La enfermedad celíaca (EC) se incluye en el grupo de enfermedades complejas o multifactoriales, es decir, aquellas causadas por la interacción de factores genéticos y ambientales [ 1 ]. Es una enfermedad crónica cuya gravedad y síntomas digestivos y/o sistémicos presentan una gran variabilidad entre los pacientes. Sin embargo, la característica común a todos ellos es una respuesta inmune exacerbada al gluten y proteínas relacionadas, por lo que este trastorno sistémico se considera una enfermedad inmunomediada. De hecho, los pacientes se caracterizan por la presencia de títulos elevados de anticuerpos específicos y la gran mayoría son portadores de los haplotipos DQ2 y/o DQ8 del complejo mayor de histocompatibilidad (Antígeno Leucocitario Humano, HLA clase II), responsable de la presentación del antígeno por parte del sistema inmunitario [ 2 , 3 ,4 ]. Además de la ingesta de gluten y la presencia de alelos de riesgo en HLA, la aparición de síntomas intestinales y extraintestinales en la EC requiere la activación de ambos tipos de respuesta inmunitaria, innata y adaptativa, y esta sobreactivación del sistema inmunitario se observa a nivel nivel intestinal, así como a nivel periférico y sistémico [ 4 ].

La principal brecha en el conocimiento de la patogenia de la EC es una explicación de por qué el 25-35% de la población sana del mundo tiene estos haplotipos, pero solo alrededor del 1-3% desarrollará CD [5 , 6 ] . Es posible que otros factores ambientales y genéticos influyan en la capacidad de un individuo para inducir y controlar la respuesta innata y la susceptibilidad de un individuo al gluten.

Aunque la EC es en realidad una de las enfermedades genéticas más frecuentes, que afecta al 1-3% de la población mundial, y en mayor medida a mujeres y niños [ 7 ], está claramente subestimada e infradiagnosticada. A pesar de los avances en el conocimiento y el desarrollo de pruebas serológicas, la EC continúa siendo difícil y costosa de diagnosticar, en gran parte debido a la naturaleza sistémica de la EC, la falta de especificidad de sus manifestaciones clínicas y la existencia de formas silenciosas o latentes [8, 9 ] .]. El problema es que los celíacos no tratados o cuyo diagnóstico se ha retrasado, a pesar de no tener síntomas, pueden tener una activación exacerbada y crónica del sistema inmunológico, que se descontrola durante más tiempo, lo que conlleva un peor pronóstico, una acentuación de los síntomas y la aparición de otras enfermedades autoinmunes como la diabetes tipo 1 o la hepatitis dependiente del gluten, frecuentes en pacientes con EC [ 10 , 11 ]. Además, pueden verse afectados por una variedad de consecuencias adversas, algunas graves como el desarrollo de tumores malignos [ 12]. Por tanto, en la actualidad, el principal reto, al igual que para otras enfermedades de base genética (como algunos tipos de cáncer y diabetes, entre otras), es estudiar en individuos genéticamente predispuestos, por un lado, qué factores intervienen en la el desarrollo o no de EC y, por otro, encontrar biomarcadores para su diagnóstico precoz y seguimiento. La idea es evitar los efectos secundarios cuando la enfermedad ya ha debutado e incluso prevenir su aparición, algo relevante ya que actualmente es incurable.

Al ser la EC una enfermedad sistémica y compleja, es necesario mirarla desde diferentes perspectivas. La medicina personalizada o de precisión se refiere a la aplicación de la biotecnología, el perfil genético, las ciencias “ómicas” y la incorporación de factores clínicos y ambientales para evaluar los riesgos individuales y diseñar estrategias de prevención, diagnóstico, tratamiento o seguimiento de la enfermedad a la derecha. tiempo y en el paciente adecuado, con la mínima toxicidad y la máxima eficacia posible. Una de las ciencias que ha estado en auge en los últimos años es la metabolómica, que se ocupa del estudio de los procesos químicos en los que se miden pequeñas moléculas, denominadas metabolitos, que pueden ser tanto endógenas como xenobióticas. Estas moléculas dan información sobre un proceso metabólico que ha tenido lugar en el organismo, y se puede considerar la metabolómica,20 , 21 ]. En este sentido, la metabolómica se presenta como una herramienta rápida y no invasiva que podría suponer un paso adelante en el conocimiento de muchas enfermedades a través del estudio del perfil metabólico mediante la obtención de las denominadas “huellas o firmas metabolómicas” resultantes de la interacción del genoma, epigenoma, transcriptoma, proteoma y medio ambiente.

Los estudios de metabolómica son especialmente relevantes en aquellas situaciones patológicas multifactoriales y multisistémicas donde el factor ambiental juega un papel relevante en la aparición y desarrollo de la enfermedad. Tecnologías como la metabolómica podrían definir las alteraciones que ocurren en el individuo genéticamente predispuesto, así como después de ciertos cambios, como la DLG, ayudando a comprender mejor estas complejas interacciones, y por lo tanto pueden ser útiles para el diagnóstico y seguimiento de la EC [ 22 ]. 

2. Perfil metabolómico del plasma

2.1. Huella inherente de CD y papel de la GFD

Se han propuesto varias moléculas como posibles biomarcadores de EC. Al respecto, Auricchio et al., 2019 [ 102] encontraron que el perfil de fosfolípidos séricos es diferente en niños que desarrollan EC en comparación con niños sanos con perfiles genéticos similares (HLA DQ2 o DQ8 humano específico celíaco), incluso antes de la introducción del gluten en la dieta a los 4 meses de edad. Siguieron una cohorte de niños de familias con caso de EC desde el nacimiento hasta los 8 años, con muestreo a los 4 y 12 meses de edad (y al diagnóstico de EC en casos >24 meses de edad), encontrando en análisis lipidómico basado en CL junto con MS y monitoreo de reacciones múltiples (MRM) que el perfil de lípidos es bastante constante en cada individuo, en ambos grupos, lo que sugiere que podría ser constitutivo. En el análisis por grupos de edad, encontraron que los niños que desarrollaron EC habían aumentado los niveles séricos de liso y fosfatidilcolina (PC) (PC 40:4 mostró la mayor diferencia entre los dos grupos), así como alquilacilfosfatidilcolina (PC-O). En concreto, dos alquilacilfosfatidilcolípidos (PC O-42:0 y PC O-38:3), junto con la lactancia materna y una fosfatidilcolina (PC 34:1), se definieron como predictores de desarrollo de EC. Encontraron que las fosfatidiletanolaminas (PE) PE 34:1 y PE 36:1 estaban disminuidas en pacientes celíacos. El grupo de trabajo de Sen et al., 2019 [ 103] también aplicó la lipidómica en el estudio de una cohorte de niños finlandeses en el contexto del estudio Predicción y prevención de la diabetes tipo 1. Con base en la EM y la comparación de muestras de plasma de niños que desarrollaron CD con muestras de plasma de controles sanos, emparejados por riesgo HLA, sexo y edad, encontraron que los progresores de CD (niños que desarrollaron CD) tenían un aumento de triacilgliceroles (TG) de bajo número de carbono, niveles plasmáticos de recuento de doble enlace y niveles reducidos de fosfatidilcolinas y ésteres de colesterol a los 3 meses de edad en comparación con los controles. Estas diferencias no fueron aparentes al nacer (sangre de cordón) y se exacerbaron con la edad. Se propone que el aumento de los TG de bajo número de carbonos y doble enlace se debe a la lipogénesis de novo que compensa la malabsorción de lípidos, lo cual ocurriría a una edad muy temprana; este aumento de TG se ha relacionado en adultos con un aumento de la grasa hepática en la enfermedad del hígado graso no alcohólico [104 ]. Además, encontraron una disminución de los niveles de TG esenciales totales en el plasma de los progresores de EC después de la ingesta de gluten, revirtiendo esta tendencia, pero no significativamente, después del inicio de la DLG, y hubo una relación inversa con el título de transglutaminasa tisular IgA (tTGA) . También hubo un aumento en los niveles de colesterol después del inicio de la DLG en los progresores de EC. Por otro lado, los niveles plasmáticos de TG endógenos estaban disminuidos en los progresores de EC independientemente de la ingesta de gluten. Las PC se elevaron tanto en los progresores de CD como en los controles después del inicio de la ingesta de gluten. Se observó una diferencia en los niveles plasmáticos de esfingomielina en los progresores de EC a una edad más avanzada, después de la introducción de la DLG. Estos hallazgos sugieren que una desregulación en el metabolismo de los lípidos puede estar asociada con el desarrollo de la EC y que ocurre en los primeros meses de vida, incluso antes de la introducción del gluten en la dieta. Esto podría ayudar a predecir el desarrollo de EC en bebés con riesgo genético, incluso años antes de la aparición de anticuerpos específicos o síntomas/signos clínicos. Sin embargo, un estudio anterior (2016) basado en el proyecto PreventCD sugirió que el perfil metabólico a los 4 meses (antes de la introducción del gluten en la dieta) no predecía el desarrollo de la EC, sino que las vías metabólicas se ven afectadas más adelante en la vida [ 105]. En este estudio, que analizó muestras de suero de lactantes con riesgo genético de EC que desarrollaron EC en comparación con aquellos que no desarrollaron la enfermedad a los 8 años de edad, se encontró una tendencia a la disminución de los niveles de fosfolípidos en los niños que posteriormente desarrollaron EC, aunque no significativamente, con una mayor disminución en la submuestra de niños amamantados exclusivamente hasta los 4 meses de edad. Concluyen que los estudios metabolómicos deberían centrarse en los niños a los que ya se les ha introducido el gluten en su dieta. Sin embargo, este estudio centró el análisis en los fosfolípidos y las acilcarnitinas, y no se midieron los TG ni los ésteres de colesterol. Siguiendo el enfoque de la lipidómica, en un estudio piloto realizado por nosotros mismos [ 106], el perfil de lípidos plasmáticos se vio afectado en pacientes celíacos, a pesar del tratamiento con DLG. Usando una plataforma LC-MS/MS, se analizó el plasma de 17 niños celíacos bajo tratamiento GFD y 17 controles sanos (hermanos). Entre las moléculas significativas, se encontró que el 64% aumentaba y el 36% disminuía en pacientes con EC. Dos ácidos carboxílicos y derivados se incrementaron en CD; otras moléculas cuyos niveles se vieron afectados en los pacientes fueron cuatro acilos grasos (tromboxanos y leykotrienos implicados en vías inflamatorias), cinco glicerolípidos, once glicerofosfolípidos, un compuesto organooxigenado y dos esfingolípidos, especies lipídicas pertenecientes al metabolismo de los esteroides y otras moléculas implicadas en el metabolismo de la bilirrubina. En pacientes celíacos niveles elevados de moléculas implicadas en vías de señalización celular (ceramidas, diacilglicéridos y lisofosfolípidos). Los diacilglicéridos juegan un papel central en el control de la comunicación neuronal, la fagocitosis y el control de las respuestas inmunes, y como segundo mensajero juegan un papel importante en la regulación de mTOR, descrita recientemente como un factor clave en el mantenimiento de una respuesta inflamatoria sostenida en la EC [107 ]. Aparte del perfil de lípidos, este grupo también encontró alteraciones en el metabolismo de un carbono [ 108] bajo un estudio de metabolómica plasmática dirigido. Observaron una regulación a la baja de la vía de trans-sulfuración en pacientes con EC, a pesar de la DLG, con cisteína y cistationina disminuidas, lo que, junto con el glutatión y la vitamina B6 normales, sugiere un defecto específico a nivel de las enzimas involucradas en la defensa antioxidante, detección de oxígeno, función mitocondrial, inflamación y señalización de segundo mensajero. Este hallazgo, además, podría explicarse por una mutación de la hidrolasa S-adenosil-L-homocisteína (SAH) que provoca síntomas típicos de la enfermedad, como retraso del crecimiento, anomalías dentales o hipertransaminasemia. En contraste, otras vías involucradas en el metabolismo de un carbono parecían estar preservadas (metabolismo de la colina, el ciclo de la metionina y el ciclo del folato), sugiriendo que la adherencia a una DLG estricta podría revertir ciertos cambios metabólicos en pacientes celíacos, haciéndolos asemejarse al perfil de sujetos sanos. Este grupo señala que estos cambios metabolómicos son, sin embargo, menores, ya que solo se vio afectado aproximadamente el 4% del metaboloma plasmático total analizado.106 ]. En un estudio más reciente basado en un análisis metabólico plasmático específico, Girdhar et al., 2023 [ 109] encontraron niveles elevados de ácido 2-metil-3-cetovalrico, ácido taurodesoxicólico (TDCA), glucono-D-lactona e isoburyril-L-carnitina, así como niveles significativamente bajos de ácido oleico (metabolito antiinflamatorio) en progresores de EC ( en comparación con niños sanos de la misma edad, genotipo HLA, duración de la lactancia y duración de la exposición al gluten). Otras vías metabólicas también se vieron afectadas en los progresores de EC, como la vía de las pentosas fosfato, la biosíntesis de ácidos grasos insaturados y el metabolismo de glicolípidos y ácido linoleico. En particular, los niveles de TDCA aumentaron al doble de los valores normales. El TDCA, un metabolito derivado de la microbiota intestinal, puede desempeñar un papel en la inflamación del intestino delgado y la patogénesis de la EC. ya que su administración a ratones C57BL/6J complementando su dieta provocó una distorsión en la estructura de las criptas y una atrofia total o parcial de las vellosidades; aumento de las células T CD4+, las células asesinas naturales y la expresión de Qa-1 y NKG2D en las células T (dos proteínas inmunomoduladoras); y disminución de las células T reguladoras en los linfocitos intraepiteliales. Por lo tanto, TDCA podría usarse como un biomarcador de diagnóstico temprano y, lo que es más importante, como terapias dirigidas para eliminar las bacterias productoras de TDCA (Clostridium XIVa y Clostridium XI ) en etapas tempranas de la vida podrían usarse como una estrategia para disminuir el riesgo de desarrollar EC. Por otro lado, encontraron que el perfil plasmático de citocinas y otros metabolitos estaban alterados en los progresores de EC, incluso antes del diagnóstico (otro trabajo reciente (Auricchio et al., 2023 [ 110 ]) también se ha centrado en el perfil de citocinas séricas y los genes proinflamatorios expresión en lactantes con riesgo de EC), y también se encontraron diferencias en la composición de la microbiota intestinal (estudiada en heces) (otros autores también han estudiado alteraciones de la microbiota y el metaboloma en lactantes con riesgo de EC, en heces [ 111 , 112]). En los progresores de EC, antes del diagnóstico, encontraron niveles significativamente elevados de tres citocinas proinflamatorias (IFNA2, IL-1a e IL-17E/(IL25)) y una quimiocina (MIP-1b/CCl4). Otro aspecto interesante a abordar son los biomarcadores alternativos que permitan hacer un seguimiento de la enfermedad y también puedan ser utilizados en la evaluación de familiares de pacientes celíacos. Lomash et al., 2021 [ 113], como un potencial biomarcador útil en el diagnóstico y seguimiento de la enfermedad, así como en la evaluación de familiares de primer grado (FDR) de pacientes celíacos (valor predictivo en la distinción de EC seronegativa y en la progresión del potencial a CD). Este aminoácido no esencial es producido específicamente por las vellosidades de enterocitos del intestino delgado proximal, por lo que se ha propuesto como un posible marcador de la función intestinal residual en patologías como la enterocolitis necrosante del recién nacido, enteropatías, trasplante de intestino delgado o resecciones de intestino delgado [ 114]. Este trabajo encontró diferencias estadísticamente significativas en los niveles medianos de citrulina en plasma en niños celíacos (20,1 μM (IQR, 13,35-29,15)) en comparación con los controles (FDR con serología negativa) (37,33 μM (IQR, 29,8-42,6)). También encontraron una correlación inversa entre los niveles de citrulina plasmática y los niveles de IgA anti-tTG a lo largo del establecimiento de la DLG y, además, en los diferentes grados de Marsh al diagnóstico; por lo tanto, la citrulina podría usarse como un biomarcador sustituto para la serología en el seguimiento de la enfermedad y en la predicción del grado de daño histopatológico (fue eficaz para distinguir los grados 3b y superiores, pero no para distinguir los grados 3a o menos en pacientes celíacos y FDR asintomáticos sanos). Además, en pacientes con resultados de serología y biopsia no concluyentes, la citrulina plasmática mediana reflejó daño en la mucosa (12.

2.2. Influencia genética (HLA)

En el trabajo mencionado anteriormente [ 113 ], los niveles de citrulina en plasma también se correlacionaron con el genotipo HLA. Se observaron niveles de citrulina en plasma significativamente bajos en sujetos con el genotipo HLA DQ 2.5 con los subtipos DQA1*0501 y DQB1*0201. Ya se ha informado que el genotipo HLA-DQ influye en la colonización microbiana intestinal temprana, lo que influye en el metaboloma [ 115 ]. Kirchberg et al. (2016) encontraron que el genotipo HLA no tenía ninguna influencia en el perfil metabólico del suero en bebés con riesgo de enfermedad celíaca antes de introducir el gluten en su dieta [ 105 ] .

3. Perfil metabolómico de la orina

Otros estudios también han comparado el perfil metabolómico de la orina de niños celíacos con controles sanos, algunos de ellos centrados en los cambios en el perfil de compuestos orgánicos volátiles (COV). Un ejemplo de esto es Di Cagno et al., 2011 [ 116], quienes, mediante análisis de cromatografía de gases por espectrometría de masas/microextracción en fase sólida (GC-MS/SPME), demostraron que los niveles de COV y de aminoácidos libres se encuentran alterados en la orina (y heces) de niños celíacos mayores de 2 años de la DLG, relacionando estos desequilibrios con las diferencias cualitativas y cuantitativas de la microbiota de los celíacos en comparación con las personas sanas. Descubrieron que el grupo CD tenía niveles más altos de trisulfuro de dimetilo y disulfuro de dimetilo en la orina. Además, con algunas excepciones, también tenían niveles más altos de hidrocarburos en la orina. No se encontraron diferencias en los niveles de aldehídos en la orina entre los dos grupos. Estos hallazgos fueron confirmados por RMN, que también encontró que el grupo CD tenía niveles medios más altos de lisina, arginina, creatina y metilamina, mientras que carnosina, glucosa, la glutamina y el ácido 3-metil-2-oxobutanoico fueron los más altos en niños sanos. Este estudio enfatiza que una DLG no restaura completamente la microbiota y, en consecuencia, el metaboloma de los niños con EC, y que existen posibles marcadores metabólicos de EC; además, sugiere que la adición de prebióticos y probióticos a la DLG podría restablecer el equilibrio microbiota-microbioma en niños celíacos. En relación a este aspecto, Drabinska et al., 2019 [ 117], estudiaron el efecto de la suplementación con GFD con un prebiótico (inulina enriquecida con oligofructosa) sobre la concentración de VOC en orina en niños y adolescentes celíacos, mediante análisis GC-MS/SPME. Este trabajo se basa en la idea de que los cambios en el perfil de COV en los fluidos biológicos que se producen en diversas enfermedades gastrointestinales (estudiadas por los recientes llamados “volatolómicos”) se deben en parte a alteraciones en el metabolismo de la microbiota, especialmente en su actividad fermentativa, y no tanto a las variaciones en su composición. Sin embargo, la suplementación de GFD con este prebiótico no tuvo impacto en la mayoría de los perfiles de VOC en orina de pacientes celíacos; solo se observó un cambio significativo en las concentraciones de benzaldehído, las cuales disminuyeron un 36% después de 12 semanas de intervención, lo que puede estar relacionado con una disminución de Lactobacilluscuenta en el grupo suplementado con prebióticos, ya que Lactobacillus produce una aminotransferasa que convierte la fenilalanina en benzaldehído. Otro estudio, también dirigido por Drabinska [ 118], cuyo objetivo era optimizar el método GC-MS/SPME para la detección de cambios en los perfiles de VOC en orina en niños celíacos en comparación con niños sanos. Con base en las puntuaciones de Variable Importance in the Projection (VIP), se podrían sugerir varios biomarcadores de CD: 1,3-di-terc-butilbenceno (que solo se encuentra en la orina de niños celíacos) y otros COV presentes en concentraciones más altas en la orina de niños sanos. niños (2,3-butanodiona, 2-heptanona, disulfuro de dimetilo y octanal y, con puntuaciones VIP más bajas, 2-butanona, hexanal y 4-heptanona). Una vez más, estas diferencias podrían explicarse por alteraciones en la microbiota intestinal de los pacientes celíacos, ya que muchos COV son productos de fermentación de la microbiota., Por otro lado, los niveles de COV en fluidos biológicos (sangre, orina,and could be increased by the altered intestinal permeability.