Si la voie intestin-cerveau trouvée chez la souris existe également chez l’homme, elle pourrait être utilisée comme méthode efficace pour améliorer l’exercice et promouvoir une meilleure santé globale.
Des chercheurs ont découvert une voie intestin-cerveau chez la souris qui augmente les performances physiques.
Selon une étude publiée dans La nature, dirigée par des chercheurs de la Perelman School of Medicine de l’Université de Pennsylvanie, certains types de bactéries intestinales peuvent activer les nerfs de l’intestin pour augmenter la volonté de faire de l’exercice. L’étude chez la souris a identifié une voie intestin-cerveau qui explique comment ces bactéries peuvent améliorer les performances physiques.
L’étude a révélé que les variations des performances de course parmi un groupe de souris de laboratoire étaient principalement causées par la présence d’espèces bactériennes intestinales spécifiques chez les souris avec de meilleures performances. Les chercheurs ont identifié que cet effet est lié aux petites molécules appelées métabolites que ces bactéries produisent. Ces métabolites activent les nerfs sensoriels dans l’intestin qui, à leur tour, augmentent l’activité dans une région du cerveau qui contrôle la motivation pendant l’exercice.
“Si nous pouvons confirmer la présence d’une voie similaire chez l’homme, cela pourrait offrir un moyen efficace d’augmenter les niveaux d’exercice des gens pour améliorer la santé publique en général”, a déclaré l’auteur principal de l’étude, Christoph Thaiss, Ph.D., professeur adjoint de microbiologie. à Penn Medicine.
Thaiss et ses collègues ont mis en place l’étude pour rechercher largement les facteurs qui déterminent la performance physique. Ils ont enregistré les séquences du génome, les espèces bactériennes intestinales, les métabolites sanguins et d’autres données pour des souris génétiquement diverses. Ils ont ensuite mesuré la quantité de course volontaire quotidienne des animaux, ainsi que leur endurance.
Les chercheurs ont analysé ces données à l’aide de l’apprentissage automatique, recherchant les attributs des souris qui pourraient le mieux expliquer les différences interindividuelles importantes des animaux dans les performances de course. Ils ont été surpris de constater que la génétique ne semblait expliquer qu’une petite partie de ces différences de performances, alors que les différences dans les populations bactériennes intestinales semblaient être beaucoup plus importantes. En fait, ils ont observé que donner aux souris des antibiotiques à large spectre pour se débarrasser de leurs bactéries intestinales réduisait de moitié les performances de course des souris.
En fin de compte, au cours d’un processus de travail de détective scientifique de plusieurs années impliquant plus d’une douzaine de laboratoires distincts à Penn et ailleurs, les chercheurs ont découvert que deux espèces bactériennes étroitement liées à de meilleures performances, Eubactérie rectale et Coprococcus eutactusproduit des métabolites appelés gras[{” attribute=””>acid amides (FAAs). The latter stimulates receptors called CB1 endocannabinoid receptors on gut-embedded sensory nerves, which connect to the brain via the spine. The stimulation of these CB1 receptor-studded nerves causes an increase in levels of the neurotransmitter dopamine during exercise, in a brain region called the ventral striatum.
The striatum is a critical node in the brain’s reward and motivation network. The researchers concluded that the extra dopamine in this region during exercise boosts performance by reinforcing the desire to exercise.
“This gut-to-brain motivation pathway might have evolved to connect nutrient availability and the state of the gut bacterial population to the readiness to engage in prolonged physical activity,” said study co-author, J. Nicholas Betley, Ph.D., an associate professor of Biology at the University of Pennsylvania’s School of Arts and Sciences. “This line of research could develop into a whole new branch of exercise physiology.”
The findings open up many new avenues of scientific investigation. For example, there was evidence from the experiments that the better-performing mice experienced a more intense “runner’s high”—measured in this case by a reduction in pain sensitivity—hinting that this well-known phenomenon is also at least partly controlled by gut bacteria. The team now plans further studies to confirm the existence of this gut-to-brain pathway in humans.
Apart from possibly offering cheap, safe, diet-based ways of getting ordinary people running and optimizing elite athletes’ performance, he added, the exploration of this pathway might also yield easier methods for modifying motivation and mood in settings such as addiction and depression.
Reference: “A microbiome-dependent gut–brain pathway regulates motivation for exercise” by Lenka Dohnalová, Patrick Lundgren, Jamie R. E. Carty, Nitsan Goldstein, Sebastian L. Wenski, Pakjira Nanudorn, Sirinthra Thiengmag, Kuei-Pin Huang, Lev Litichevskiy, Hélène C. Descamps, Karthikeyani Chellappa, Ana Glassman, Susanne Kessler, Jihee Kim, Timothy O. Cox, Oxana Dmitrieva-Posocco, Andrea C. Wong, Erik L. Allman, Soumita Ghosh, Nitika Sharma, Kasturi Sengupta, Belinda Cornes, Nitai Dean, Gary A. Churchill, Tejvir S. Khurana, Mark A. Sellmyer, Garret A. FitzGerald, Andrew D. Patterson, Joseph A. Baur, Amber L. Alhadeff, Eric J. N. Helfrich, Maayan Levy, J. Nicholas Betley and Christoph A. Thaiss, 14 December 2022, Nature.
DOI: 10.1038/s41586-022-05525-z
The study was funded by the National Institutes of Health, the Pew Charitable Trust, the Edward Mallinckrodt, Jr. Foundation, the Agilent Early Career Professor Award, the Global Probiotics Council, the IDSA Foundation, the Thyssen Foundation, the Human Frontier Science Program, and Penn Medicine, including the Dean’s Innovation Fund.
