Saccharomyces boulardii modulates dendritic cell properties and intestinal microbiota disruption after antibiotic treatment

Saccharomyces boulardii is a non-pathogenic yeast with biotherapeutic properties that has been used successfully to prevent and to treat various infectious and antibiotic-associated diarrheas. The intestinal microbiota is responsible for colonization resistance and immune response to pathogens but can be disrupted by antibiotics and lose its barrier effect. Dendritic cells (DCs) are professional antigen-presenting cells of the immune system with the ability to initiate a primary immune response or immune tolerance. In a human microbiota-associated mouse model, we evaluated the influence of S. boulardii on the composition of the microbiota and on the properties of dendritic cells in normal homeostatic conditions and after antibiotic-induced stress. The DCs were derived from splenic precursors. Membrane antigen expression and phagocytosis of FITC-latex beads by DCs were evaluated by flow cytometry. The molecular analysis of the microbiota was performed with fluorescence in situ hybridization (FISH) combined with flow cytometry or confocal microscopy using group specific 16S rRNA targeted probes. This evaluation was conducted during and after a 7-day oral treatment with amoxicillin-clavulanic acid alone and in combination with the administration of the yeast. The antibiotic treatment increased the phagocytic activity of DCs. Their antigen presenting function (MHC class II antigen and CD 86 costimulatory molecule membrane expression) was up-regulated. This reflects a functional activation of DCs. In the presence of S. boulardii, the modification of membrane antigen expression was down regulated. To correlate these modifications to the microbiota disruption, we analyzed in parallel the composition of the intestinal microbiota. As previously shown, the amoxicillin-clavulanic acid treatment, both alone and with S. boulardii, did not quantitatively alter the total microbiota. In contrast, after one day of the antibiotic treatment the Clostridium coccoides group decreased dramatically in the two groups of mice treated with the antibiotic. The level then increased regularly, and at days 17, 22 and 24 it increased faster (P < 0.05) in the AB+ Sb group than in the AB group, reaching the initial level at day 29. The Bacteroides group in the two groups of mice increased during the antibiotic treatment and decreased after the antibiotic was stopped, reaching the initial level. The rate of decrease was faster for the AB+ Sb group than for the AB group, with a significant difference (P < 0.05) at days 17 and 22. During antibiotic treatment, the Enterobacteriaceae group became detectable and its level increased in both groups of mice. After discontinuation of the antibiotic, its level decreased to become undetectable at day 29, without significant difference between the two groups. These results showed that S. boulardii treatment tends to restore the balance of the dominant anaerobic microbiota more rapidly in human microbiota associated-mice treated with amoxicillin-clavulanic acid; the results also suggest that the yeast has a role in modulating the specific immune response to microbial associated-molecular patterns. This may explain, at least in part, the beneficial effects of S. boulardii in preventing antibiotic-associated diarrhea. This also suggests that the yeast plays a role in maintaining intestinal homeostasis.

Saccharomyces boulardii est considéré comme un agent biothérapeutique qui a été largement utilisé pour prévenir et traiter diverses diarrhées infectieuses et post-antibiotique. Le microbiote intestinal est à l’origine de la résistance à la colonisation par des pathogènes mais peut être perturbé par des traitements antibiotiques et perdre ainsi ses propriétés de barrière. Les cellules dendritiques sont des cellules professionnelles présentatrices d’antigène avec un double rôle, soit d’induire une réponse immune primaire, soit une tolérance immune. Nous avons évalué, dans un modèle de souris à microbiote humain, l’influence de S. boulardii sur les propriétés des cellules dendritiques et parallèlement sur la composition du microbiote intestinal dans des conditions d’homéostasie et après un stress antibiotique. Les cellules dendritiques ont été obtenues à partir de précurseurs spléniques. L’étude de leurs antigènes membranaires et de leur capacité phagocytaire a été réalisée par cytométrie de flux. L’analyse moléculaire du microbiote a été réalisée par hybridation fluorescente in situ associée à la cytométrie de flux ou la microscopie confocale avec des sondes spécifiques ARN ribosomique 16S fluorescentes. Cette évaluation a été réalisée durant et après 7 jours de traitement par l’amoxicilline-acide clavulanique per os associé ou non à l’administration de la levure. Le traitement antibiotique maintient et augmente l’activité phagocytaire des cellules dendritiques issues de la rate des souris traitées par l’antibiotique. Les marqueurs membranaires d’activité de présentation de l’antigène et (antigène Ia du cmH de classe II et molécule co-stimulatrice CD86) sont aussi positivement régulés. En présence de S. boulardii, l’expression des antigènes membranaires est négativement régulée. Le microbiote a été analysé parallèlement pendant et après le traitement par l’amoxicilline-acide clavulanique associé ou non à l’administration de S. boulardii pour corréler l’activation des cellules dendritiques aux modifications du microbiote. Le traitement par l’association amoxicilline-acide clavulanique associé ou non à S. boulardii ne modifie pas quantitativement le microbiote total. En revanche, après un jour de traitement antibiotique, la proportion du groupe Clostridium coccoides diminue massivement dans les deux groupes de souris traités par l’antibiotique. Puis, après l’arrêt du traitement antibiotique, la proportion de ce groupe augmente régulièrement ; à j17, j22 et j24, le pourcentage augmente plus vite dans le groupe antibiotique plus S. boulardii (AB+ Sb) que dans le groupe AB seul (P < 0,05) pour atteindre le niveau initial à j29. Dans les deux groupes de souris, le groupe Bacteroides augmente pendant le traitement antibiotique et diminue après l’arrêt de l’antibiothérapie pour retrouver les valeurs initiales. La diminution est plus rapide dans le groupe AB+ Sb que dans le groupe AB (P < 0,05 à j17 et j22). Pendant le traitement antibiotique, les Enterobacteriaceae deviennent détectables dans les deux groupes et leur proportion augmente dans les deux groupes traités par l’antibiotique. Après arrêt de l’antibiotique, le taux diminue dans les deux groupes pour redevenir indétectable à j29. Ces résultats montrent que S. boulardii a tendance à restaurer plus rapidement l’équilibre du microbiote intestinal après perturbation par un traitement antibiotique et suggèrent que S. boulardii a des effets modulateurs de la réponse immune spécifique vis-à-vis des antigènes microbiens. Ces propriétés pourraient expliquer au moins en partie les effets bénéfiques de la levure dans la prévention des diarrhées associées aux antibiotiques. Cela suggère aussi un rôle régulateur dans le maintien de l’homéostasie digestive.