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Problématique personnelle: Quels mécanismes biochimiques sous-tendent l’intolérance au lactose, et comment peuvent-ils être exploités pour développer des solutions enzymatiques ou alimentaires efficaces permettant une meilleure digestion du lactose?

               D'après France Assos Santé, l'intolérance au lactose est définie comme

¨Un problème digestif lié à l’absence ou à l’insuffisance d’une enzyme nécessaire à l’assimilation du lactose : la lactase. ¨

Donc l’intolérance au lactose peut être causée non seulement par la consommation de fromage, mais aussi par le lait, le yaourt, la glace et les plats et produits contenant les dérivés laitiers. Au base, le lait est la cause principale:

• Le lait est un liquide blanchâtre sécrété par les glandes mammaires des femelles mammifères. Dans les premiers jours après la parution, cette sécrétion est appelée colostrum. Sa fonction première est de nourrir les petits jusqu’au sevrage. Le lait, les fromages et les yaourts forment l’une des cinq familles alimentaires essentielles. Leur particularité réside dans leur teneur élevée en calcium, en protéines de haute qualité, ainsi qu’en vitamines et minéraux. Le Programme national nutrition santé (PNNS) recommande d’en consommer trois portions par jour, en variant les sources.  

Un peu d’histoire

L’Homme a commencé à boire du lait autre que maternel lorsqu’il est devenu éleveur, au Néolithique, période marquée par la domestication des animaux. Initialement élevés pour leur viande et leur peau, les animaux ont rapidement été exploités pour leur lait, permettant de transformer les pâturages incultes en ressources alimentaires. Les preuves archéologiques indiquent que vers 8700 

av. J.-C., les premiers élevages laitiers apparaissent au Proche-Orient, suivis par des traces de laiteries en Mésopotamie vers 2500 

av. J.-C. Dans l’Antiquité, Grecs et Romains privilégiaient le lait de brebis et de chèvre. Pendant des millénaires, le lait et ses dérivés étaient principalement consommés localement, en raison des difficultés de transport et de conservation.  

 Les constituants du lait  

 1. Glucides  

Le lait contient environ 50 g de sucres par litre, principalement sous forme de lactose (un disaccharide composé de glucose et de galactose). Les autres sucres ne sont présents qu'à l'état de traces.  

La digestion du lactose nécessite une enzyme spécifique, la lactase, qui scinde ce sucre en ses deux composants assimilables. 

La production de lactase, abondante chez le nourrisson, diminue souvent avec l'âge. Lorsque cette enzyme vient à manquer, le lactose non digéré ferment dans l'intestin, provoquant des troubles digestifs (ballonnements, crampes, diarrhées) : c'est l'intolérance au lactose.  

 2. Lipides  

La teneur en matières grasses varie entre 35 et 45 g par litre, selon la race de l'animal et son alimentation. Le lait contient plus de 400 acides gras différents, répartis comme suit :  

- 65% d'acides gras saturés (acides myristique, palmitique et stéarique)  

- 35% d'acides gras insaturés (dont l'acide oléique, un oméga-9)  

- Présence de cholestérol  

 3. Protéines  

Avec environ 32 g par litre, les protéines du lait se répartissent en trois groupes :  

   1. Les caséines (80%) :  

   - Protéines de grande taille qui coagulent pour former le caillé  

   - Essentielles à la fabrication des fromages  

   - Trois types principaux : α, β et κ (la κ-caséine réagit à la présure)  

    2. Les protéines du sérum (19%) :  

   - Solubles (α-lactalbumine, β-lactoglobuline)  

   - Riches en acides aminés essentiels  

   - Utilisées dans les compléments protéiques  

    3. Les enzymes (1%) : Les caséines et la β-lactoglobuline sont les principales responsables des allergies aux protéines de lait de vache.  

 4. Minéraux et oligo-éléments  

Le lait est particulièrement riche en :  

- Calcium (~1200 mg/L) : minéralisation osseuse, contraction musculaire  

- Phosphore : travaille en synergie avec le calcium  

- Potassium, sodium, zinc, sélénium  

 5. Vitamines  

On distingue :  

- Vitamines hydrosolubles (groupe B, C) :  

    - B1 (métabolisme énergétique)  

    - B12 (globules rouges, système nerveux)  

- Vitamines liposolubles (A, D  -Les laits écrémés contiennent moins de vitamines liposolubles) :  

    - A : vision, santé de la peau  

    - D : immunité, fixation du calcium  

Le lactose et la lactase

 Le lactose a été découvert dans le lait au XVIIe siècle. Il a fallu attendre 300 ans avant que le lactose soit synthétisé en laboratoire et que sa structure chimique précise soit déterminée. Le fait que le lactose puisse provoquer des diarrhées a été signalé avant plus de 100 ans. Il a ensuite été démontré que l'intestin animal et humain contenait une enzyme, la lactase, capable de scinder le lactose en ses deux sucres constitutifs. Comme le lait d'otarie ne contient pas de lactose, l'intestin de ces animaux semblait dépourvu de lactase. 

Le lactose libre est synthétisé à partir d'UDP-galactose et de glucose dans la glande mammaire. La lactose synthase comporte deux sous-unités, la galactosyl transférase et un modificateur de protéines, l'α-lactalbumine. La galactosyl transférase catalyse normalement la formation de N-acétyl lactosamine sur les glycoprotéines: 

 UDP-galactose + N-acétyl glucosamine = > UDP + N-acétyl lactosamine

Cependant, lorsque la sous-unité modificatrice, l'α-lactalbumine, se lie à la galactosyl transférase, le complexe résultant change de spécificité pour devenir une lactose synthase, transférant le galactose au glucose plutôt qu'au N-acétyl glucosamine:

UDP-galactose + glucose = > UDP + lactose

La galactosyl transférase est présente dans la plupart des tissus, mais la lactose synthase est présente uniquement dans la glande mammaire, où son gène est activé pendant la grossesse. À la naissance, l'hormone prolactine induit alors la sous-unité modificatrice α-lactalbumine, de sorte que le sein peut produire du lactose dans le lait destiné au nouveau-né.

 La biochimie de la lactase

 La lactase est un type spécifique de β-galactosidase. 

Il existe trois β-galactosidases présentes dans les tissus humains : 

    1. La lactase spécifique située sur la surface apicale des entérocytes dans les villosités de la bordure en brosse, tournée vers l'extérieur, dont le pH optimal est d'environ 6. Elle décompose le lactose (C12H22O11) en D(+)-galactose et D(+)-glucose, et se trouve uniquement dans l'intestin grêle des mammifères. 

    2.β-galactosidase dans le cytosol des cellules, avec un pH optimal similaire mais qui peut ne pas hydrolyser le lactose. 

    3. β-galactosidase dans les lysosomes, avec un pH optimal de 4,5.

        Chez les bactéries, l'opéron lac classique code non seulement pour une ẞ-galactosidase mais aussi pour une perméase, nécessaire si les bactéries doivent absorber le lactose et accéder à la ẞ-galactosidase cytosolique. Il n’est pas clair si les cellules eucaryotes possèdent une perméase de lactose aussi active dans la membrane plasmique. La levure métabolise mal le lactose externe. Ainsi, le lactose peut être ajouté aux boissons, et même aux bières et bières blondes, sans générer de CO inutile. 

Dans la plupart des cellules eucaryotiques, les B-galactosidases ne voient que les ẞ-galactosides générés par le métabolisme interne, tels que ceux attachés aux lipides et aux protéines. La maladie de Krabb (leucodystrophie à cellules globoïdes) est causée par un déficit en galactosylcérébrosidase intracellulaire.  Mais c’est la perte de lactase intestinale qui est responsable de l’intolérance au lactose, trouveé d'abord dans le duodénum (5 à 6 cm de long), atteint un pic dans le jéjunum (2,5 m de long) et diminue progressivement vers l'iléon (4 à 5 m de long). Nous ne trouvons normalement aucune quantité significative dans le gros intestin, comme cela a été démontré pour la première fois il y a plus de 100 ans.

La lactase intestinale est une enzyme unique, car elle possède deux sites actifs au sein d’une même chaîne polypeptidique.             L’un hydrolyse le lactose, tandis que l’autre a été identifié à l’origine par sa capacité à hydrolyser un glycoside aryl appelé phlorizine, découvert dans l’écorce de pomme, hydrolysé en glucose et en phlorétine, une substance diabétogène. La phlorizine est un aryl x-glucoside lié à la phlorétine et a été découverte à l'origine comme un inhibiteur du mécanisme d'absorption du glucose dans l'intestin grêle SGLT1. La phlorizine est un inhibiteur compétitif du site du lactose. Mais le lactose ne semble pas inhiber le site phlorizine. La lactase de l'intestin grêle est inhibée de manière compétitive par un certain nombre d'autres substances, notamment le tampon commun Tris et la colchicine qui se lie à la tubuline dans les microtubules. Contrairement à la B-galactosidase à pH acide dans les lysosomes, la lactase intestinale n'est pas bloquée par les réactifs SH tels que le p-chloro-mercurobenzaate (PCMB).

Le nom complet est donc lactase-phlorizine hydrolase avec deux numéros de commission des enzymes (EC) - EC 3.2.1.62 pour son activité phlorizine hydrolase (LPH) et EC 3.2.1.108 pour son activité ẞ-galactosidase. Il convient de veiller à utiliser les numéros EC corrects, car certaines publications ont utilisé des numéros incorrects avec l'indice ẞ-galactosidase bactérienne, EC 3.2.1.23.     La lactase de l'intestin grêle n'a aucune similitude de séquence d'acides aminés avec la ẞ galactosidase des bactéries.                 Elle est également différente des suppléments enzymatiques vendus sous le nom de « lactase » dans les magasins d'aliments naturels et des autres types de ẞ galactosidases trouvées dans les cellules eucaryotes. Les substrats naturels du site phlorizine sont les cérébrosides, glycolipides constitués d'un sucre hexose, généralement le galactose, lié par une liaison ẞ à la sphingosine avec un acide gras attaché. La fraction non sucrée est connue sous le nom de céramide. Cette activité enzymatique est donc bien une glycosyl céramidase. Cela explique pourquoi il faut conserver du lactose après le sevrage. L'hydrolyse des cérébrosides fournit de la sphingosine, particulièrement importante dans les membranes du cerveau. La lactase a donc un certain nombre d'activités enzymatiques en plus de l'hydrolyse du lactose, notamment une gamme de ẞ-glycosides (phlorizine, glycolsyl et aryl ẞ-céramides, cellulose, cellobiose, cellotriose, cellotetraose), des β-glucanes présents dans les parois cellulaires des plantes et des champignons que nous mangeons, par exemple - le laminaribose et dans une moindre mesure le gentiobiose, et les ẞ-galactosides. Il hydrolyse également les o- et m-nitro-phényl ẞ-glycosides, utiles comme substrats artificiels dans les analyses. L'hydrolyse des glycosides flavonoïdes et de la pyridoxine-5'-bêta-D-glucoside peut être une source importante de flavonoïdes et de vitamine B6, formant du phosphate de pyridoxal utilisé dans plusieurs enzymes du système énergétique telles que la phosphorylase et les aminotransférases. Le lactose est limité au lait des mammifères terrestres, mais les glycosylcéramides sont présents dans l'alimentation de tous les vertébrés. La lactase n'est pas une enzyme particulièrement puissante, il existe des variations dans l'activité enzymatique maximale (Vmax) lorsqu'elle est saturée de substrat, et dans l'affinité pour le substrat (Km) pour l'activité lactase et phlorizine hydrolase entre les espèces. Le rapport des activités lactase/phlorizine-glycosyl céramidase varie également selon les espèces, de 40 ou 35 : 1 chez le rat ou le singe à 5 : 1 chez l'homme. 

Le pH optimal de la lactase est d'environ 6, avec peu d'activité en dessous de pH 3. Elle serait donc inactive dans l'estomac, où le pH est de 1 à 3. Cependant, le pH augmente dans le duodénum jusqu'à 6-6,5, puis dans le jéjunum et l'iléon jusqu'à 7-8 à mesure que la nourriture s'éloigne de l'estomac. Étant donné que la courbe d'activité du pH de la lactase est inclinée vers un pH alcalin, à pH 8-9, la lactase conserve encore 50 % de son activité maximale à pH 6, ce qui convient à une activité complète dans tout l'intestin grêle, devenant plus alcaline à mesure que la nourriture passe de l'estomac au duodénum, ​​puis à l'iléon. Le pH du gros intestin est compris entre 5,5 et 7.

La biologie moléculaire de la lactase

La lactase humaine est située sur le bras long du chromosome 2 (2p21q). La séquence d’ADN de 55 kb contient 17 exons et se trouve à l’intérieur d’une séquence de 70 kb contenant des éléments de réponse régulatrice. C’est sur la ligne inverse. Chez l’homme, la régulation implique à la fois des mécanismes transcriptionnels et post-transcriptionnels, une régulation transcriptionnelle contrôlant l’apparition de la lactase dans le fœtus juste avant la naissance, et sa perte au sevrage. L’élément du développement responsable de la forte augmentation de la lactase juste avant la naissance est l’action cis, CE-LPH 1". En dépit de recherches approfondies, aucun mécanisme causant l’hypolactasie après le sevrage n’a été identifié. La principale raison en est que les mécanismes potentiels se sont concentrés sur la régulation de l’élément réponse lactase lui-même, plutôt que sur le développement ou la survie des cellules exprimant la lactase. Utilisant des reporters de luciférase, des hybrides de levures, des essais de décalage de gel avec la liaison de facteurs de transcription putatifs, d’anticorps spécifiques, de mutants et de co-transfection de facteurs de transcription particuliers, le principal élément de réponse à la lactase chez l’homme, Le porc et le rat ont été localisés dans un secteur de 1 kb immédiatement en amont du gène, avec quatre régions clés à-894 à 798,227 à-142,299 à 227 et 142 à 17 chez le porc, et une régulation potentielle par le facteur de transcription d’homéodomaine caudal cdx218, HNFla, HIF  (facteur induisant l’hypoxie), HOXC11, FREAC et les facteurs de transcription GATA 4, 5 et 619, connus pour être des facteurs d’homéodomaine intestinaux et gastriques. Les mutations à l’intérieur de 1kb qui ont empêché la liaison du facteur de transcription ont identifié le promoteur minimal se situant entre 200 et 17 depuis le site de départ de la traduction, avec deux sites cdx2, un site HNFla, et le site GATA est à 100-73. Il existe des homologies entre les promoteurs de lactase chez l’homme, le porc et le rat, bien que le promoteur humain comporte deux éléments en tandem alu.       Mais aucun ne peut être lié causalement à la non-persistance de la lactase qui commence au sevrage. Cette perte est très spécifique pour la lactase, et ne se produit pas avec d’autres disaccharidases telles que la sucrase. Le lactose ne régule pas le promoteur de la lactase, contrairement à l’induction de B-galactosidase (EC 3.2.1.23) chez les bactéries.

Afin d’atteindre la membrane plasmatique, la lactase subit une modification post-translationnelle considérable, impliquant la glycosylation et le clivage protéolytique . La lactase humaine est synthétisée sous forme d’une pré-proprotéine de 1927 acides aminés (1926 chez les lapins) . Mais, la protéine mature au niveau du plasma apical. La membrane de l’entérocyte humain ne contient que 1059 acides aminés (1060 chez le lapin). Il se compose de 1014 acides aminés au N-terminus faisant face à la lumière intestinale avec un A869 terminal, une seule membrane couvrant le domaine de 19 acides aminés et un court C-terminus de seulement 26 acides aminés faisant face au cytosol (25 chez les lapins). Lorsque la lactase est synthétisée à partir de l’ARNm sur le ribosome, le peptide signal N-terminal le transloque dans le réticulum endoplasmique (ER), où le peptide signal de 19 acides aminés est clivé. Une fois à l’intérieur de l’ER, le polypeptide d’acide aminé 1908 est clivé, presque en deux. 

Mais, bien que la protéine finale dans la membrane ait un A869 N-terminal, ce n’est pas le site de clivage dans l’ER. La mutation de R868A n’empêche pas le clivage protéolytique et le traitement de la lactase dans les cellules caco-2. Nous avons montré, en utilisant une protéine 'Rainbow' génétiquement modifiée qu’aucun clivage ne s’est produit autour de R868 à ce site dans les cellules caco-2. Deux étapes de protéolyse sont nécessaires pour produire la protéine finale d’acide aminé 1059 dans la membrane plasmatique. Le premier clivage se produit entre R734 et L735 via une protéase de type furine, bien que le rôle de la furine ne soit pas entièrement établi. Cela se produit par le réseau trans de Golgi, le mutant R734/L735 retenant la prolactase dans l’ER, et le traitement étant inhibé par la monensin et le brefeldin A. Le transport sur les microtubules est également nécessaire, puisque la colchicine inhibe la formation de l’enzyme mature, causant l’accumulation de précurseurs.                      Après le clivage, la lactase est glycolylée (15 N-lié prédit) et transportée vers la membrane plasmatique, où la trypsine de lumen intestinal coupe la protéine au peptide 1059 final avec une alanine N-terminale. Les acides aminés clivés N-terminaux 866 (847+19) contiennent des domaines I et II (87-172 et 363-848), avec une similitude de séquence aux domaines actifs III et IV, 883-1365 et 1370-1841. Mais le N-terminus ne semblent avoir une activité B-galactosidase. Il s'agit plutôt d'un chaperon, aidant au repliement de la protéine finale et à son transport réussi vers la membrane plasmique. Le monomère final de l'enzyme lactase a un poids moléculaire d'environ 145 kDa, soit environ 24 kDa de plus que celui estimé à partir de la séquence d'acides aminés seule (121 kDa), ce qui est cohérent avec ses sites lourds liés à l'azote via les asparagines et sa glycosylation liée à l'O via les sérines et les thréonines. Ceux-ci sont nécessaires au repliement et à l’activité efficaces de l’enzyme à la surface cellulaire.         Le dimère final a un poids moléculaire mesuré d'environ 320 kDa.

Il existe donc cinq façons de réduire l'activité de la lactase intestinale : 

   1. Transcription réduite du gène de la lactase et épissage du produit ARNm. 

   2. Traduction réduite de l’ARNm. 

   3. Altération du traitement enzymatique dans l'ER-Golgi, par un mauvais repliement des protéines, une protéolyse ou une glycosylation inappropriée, ou une réduction du transport des protéines vers la membrane plasmique. 

   4. Inhibition de l'activité enzymatique par des substances présentes dans la lumière intestinale. 

   5. Perte de cellules exprimant la lactase par dommages microbiens ou viraux, perte mécanique ou apoptose.

La perte de cellules exprimant la lactase est le principal mécanisme responsable de l'hypolactasie héréditaire, ainsi que de la perte de cellules coeliaques. Il y a eu un certain débat sur le rôle de la régulation transcriptionnelle et post-transcriptionnelle de la lactase. On a trop insisté sur ces éléments pour expliquer la persistance/non-persistance de la lactase. Les entérocytes exprimant la lactase dans les villosités de l'intestin grêle présentent une apparence inégale, ce qui montre qu'ils sont générés par un mécanisme non clonal. La consommation progressive de lactose sur plusieurs semaines ou mois peut augmenter le seuil de lactose avant de tomber malade. Ceci n’est pas dû à une induction spécifique de la lactase intestinale.  

Robert Henry Aders Plimmer en 1906 a montré que la lactase n'était pas induite par son substrat, le lactose. Toute induction alimentaire apparente de la lactase est causée par une hypertrophie intestinale générale. L'incapacité du lactose à affecter le niveau de lactase intestinale chez les mammifères contraste frappant avec la célèbre induction par le lactose de l'opéron lac chez E. coli, et de la sucrase et de l'isomaltase intestinales, qui ne diminuent pas après le sevrage et sont induites par l'ingestion de leurs Les modifications de la sensibilité au lactose signalées par les patients sont très probablement causées par des modifications de la microflore du gros intestin.

Hypolactasie versus intolérance au lactose 

La majeure partie de la population adulte mondiale est « hypolactasique », par rapport à un nourrisson allaité. Ils ont une faible teneur en lactase et sont donc non persistants en lactase. 

Trois mécanismes peuvent en être la cause : 

    1. Perte congénitale. Ceci est très rare, bien que le défaut génétique se retrouve particulièrement dans la population finlandaise et semble être une perte totale de lactase. Jusqu'à récemment, le mécanisme d'une telle alactasie était inconnu.                           Les premières études suggèrent qu'il mappe sur le gène de la lactase, vers le gène MCM, il pourrait donc s'agir d'un défaut de régulation plutôt que d'une mutation au sein du gène de la lactase lui-même. Cependant, des mutations ont maintenant été identifiées dans le gène de la lactase lui-même, responsables d'un déficit congénital en lactase. La caractérisation de cinq mutations dans la région codante du gène de la lactase a montré que 84 % étaient homozygotes pour une mutation non-sens, T4170A (Y1390X), désignée « Fin (Majeure »). Quatre autres mutations rares, dont deux entraînant un changement de cadre et une troncature précoce à $1666fsX1722 et $218fsX224, et deux mutations ponctuelles entraînant des substitutions Q268H et G1363S du polypeptide 1927aa. Tous les quatre conduisent à une structure protéique avec une enzyme inactive. 

    2. Perte héréditaire au sevrage. C'est la norme chez tous les mammifères, à l'exception des Européens blancs du Nord et de certains autres groupes ethniques.

    3. Perte secondaire. Cela peut survenir à la suite d’infections intestinales bactériennes, virales ou protozoaires. Ceux-ci incluent le rotavirus, le protozoaire Giardia et les trypanosomes intestinaux. Le contrôle endocrinien par les hormones sexuelles et thyroïdiennes, ainsi que le vieillissement, peuvent également affecter les niveaux de lactase dans l'intestin grêle. 

Il est important de les distinguer lors du traitement clinique d’une personne ou lors d’enquêtes génétiques. Seule la perte secondaire de lactase est potentiellement réversible et donc traitable. La lactase peut également être réduite dans un certain nombre d'autres conditions d'intolérance alimentaire 30 telles que la maladie coeliaque. Dans toutes les cellules eucaryotes, le réticulum endoplasmique (RE) possède un système de signalisation qui communique avec le cytosol, la membrane plasmique et le noyau. Ce système détermine si une cellule déclenche un signal Ca pour activer une réponse finale, traverse la cellule tout au long de son cycle de division, si la cellule se défend contre des stress tels que la génération de grandes quantités de protéines dépliées dans le RE ou meurt par apoptose. Le stress aux urgences entraînera un réduction de la lactase atteignant la membrane plasma. Il s’agit susceptible d’être particulièrement pertinent pour la perte de lactase dans les infections intestinales.

La génétique de la lactase 

Les gènes de l'intolérance au lactose ont été étudiés de manière approfondie dans les populations européennes blanches et dans les populations non blanches du monde entier. La présentation de la génétique n'est pas très claire. La plupart des généticiens soutiennent que la persistance de la lactase est un trait autosomique dominant, alors que la non-persistance est récessive. Les personnes homozygotes pour la persistance de la lactase conservent des niveaux élevés de lactase jusqu’à l’âge adulte. Ceux qui sont homozygotes pour la non-persistance de la lactase ont de faibles niveaux de lactase à l'âge adulte. Les adultes hétérozygotes ont des taux de lactase intermédiaires. Mais cliniquement, ces distinctions ne sont pas si claires. Il existe une énorme variation entre les phénotypes individuels, à la fois en termes d'hypolactasie et de seuil d'intolérance au lactose. Certains patients en ont le plus. les symptômes graves sont hétérozygotes pour certains marqueurs génétiques. étroitement liée à la non-persistance de la lactase. Le phénotype n'est pas "tout ou rien". Un problème est de savoir comment évaluer l’hypolactasie. Cela se fait généralement à partir d’une petite biopsie. L’intestin grêle est une incroyable machine à absorber, repliée encore et encore pour la compacter dans la cavité péritonéale. Entièrement ouvert, sous la forme d'une seule couche cellulaire, les estimations de la surface de l'intestin grêle varient de la taille d'un court de tennis à la moitié de la taille d'un terrain de football à Old Trafford ! Cela pose des problèmes lors de l’interprétation des mesures d’une seule biopsie. C'est comme prendre un brin d'herbe du Millennium Stadium de Cardiff pour découvrir si l'ensemble du terrain est apte à disputer la finale de la Coupe. C'est le niveau global de lactase dans l'ensemble de l'intestin grêle et l'efficacité du transporteur de sucre SGLTI qui déterminent si tout le lactose est d'abord clivé, puis le glucose et le galactose qui en résultent sont entièrement absorbés dans l'intestin grêle, avant d'avoir une chance d'atteindre les bactéries du gros intestin. Les taux de lactase intestinale sont faibles chez le fœtus, contrairement à la sucrase. La lactase n'apparaît chez le fœtus que quelques jours avant la naissance, pour atteindre un pic environ 3 jours après, juste ce qu'il faut pour que le bébé reçoive le lactose du lait maternel. Après le sevrage, environ 6 à 12 mois plus tard, la lactase commence à diminuer. Le taux de ce déclin varie considérablement selon les groupes ethniques 17.32. En chinois et en japonais, la lactase diminue rapidement après l'âge de 2 à 3 ans, pour atteindre son niveau le plus bas vers l'âge de 5 à 10 ans. Chez les Asiatiques, le taux de déclin est légèrement plus lent, mais ce groupe a néanmoins perdu environ 75 % de sa population. lactase par leur adolescence. En revanche, chez les 8 à 10 % de blancs d’Europe du Nord qui perdent de la lactase après le sevrage, le taux de diminution est plus lent et la lactase n’atteint pas son nadir avant presque l’âge adulte. Le niveau ultime de lactase varie également entre les groupes ethniques (tableau 1), étant le plus bas chez les adultes chinois et japonais, qui ne conservent que 5 à 10 % de ce qu’ils avaient en tant que nourrissons. Chez les Européens qui perdent leur lactase après le sevrage, le taux éventuel peut être de 30 à 50 % qu’ils avaient lorsqu’ils étaient bébés. Cependant, on ne sait pas exactement ce que ces chiffres signifient. Les activités de la lactase humaine sont mesurées à partir des biopsies et sont exprimées en U/mg poids intestinal ou /mg protéines, ou comme ratio par rapport à la sucrase-isomaltase. Supposons que ces valeurs ne représentent que 5 % des valeurs trouvées chez un nourrisson allaité, c.-à-d. 1/20, ce qui compte est l’activité totale de tout l’intestin grêle. La longueur et la surface, et donc le nombre de cellules exprimant la lactase, de l’intestin grêle d’un adulte seront beaucoup plus grandes qu’à l’âge de quelques jours. Étant donné que la taille de l’intestin grêle entier d’un adulte est probablement environ 20 fois celle du nourrisson, alors si l’activité par unité de poids est 1/20 que pour un nourrisson allaité, le niveau total de lactase dans tout l’intestin sera le même. Un nourrisson allaité ingère peut-être 1 litre de lait par jour. plus que la plupart des Européens du Nord. Ce simple calcul montre que si un adulte a perdu 95 % de sa lactase totale, le niveau par unité de poids ou de protéines ne devrait être que de 1 % chez un nourrisson. Cela soulève la question de savoir si le concept d’hypolactasie est erroné. Ces variations confondent la définition du phénotype dans les études génétiques, en particulier si les symptômes après une charge de lactose, plutôt que l’activité enzymatique, sont utilisés comme critère principal. Ces variations brouillent la définition du phénotype dans les études génétiques, en particulier si les symptômes après une charge de lactose, plutôt que l'activité enzymatique, sont utilisés comme critère principal. L'intestin grêle est composé de trois segments principaux. Le duodénum se connecte à partir de l'estomac. Cela mène ensuite au jéjunum, puis à la section la plus longue, l'iléon, qui se connecte ensuite au gros intestin. Les biopsies sont souvent réalisées dans le jéjunum. Mais une personne très sensible au lactose subit-elle une perte importante de l’iléon ? Nous avons besoin d’un indicateur TEP ou IRM capable d’évaluer la lactase totale dans l’ensemble de l’intestin grêle. De nombreuses tentatives ont été menées pour découvrir un polymorphisme, et donc un mécanisme moléculaire, expliquant la perte de lactase au sevrage. On suppose que la persistance/non-persistance de la lactase est un trait polymorphe, dans lequel les fréquences alléliques ont été affectées par la sélection, mais où une dérive génétique s'est également produite pour influencer la fréquence des haplotypes dans une population particulière. L'haplotype est une unité génétique unique sur un chromosome, c'est-à-dire. un membre d'une paire d'allèles. La distribution unimodale des niveaux de lactase chez les nourrissons le passage à une distribution trimodale chez les adultes, avec l'apparition d'une intolérance au lactose chez les jumeaux monozygotes, conforte l'hypothèse selon laquelle la persistance de la lactase est un trait héréditaire dominant, avec l'expression des gènes sur les deux chromosomes. La persistance de la lactase est plus courante dans le nord-ouest de l'Europe, les niveaux les plus élevés étant enregistrés en Suède et au Danemark. Le niveau moyen de lactase dans la population diminue vers le sud. Un déclin similaire vers le sud est observé lorsque l’on compare le nord et le sud de l’Inde. Plusieurs groupes ethniques et races, connus pour être non persistants en lactase, ont encore du lait dans leur alimentation. Il s'agit notamment des Mongols et de plusieurs groupes d'Afrique, les tribus Herero, Nuer et Dinka. Les vaches sont parfois conservées comme symbole de statut social ; par ex. les Dinkas et les Hindous. Mais le « lait » est souvent ingéré sous forme de produit fermenté comme le yaourt ou le fromage où les niveaux de lactose sont bien inférieurs à ceux du lait. Plusieurs polymorphismes ont été trouvés dans les introns et les exons du gène de la lactase et de son promoteur, mais aucun n'est en corrélation constante avec la persistance/non-persistance de la lactase. L'haplotype a des fréquences élevées uniquement dans la population d'Europe du Nord, qui a une forte prévalence de persistance de la lactase. L'haplotype U est pratiquement absent dans la population indo-européenne. Les haplotypes semblent se trouver dans une vaste région de déséquilibre de liaison, où il existe des preuves de dérive génétique dans l'évolution, mais ils n'aident pas à identifier la véritable base de la persistance de la lactase. Les homozygotes pour la non-persistance de la lactase expriment de faibles niveaux d'ARNm dans les deux chromosomes. Les hétérozygotes expriment des niveaux élevés d'ARNm à partir de l'autre chromosome. La question clé est donc la suivante : quelle est la base cellulaire de cela ? 

Une percée apparente a été rapportée par un groupe finlandais". Deux polymorphismes ont été trouvés dans les introns de l'hélicase MCM6, 14 Kb en amont (sur le brin d'ADN inverse, comme la lactase) du gène de la lactase lui-même, C/T13910 dans l'intron 13 et G/A 22018 dans l'intron 9, numérotés à partir du codon d'initiation ATG du gène de la lactase. Les homozygotes CC et GG avaient le niveau le plus bas de lactase. Les homozygotes TT/AA avaient des niveaux complets de lactase, les hétérozygotes se situant au milieu. De manière encourageante, plusieurs études cliniques, dont la nôtre, ont montré que ces polymorphismes. constituent un complément utile à la gestion clinique. Il existe donc cinq génotypes possibles : CC/GG, CC/GA, CT/GA, CT/AA et TT/AA. Dans notre analyse initiale, 210 patients référés avec des problèmes intestinaux et autres inexpliqués ont été étudiés. 14,5 % étaient homozygotes CC/GG, 39 % étaient hétérozygotes CT/GA et 46,5 % étaient homozygotes TT/AA. Un seul patient était CC/GA et a répondu en tant que CC/GG. Tous les CC/GG ont été diagnostiqués intolérants au lactose, 83 % des CT/GA et 73 % des TT/AA. Dans le groupe témoin, sans antécédents de symptômes intestinaux ou systémiques, aucun n’était CC/GG. 13 % étaient CT/AG et 87 % TT/AA. Bien qu'il ait été rapporté que ces polymorphismes peuvent réguler l'expression de la lactase in vitro, ces données ne soutiennent pas l'hypothèse selon laquelle l'un ou l'autre des deux polymorphismes est mécaniquement à l'origine de l'hypolactasie. Plusieurs familles intolérantes au lactose étaient TT/AA, et les études finlandaises et italiennes avaient des individus qui étaient persistants en CC et en lactase, ou des TT qui étaient non persistants en lactase. Il ne semble pas non plus y avoir de corrélation entre l’expression de l’ARNm de MCM6 et la lactase dans les cellules intestinales des individus présentant une hypolactasie ou une persistance de la lactase. 

Il y a deux explications à cela : 

1. Les polymorphismes C/T et G/A sont simplement un marqueur étroitement lié à la persistance/non-persistance de la lactase. 2. Il existe une hétérogénéité génétique provoquant la persistance/non-persistance de la lactase : c'est-à-dire qu'il y a plus d'une mutation qui en est la cause. persistance/non-persistance de la lactase.

La lactase est synthétisée dans des cellules spécifiques qui commencent leur vie par division à partir de cellules souches situées dans la fente des villosités de l'intestin grêle. L’intestin est constitué de rangées et de rangées de projections ressemblant à des doigts. Celles-ci sont appelées villosités et sont de petits plis le long de l’intestin, tapissés de cellules. Au fur et à mesure que les cellules remontent dans chaque villosité, le gène de la lactase est activé et le produit lactase est traité de manière à apparaître sur la surface apicale. Les cellules sont dispersées de manière non clonale. Ils présentent le principe du « Rubicon », par exemple. le niveau ultime de lactase dans tout l’intestin grêle dépend du nombre de cellules exprimant la lactase, plutôt que du niveau de lactase lui-même dans chaque cellule. Si vous ne possédez que 10 % de la lactase que vous aviez lorsque vous allaitiez, vous n'aurez probablement qu'un petit % de cellules exprimant pleinement la lactase que vous aviez lorsque vous étiez bébé. Le niveau final de lactase dans l’intestin serait encore réduit par une régulation négative de la transcription. Cela implique un mécanisme de développement fascinant, impliquant peut-être la méthylation de l'ADN, puisque des milliers de cellules de villosités intestinales exprimant la lactase sont remplacées chaque année. jour. Comme toute mère vous le dira, il existe un processus biologique très simple qui enlève au bébé l’apparence de ses dents. Ainsi, un candidat évident pour désactiver les cellules lactase serait les gènes homéobox dentaires à feuilles caduques, tels que bmp-4, msx-1 et -2, shh, dlx-1 et 2 et lef136. Nous avons également observé que les enfants dont un parent a été diagnostiqué intolérant au lactose semblent devenir sensibles au lactose à mesure qu’ils ont leurs dents secondaires et peuvent devenir complètement sensibles au lactose après la puberté.

Comment l'incapacité à digérer le lactose entraîne des symptômes

Les symptômes apparaissent lorsque le lactose, non digéré dans l'intestin grêle, atteint les bactéries du côlon. Ces bactéries métabolisent le lactose, produisant des gaz qui dilatent l'intestin, provoquant douleurs et flatulences, ainsi que des toxines qui, une fois réabsorbées par l'organisme, ont des effets nocifs sur divers tissus, notamment les neurones, les cellules cardiaques, d'autres muscles, les cellules endocrines et les cellules du système immunitaire. 

Deux causes peuvent empêcher la digestion du lactose dans l'intestin grêle :

1. Une insuffisance de lactase.

2. Une absorption insuffisante des monosaccharides après clivage du lactose.

L'insuffisance survient soit par manque de protéines, comme dans l'hypolactasie, soit par inhibition par un aliment. La lactase est inhibée de manière compétitive et non compétitive par un certain nombre de substances naturelles. Cependant, aucune n'a encore été démontrée comme étant impliquée dans l'intolérance au lactose. Cependant, l'absorption du galactose et du glucose, par l'intermédiaire du transporteur SGLTI dépendant du sodium à la surface apicale des entérocytes de l'intestin grêle, peut être inhibée par plusieurs substances présentes dans les aliments. Le SGLTI permet aux monosaccharides d'être transportés dans les cellules contre un gradient de concentration, en utilisant le gradient de sodium comme source d'énergie. Le glucose et le galactose sont ensuite transportés dans le sang de l'autre côté (basolatéral) de la cellule par un autre transporteur de glucose indépendant du sodium appelé GLUT2. Le galactose est rapidement métabolisé par le foie, car il est toxique pour l'œil et d'autres cellules. Cette voie est inhibée par l'éthanol, d'où l'utilisation de l'éthanol dans les tests précoces de tolérance au lactose utilisant la mesure du galactose et/ou du glucose sanguins comme indicateur. Le SGLTI est inhibé par les tri- et tétrasaccharides, le raffinose et le stachyose3.37. On les trouve dans les haricots, les légumineuses, les légumes-racines comme le panais et les pois chiches utilisés dans la production d'humus. Ces sucres provoquent des gaz et des toxines dans Le gros intestin, car non seulement ils ne sont pas dégradés dans l'intestin grêle, mais ils inhibent également l'absorption du glucose et du galactose. Ainsi, le glucose issu de l'hydrolyse de l'amidon ou du lactose aboutit dans le gros intestin. Tous les sucres ne sont pas transportés dans les cellules épithéliales intestinales par SGLTI. Le fructose utilise un autre transporteur, la diffusion facilitée par GLUT5, qui n'utilise pas le gradient de Na. Le fructose intracellulaire, comme le glucose, est ensuite transporté dans le sang par GLUT2 de l'autre côté de la cellule. GLUT5 peut être surchargé et inhibé par certaines substances présentes dans les aliments et les boissons. Le fructose a un goût plus sucré que le glucose ou le saccharose. C'est pourquoi l'évolution en a fait le principal édulcorant des fruits comme les pommes et les raisins. Une de nos patientes est tombée malade après avoir bu deux verres de jus de pomme maison. Nous avons estimé qu'elle avait bu l'équivalent de 20 pommes ! Comme pour le lactose, une industrie du fructose s'est développée ces dernières décennies, l'incorporant sous forme de sirop de maïs pour sucrer de nombreux aliments et boissons. D'autres composés, naturels ou additifs alimentaires, pourraient-ils également inhiber SGLTI ou GLUT5 ? L'un des candidats est l'α-coumarine, la couleur orange du jus d'orange, car plusieurs patients se plaignent de maux de tête 2 à 3 heures après avoir bu du jus d'orange. Le pamplemousse contient une substance qui interagit avec les canaux calciques.

Hypothèse de la toxine bactérienne 

le lactose lui-même, ainsi que le galactose, pourraient être toxiques s’ils étaient absorbés dans la circulation sanguine. Cependant, la principale cause des symptômes d’intolérance alimentaire est la production de gaz et de toxines par les bactéries intestinales. Le gros intestin contient environ 1 014 bactéries, soit 100 fois plus de cellules que le reste de notre corps. Il en existe plus de 1 000 espèces différentes. La teneur en oxygène du gros intestin est faible, probablement inférieure à 1 µM, soit 1/200 de celle de l’eau saturée en air. Ainsi, plus de 90 % des bactéries présentes sont anaérobies. Au moins 25 % sont des Bifidobacter, le reste étant constitué d’autres anaérobies stricts. Certaines, comme les Bacteroides, sont si sensibles à l’oxygène qu’il est très difficile de les cultiver directement à partir d’échantillons intestinaux, car elles meurent immédiatement à l’air. Les autres eubactéries sont principalement des anaérobies facultatifs. Moins d’un 1/1 000 des bactéries intestinales sont aérobies. On y trouve également des archéobactéries, responsables de la production de méthane. On peut également y trouver des levures comme Candida et des champignons. Les bactéries libèrent une grande variété de substances. En cas de faible teneur en oxygène, le métabolisme bactérien du lactose et d'autres glucides produit des gaz et diverses petites molécules organiques. L'absorption de ces derniers est à l'origine des symptômes de l'intolérance au lactose. 

Pour produire de l'ATP, les bactéries anaérobies utilisent la phosphorylation au niveau du substrat plutôt que la phosphorylation oxydative. Si le NADH issu de cette réaction n'est pas réoxydé en NAD, la glycolyse s'arrête. Lors de l'exercice musculaire, nous générons du L-lactate :

H+ + NADH + pyruvate → NAD++ L-lactate (3)

Les bactéries anaérobies ont développé plusieurs autres voies ingénieuses pour éliminer le H du NADH, par « fermentation ». Plusieurs bactéries intestinales produisent du D-lactate au lieu du L-lactate. La mesure du D-lactate sanguin peut donc être un bon indicateur de l'activité bactérienne, par exemple chez les nouveau-nés stressés. L'une des principales voies d'élimination du H du NADH est la production de gaz, à l'origine des flatulences. 

Le gaz principal est le H₂, avec un peu de CH4 provenant des archéobactéries. De nombreuses bactéries contiennent une formiate hydrogénase inductible, découverte par Marjory Stephenson dans les années 1930, qui convertit le formiate en CO₂ et H₂ :

HCO₂H → CO₂ + H₂ (4)

Le H₂ peut alors servir de substrat aux archées méthanogènes :

4H₂ + CO₂ → CH₂ + 2H₂O (5)

Cela explique pourquoi, chez certains patients, le CH₂ est un indicateur clinique utile, lorsque l'ingestion de lactose entraîne une faible, voire aucune, concentration de H₂ dans l'air expiré. Dans ce cas, le H₂ a été converti en méthane. H₂ et Les CH₁ sont donc les principaux gaz des flatulences, avec un peu de H₂S provenant des bactéries sulfureuses. L'absorption de ces gaz dans le sang permet de les détecter dans l'air expiré. De plus, il existe plusieurs autres voies pour éliminer le H du NADH, générant des alcools, des diols, des aldéhydes, des cétones et des acides. Ceux-ci comprennent l'acétaldéhyde, l'acétoïne, le butane 2,3 diol, le diméthyl glyoxal, le diacétyle, l'éthanol, le formiate, le méthane, le propane 1,3 diol et les acides gras à chaîne courte. Plusieurs de ces composés ont été détectés dans des échantillons de sang prélevés lors d'un test de tolérance au lactose, indiquant que les bactéries coliques métabolisent activement le lactose. Ironiquement, la seule enzyme dont on ne souhaite pas voir le substrat est l'α-galactosidase chez les bactéries, dont l'induction par le lactose a conduit à la découverte de l'ARNm par Jacob et Monod, annonçant la révolution de l'ADN. Car une fois que l'α-galactosidase des bactéries du gros intestin détecte le lactose, elle le métabolise en gaz et toxines. Les diols constituent un groupe crucial de toxines potentielles. Le butane-2,3-diol est un produit de fermentation du glucose, dont trois sont naturellement présents. Français : stéréoisomères présents : méso, 2R, 3R (-), 2S, 3S (+). Le propane 1,3 diol est un produit de fermentation du glycérol. Harden et Walpole ont montré que les produits de fermentation d'Aerobacterer aerogenes différaient de ceux produits par E. coli, constitués principalement de butane 2,3 diol et d'acétoïne. La production d'acétoïne et de son produit d'oxydation, le diacétyle, est la base du test de Voges-Proskauser largement utilisé en bactériologie. D'autres bactéries capables de produire du butane 2,3 diol comprennent : Klebsiella, Enterobacter, Serratia, Bacillus, Lactobacillus et Aeromonas, qui peuvent tous être trouvés dans le côlon humain, bien que le butane 2,3 diol ne soit pas le seul produit de fermentation. Trois enzymes sont nécessaires à la production de butane 2,3 diol à partir de pyruvate : l'α-acétolactate synthase, l'α-acétolactate décarboxylase et l'acétoréductase. Chez Enterobacter et Klebsiella, la production de butane 2,3 diol en culture nécessite un pH acide et la présence d'acétate comme régulateur.

La concentration plasmatique de butane 2,3 diol chez l'homme sain ou l'alcoolique est de 10 à 100 µM. Si le lactose d'un verre de lait (environ 10 g) était converti en butane 2,3 diol, la concentration locale de ce diol dans l'intestin serait de 100 à 200 mM. Le butane 2,3 diol et le propane 1,3 diol génèrent des concentrations transitoires de Ca²+ chez E. coli (Figure 6). Le rôle du Ca²+ libre cytosolique comme signal intracellulaire est bien établi dans les cellules eucaryotes. Cependant, le rôle du Ca2+ intracellulaire chez les bactéries est moins bien établi. Les concentrations transitoires de Ca²+ et les effets des diols sur la croissance (Figure 7) suggèrent que les produits de fermentation des sucres pourraient déterminer l'équilibre des espèces bactériennes dans le côlon. Des modifications de l'expression génétique entraînant une diminution de seulement 10 % du temps de génération entraîneraient, par sélection darwinienne-Wallace, une domination de plus de 90 % de ces bactéries en 20 temps de génération, soit moins de 24 h. D'autres toxines bactériennes comprennent des produits de dégradation d'acides aminés tels que le phénol-crésol, les indoles et les scatoles, ou des toxines peptidiques et protéiques. Les toxines bactériennes sont des molécules de signalisation primitives. Elles agissent sur les voies qui activent ou désactivent les cellules du système nerveux, du cœur, des muscles et du système immunitaire. Le butane-2,3-diol semble également affecter la signalisation du Ca²+ dans le cytosol et le RE des cellules en culture tissulaire, ainsi que l'apoptose (Trimby et Campbell, non publié). Dans un système invertébré modèle – la daphnie – le lactose induit une arythmie cardiaque, similaire à celle observée chez 25 % de nos patients intolérants au lactose. L'idée que les bactéries intestinales puissent libérer des toxines est vieille de plus de 100 ans. 

Elie Metchnikoff fut l'un des fondateurs de l'immunologie moderne, découvrant les phagocytes pour lesquels il reçut l'un des premiers prix Nobel avec Ehrlich en 1902. Son véritable « bébé » intellectuel était l'idée que les bactéries intestinales produisent des toxines. Il écrivait : « Le gros intestin doit être considéré comme l'un des organes que possède l'homme et pourtant nocif pour sa santé et sa vie. Le gros intestin est le réservoir des déchets des processus digestifs, et ces déchets stagnent suffisamment longtemps pour se putréfier. Les produits de la putréfaction sont nocifs. » « La putréfaction bactérienne est la cause de toutes les maladies. Il a même mené des expériences en injectant du crésol et d'autres toxines présumées à des souris, montrant qu'elles pouvaient être mortelles. Une question clé est de savoir si les sucres comme le lactose peuvent induire l'expression génétique et la croissance de bactéries productrices de toxines, par opposition à celles qui produisent simplement des gaz. Et aussi s'il existe seulement une ou deux espèces de bactéries capables de produire de grandes quantités de toxines, analogues à Helicobacter dont la découverte a révolutionné le traitement des ulcères d'estomac. »

La science de la prise en charge clinique de l'intolérance au lactose. 

Le syndrome du côlon irritable (SCI), caractérisé par des troubles intestinaux inexpliqués (douleurs, ballonnements, gaz, gargouillements, diarrhée ou constipation), est le problème le plus fréquent rencontré par les gastro-entérologues. Mais les patients peuvent également se plaindre de symptômes non intestinaux (systémiques), notamment de violents maux de tête récurrents, de fatigue chronique, de perte de concentration et de vertiges, de douleurs musculaires et articulaires, d'allergies telles que l'eczéma, le prurit, l'urticaire, l'asthme, la sinusite, la rhinite et Rhume des foins, palpitations cardiaques et miction augmentée-3,45. Ce sont ces symptômes non intestinaux, et leur irrégularité, qui rendent le diagnostic difficile. Un pourcentage élevé de ces patients sont intolérants au lactose. Dans certains cas, cela explique tous leurs symptômes, tandis que d'autres présentent une intolérance alimentaire plus large, souvent à d'autres glucides tels que le fructose et l'amidon sous certaines formes, ainsi qu'aux aliments contenant du stachyose ou du raffinose (Figure 1). Leur seuil d'intolérance à ces aliments sans lactose varie considérablement, ce qui complique le diagnostic et le traitement. Les patients diagnostiqués sans intolérance au lactose étaient tous C/T ou T/A. Cependant, aucune différence n'a été observée dans le nombre total de symptômes rapportés par le génotypage C/T13910 entre les groupes intolérants et non intolérants au lactose. Cependant, une différence majeure a été constatée entre ces deux groupes lorsque le lactose a été supprimé de l'alimentation. 100 % des patients CC/GG, 83,3 % des patients CT/GA et 76,3 % des patients TT/AA ont été diagnostiqués intolérants au lactose. 

Par conséquent, un test respiratoire est inutile pour les patients CC/GG. Ceci représente un avantage considérable, car de nombreux patients souffrent de symptômes prolongés après la dose de 50 g de lactose utilisée dans le test d'intolérance au lactose. Cette révision majeure de la prise en charge clinique de l'intolérance au lactose a non seulement bénéficié aux patients, mais a également permis au NHS de réaliser d'importantes économies. Nombre de nos patients consultaient régulièrement leur médecin généraliste et leur spécialiste et prenaient divers médicaments. La plupart d'entre eux ont désormais arrêté tout traitement médicamenteux et consultent rarement un médecin ! L'arrêt du lactose a réduit le nombre de symptômes, passant de neuf à un en moyenne (Figure 10). Les probiotiques sont des bactéries bénéfiques, comme les lactobacilles, qui peuvent être absorbées avec les aliments et sont censées faciliter la digestion en cas d'intolérance. Cependant, les preuves scientifiques de leurs bénéfices à long terme, par opposition à l'effet placebo à court terme, sont faibles. Il a été suggéré que l'apport alimentaire en lactose avant le test pourrait avoir un effet inverse sur le test respiratoire. Cela concorde également avec la sensibilité accrue ressentie par certains patients lorsqu'ils éliminent le lactose de leur alimentation. De plus, un apport plus élevé en lactose avant le test respiratoire peut réduire les symptômes et le score de gaz, comparativement aux patients ayant un faible apport en lactose avant le test (50 g de lactose). Cela souligne une fois de plus les limites du test respiratoire actuel. Dans notre cohorte de plus de 250 patients, tous adressés pour des symptômes intestinaux et autres inexpliqués, le pourcentage de symptômes totaux (abdominaux et systémiques) rapportés lors du test de tolérance au lactose était significativement plus élevé chez les personnes intolérantes au lactose que chez celles qui présentaient des symptômes intestinaux mais se sont révélées tolérantes au lactose (> 40 %, p = 0,01, n = 130). Cependant, aucune différence significative n'a été observée lorsque les symptômes totaux ont été comparés par le seul génotypage de la lactase C/T13910 (p = 0,1). En revanche, une différence significative a été observée entre le génotype de lactase lorsque les symptômes ont été classés en abdominaux, neuromusculaires, cardiaques, buccaux et allergiques dans les groupes de patients intolérants et tolérants au lactose (p = 0,01). Des palpitations (cardiaques) n'ont été observées que chez les patients intolérants au lactose, leur prévalence étant la plus élevée dans les génotypes CT, un résultat cohérent avec nos observations selon lesquelles l'hyperlipidémie est plus fréquente dans les génotypes CT intolérants au lactose. Les symptômes buccaux tels que les aphtes étaient significativement plus élevés chez les patients intolérants que chez les patients tolérants, leur prévalence étant la plus élevée dans le génotype CC, avec une faible prévalence des symptômes buccaux dans les génotypes TT tolérants et aucun rapport chez les individus tolérants au génotype CT. Ceci est cohérent avec notre hypothèse selon laquelle les toxines bactériennes intestinales et les niveaux élevés d'hydrogène et de méthane entraînent une hypersensibilité et une ulcération épithéliales. 

L'hypersensibilité anale est bien décrite dans le syndrome du côlon irritable, mais sa cause est inconnue. La constipation n'a été signalée que dans le groupe de patients intolérants au lactose. Les symptômes allergiques généraux étaient également nettement plus élevés chez les patients intolérants que chez les patients tolérants. Les symptômes abdominaux étaient plus élevés (> 35 %) chez les patients intolérants au lactose que chez ceux présentant des symptômes, mais qui se sont révélés tolérants au lactose, sans toutefois pouvoir être distingués par leur génotype. Des résultats similaires ont été observés pour les symptômes neuromusculaires, notamment les douleurs musculaires et articulaires (> 65 % plus élevées chez les patients intolérants au lactose). Les différences de type de symptômes chez les patients adressés et finalement diagnostiqués comme intolérants au lactose soulignent l'intérêt du génotypage dans la prise en charge clinique de cette affection.

Le problème du lactose dans les aliments. 

Les produits laitiers, ainsi que les aliments et boissons contenant du lait, sont abondants dans les supermarchés. Certains sont évidents, d'autres non. L'étiquetage des aliments est médiocre. De nombreux patients ignorent que l'utilisation de lait en poudre, de lait concentré ou de lait évaporé ajoute plus de lactose que la quantité équivalente de lait. Les livres de recettes vendus avec les machines à pain domestiques recommandent d'ajouter du lait en poudre à de nombreuses recettes. De nombreux restaurants asiatiques utilisent désormais de la crème et du lait évaporé au lieu de l'ingrédient classique de la cuisine asiatique, le lait de coco, qui est sans lactose. Se pose également le problème des produits pharmaceutiques. 

Le lactose est généralement le principal agent de remplissage. De plus, de nombreux liquides utilisés en nutrition entérale contiennent du lactose. Nombreux sont ceux qui ignorent que des produits comme le lactosérum contiennent la totalité du lactose du lait. Afin d'isoler la caséine, la principale protéine du lait, le lait est d'abord centrifugé et la crème est extraite. Le lait écrémé est écrémé en surface.                        Le liquide restant, le lait écrémé, est acidifié à un pH de 4,7 afin que la caséine précipite. Le précipité est éliminé, laissant le surnageant : le lactosérum. Celui-ci contient 20 % des protéines d’origine du lait et, surtout, tout le lactose. Le lactosérum est ajouté à de nombreux aliments, mais le lactose lui-même peut ne pas figurer sur l’étiquette. C’est le lactosérum qui est utilisé pour fabriquer le lactose lui-même, par évaporation jusqu’à cristallisation. Un autre problème majeur est celui du lactose « caché ». 

Le lactose peut être ajouté aux pains, aux préparations pour gâteaux, aux saucisses et aux charcuteries, et même au poulet et aux boissons, sans être correctement étiqueté. La réglementation en matière d’étiquetage a changé en Europe depuis 2005. Mais de nombreux fabricants de produits alimentaires ont tardé à réagir. Les États-Unis produisent à eux seuls quelque 300 millions de kg de lactose par an.                        Tout le monde peut tolérer une certaine quantité de lactose. Il faudrait manger un kilo de parmesan pour que cela équivaille à un verre de lait. Saupoudrer une cuillère à café sur des pâtes ne devrait donc poser aucun problème. Cependant, la quantité de « lactose caché » peut être bien plus importante. Nous avons estimé que la quantité de lactose contenue dans une boisson minceur consommée quotidiennement par l'un de nos patients équivalait à 1 à 2 litres de lait !

Charles Darwin a non seulement manqué la cause de sa maladie, mais il a également omis l'aspect le plus important de notre propre évolution. Dans « L'Origine », un chapitre (4 dans la 1re édition de 1859 et 6 dans la 6e édition de 1868) est intitulé « Difficultés théoriques ».  Il ne s'agissait pas des célèbres difficultés mises en avant par ses adversaires, mais plutôt des difficultés de Darwin. Il écrivait : « Natura non facit saltus(m) » La nature ne fait pas de bonds. Il ne voyait aucun moyen de l'expliquer. Comment de petits changements, même minimes, ont pu conduire à l'apparition des organes électriques des poissons, des glandes lumineuses des lucioles et des vers luisants, et même de l'œil. Pourtant, il a omis de souligner le Rubicon le plus évident franchi par nos ancêtres évolutionnaires : le sein et sa capacité à produire du lait. Même dans « La Filiation de l'Homme », cet aspect de la biologie humaine n'est que brièvement évoqué. Le principe de sélection naturelle explique-t-il à lui seul cette caractéristique unique de l'évolution des mammifères et de notre propre espèce ? Qui est apparu en premier, le lactose ou la lactase ? Comment une nouvelle protéine comme la lactase, ou un processus comme la production de lactose, apparaît-il et se développe-t-il avant de pouvoir répondre aux forces de la sélection naturelle ?

Le lactose est présent uniquement dans le lait des mammifères terrestres, mais les cérébrosides (glycosylcéramides) sont présents dans l'alimentation de tous les vertébrés. L'origine de la lactase intestinale est donc probablement son activité phlorizine, ou plutôt son activité glycosylcéramidase. Parmi les sucres courants présents dans les plantes, l'ordre de sucrosité est le fructos-seglucose-saccharose-lactose. Le lait n'est pas sucré car le lactose a une sucrosité six fois supérieure à celle du saccharose. Un sucre non sucré serait beaucoup moins susceptible d'attirer les insectes vers le sein. La biodiversité moléculaire a ensuite pris le dessus sur l'évolution de la diversité. Taux de lactase dans la population humaine.

La domestication des animaux, l'agriculture et la fabrication du fromage ont commencé il y a environ 10 000 ans. La légende raconte qu'un marchand arabe transportait une poche faite d'estomac de mouton, remplie de lait. La chaleur du soleil, combinée à la libération de présure par l'estomac, a provoqué la séparation du lait en caillé solide et en lactosérum liquide. La présure contient une protéase, la présure (à ne pas confondre avec la rénine). Celle-ci clive un glycopeptide de la caséine pour former la paracaséine, qui se lie ensuite au calcium, provoquant la précipitation de la protéine et la formation du caillé. L'industrie laitière proprement dite n'a commencé qu'il y a 6 000 à 8 000 ans, avec l'apparition des grandes civilisations de Babylone et d'Assyrie, venues de Mésopotamie. L'utilisation du lait a probablement débuté avec les chamelles et les chèvres. Elle a été suivie, environ 1 000 à 2 000 ans plus tard, par l'utilisation du lait de brebis et de vache. Des données archéologiques provenant de pots et d'autres artefacts, ainsi que des vestiges anciens, sont disponibles. Des écrits, des sceaux et des dessins situent l'origine de la consommation de lait encore plus récente, en Mésopotamie et en Égypte il y a 5 000 ans, et en Afrique il y a 7 500 ans.

Il y a 10 000 ans, un changement géologique majeur s'est produit, qui a eu une influence majeure sur la prévalence actuelle de la persistance de la lactase chez les Blancs d'Europe du Nord. La dernière période glaciaire, commencée au Pléistocène 2,5 millions d'années auparavant, a pris fin, libérant l'Europe des glaces. La durée d'une génération humaine est estimée à 20-30 ans. Avec une origine laitière datant d'environ 6 000 ans, cela signifie qu'il n'y a eu que 200 à 300 générations pour déterminer la prévalence de 90 % de la persistance de la lactase chez les Européens du Nord aujourd'hui. Chez les nomades d'Asie et d'Afrique, le lait de chamelle, le fromage et le yaourt constituent une part importante de leur alimentation. Les humains se déplaçant vers le nord, dans les plaines d'Europe, avaient besoin d'un approvisionnement alimentaire transportable et continu.

Trois hypothèses ont été avancées pour expliquer l'avantage sélectif de la persistance de la lactase, à savoir la conservation de la lactase après le sevrage et donc la tolérance au lactose, plutôt qu'une intolérance au lactose :

1. Une source alimentaire majeure pour les populations nomades.

2. Une source d'eau dans les zones désertiques.

3. Une source de calcium dans les zones géographiques où l'ensoleillement est faible.

Mais la véritable énigme est : pourquoi tous les mammifères, y compris la plupart des humains, perdent-ils la majeure partie de leur lactase après le sevrage ? Pourquoi ne pas la conserver entièrement ? Linnus Pauling affirmait que conserver une protéine, comme la lactase, serait un gaspillage énergétique en l'absence de source alimentaire de son principal substrat. Mais il doit exister un autre avantage sélectif. Les communautés non laitières ont un régime alimentaire très différent de celui des premiers groupes humains producteurs de produits laitiers. Outre le poisson et la viande, le régime alimentaire des Asiatiques et des Africains comprend du riz brun et blanc, du soja, des haricots et des légumineuses, des fruits exotiques comme les bananes, les oranges et les citrons, des épices et des noix. La plupart de ces produits ne sont apparus en Europe qu'après les voyages des explorateurs des XVe et XVIe siècles. Jusque-là, le régime alimentaire européen se composait principalement de produits laitiers, de viande animale et aviaire, d'œufs, de quelques fruits naturels de saison comme les pommes et les baies, d'herbes sauvages et de pain, une fois l'agriculture florissante. De nombreuses épices et fruits exotiques pourraient contenir des substances analogues à la phlorizine, car elles peuvent être hydrolysées par la lactase en produits potentiellement toxiques et pathogènes. Il y aurait donc un net avantage sélectif à ne conserver que la quantité minimale de lactase, nécessaire à la digestion de la faible quantité de glycosyl cérébrosides dans l'alimentation.

Les tentatives de développement de modèles mathématiques pour la persistance/non-persistance de la lactase, produisant une population où plus de 80% sont persistants en lactase, supposent :

1. L'état ancestral était la non-persistance de la lactase, c'est-à-dire une perte de lactase au sevrage.

2. Une mutation est survenue il y a environ 10 000 ans, entraînant la persistance de la lactase.

3. La persistance de la lactase présente un avantage sélectif selon Darwin-Wallace.

4. Cet avantage sélectif se traduit mathématiquement par un coefficient de sélectivité élevé.

Un effet fondateur avec dérive génétique semble l'explication la plus plausible de la distribution mondiale des quatre principaux allèles A, B, C et U, et de la prévalence de la persistance ou de la non-persistance de la lactase dans certains groupes ethniques ou génétiques, avec perte de certains haplotypes comme U hors d'Afrique. Un retard du sevrage, concomitant à la rétention de la lactase, a été proposé comme ayant un avantage sélectif chez les singes, car les petits seraient protégés plus longtemps et les naissances des futurs frères et sœurs seraient plus espacées. 

Cependant, cela n'explique pas l'avantage sélectif lié à la rétention de niveaux élevés de lactase chez les Européens du Nord blancs. De nombreuses hypothèses sur l'évolution de la persistance ou de la non-persistance de la lactase, ainsi que les modèles mathématiques, sont erronés car :

1. La sélection naturelle agit sur le phénotype des populations, et non sur les gènes des individus. 

2. Le mécanisme de persistance/non-persistance de la lactase implique se.25.52 et d'abord une modification du nombre de cellules exprimant la lactase, puis une régulation du taux de lactase dans la cellule. 

3. Il existe une immense biodiversité moléculaire du taux de lactase au sein et entre les groupes génétiques et ethniques.

4. La sélection naturelle ne tient pas compte du temps de reproduction.

5. Le nombre d'individus soumis à la sélection est trop faible pour permettre des modèles mathématiques utilisant des probabilités et supposant des populations de taille « infinie ». Chez les pinsons des Galapagos, l'évolution de nouvelles espèces s'est produite à travers seulement quelques centaines d'individus par génération.

L'intolérance au lactose illustre le principe du Rubicon, selon lequel un seuil doit être franchi avant que l'expérience biologique ne commence. 

Cinq Rubicons de ce type doivent être expliqués dans l'évolution de la lactase et de l'intolérance au lactose :

• L'origine des mammifères, du lactose et des cellules de la glande mammaire.

• L'origine de la lactase et des cellules spécialisées de l'intestin grêle. Le commutateur qui détermine si une cellule intestinale exprime ou non la lactase.

• Le niveau de lactose qui génère d'importantes quantités de gaz et de toxines lorsqu'il atteint les bactéries du gros intestin.

• Le seuil qui détermine l'apparition d'un symptôme particulier.

L'avenir

La science vise à découvrir le fonctionnement de l'Univers, du Big Bang à l'évolution naturelle des bactéries vers la résistance aux antibiotiques. L'intolérance au lactose met en lumière un mécanisme moléculaire, oublié pendant 100 ans, qui est susceptible de jouer un rôle majeur dans de nombreuses maladies non résolues, telles que l'épidémie de diabète chez les Asiatiques, la polyarthrite rhumatoïde et réactive, la sclérose en plaques et certains cancers. L'intolérance au lactose illustre également la nécessité d'une nouvelle approche de l'enseignement de la médecine, en abandonnant les cases à cocher et la forte dépendance aux médicaments pour une compréhension des mécanismes. Se sevrer du lactose a transformé notre Nos vies et celles de nos familles, ainsi que celles de plusieurs centaines de patients, se portent désormais à merveille, grâce à une réduction massive des médicaments et des consultations médicales, et même à leur retrait des listes d'attente pour des interventions chirurgicales. Trois de nos patientes sont même tombées enceintes de manière inattendue après avoir arrêté le lactose. Il n'est guère surprenant que Darwin ait manqué sa propre intolérance au lactose. Cette affection n'était pas reconnue au XIXe siècle. Mais comment a-t-il pu passer à côté de cette caractéristique si évidente de notre propre évolution ? La science de l'intolérance au lactose peut apporter la réponse à ce problème. Darwin n'a jamais vraiment abordé la véritable « origine » plutôt que le « développement de l'espèce humaine ».