Non-coeliac gluten/wheat sensitivity, gluten-free diet and gut microbiota: towards the identification of a diagnostic biomarker

Premessa La dieta senza glutine (GFD) è il cardine della terapia nella celiachia (CD), ma il suo impiego è suggerito anche nella gestione dei pazienti con sensibilità al glutine/grano non celiaca (NCGWS). Tuttavia, negli ultimi decenni la GFD è diventata di tendenza anche nella popolazione generale, senza un razionale scientifico, sollevando interrogativi sulle conseguenze per la salute. La NCGWS è un’entità controversa, poiché la diagnosi si basa sull’esclusione di CD e dell’allergia al grano e su una risposta positiva alla GFD, ma mancano biomarcatori validati. Sebbene la GFD possa alleviare i sintomi sia nella CD che nella NCGWS, è stato dimostrato che essa può alterare la composizione del microbiota intestinale. Inoltre, la disbiosi e un’alterazione della barriera intestinale, potrebbero avere un ruolo nello sviluppo di entrambe queste patologie, suggerendo un potenziale ambito di intervento diagnostico o terapeutico. In questa tesi di dottorato analizzerò gli andamenti del mercato dei prodotti senza glutine, gli effetti della GFD sui sintomi e sul microbiota intestinale in pazienti con NCGWS e CD e in controlli sani (HC). Metodi Sono stati utilizzati tre approcci: (1) un’analisi delle vendite di prodotti senza glutine nel Regno Unito (UK) e dei comportamenti dei consumatori; (2) un follow-up di 186 pazienti con self-reported NCGWS arruolati in UK; (3) uno studio longitudinale dei sintomi e un’analisi del microbiota intestinale in tre coorti di pazienti (NCGWS = 28, CD = 11, HC = 37) prima e dopo l’inizio della GFD. Risultati Le vendite di prodotti senza glutine sono triplicate, passando da 214 milioni di sterline nel 2014 a 607 milioni nel 2024, e i pazienti con NCGWS rappresentano il 9,7% degli acquirenti. I 186 pazienti NCGWS arruolati in UK, rispetto ai pazienti con CD, hanno mostrato un’aderenza significativamente più bassa alla GFD. Il 56,8% dei pazienti ha provato altri regimi dietetici; di questi, 33 seguono attualmente una GFD. Nella coorte italiana, al tempo t0, il punteggio medio globale GSRS e i punteggi dei sintomi gastrointestinali (GI) ed extra-GI erano più elevati nella NCGWS rispetto a CD e HC. Dopo 30 giorni di GFD, i punteggi del gruppo NCGWS relativi a dolore addominale, gonfiore, borborigmi, flatulenza, dermatite, cefalea, “mente annebbiata”, affaticamento, intorpidimento degli arti, lipotimia e artromialgie si sono ridotti in modo significativo tra t0 vs t1, t0 vs t2, t0 vs t3 (p<0.05). Dopo 30 giorni di GFD, i punteggi medi globali GSRS e GI erano ancora significativamente più alti in NCGWS rispetto a HC e rispetto a CD. Non sono state osservate differenze significative in alcuno dei sintomi considerati all’interno della coorte HC. L’alfa-diversità era simile tra NCGWS, CD e HC ed è rimasta stabile nel tempo, mentre la beta-diversità è risultata differente. Clostridiaceae Bacterium AF18-31LB mostrava un’abbondanza relativa inferiore in NCGWS rispetto a HC, risultato confermato in una coorte esterna NCGWS (q<0.02). L’abbondanza relativa di Bifidobacterium longum e Candidatus Cibionibacter quicibialis è diminuita significativamente tra t0 e t3 in NCGWS e HC (p<0.05) ma non in CD. Conclusione Nella NCGWS la dieta, percezione dei sintomi, fattori psicosociali e microbiota intestinale giocano un ruolo centrale. L’espansione del mercato senza glutine riflette un interesse verso la GFD che va oltre le necessità mediche. Dal punto di vista clinico, la NCGWS presenta un elevata penetranza di sintomi intestinali ed extraintestinali che migliorano solo parzialmente con la GFD. Il microbiota mantiene una diversità complessiva stabile dopo la GFD, ma mostra un profilo tassonomico distinto, indipendente da variazioni della sintomatologia clinica. I controlli sani non hanno benefici sintomatologici con una GFD. In futuro, la validazione del possibile biomarcatore identificato potrebbe migliorare il percorso diagnostico della NCGWS.

Background While a strict gluten-free diet (GFD) remains the cornerstone of therapy in coeliac disease (CD), its application is suggested in the management of patients with non-coeliac gluten/wheat sensitivity (NCGWS). However, over the last few decades, a GFD has been trending also among the general population, without a medical and scientific rationale, raising questions about its health consequences. NCGWS remains a controversial entity, as its diagnosis is based on exclusion of CD and wheat allergy and a positive response to GFD, but lacks validated biomarkers. While GFD can alleviate symptoms in both CD and NCGWS, it has been shown that it can alter gut microbiota composition. Moreover, dysbiosis and intestinal barrier impairment could have a role in the development of both CD and NCGWS, suggesting a potential area for diagnostic or therapeutic intervention. In this doctoral thesis, I will analyse trends in NCGWS and the gluten-free market, and the effects of a GFD on symptoms and intestinal microbiota in patients with NCGWS, CD and in healthy controls (HC). Methods Three different approaches were used: (1) an analysis of gluten-free product sales in the UK (2014–2024) and shopper insights (up to 2021), (2) a follow-up of 186 patients with self-reported NCGWS diagnosed between 2006–2018 in a tertiary care centre, (3) a longitudinal study of symptoms and gut microbiota of three cohorts of patients (NCGWS=28, CD=11, HC=37) who were started on a GFD. Results Market analysis showed a persistent rise in gluten-free product sales, from £214m in 2014 to £607m in 2024, where NCGWS patients represented 9.7% of buyers. Of 186 patients belonging to the UK NCGWS cohort, 111 completed the questionnaire. Compared to CD patients, those with NCGWS had significantly lower GFD adherence (Biagi score 0-1: NCGWS 73.9% vs. CD 8.1%; score 3-4: NCGWS 24.3% vs. CD 90.1%; p < 0.05). Sixty-three patients (56.8%) have tried other dietary regimens, of them, 33 are currently on a GFD. In the Italian cohort, at t0 mean global GSRS, GI and extra-GI symptom scores were higher and in NCGWS vs CD and HC. After 30 days of GFD, the scores in the NCGWS group for abdominal pain, bloating, rumbling, flatulence, dermatitis, headache, foggy mind, fatigue, limb numbness, fainting and joint and muscle pain decreased significantly between t0 and all the time points considered (t0 vs t1, t0 vs t2, t0 vs t3) (p<0.05). After 30 days of GFD, mean global GSRS and GI scores were still significantly higher in NCGWS vs HC and in NCGWS vs CD but not in CD vs HC (p<0.05). There were no significant differences in any of the symptoms considered within the HC cohort. Alpha-diversity was similar across NCGWS, CD and HC and remained stable over time, but beta-diversity differed. Clostridiaceae Bacterium AF18-31LB showed a lower relative abundance in NCGWS vs HC (q < 0.02), which was confirmed in NCGWS external cohort. The relative abundance of Bifidobacterium longum (SGB17248) and Candidatus Cibionibacter quicibialis decreased significantly between t0 and t3 (p<0.05) in NCGWS and HC but not in CD. Conclusion NCGWS appears as a multifactorial condition shaped by diet, symptom perception, psychosocial factors, and gut microbiota. The expanding gluten-free market reflects interest in the GFD beyond medical need. Clinically, NCGWS shows a high burden of intestinal and extraintestinal symptoms that only partially improve on a GFD. Microbiome maintains a stable overall diversity after a GFD, but shows a distinct taxonomic profile, independent of clear clinical changes. Healthy controls showed no symptomatic benefit from gluten restriction. Further validation of the candidate biomarker found could improve the diagnostic pathway for NCGWS.