Rôle du tryptophane dans la digestion et pour la santé ?

[Nutrimuscle-Conseils]

The Dual Role of Serotonin in Colorectal Cancer
Vinicius Kannen Trends in Endocrinology & Metabolism Volume 31, Issue 8, August 2020, Pages 611-625


Highlights
Both brain and peripheral cells can synthesize 5-HT from the essential amino acid tryptophan, although intestinal enteroendocrine cells produce the most substantial amount of this hormone in the human body.

The serotonergic system encompasses a range of elements required for its synthesis, storage, release, transport, signaling, and degradation, from which it modulates essential functions in keeping with the body homeostasis.

Genetic, behavioral, or environmental factors may deregulate the serotonergic system functions, promoting a significant number of pathological conditions. This has been expanded to include different types of cancer.

A deregulated serotonergic system may be related to the development of colorectal cancer, because it can either promote or inhibit tumorigenesis in the colon through a combined modulation of DNA repair mechanisms and immune response.

[Nutrimuscle-Conseils]

Serotonin (5-HT) has complex effects on the central nervous system (CNS), neuroendocrine mechanisms, immunological reactions, intestinal microbiome, and cancer. It has been associated with more severe signs and symptoms of colitis, as well as promoting colorectal cancer (CRC) cells toward expansion. However, recent findings revealed that impairments in 5-HT synthesis lead to high levels of DNA damage in colonocytes, which is linked with inflammatory reactions promoting the development of CRC. Here, we review the diverse roles of 5-HT in intestinal homeostasis and in CRC and discuss how improved understanding of the modulation of the 5-HT pathway could be helpful for the design of novel anticancer therapies.

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Les intestins sont la principale source de synthèse de sérotonine (5-HT) dans le corps

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The ever-changing roles of serotonin
Lauren A.Jones The International Journal of Biochemistry & Cell Biology Volume 125, August 2020, 105776

Serotonin (5-HT) has traditional roles as a key neurotransmitter in the central nervous system and as a regulatory hormone controlling a broad range of physiological functions. Perhaps the most classically-defined functions of 5-HT are centrally in the control of mood, sleep and anxiety and peripherally in the modulation of gastrointestinal motility. A more recently appreciated role for 5-HT has emerged, however, as an important metabolic hormone contributing to glucose homeostasis and adiposity, with a causal relationship existing between circulating 5-HT levels and metabolic diseases. Almost all peripheral 5-HT is derived from specialised enteroendocrine cells, called enterochromaffin (EC) cells, located throughout the length of the lining of the gastrointestinal tract. EC cells are important luminal sensory cells that can detect and respond to an array of ingested nutrients, as well as luminal gut microbiota and their associated metabolites. Intriguingly, the interaction between gut microbiota and EC cells is dynamic in nature and has strong implications for host physiology. In this review, we discuss the traditional and modern functions of 5-HT and highlight an emerging pathway by which gut microbiota influences host health.

Serotonin, also known as 5-hydroxytryptamine (5-HT), is an important neurotransmitter, growth factor and hormone that mediates a range of physiological functions. In mammals, serotonin is synthesized from the essential amino acid tryptophan by the rate-limiting enzyme tryptophan hydroxylase (TPH), for which there are two isoforms expressed in distinct cell types throughout the body. Tph1 is mainly expressed by specialized gut endocrine cells known as enterochromaffin (EC) cells and by other non-neuronal cell types such as adipocytes (Walther et al., 2003). Tph2 is primarily expressed in neurons of the raphe nuclei of the brain stem and a subset of neurons in the enteric nervous system (ENS) (Yabut et al., 2019). As 5-HT cannot readily cross the blood-brain barrier, the central and peripheral pools of 5-HT are anatomically separated and as such, act in their own distinct manners (Martin et al., 2017c). In this review we discuss the peripheral roles of serotonin, with particular focus on the interaction of gut-derived serotonin with the gut microbiota, and address emerging evidence linking this relationship with host homeostasis.

[Nutrimuscle-Diététique]

Traduction de l'étude

Les rôles en constante évolution de la sérotonine
Lauren A.Jones The International Journal of Biochemistry & Cell Biology Volume 125, août 2020, 105776

La sérotonine (5-HT) a des rôles traditionnels en tant que neurotransmetteur clé dans le système nerveux central et en tant qu'hormone régulatrice contrôlant un large éventail de fonctions physiologiques. Les fonctions de la 5-HT les plus classiquement définies sont peut-être au niveau central dans le contrôle de l'humeur, du sommeil et de l'anxiété et au niveau périphérique dans la modulation de la motilité gastro-intestinale. Un rôle plus récemment apprécié pour la 5-HT est cependant apparu comme une hormone métabolique importante contribuant à l'homéostasie et à l'adiposité du glucose, avec une relation causale entre les niveaux de 5-HT circulants et les maladies métaboliques. La quasi-totalité de la 5-HT périphérique est dérivée de cellules entéro-endocrines spécialisées, appelées cellules d'entérochromaffine (CE), situées sur toute la longueur de la muqueuse du tractus gastro-intestinal. Les cellules EC sont des cellules sensorielles luminales importantes qui peuvent détecter et répondre à un éventail de nutriments ingérés, ainsi que du microbiote intestinal luminal et de leurs métabolites associés. Curieusement, l'interaction entre le microbiote intestinal et les cellules EC est de nature dynamique et a de fortes implications pour la physiologie de l'hôte. Dans cette revue, nous discutons des fonctions traditionnelles et modernes de la 5-HT et mettons en évidence une nouvelle voie par laquelle le microbiote intestinal influence la santé de l'hôte.

La sérotonine, également connue sous le nom de 5-hydroxytryptamine (5-HT), est un neurotransmetteur, un facteur de croissance et une hormone importants qui assurent la médiation d'une gamme de fonctions physiologiques. Chez les mammifères, la sérotonine est synthétisée à partir de l'acide aminé essentiel tryptophane par l'enzyme limitant le taux de tryptophane hydroxylase (TPH), pour laquelle il existe deux isoformes exprimées dans des types cellulaires distincts dans tout le corps. La Tph1 est principalement exprimée par les cellules endocrines intestinales spécialisées appelées cellules d'entérochromaffine (CE) et par d'autres types de cellules non neuronales telles que les adipocytes (Walther et al., 2003). La Tph2 est principalement exprimée dans les neurones des noyaux de raphé du tronc cérébral et un sous-ensemble de neurones du système nerveux entérique (ENS) (Yabut et al., 2019). Comme la 5-HT ne peut pas franchir facilement la barrière hémato-encéphalique, les pools central et périphérique de 5-HT sont anatomiquement séparés et, en tant que tels, agissent de leurs propres manières distinctes (Martin et al., 2017c). Dans cette revue, nous discutons des rôles périphériques de la sérotonine, avec un accent particulier sur l'interaction de la sérotonine dérivée de l'intestin avec le microbiote intestinal, et abordons les nouvelles preuves reliant cette relation avec l'homéostasie de l'hôte.

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Associations between plasma tryptophan and indole-3-propionic acid levels and mortality in patients with coronary artery disease
Qing Li, The American Journal of Clinical Nutrition, 21 June 2022

Background
Indole-3-propionic acid (IPA), a microbiota-produced tryptophan metabolite, has been shown to exhibit cardioprotective effects in animal models. However, the relation of IPA with cardiovascular risk in humans is currently unknown.

Objectives
This prospective study aimed to investigate whether plasma tryptophan and IPA levels are associated with decreased risks of mortality.

Methods
Ultrahigh-performance liquid chromatography–tandem mass spectrometry was used to measure plasma tryptophan and IPA levels in 1,829 coronary artery disease (CAD) patients. Cox proportional hazards regression models were used to estimate the associations between tryptophan and IPA levels and the risk of cardiovascular and all-cause mortality.

Results
During the median 9.2-year follow-up, 424 all-cause deaths occurred, of which 272 were cardiovascular deaths. Plasma tryptophan and IPA levels were significantly associated with a reduced risk of cardiovascular and all-cause mortality. CAD patients with the highest quartile of tryptophan and IPA levels had multivariable-adjusted hazard ratios of 0.62 (95% confidence interval [CI], 0.43, 0.89) and 0.71 (95% CI 0.50, 0.99), respectively, for cardiovascular mortality and 0.67 (95% CI, 0.50, 0.90) and 0.75 (95%CI 0.57, 0.99), respectively, for all-cause mortality compared with that in CAD patients in the lowest quartile. After multivariable adjustments, one standard deviation increase in the continuous plasma tryptophan and IPA levels were respectively associated with 16% and 14% decreases in the risk of cardiovascular mortality and with 13% and 14% decreases in the risk of all-cause mortality. Restricted cubic splines displayed linear associations between plasma tryptophan and IPA levels and cardiovascular and all-cause mortality among CAD patients.

Conclusions
Our findings suggest that plasma tryptophan and IPA levels are significantly associated with decreased risk of cardiovascular and all-cause mortality in CAD patients. Further studies are needed to determine the clinical diagnostic and therapeutic values of tryptophan and IPA levels on the risk of mortality among CAD patients.

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Traduction de l'étude

Associations entre les taux plasmatiques de tryptophane et d'acide indole-3-propionique et la mortalité chez les patients atteints de maladie coronarienne
Qing Li, The American Journal of Clinical Nutrition, 21 juin 2022

Arrière plan
Il a été démontré que l'acide indole-3-propionique (IPA), un métabolite du tryptophane produit par le microbiote, présente des effets cardioprotecteurs dans des modèles animaux. Cependant, la relation entre l'IPA et le risque cardiovasculaire chez l'homme est actuellement inconnue.

Objectifs
Cette étude prospective visait à déterminer si les taux plasmatiques de tryptophane et d'IPA sont associés à une diminution des risques de mortalité.

Méthodes
La chromatographie liquide à ultra haute performance et la spectrométrie de masse en tandem ont été utilisées pour mesurer les taux plasmatiques de tryptophane et d'IPA chez 1 829 patients atteints de coronaropathie. Des modèles de régression des risques proportionnels de Cox ont été utilisés pour estimer les associations entre les niveaux de tryptophane et d'IPA et le risque de mortalité cardiovasculaire et toutes causes confondues.

Résultats
Au cours du suivi médian de 9,2 ans, 424 décès toutes causes confondues sont survenus, dont 272 décès cardiovasculaires. Les taux plasmatiques de tryptophane et d'IPA étaient significativement associés à un risque réduit de mortalité cardiovasculaire et toutes causes confondues. Les patients atteints de coronaropathie avec le quartile le plus élevé de niveaux de tryptophane et d'IPA avaient des rapports de risque multivariés ajustés de 0,62 (intervalle de confiance [IC] à 95 %, 0,43, 0,89) et 0,71 (IC à 95 % 0,50, 0,99), respectivement, pour la mortalité cardiovasculaire et 0,67 (IC à 95 %, 0,50, 0,90) et 0,75 (IC à 95 %, 0,57, 0,99), respectivement, pour la mortalité toutes causes confondues par rapport à celle des patients coronariens du quartile inférieur. Après ajustements multivariés, une augmentation d'un écart type des taux plasmatiques continus de tryptophane et d'IPA était respectivement associée à des diminutions de 16 % et 14 % du risque de mortalité cardiovasculaire et à des diminutions de 13 % et 14 % du risque de mortalité toutes causes confondues. Les splines cubiques restreintes affichaient des associations linéaires entre les taux plasmatiques de tryptophane et d'IPA et la mortalité cardiovasculaire et toutes causes confondues chez les patients coronariens.

conclusion
Nos résultats suggèrent que les taux plasmatiques de tryptophane et d'IPA sont significativement associés à une diminution du risque de mortalité cardiovasculaire et toutes causes confondues chez les patients coronariens. D'autres études sont nécessaires pour déterminer les valeurs diagnostiques cliniques et thérapeutiques des niveaux de tryptophane et d'IPA sur le risque de mortalité chez les patients coronariens.

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Impact du catabolisme intestinal du Tryptophane dans les maladies inflammatoires -
Impact of intestinal Tryptophan catabolism in inflammatory diseases
CAHIERS DE NUTRITION ET DE DIÉTÉTIQUE 09/06/24 Ludivine Laurans

• L’alimentation est un élément clé de la composition du microbiote intestinal.
• Le tryptophane, un acide aminé essentiel apporté par l’alimentation, est principalement métabolisé par l’indoléamine 2, 3-dioxygenase 1 (IDO1) dans les organes extra-hépatiques.
• La dégradation du tryptophane au niveau intestinal dépend également du microbiote qui génère des indoles.
• Le catabolisme intestinal du tryptophane a des conséquences sur les maladies à composante inflammatoire.

Le tryptophane (Trp) est un acide aminé essentiel apporté par l’alimentation dont la carence ou la malabsorption engendre une inflammation intestinale ainsi que d’autres signes cliniques graves. Au niveau intestinal, le métabolisme du Trp permet de produire la Kynurénine (Kyn) via l’enzyme indoleamine 2, 3-dioxygenase 1 (IDO1) ainsi que la sérotonine.

Une partie du Trp est métabolisé par le microbiote intestinal donnant les indoles. Ces derniers exerceraient un rôle protecteur au niveau intestinal et par conséquence permettraient de corriger les altérations métaboliques, dans le cas d’obésité. La voie de dégradation du Trp vers celle de la Kyn est majoritaire, et elle augmenterait de manière importante dans plusieurs pathologies à composante inflammatoire. Les données de littérature montrent qu’une perturbation dans l’équilibre des voies de dégradation du Trp pourrait entraîner des conséquences locales sur l’homéostasie intestinale et également systémiques. Cette revue résume les avancées récentes concernant le rôle des différents acteurs impliqués dans le catabolisme du Trp, essentiellement au niveau intestinal, en particulier la voie de la Kyn, de la sérotonine et celle des indoles, et la régulation mutuelle entre ces voies, ainsi que le dialogue entre l’hôte et le microbiote intestinal dans les situations physiologiques et patho-physiologiques.

Summary
Tryptophan (Trp) is an essential dietary amino acid whose deficiency or malabsorption causes intestinal inflammation and other serious clinical signs. At the intestinal level, Trp is catabolized into Kynurenine (Kyn) via the enzyme indoleamine 2, 3-dioxygenase 1 (IDO1) as well as into serotonin. A part of the Trp is also metabolized by the intestinal microbiota giving the indoles. The latter would exert a protective role at the intestinal level and consequently improve metabolic alterations, in the case of obesity. The degradation pathway of Trp towards that of Kyn is predominant, and it increases significantly in several pathologies with an inflammatory component. Literature data show that a disturbance in the balance of Trp degradation pathways, particularly in the intestine, could have local consequences on intestinal homeostasis and also systemic ones. This review summarizes recent advances regarding the role of the different actors involved in Trp catabolism, in particular the Kyn, serotonin, and indole pathways, and the mutual regulation between these pathways, as well as the host-microbiota dialogue in physiological and pathophysiological situations.

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The importance of food quality, gut motility, and microbiome in SIBO development and treatment
Eliza Knez Nutrition Volume 124, August 2024, 112464

Highlights
• Slow intestinal passage and frequent constipation may be the causes of SIBO.
• Disrupted activity of MMC may be the cause of SIBO.
• Natural prokinetics accelerate gut motility and thus prevent SIBO relapses.
• Food antibiotics protect against bacterial overgrowth.
• Prebiotics accelerate gut motility via the gut-brain axis and bacteria metabolites.

The prevalence of small intestinal bacterial overgrowth (SIBO) is rising worldwide, particularly in nations with high rates of urbanization. Irritable bowel syndrome, inflammatory bowel illnesses, and nonspecific dysmotility are strongly linked to SIBO. Moreover, repeated antibiotic therapy promotes microorganisms’ overgrowth through the development of antibiotic resistance. The primary cause of excessive fermentation in the small intestine is a malfunctioning gastrointestinal motor complex, which results in the gut's longer retention of food residues. There are anatomical and physiological factors affecting the functioning of the myoelectric motor complex. Except for them, diet conditions the activity of gastrointestinal transit. Indisputably, the Western type of nutrition is unfavorable.

Some food components have greater importance in the functioning of the gastrointestinal motor complex than others. Tryptophan, an essential amino acid and precursor of the serotonin hormone, accelerates intestinal transit, and gastric emptying, similarly to fiber and polyphenols. Additionally, the effect of food on the microbiome is important, and diet should prevent bacterial overgrowth and exhibit antimicrobial effects against pathogens. Therefore, knowledge about proper nutrition is essential to prevent the development and recurrence of SIBO. Since the scientific world was unsure whether there was a long-term or potential solution for SIBO until quite recently, research on a number of the topics included in the article should be performed. The article aimed to summarize current knowledge about proper nutrition after SIBO eradication and the prevention of recurrent bacterial overgrowth. Moreover, a connection was found between diet, gut dysmotility, and SIBO.

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Traduction de l'étude

L'importance de la qualité des aliments, de la motilité intestinale et du microbiome dans le développement et le traitement du SIBO
Eliza Knez Nutrition Volume 124, août 2024, 112464

Points forts
• Un passage intestinal lent et une constipation fréquente peuvent être les causes du SIBO.
• Une activité perturbée de MMC peut être la cause du SIBO.
• La prokinétique naturelle accélère la motilité intestinale et prévient ainsi les rechutes SIBO.
• Les antibiotiques alimentaires protègent contre la prolifération bactérienne.
• Les prébiotiques accélèrent la motilité intestinale via l'axe intestin-cerveau et les métabolites des bactéries.

La prévalence de la prolifération bactérienne de l’intestin grêle (SIBO) augmente dans le monde entier, en particulier dans les pays à taux d’urbanisation élevés. Le syndrome du côlon irritable, les maladies inflammatoires de l’intestin et la dysmotilité non spécifique sont fortement liés au SIBO. De plus, une antibiothérapie répétée favorise la prolifération de micro-organismes via le développement d’une résistance aux antibiotiques. La principale cause d’une fermentation excessive dans l’intestin grêle est un dysfonctionnement du complexe moteur gastro-intestinal, qui entraîne une rétention plus longue des résidus alimentaires dans l’intestin. Il existe des facteurs anatomiques et physiologiques affectant le fonctionnement du complexe moteur myoélectrique. Hormis eux, l’alimentation conditionne l’activité du transit gastro-intestinal. Incontestablement, l’alimentation de type occidental est défavorable.

Certains composants alimentaires sont plus importants que d’autres dans le fonctionnement du complexe moteur gastro-intestinal. Le tryptophane, acide aminé essentiel et précurseur de l'hormone sérotonine, accélère le transit intestinal et la vidange gastrique, à l'instar des fibres et des polyphénols. De plus, l’effet des aliments sur le microbiome est important, et le régime alimentaire doit empêcher la prolifération bactérienne et présenter des effets antimicrobiens contre les agents pathogènes. Par conséquent, des connaissances sur une bonne nutrition sont essentielles pour prévenir le développement et la récidive du SIBO. Étant donné que jusqu'à tout récemment, le monde scientifique ne savait pas s'il existait une solution potentielle ou à long terme au SIBO, des recherches sur un certain nombre de sujets abordés dans l'article devraient être menées. L'article visait à résumer les connaissances actuelles sur une bonne nutrition après l'éradication du SIBO et la prévention de la prolifération bactérienne récurrente. De plus, un lien a été établi entre l’alimentation, la dysmotilité intestinale et le SIBO.

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The Tryptophan Index Is Associated with Risk of Ischemic Stroke: A Community-Based Nested Case–Control Study
by Dong Liu Nutrients 2024, 16(11), 1544;

Background: The relative availability of the essential amino acid tryptophan in the brain, as indicated by the tryptophan index, which is the ratio of tryptophan to its competing amino acids (CAAs) in circulation, has been related to major depression. However, it remains unknown whether tryptophan availability is involved in the pathogenesis of ischemic stroke. Aims: We aimed to investigate the relationship between the tryptophan index and the risk of ischemic stroke. Methods: We performed a nested case–control study within a community-based cohort in eastern China over the period 2013 to 2018. The analysis included 321 cases of ischemic stroke and 321 controls matched by sex and date of birth. The plasma levels of tryptophan and CAAs, including tyrosine, valine, phenylalanine, leucine, and isoleucine, were measured by ultra-high-performance liquid chromatography–tandem mass spectrometry. Conditional logistic regression analyses were employed to determine incidence rate ratios (IRRs) and their 95% confidence intervals (CIs).

Results: After adjustment for body mass index, current smoking status, educational attainment, physical activity, family history of stroke, hypertension, diabetes, hyperlipidemia, and estimated glomerular filtration rate, an elevated tryptophan index was significantly associated with a reduced risk of ischemic stroke in a dose–response manner (IRR, 0.76; 95% CI, 0.63–0.93, per standard deviation increment). The plasma tryptophan or CAAs were not separately associated with the risk of ischemic stroke.

Conclusions: The tryptophan index was inversely associated with the risk of ischemic stroke. Our novel observations suggest that the availability of the essential amino acid tryptophan in the brain is involved in the pathogenesis of ischemic stroke.

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Traduction de l'étude

L'indice de tryptophane est associé au risque d'accident vasculaire cérébral ischémique : une étude cas-témoins imbriquée à base communautaire
par Dong Liu Nutrients 2024, 16(11), 1544 ;

Contexte : La disponibilité relative du tryptophane, un acide aminé essentiel, dans le cerveau, comme l'indique l'indice de tryptophane, qui est le rapport entre le tryptophane et ses acides aminés concurrents (AAC) en circulation, a été associée à la dépression majeure. Cependant, on ignore si la disponibilité du tryptophane est impliquée dans la pathogenèse de l'accident vasculaire cérébral ischémique. Objectifs : Nous avions pour objectif d'étudier la relation entre l'indice de tryptophane et le risque d'accident vasculaire cérébral ischémique. Méthodes : Nous avons réalisé une étude cas-témoins imbriquée au sein d'une cohorte communautaire dans l'est de la Chine sur la période 2013 à 2018. L'analyse a inclus 321 cas d'accident vasculaire cérébral ischémique et 321 témoins appariés par sexe et date de naissance. Les taux plasmatiques de tryptophane et de CAA, notamment la tyrosine, la valine, la phénylalanine, la leucine et l'isoleucine, ont été mesurés par chromatographie liquide ultra-haute performance – spectrométrie de masse en tandem. Des analyses de régression logistique conditionnelle ont été utilisées pour déterminer les ratios de taux d'incidence (IRR) et leurs intervalles de confiance (IC) à 95 %.

Résultats : Après ajustement en fonction de l'indice de masse corporelle, du statut tabagique actuel, du niveau de scolarité, de l'activité physique, des antécédents familiaux d'accident vasculaire cérébral, d'hypertension, de diabète, d'hyperlipidémie et du débit de filtration glomérulaire estimé, un indice de tryptophane élevé était significativement associé à un risque réduit d'accident vasculaire cérébral ischémique. de manière dose-réponse (IRR, 0,76 ; IC à 95 %, 0,63–0,93, par incrément d'écart type). Le tryptophane plasmatique ou les AAC n’étaient pas associés séparément au risque d’accident vasculaire cérébral ischémique.

Conclusions : L'indice tryptophane était inversement associé au risque d'accident vasculaire cérébral ischémique. Nos nouvelles observations suggèrent que la disponibilité du tryptophane, un acide aminé essentiel, dans le cerveau est impliquée dans la pathogenèse de l'accident vasculaire cérébral ischémique.