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Carence alimentaire en L-Lysine, sérotonine et dopamine, anxiété induite par le stress et excrétion fécale chez les rats. Régime déficient en acides aminés et anorexie[1]

 

Une carence en L-lysine de 4 jours chez le rat interfère avec la libération circadienne normale du neurotransmetteur sérotonine, mais pas de dopamine. L'anxiété induite par le stress causé par le choc des pieds et l'excrétion fécale stimulée par le stress de la contrainte étaient significativement plus importantes chez les rats déficients en L-lysine que chez les témoins. Une carence sévère en L-lysine alimentaire augmente la libération de sérotonine dans l'amygdale, avec des changements ultérieurs dans les réponses psycho-comportementales au stress.

Un régime alimentaire déficient en L-lysine diminue la teneur du cerveau entier en L-lysine et affecte l'activité de la norépinéphrine dans l'hypothalamus. De tous les acides aminés indispensables, la L-lysine est celui qui est le plus fortement conservé, en raison de sa capacité de stockage et de son catabolisme plus lent. Les rats sont sensibles à des changements aussi faibles que 0,01% de la concentration alimentaire de L-lysine, lorsqu'ils sont adaptés à un régime déficient en L-lysine. Les modifications neurales qui ont été détectées chez les rats déficients en L-lysine et la participation de la L-lysine  et de ses métabolites aux fonctions cérébrales normales soulèvent la possibilité d'altérations psycho-comportementales pendant la déficience en L-lysine. Les parallèles humains de la déficience partielle en L-lysine rendent ce domaine digne d'un examen détaillé.

La carence en L-lysine compromet le schéma circadien de l'activité de la sérotonine de l’amygdale. Nous avons étudié les effets de la déficience en L-lysine immédiats et à court terme sur les rejets circadiens de sérotonine et de dopamine dans le noyau central de l'amygdale. Étant donné que la voie amygdale-frontale de la sérotonine joue un rôle dans la régulation de l'humeur, du stress et de l'anxiété, nous avons également testé deux parallèles psycho-comportementaux de la modification de la sérotonine, l'anxiété et le transit colique induits par le stress. Les périodes de déficience en L-lysine étaient fondées sur des différences de prise de nourriture. Aucun changement dans le volume de la prise quotidienne de nourriture n'a été constaté dans les 24 heures suivant l'introduction d'un régime déficient en L-lysine, alors qu’une baisse significative a été constatée au cours du quatrième jour de carence.

Les rats nourris avec le régime déficient en L-lysine pendant 3 jours avant le début de l'expérience (Groupe 2) ont eu une plus grande libération de sérotonine dans le noyau central de l'amygdale. L'effet a été annulé par la réalimentation des rats déficients en L-lysine avec un régime témoin pendant 24 h. Aucune différence dépendante de la L-lysine dans la libération circadienne de dopamine dans le noyau central de l'amygdale n'a été enregistrée.

Le choc des pieds et le régime déficient en L-lysine n'ont pas affecté les mesures comportementales conventionnelles ou la locomotion dans le labyrinthe, bien que les rats déficients en L-lysine  soumis au choc des pieds aient eu tendance à passer moins de temps dans les bras ouverts, tandis que les rats normaux pas. Aucun changement dans le score de la posture « dresser la tête » dans les bras fermés n'a été observé, ce qui indique que le comportement exploratoire normal n'a pas été affecté par l'exposition au stress. Cependant, un effet combiné du choc des pieds et de la déficience en L-lysine a affecté le nombre de postures exploratoires accompagnées de tension dans les bras ouverts du labyrinthe. Le régime déficient en L-lysine n'a pas affecté la corticostérone plasmatique, mesurée 5 min après l'exposition au labyrinthe.

Il y avait un effet combiné du temps et de la déficience en L-lysine sur l'excrétion fécale stimulée par le stress de la contrainte, mesurée en poids de matières fécales,

Les résultats démontrent une influence de la carence alimentaire en L-lysine sur la neurotransmission circadienne de sérotonine dans le noyau central de l'amygdale, bien que la L-lysine elle-même n'affecte pas directement la synthèse ou le métabolisme de la sérotonine. Bien que la teneur du cerveau entier en L-lysine se soit avérée inférieure chez les rats déficients en L-lysine, aucune modification spécifique n'a été trouvée dans l'amygdale. Aucune interaction biochimique spécifique entre le statut alimentaire de la L-lysine et de la sérotonine dans le noyau central de l'amygdale n'a été établie.

La sérotonine est impliquée dans la réponse anorexique à un régime déficient en acides aminés. Une implication spécifique du noyau central de l'amygdale dans l'aversion apprise à un régime alimentaire déséquilibré en thréonine avait été trouvée. Il est possible que le système de  sérotonine dans le noyau central de l'amygdale soit impliqué dans les réponses anorexiques à toutes les carences en acides aminés indispensables. La sérotonine dans le noyau central de l'amygdale est impliquée dans la réponse de l'aversion au goût conditionné à un régime déficient en acides aminés. L'amygdale a été impliquée dans la régulation des émotions, y compris les préférences alimentaires, la peur et les réponses au stress. Les augmentations de l'activité de la sérotonine dans le noyau central de l'amygdale, comme nous l'avons observé chez les rats déficients en L-lysine, ont des effets anxiogènes.

Nous avons mesuré la posture « dresser la tête » dans les bras fermés, qui est un comportement exploratoire normal dirigé dans les bras fermés, et la posture exploratoire accompagnée de tension dans les bras ouverts, un comportement affiché dans des situations stressantes. La posture exploratoire s’accompagnant de tension caractérise le conflit approche-évitement, qui optimise le comportement adaptatif au stress et est sensible aux médicaments anxiolytiques. Le choc des pieds a déclenché un effet anxiogène chez les rats déficients en L-lysine mais pas chez les témoins.

Le stress joue un rôle majeur dans les troubles intestinaux fonctionnels. La stimulation du transit colique est le schéma le plus cohérent dans la réponse de motilité du tractus intestinal au stress aigu. Une forte relation positive entre l'anxiété induite par le stress et le syndrome du côlon irritable a été rapportée chez l'homme. Les rats déficients en L-lysine sont caractérisés par une excrétion fécale plus importante, lorsque celle-ci est stimulée par un stress par contrainte, que leurs homologues normalement nourris.

Les rats nourris avec un régime déficient en L-lysine pendant 4 jours, par rapport aux rats normalement nourris, ont été caractérisés par une augmentation de la libération circadienne de sérotonine dans le noyau central de l'amygdale, et de l’anxiété et de l’excrétion fécale induites par le stress. L'adduction chronique d'un régime déficient en L-lysine affecte la sérotonine de l'amygdale et modifie les comportements complexes, tels que la perception du stress. La nécessité de poursuivre les études est soulignée par les parallèles humains de la déficience en L-lysine.

La carence alimentaire en L-Lysine augmente l'anxiété induite par le stress et l'excrétion fécale chez les rats[2]

RÉSUMÉ

On sait peu de choses sur les conséquences psycho-comportementales d'une carence alimentaire en L-lysine, un acide aminé. Ce rapport démontre qu'une carence en L-lysine de 4 jours chez le rat a interféré avec la libération circadienne normale du neurotransmetteur sérotonine, mais pas de dopamine, mesurée par micro-dialyse in vivo dans le noyau central de l'amygdale. La carence en L-Lysine a été induite en donnant aux rats un régime déficient en L-Lysine. Les témoins ont été nourris par paires avec une alimentation suffisante en L-lysine. L'anxiété induite par le stress causé par le choc des pieds, mesurée dans un paradigme de labyrinthe additionnel surélevé, et l'excrétion fécale stimulée par le stress de la contrainte étaient significativement plus importantes chez les rats déficients en L-lysine que chez les témoins. Nous concluons qu'une carence sévère en L-lysine alimentaire augmente la libération de sérotonine dans l'amygdale, avec des changements ultérieurs dans les réponses psycho-comportementales au stress.

MOTS CLÉS: ● L-lysine ● sérotonine ● stress ● anxiété ● colon ● rats

Un régime alimentaire déficient en L-lysine (Lys) diminue la teneur du cerveau entier en L-lysine et affecte l'activité de la norépinéphrine dans l'hypothalamus. De tous les acides aminés indispensables (AA),[3] la L-lysine est celui qui est le plus fortement conservé, en raison de sa capacité de stockage et de son catabolisme plus lent. Malgré cela, Hrupka et al. ont montré que les rats sont sensibles à des changements aussi faibles que 0,01% de la concentration alimentaire de L-lysine, lorsqu'ils sont adaptés à un régime déficient en L-lysine. Les modifications neurales qui ont été détectées de manière cohérente chez les rats déficients en L-lysine et la participation de la L-lysine  et de ses métabolites aux fonctions cérébrales normales soulèvent la possibilité d'altérations psycho-comportementales pendant la déficience en L-lysine. Les parallèles humains de la déficience partielle en L-lysine rendent ce domaine digne d'un examen détaillé.

Sur la base des effets d'autres carences en acides aminés indispensables sur la région amygdale du cerveau, nous avons émis l'hypothèse que la carence en L-lysine  compromet le schéma circadien de l'activité de la sérotonine (5-HT) de l’amygdale. Ainsi, nous avons étudié les effets de la déficience en L-lysine immédiats (les premières 24 h) et à court terme (4 jours) sur les rejets circadiens de sérotonine et de dopamine dans le noyau central de l'amygdale (CeA). Étant donné que la voie amygdale-frontale de la sérotonine joue un rôle dans la régulation de l'humeur, du stress et de l'anxiété, nous avons également testé deux parallèles psycho-comportementaux de la modification de la sérotonine, l'anxiété et le transit colique induits par le stress. Les périodes de déficience en L-lysine étaient fondées sur des différences de prise de nourriture. Aucun changement dans le volume de la prise quotidienne de nourriture n'a été constaté dans les 24 heures suivant l'introduction d'un régime déficient en L-lysine, alors qu’une baisse significative a été constatée au cours du quatrième jour de carence.

RÉSULTATS

Les rats nourris avec un régime déficient en L-lysine à partir de 08 h 00 le jour de l'expérience (Groupe 1) ont été caractérisés par le même schéma circadien dans l'activité de la sérotonine dans le noyau central de l'amygdale que les rats témoins. Les rats nourris avec le régime déficient en L-lysine pendant 3 jours avant le début de l'expérience (Groupe 2) ont eu une plus grande libération de sérotonine dans le noyau central de l'amygdale à des moments précis à partir de 01 h 00 par rapport aux rats nourris avec le régime témoin. L'effet a été annulé par la réalimentation des rats déficients en L-lysine avec un régime témoin pendant 24 h (n = 4, données non présentées). Aucune différence dépendante de la L-lysine dans la libération circadienne de dopamine dans le noyau central de l'amygdale n'a été enregistrée (données non présentées).

Le choc des pieds et le régime déficient en L-lysine n'ont pas affecté les mesures comportementales conventionnelles ou la locomotion dans le labyrinthe additionnel surélevé (EPM) (données non présentées), bien que les rats déficients en L-lysine  soumis au choc des pieds aient eu tendance à passer moins de temps dans les bras ouverts (P = 0,07), tandis que les rats normaux pas (P = 0,52). Aucun changement dans le score de la posture « dresser la tête » dans les bras fermés n'a été observé, ce qui indique que le comportement exploratoire normal n'a pas été affecté par l'exposition au stress. Cependant, un effet combiné du choc des pieds et de la déficience en L-lysine a affecté le nombre de postures exploratoires accompagnées de tension dans les bras ouverts du labyrinthe additionnel surélevé. Le régime déficient en L-lysine n'a pas affecté la corticostérone plasmatique, mesurée 5 min après l'exposition au labyrinthe additionnel surélevé (données non présentées).

Il y avait un effet combiné du temps et de la déficience en L-lysine sur l'excrétion fécale stimulée par le stress de la contrainte, mesurée en poids de matières fécales, pendant 2 h d'exposition au stress (rats témoins, 0,118 ± 0,061 g ; rats déficients en L-lysine, 0,478 ± 0,061 g ; P < 0,05).

DISCUSSION

Les résultats démontrent une influence de la carence alimentaire en L-lysine sur la neurotransmission circadienne de sérotonine dans le noyau central de l'amygdale, bien que la L-lysine elle-même n'affecte pas directement la synthèse ou le métabolisme de la sérotonine. Le goût et la texture des régimes témoin et déficient en L-lysine  respectivement étaient équivalents ; par conséquent, les différences de goût ou un effet non spécifique de la néophobie n'ont pas causé les différences ci-dessus. Bien que la teneur du cerveau entier en L-lysine se soit avérée inférieure chez les rats déficients en L-lysine, aucune modification spécifique n'a été trouvée dans l'amygdale. Par conséquent, l'inhibition de la synthèse des protéines (en raison de la faible teneur en L-lysine) est improbable, mais des effets directs de la L-lysine et/ou de ses métabolites sur la neurotransmission de sérotonine dans le noyau central de l'amygdale, ou dans d'autres zones cérébrales fonctionnellement interconnectées, sont possibles. Une limite de cette étude est qu'aucune interaction biochimique spécifique entre le statut alimentaire de la L-lysine et de la sérotonine dans le noyau central de l'amygdale n'a été établie. Il reste à savoir si les changements observés étaient dus à une diminution de l'absorption ou à une libération accrue de  sérotonine.

Les études de liaison au ligand de Jiangand Gietzen et Terry Nathan et al. ont suggéré que la sérotonine est impliquée dans la réponse anorexique à un régime déficient en acides aminés. De plus, Meliza et al. et Wang et al. ont trouvé une implication spécifique du noyau central de l'amygdale dans l'aversion apprise à un régime alimentaire déséquilibré en thréonine. Ainsi, il est possible que le système de  sérotonine dans le noyau central de l'amygdale soit impliqué dans les réponses anorexiques à toutes les carences en acides aminés indispensables. Nos données soutiennent l'hypothèse de Gietzen et al. que la sérotonine dans le noyau central de l'amygdale est impliquée dans la réponse de l'aversion au goût conditionné à un régime déficient en acides aminés. Actuellement, l'explication la plus réaliste des résultats observés implique une activation complexe des voies neuronales du chimio-senseur du cerveau, le cortex piriforme antérieur, à l'amygdale. L'amygdale a été impliquée dans la régulation des émotions, y compris les préférences alimentaires, la peur et les réponses au stress. Selon l'hypothèse de la sérotonine, les augmentations de l'activité de la sérotonine dans le noyau central de l'amygdale, comme nous l'avons observé chez les rats déficients en L-lysine, ont des effets anxiogènes.

Dans la deuxième partie de l'étude, l'hypothèse ci-dessus a été testée à l'aide de l'appareil labyrinthe additionnel surélevé. En plus des mesures conventionnelles, nous avons mesuré la posture « dresser la tête » dans les bras fermés, qui est un comportement exploratoire normal dirigé dans les bras fermés, et la posture exploratoire accompagnée de tension dans les bras ouverts, un comportement affiché dans des situations stressantes. La posture exploratoire s’accompagnant de tension caractérise le conflit approche-évitement, qui optimise le comportement adaptatif au stress et est sensible aux médicaments anxiolytiques. Conformément à l'hypothèse de la sérotonine et à l'augmentation de l'activité de la sérotonine dans le noyau central de l'amygdale chez les rats déficients en L-lysine, le choc des pieds a déclenché un effet anxiogène chez les rats déficients en L-lysine mais pas chez les témoins.

Le stress joue un rôle majeur dans les troubles intestinaux fonctionnels. La stimulation du transit colique est le schéma le plus cohérent dans la réponse de motilité du tractus intestinal au stress aigu. Une forte relation positive entre l'anxiété induite par le stress et le syndrome du côlon irritable a été rapportée chez l'homme. Sur la base des résultats des parties précédentes de cette étude, nous avons émis l'hypothèse que les rats déficients en L-lysine sont caractérisés par une excrétion fécale plus importante, lorsque celle-ci est stimulée par un stress par contrainte, que leurs homologues normalement nourris. L'hypothèse a été confirmée pendant 2 h d'exposition au stress par contrainte. Cela peut avoir été associé à l'augmentation de la sérotonine dans le noyau central de l'amygdale en raison de la déficience en L-lysine, ou la déficience en L-lysine peut avoir déclenché une activation directe de la sérotonine dans le côlon, semblable aux changements dans le noyau central de l'amygdale.

En résumé, les rats nourris avec un régime déficient en L-lysine pendant 4 jours, par rapport aux rats normalement nourris, ont été caractérisés par une augmentation de la libération circadienne de sérotonine dans le noyau central de l'amygdale, et de l’anxiété et de l’excrétion fécale induites par le stress. L'adduction chronique d'un régime déficient en L-lysine affecte la sérotonine de l'amygdale et modifie les comportements complexes, tels que la perception du stress. La nécessité de poursuivre les études est soulignée par les parallèles humains de la déficience en L-lysine.

 

[1] MIRO SMRIGA et al., Dietary L-Lysine Deficiency Increases Stress-Induced Anxiety and Fecal Excretion in Rats, Ajinomoto Company Incorporated, Institute of Life Sciences, 2108681 Kawasaki, Japan. J. Nutr. 132: 3744–3746, 2002.

[2] MIRO SMRIGA et al., Dietary L-Lysine Deficiency Increases Stress-Induced Anxiety and Fecal Excretion in Rats, Ajinomoto Company Incorporated, Institute of Life Sciences, 2108681 Kawasaki, Japan. J. Nutr. 132: 3744–3746, 2002.

[3] Abréviations utilisées : AA, acides aminés ; CeA, noyau central de l'amygdale ; EPM, labyrinthe additionnel surélevé ; 5-HT, sérotonine.