Le lait maternel (LM) est un aliment complexe répondant parfaitement aux besoins du nourrisson. Il contient de nombreux composés bioactifs tels que des métabolites produits au niveau de la glande mammaire ou issus de la circulation plasmatique maternelle. Ces métabolites sont présents à de faibles concentrations et incluent des acides gras à chaîne courte (AGCC) (butyrate, acétate, propionate), des polyamines (putrescine, spermine, spermidine), du GABA et du lactate. Ils sont aussi connus pour être produits par le microbiote intestinal et être des acteurs de l’axe microbiote-intestin-cerveau, mais leur rôle au sein du LM a été peu étudié. L’objectif de cette étude a été d’évaluer les propriétés bioactives de ces métabolites sur les fonctions intestinales et cérébrales du nouveau-né. Ces métabolites ont ainsi été étudiés in vitro, à des concentrations proches de celles du LM, dans un modèle pluricellulaire et polarisé d’épithélium intestinal composé de Caco-2 (entérocytes), de HT-29-MTX (cellules à Gobelet), de NCI-H716 (cellules entéroendocrines) et de cellules M, ainsi que dans un modèle murin de neurones centraux. Les effets des métabolites sur la résistance électrique transépithéliale (TEER) et l'expression de marqueurs géniques ou protéiques des fonctions intestinales et cérébrales ont été analysés. Les métabolites du LM ont modifié des marqueurs de l’immunité intestinale en régulant négativement les gènes codant pour l'IL-8, MyD88 et TFF3 pour les AGCC ainsi que AhR et TGFβ1 pour le GABA. Les AGCC, le GABA et les polyamines ont modulé l’expression de certaines jonctions serrées intestinales, en augmentant l’expression de CLDN3, ZO-1 et CLDN4 respectivement et en diminuant celle de CLDN1 pour les AGCC et les polyamines et CLDN7 pour le GABA. En parallèle, les AGCC ont significativement augmenté la TEER, mettant en évidence un potentiel renforcement de la barrière épithéliale. Enfin, sur le modèle de neurones centraux, les AGCC et le GABA ont également modulé certains marqueurs neuronaux, à des concentrations proches de celles retrouvées in vivo. Ils ont significativement diminué les niveaux de doublecortine, une protéine associée aux microtubules dont les concentrations diminuent avec la maturation neuronale, et ils ont respectivement augmenté les niveaux de marqueurs pré-synaptiques, la synaptophysine et la synapsine, suggérant un potentiel renforcement de la maturation neuronale. En conclusion, notre étude montre que les métabolites du LM, malgré leur faible concentration, sont capables de moduler des marqueurs des fonctions intestinales et cérébrales in vitro, mettant en évidence un impact potentiel sur la physiologie et développement du nourrisson.