opportuniste commun, comprenant Streptococcus pyogenes, Streptococcus viridans et Streptococcus pneumoniae, qui peut causer une inflammation purulente, une endocardite et une septicémie, menaçant davantage la santé et la vie humaines (38, 39). Haenni et al. ont indiqué qu’en raison de l’utilisation généralisée des antibiotiques de type Tétracycline, Macrolide et Lincosamide dans le secteur animal mondial, la résistance aux antibiotiques de Streptococcus zooepidermidis a émergé, entraînant l’échec du traitement (40, 41).

Dans la présente étude, nous avons constaté que les probiotiques oraux ont atténué la perturbation microbienne intestinale causée par la préparation des intestins, ont considérablement réduit les agents pathogènes de Proteobacteria (au niveau de l’embranchement), Acinetobacter (au niveau du genre), Streptococcus (au niveau du genre), et a renforcé les probiotiques de Bacteroidetes (au niveau du phylum), Bacteroides (au niveau du genre), Roseburia (au niveau du genre), Faecalibacterium (au niveau du genre) et Parabacteroides (au niveau du genre). Par conséquent, nous avons des raisons de croire que le supplément de préparations probiotiques accélérera l’établissement de l’équilibre microbien intestinal après le nettoyage intestinal, supprimera la croissance des bactéries nuisibles et bénéficiera au maintien de la santé intestinale.

Data Availability Statement

Les ensembles de données générés pour cette étude peuvent être trouvés dans le NCBI : Numéro d’accession GenBank PRJNA597277.

Déclaration d’éthique

Les études impliquant des participants humains ont été examinées et approuvées par les comités d’examen institutionnels du deuxième hôpital affilié de l’Université de Nanchang (Nanchang, Chine). Le projet a également été enregistré et approuvé par le Centre d’enregistrement des essais cliniques de Chine (ChiCTR1900022539). Les patients/participants ont fourni leur consentement éclairé écrit pour participer à cette étude.

Contributions des auteurs

TC et XD ont conçu les expériences, analysé les données et rédigé le manuscrit. CZ, HT, RY, ZL, YH et KW ont réalisé les expériences. Tous les auteurs ont discuté des résultats et ont commenté le manuscrit final.

Financement

Ce travail a été soutenu par des subventions de la Fondation nationale des sciences naturelles de Chine (subvention n° 81960103 à XD), de la Fondation des sciences naturelles de la province du Jiangxi (subvention n° 20192ACBL20034 à ZL), du Projet de science et de technologie du Jiangxi (subventions n°. 20181BBG70028, 20181BCB24003, et 20194BCJ22032 à TC), et le double plan 10-mille de la province du Jiangxi à TC (les professionnels de l’innovation et de la technologie en tant que talent haut de gamme).

Conflit d’intérêts

Les auteurs déclarent que la recherche a été menée en l’absence de toute relation commerciale ou financière qui pourrait être interprétée comme un conflit d’intérêts potentiel.

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