Valutazione del microbiota intestinale nei pazienti celiaci alla diagnosi e durante il follow-up: confronto tra remissione clinica e persistenza dei sintomi

Introduction: The gut microbiota is the collection of microorganisms residing in the gastrointestinal tract, playing a key role in digestion and immune system regulation while contributing to intestinal functional balance. Several studies suggest that the gut microbiota may contribute to both the onset of celiac disease (CeD) and the response to a gluten-free diet (GFD). Moreover, in some patients who do not respond to therapy despite strict adherence to the GFD, it is hypothesized that intestinal dysbiosis may promote the maintenance of an inflammatory state, hindering complete mucosal recovery. Objective of the Study: This study aims to assess the fecal microbiota profile of patients on a GFD, distinguishing those who have responded adequately to the diet (responders) from those who have not (non-responders). Non-responders are defined as patients who, after at least 12 months on a GFD, still experience persistent symptoms along with ongoing serological positivity and/or intestinal damage. Materials and Methods: Between March and November 2024, 71 celiac patients followed at the Celiac Disease Clinic of the University Hospital of Padua were enrolled. Among them, 9 were newly diagnosed with CeD, while 62 were in follow-up, including 44 responders and 18 non-responders. For each patient, after providing written informed consent, a fecal sample, a saliva sample, whole blood, plasma, and serum samples were collected. Fecal samples were analyzed by BMR Genomics S.r.l. using 16S rRNA sequencing of the V3-V4 hypervariable region. Results: The study found no statistically significant differences in biodiversity indices (richness and diversity) among the patient groups. Comparing the relative abundance of major bacterial phyla between newly diagnosed and follow-up patients, a significant decrease in Actinobacteria was observed after follow-up (p=0.0405). Firmicutes also showed a decreasing trend over time, with a p-value close to statistical significance (p=0.06). Conversely, Proteobacteria appeared to increase after follow-up, although the difference was not statistically significant. The differences between responders and non-responders were less pronounced: Proteobacteria were more abundant in non-responders, but without reaching statistical significance. Among potentially pathogenic bacteria, when comparing newly diagnosed patients with those in follow-up, Clostridium perfringens was significantly more prevalent in follow-up patients (p=0.021), while Escherichia coli was more abundant at diagnosis (p=0.035). Analyzing differences between responders and non-responders, E. coli was more abundant in non-responders, although the difference did not reach statistical significance. Conclusions: Although the gluten-free diet remains the cornerstone of celiac disease management, our data suggest that it does not fully restore gut microbiota balance, potentially contributing to specific bacterial alterations. In particular, Proteobacteria and Escherichia coli were found to be more abundant at follow-up, especially in non-responders, suggesting a potential role as biomarkers of active disease. Conversely, the reduction in Firmicutes and Actinobacteria appears to be an effect of the GFD. These findings support the hypothesis that specific microbiota alterations may have prognostic value and highlight the need for further studies to evaluate targeted microbiota-modulating interventions to improve therapeutic response.

Introduzione: Il microbiota intestinale è l’insieme dei microrganismi residenti nel tratto gastrointestinale, implicato nella digestione e nella regolazione del sistema immunitario, contribuendo all’equilibrio funzionale dell’intestino. Diversi studi suggeriscono che il microbiota intestinale possa contribuire sia all’insorgenza della malattia celiaca sia influenzare o essere influenzato dalla risposta alla dieta senza glutine. Inoltre, in alcuni pazienti che non rispondono alla terapia nonostante l’aderenza alla dieta aglutinata, si ipotizza che una disbiosi intestinale possa favorire il mantenimento dello stato infiammatorio, ostacolando il completo ripristino della mucosa. Scopo della tesi: Questo studio ha l’obiettivo primario di valutare il profilo microbico fecale dei pazienti a dieta senza glutine, differenziandolo tra chi ha risposto adeguatamente alla dieta (responders) da chi non ha risposto (non responders), identificando quest’ultimi come coloro che presentano dopo almeno 12 mesi di dieta senza glutine persistenza dei sintomi associata a persistenza della sierologia e/o del danno intestinale. Materiali e metodi: Per questo studio sono stati arruolati, tra marzo e novembre 2024, 71 pazienti celiaci seguiti presso l’ambulatorio dedicato alla malattia celiaca dell’Azienda Ospedale Università Padova. Tra i pazienti arruolati, 9 erano nuove diagnosi di CeD, mentre 62 erano in follow-up, suddivisi in 44 responders e 18 non responders. Per ogni paziente, dopo aver firmato un consenso scritto, è stato raccolto un campione di feci e un campione salivare, un campione di sangue intero, un campione di plasma e un campione di siero. I campioni di feci sono stati analizzati da BMR Genomics s.r.l. mediante il sequenziamento della regione ipervariabile V3-V4 del gene 16S rRNA. Risultati: Lo studio non ha evidenziato differenze statisticamente significative negli indici di biodiversità (ricchezza e diversità) tra i gruppi di pazienti analizzati. Confrontando l’abbondanza relativa dei principali phyla batterici tra le nuove diagnosi e i follow-up, si è osservata una significativa diminuzione degli Actinobacteria dopo il follow-up (p=0.0405). Anche Firmicutes tende a ridursi nel tempo, con un p-value vicino alla soglia di significatività (p=0.06). Al contrario, i Proteobacteria sembrano aumentare dopo il follow-up, sebbene la differenza non sia statisticamente significativa. Le differenze tra responders e non responders risultano meno marcate, i Proteobacteria sono più abbondanti nei non responders, ma senza raggiungere la significatività statistica. Tra i batteri potenzialmente patogeni confrontando diagnosi e follow-up, Clostridium perfringens è risultato significativamente più presente nei pazienti in follow-up (p=0.021), mentre Escherichia coli ha mostrato una maggiore presenza nei pazienti alla diagnosi (p=0.035). Analizzando le differenze tra responders e non respodners, pur non raggiungendo la significatività statistica, E. coli è risultato più abbondante nei non responders. Conclusioni: Sebbene la dieta senza glutine rimanga il cardine terapeutico per la gestione della celiachia, i nostri dati suggeriscono che essa non riesce a ripristinare completamente l'equilibrio del microbiota intestinale, contribuendo talvolta a specifiche alterazioni batteriche. In particolare, Proteobacteria ed Escherichia coli risultano più abbondanti al follow-up, soprattutto nei pazienti non responder, suggerendo un possibile ruolo come marker di malattia attiva. Al contrario, la riduzione di Firmicutes e Actinobacteria sembra essere un effetto della GFD. Questi dati supportano l’ipotesi che specifiche alterazioni del microbiota potrebbero avere valore prognostico e sottolineano la necessità di ulteriori studi per valutare interventi mirati alla modulazione della flora intestinale nel migliorare la risposta terapeutica.