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Glutine e infiammazione intestinale

by luciano

Il glutine induce infiammazione intestinale non solo in soggetti celiaci ma anche in quelli sani.

L’infiammazione intestinale è una condizione dell’apparato gastro-intestinale che colpisce un numero molto ampio e in costante aumento di persone (1). Tale condizione rappresenta per l’individuo non solo uno stato di disagio che incide sulla qualità della vita ma può – se sottovalutata o trascurata – favorire l’insorgere o l’aggravarsi di malattie gravi.
Un ruolo importante ma ancora da esplorare a fondo è svolto dal glutine in quanto pro-infiammatorio.

Lo studio “Il ruolo del glutine nei disturbi gastrointestinali: una revisione. Sabrina Cenni. Disturbi gastrointestinali: una rassegna. Nutrients 2023” fornisce un’utile panoramica della sua efficacia nella prevenzione e nella gestione di questi disturbi.”

“Abstract: Gluten is only partially digested by intestinal enzymes and can generate peptides that can alter intestinal permeability, facilitating bacterial translocation, thus affecting the immune system. Few studies addressed the role of diet with gluten in the development of intestinal inflammation and in other gastrointestinal disorders. The aim of this narrative review was to analyse the role of gluten in several gastrointestinal diseases so as to give a useful overview of its effectiveness in the prevention and management of these disorders.”

“Introduction. Gluten is a protein mass made of a complex network of gliadins and glutenins, which are proteins rich in glutamines and prolines found in most grains, such as barley, wheat, and rye [1 ,2]. Due to its high-water binding capacity and its consequent malleability and elasticity, gluten induces the formation of viscoelastic membranes, thus determining the proper consistency of dough, which allows it to be processed in bread and other foods [ 3– 5]. The high content of glutamines and prolines in gliadins make them difficult to cleave, making them able to escape degradation from gastric, pancreatic, and intestinal proteolytic enzymes [3, 4]. Therefore, gluten is what remains after the removal of starch, water-soluble proteins, and albumins [1]. In Western countries, the gluten dietary intake is approximately 5 to 20 g per day [3 , 4]. In the last decades, the literature reports an increased number of reactions following a widespread exposure to gluten [ 6]. Gluten-related diseases affect up to 10% of the general population and can be classified as three different disorders: IgE-mediated wheat allergy, Celiac disease (CD), and non-celiac gluten sensitivity (NCGS) [2, 6]. However, there is increasing evidence that gluten can trigger an innate and adaptative immune response responsible for intestinal inflammation [7]. Notably, along with other dietary elements, gluten may contribute to the development of inflammatory intestinal disorders, such as inflammatory bowel disease (IBD), as well as functional gastrointestinal disorders (FGIDs) and concur in symptom exacerbation, although its exact role is still under investigation.”

Gluten and intestinal inflammation. “Inflammation is the natural response of the innate immune system to external stimuli, such as microbial pathogens and injuries [8 ]. When the trigger persists and the immune cells are constantly activated, the inflammatory response may become chronic and self-sustainable [8]. The aetiology of inflammation is clear and easily detectable in some health conditions, while in others it can be difficult to identify [ 8]. The pathogenesis of inflammation is multifactorial. Nevertheless, genetic vulnerability, psychological stress, environmental factors, and some dietary patterns have been described as potentially implicated in the development of inflammatory phenotypes [ 8]. There are at least 50 different types of gliadin epitopes that can have an immunomodulatory and cytotoxic role or that can impact the gut permeating activities [ 8 ]; in fact, some of these can stimulate a pro-inflammatory innate immune response and others can activate specific T cells [8].
Gliadins immune cells’ activation is not only observed in celiac patients, as described by Lammers et al. [9, 10]. Indeed, their study concluded that gliadin induced an inflammatory response and, in particular, an important production of pro-inflammatory cytokines (IL-6, IL- 13, and interferon-gamma) both in Celiac patients and in healthy controls, even if proinflammatory cytokine levels were higher in Celiac patients [9, 10]. Similarly, Harris et al. showed that incubated peripheral blood mononuclear cells (PMBC) obtained from healthy HLA-DQ2 positive individuals produced proinflammatory cytokines, such as IL-23, IL-1beta, and TNF-α, when exposed to gliadin peptides [ 8, 11]. These cytokines’ production was significantly higher in Celiac patients compared to healthy controls [8,11]. Accordingly, Cinova et al., in their case-control study, demonstrated that gliadin could stimulate a substantial TNF-α and IL-8 production by monocytes, principally in celiac patients, but also, to a lesser extent, in healthy control individuals [12]. Gliadin also has an important role in modifying intestinal permeability through the reorganization of actin filaments and the modified expression of junctional complex proteins [ 8,13 ]. As demonstrated by Drago et al. and Lammers et al., gliadin’s binding to the chemokine receptor CXCR3 determines a release of zonulin, an active protein, which compromises the integrity of the intestinal barrier through the rearrangements of actin filaments, ultimately leading to an altered intestinal permeability both in Celiac and non-Celiac patients [ 9, 10, 14 ]. In conclusion, Ziegler et al. and Junker et al. reported that amylase trypsin inhibitors, found in gluten-containing cereals, have the capacity to activate toll-like receptors, thus stimulating the release of inflammatory cytokines and inducing a T-cell immune response in both celiac and non-celiac patients [15,16]”.

Einkorn wheat is the exception in relation to gluten-induced intestinal inflammation

A – Einkorn bread evidenced an anti-inflammatory effect. Integrated Evaluation of the Potential Health Benefits of Einkorn-Based Breads A. Gobetti et al. 2017.

B – Protective effects of ID331 Triticum monococcum. Protective effects of ID331 Triticum monococcum gliadin on in vitro models of the intestinal epithelium. Giuseppe Iacomino et al. (PMID: 27374565 DOI: 10.1016/j.foodchem.2016.06.014 )

Note

1 – Worldwide Prevalence and Burden of Functional Gastrointestinal Disorders, Results of Rome Foundation Global Study

BACKGROUND & AIMS: Although functional gastrointestinal disorders (FGIDs), now called disorders of gut-brain interaction, have major economic effects on health care systems and adversely affect quality of life, little is known about their global prevalence and distribution. We investigated the prevalence of and factors associated with 22 FGIDs, in 33 countries on 6 continents. METHODS: Data were collected via the Internet in 24 countries, personal interviews in 7 countries, and both in 2 countries, using the Rome IV diagnostic questionnaire, Rome III irritable bowel syndrome questions, and 80 items to identify variables associated with FGIDs. Data collection methods differed for Internet and household groups, so data analyses were conducted and reported separately. RESULTS: Among the 73,076 adult respondents (49.5% women), diagnostic criteria were met for at least 1 FGID by 40.3% persons who completed the Internet surveys (95% confidence interval [CI], 39.9–40.7) and 20.7% of persons who completed the household surveys (95% CI, 20.2–21.3). FGIDs were more prevalent among women than men, based on responses to the Internet survey (odds ratio, 1.7; 95% CI, 1.6–1.7) and household survey (odds ratio, 1.3; 95% CI, 1.3–1.4). FGIDs were associated with lower quality of life and more frequent doctor visits. Proportions of subjects with irritable bowel syndrome were lower when the Rome IV criteria were used, compared with the Rome III criteria, in the Internet survey (4.1% vs 10.1%) and household survey (1.5% vs 3.5%). CONCLUSIONS: In a large-scale multinational study, we found that more than 40% of persons worldwide have FGIDs, which affect quality of life and health care use. Although the absolute prevalence was higher among Internet respondents, similar trends and relative distributions were found in people who completed Internet vs personal interviews. Worldwide Prevalence and Burden of Functional Gastrointestinal Disorders, Results of Rome Foundation Global Study. Ami D. Sperber et al. Gastroenterology 2021;160:99–114

RNA-amplicon sequencing method

by luciano

“Gli attuali metodi commerciali di rilevamento del glutine non sono in grado di distinguere tra varianti di epitopi CD immunogeniche e non immunogeniche e quindi di quantificare con precisione il carico complessivo di epitopi CD di una data varietà di frumento. Il metodo di sequenziamento dell’RNA-amplicon è stato sviluppato per le trascrizioni di alfa-gliadina che comprendono i tre principali epitopi di CD e le loro varianti. Tale quantificazione è indispensabile per la corretta selezione delle varietà di frumento con basso potenziale in grado di causare la celiachia. “Quantitative and qualitative differences in celiac disease epitopes among durum wheat varieties identified through deep RNA-amplicon sequencing
Elma MJ Salentijn, Danny G Esselink, Svetlana V Goryunova, Ingrid M van der Meer, Luud JWJ Gilisse and Marinus JM Smulders Salentijn et al. BMC Genomics 2013, 14:905 http://www.biomedcentral.com/1471-2164/14/905

Abstract
“Background: Wheat gluten is important for the industrial quality of bread wheat (Triticum aestivum L.) and durum wheat (T. turgidum L.). Gluten proteins are also the source of immunogenic peptides that can trigger a T cell reaction in celiac disease (CD) patients, leading to inflammatory responses in the small intestine. Various peptides with three major T cell epitopes involved in CD are derived from alpha-gliadin fraction of gluten. Alpha-gliadins are encoded by a large multigene family and amino acid variation in the CD epitopes is known to influence the immunogenicity of individual gene family members. Current commercial methods of gluten detection are unable to distinguish between immunogenic and non-immunogenic CD epitope variants and thus to accurately quantify the overall CD epitope load of a given wheat variety. Such quantification is indispensable for correct selection of wheat varieties with low potential to cause CD.

Results: A 454 RNA-amplicon sequencing method was developed for alpha-gliadin transcripts encompassing the three major CD epitopes and their variants. The method was used to screen developing grains on plants of 61 different durum wheat cultivars and accessions. A dedicated sequence analysis pipeline returned a total of 304 unique alpha-gliadin transcripts, corresponding to a total of 171 ‘unique deduced protein fragments’ of alpha-gliadins. The numbers of these fragments obtained in each plant were used to calculate quantitative and quantitative differences between the CD epitopes expressed in the endosperm of these wheat plants. A few plants showed a lower fraction of CD epitope-encoding alpha-gliadin transcripts, but none were free of CD epitopes.

Conclusions: The dedicated 454 RNA-amplicon sequencing method enables 1) the grouping of wheat plants according to the genetic variation in alpha-gliadin transcripts, and 2) the screening for plants which are potentially less CD-immunogenic. The resulting alpha-gliadin sequence database will be useful as a reference in proteomics analysis regarding the immunogenic potential of mature wheat grains.

……omissis Limiting the abundance of CD epitopes in food products may reduce the risk of sensitization of the immune system of the group of people that are genetically susceptible for CD. In order to breed and select for wheat varieties with significantly reduced immunogenic potential to cause CD it is necessary to accurately estimate the quantity and quality of the CD epitope load in gluten. Up to now, the ability for high throughput quantification of CD epitopes by presently available assays based on T cell clones and on monoclonal antibodies is very limited, mainly because of the high complexity of the wheat material on the one hand, and the laboriousness of in vitro T cell assays and the promiscuity of the monoclonal antibodies on the other hand [22,23]. In addition, most commercial kits with monoclonal antibodies detect gluten, not CD epitopes.

A custom 454 sequence analysis pipeline was used to quantify CD epitopes and their variants in the alpha-gliadin transcriptomes of a set of 77 individual plants from 61 different durum wheat accessions, by determining the normalised transcript abundances for the respective CD epitopes and variants thereof.”

More information: https://www.yourgenome.org/facts/what-is-the-454-method-of-dna-sequencing

Nota:

Il sequenziamento del DNA è la determinazione dell’ordine dei diversi nucleotidi (quindi delle quattro basi azotate che li differenziano, cioè adenina, citosina, guanina e timina) che costituiscono l’acido nucleico.

La sequenza del DNA contiene tutte le informazioni genetiche ereditarie del nucleo, plasmidi, mitocondri e cloroplasti che sono alla base per lo sviluppo di tutti gli organismi viventi. All’interno di questa sequenza sono codificati i geni di ogni organismo vivente, nonché le istruzioni per esprimerli nel tempo e nello spazio (regolazione dell’espressione genica). Determinare la sequenza è dunque utile nella ricerca del perché e come gli organismi vivono.

La conoscenza del genoma risulta quindi utile in ogni campo della biologia e l’avvento di metodi per il sequenziamento del DNA ha accelerato significativamente la ricerca.

Glutine e salute

by luciano

L’argomento è oggetto di moltissimi studi e ricerche sia scientifiche che report giornalistici.
L’articolo di seguito, integralmente riportato, è una presentazione completa delle problematiche correlate al consumo di prodotti contenenti glutine.
In evidenza
“il riconoscimento delle diverse forme cliniche dovute all’ingestione di glutine”.
“l’importanza di un esame d’insieme della problematiche afferenti questa patologia come l’infiammazione della mucosa intestinale, l’equilibrio della flora intestinale, la giusta presenza degli enzimi digestivi, la correzione del deficit di assorbimento e l’aspetto immunologico”.
“la parte riguardante i danni che il glutine può arrecare alla mucosa intestinale e in che modo li provoca”.

DISTURBI CORRELATI AL CONSUMO DEL GLUTINE
Filip Dudal D.O. Institute for Functional Medicine Certified Practitioner (IFMCP) USA

“Generalmente si considera che il Morbo Celiaco sia l’unica forma di disturbo causato dall’ingestione del glutine. In realtà diversi studi scientifici, condotti dal Dr. Alessio Fasano della Harvard University, dimostrano che esistono una serie di disturbi correlati al consumo del glutine che vanno ben oltre la conclamata celiachia. Le proteine del glutine non vengono sempre completamente digerite. Ciò produce una grande quantità di sostanze che provocano una risposta immunitaria e infiammatoria cronica soprattutto nei soggetti geneticamente predisposti e in forme minori si può presentare in soggetti che non lo sono.

Sfatiamo il luogo comune. Tanti pensano che l’ingestione del glutine porti unicamente a problemi digestivi. Non è così. Il glutine può essere causa di altri sintomi definiti extra digestivi quali: dolori articolari, herpes, dermatiti, astenia, asma, disturbi neurologici e cognitivi (difficoltà di concentrazione, di memoria, lentezza mentale e abbassamento del tono
dell’umore). La mancanza di sintomi digestivi fa sì che quelli extra-digestivi sopra citati non vengano riconosciuti come correlati al consumo del glutine. In realtà, come vedremo nel corso di questo articolo, l’assunzione di glutine provoca diverse forme cliniche.
L’esposizione cronica al glutine in persone sensibili causa un’alterazione della barriera intestinale e della sua funzione selettiva di assorbimento. Ne risulta un malassorbimento delle sostanze nutritive necessarie al buon funzionamento del metabolismo corporeo.
Vi sono diversi gradi di reazione immunologica al glutine che si traducono in diverse forme cliniche.
Non si tratta sempre e solo di “celiachia o non celiachia ”. Il quadro è più complesso e comprende alcune forme allergiche, forme auto-immuni e forme non-allergiche. Si rendono dunque necessari dei test che possano mettere in evidenza ogni grado di reazione al glutine.

Il trattamento delle varie forme cliniche non deve essere solo limitato all’esclusione del glutine dall’alimentazione. Vanno considerate l’infiammazione della mucosa intestinale, l’equilibrio della flora intestinale, la giusta presenza degli enzimi digestivi, la correzione del deficit di assorbimento e l’aspetto immunologico. Una volta riconosciuta e confermata la forma clinica specifica con un pannello completo di esami di laboratorio su sangue, sulle feci e sulla mucosa orale si avranno tutti gli elementi necessari per instaurare un trattamento personalizzato ed efficace.

Per saperne di più
Il glutine è la principale proteina strutturale che compone il frumento ed è contenuto anche in altri cereali come il farro, la segale, la spelta e l’orzo.
Tante persone pensano che il Kamut® contenga meno glutine. In realtà è l’esatto contrario.

Il grano Khorasan a marchio Kamut® di origine egiziana contiene glutine spesso in quantità maggiore del frumento stesso. Fu introdotto negli Stati Uniti nel 1949 e fu dapprima denominato “Grano del Re Tut” per poi essere registrato come marchio Kamut® nel 1990.

Nell’era moderna l’industria alimentare ha favorito la selezione, lo sviluppo e la coltivazione delle varietà di grano che hanno la più alta concentrazione di glutine. Sappiamo che il glutine ha un valore nutrizionale molto limitato, ma ha la caratteristica di rendere l’impasto della farina molto viscoelastico (maglia glutinica). Infatti, in una soluzione acquosa, alcune frazioni del glutine (gliadine e glutenina) interagiscono per formare una trama proteica che intrappola l’amido e i gas durante la fermentazione dell’impasto favorendo la creazione di un prodotto alimentare più performante alla vendita e alle leggi di mercato. Di fatto questo tipo di elaborato ha una maggiore lievitazione, una migliore resistenza alla cottura e una migliore palatabilità che permettono di creare prodotti più belli e attraenti. Se ci ricordiamo, la pasta di un tempo che conteneva meno glutine, era di taglio corto e di colore tendente al marrone. Sicuramente più invitante alla vista, sono i nuovi prodotti; dalla foggia attraente ma con più glutine e meno salutari. Caratteristiche queste che ovviamente consentono una più ampia commercializzazione.
La vasta scala necessaria all’industria alimentare per arrivare a profitti sempre maggiori ha penalizzato quei grani autoctoni con minore concentrazione di glutine e ha favorito l’importazione di grani transnazionali, come il grano tenero del Canada, che consente di produrre la farina Manitoba; una farina caratterizzata dall’elevato contenuto di gliadina e glutenina che rende più facile la cottura garantendo la ricercata pasta “al dente”.
In Europa, il consumo medio di glutine contenuto nelle farine è di 10-20 grammi al giorno. Alcuni segmenti della popolazione arrivano a 50 grammi al giorno per l’alto consumo di prodotti da forno e di pasta. Statisticamente il Nord Italia conta 1 celiaco su 130 individui, nel Sud Italia si conta 1 individuo celiaco su 100. Le forme di sensibilità al glutine non- celiaca sono ben più frequenti.

Quali sono le diverse forme cliniche dovute all’ ingestione del glutine?

A. Forme Autoimmuni
1. Celiachia (potenziale, silente o sintomatica)
2. Atassia da glutine (perdita del controllo e della coordinazione muscolare)
3. Dermatite erpetiforme (Herpes con depositi di IgA nelle pustole)

B. Forme Allergiche
1. Allergia al frumento
2. Allergia con manifestazioni respiratorie, asma
3. Anafilassi Asmatica Grano-Dipendente Indotta dall’Esercizio Fisico (WDEIA – Wheat Derived Exercice Induced
Asthma)

C. Forme Non-Allergiche
1. NCGS – Non-Celiac Gluten Sensitivity – Sensibilità al Glutine Non-Celiaca
2. Ipersensibilità al Glutine

Sindrome dell’intestino irritabile: c’è un ruolo per il glutine?

by luciano

Uno studio molto importante che evidenzia la sovrapposizione dei sintomi della sindrome dell’intestino irritabile con quelli generati dalla sensibilità al glutine non celiaca dalle ATI e da Fodmaps.

“A tight link exists between dietary factors and irritable bowel syndrome (IBS), one of the most common functional syndromes, characterized by abdominal pain/discomfort, bloating and alternating bowel habits. Amongst the variety of foods potentially evoking “food sensitivity”, gluten and other wheat proteins including amylase trypsin inhibitors represent the culprits that recently have drawn the attention of the scientific community. Therefore, a newly emerging condition termed non-celiac gluten sensitivity (NCGS) or nonceliac wheat sensitivity (NCWS) is now well established in the clinical practice. Notably, patients with NCGS/NCWS have symptoms that mimic those present in IBS. The mechanisms by which gluten or other wheat proteins trigger symptoms are poorly understood and the lack of specific biomarkers hampers diagnosis of this condition. The present review aimed at providing an update to physicians and scientists regarding the following main topics: the experimental and clinical evidence on the role of gluten/wheat in IBS; how to diagnose patients with functional symptoms attributable to gluten/wheat sensitivity; the importance of double-blind placebo controlled cross-over trials as confirmatory assays of gluten/wheat sensitivity; and finally, dietary measures for gluten/wheat sensitive patients. The analysis of current evidence proposes that gluten/wheat sensitivity can indeed represent a subset of the broad spectrum of patients with a clinical presentation of IBS. (J Neurogastroenterol Motil 2016;22:547-557). Umberto Volta, Maria Ines Pinto-Sanchez et al.

Extrac from the study:
…..omissis. Experimental Evidence for a Role of Wheat Components in Irritable Bowel Syndrome. Different mechanisms have been proposed to explain how gluten may trigger gastrointestinal symptoms in the absence of celiac disease (Figure).

In vitro studies have demonstrated that digests of gliadin increase the expression of co-stimulatory molecules and the production of proinflammatory cytokines in monocytes and dendritic cells (40,57,58). Certain “toxic” (that only stimulates the innate immune response) gliadin-derived peptides such as the 31-43mer, may evoke epithelial cell dysfunction, increased IL-15 production and enterocyte apoptosis (59). Recent studies have demonstrated increased expression of TLR-2 in the intestinal mucosa of non-celiac compared to celiac patients, suggesting a role of the innate immune system in the pathogenesis of non-celiac reactions to gluten or other wheat components (49). Other studies have shown that monocytes from HLA-DQ2+ non-celiac individuals spontaneously release 2-3 fold more IL-8 than monocytes from HLA-DQ2 negative patients. This suggests that patients without celiac disease (no enteropathy and negative specific serology), but with positive HLA-DQ2 status, may represent a subpopulation reacting mildly to gluten (60). In terms of gut dysfunction, gluten sensitization in mice has been shown to induce acetylcholine release, one of the main excitatory neurotransmitters in the gut, from the myenteric plexus (57).
This correlates with increased smooth muscle contractility and a hypersecretory status with increased ion transport and water movements (57). These functional effects induced by gluten were not accompanied by mucosal atrophy, and were not observed after sensitization with non-gluten proteins. Interestingly gluten-induced gut dysfunction was particularly notable in mice transgenic for the human celiac gene HLA-DQ8 (57).
ATIs, a group of wheat proteins that confer resistance of the grain to pests, are strong inducers of innate immune responses via TLR4 and via the myeloid differentiation factor 88-dependent and -independent pathway (40). This activation occurs both in vitro and in vivo after oral ingestion of purified ATIs or gluten, while gluten-free cereals display no or minimal activities (61). The role of ATIs in IBS is not yet known, however there is clear description of a mechanism that could be involved in the generation of gut dysfunction and symptoms. These mechanisms are different from those proposed for gluten and thus it is conceivable that they could co-exist in given patients or have a synergistic effect.

Glutine: aminoacidi, digestione, peptidi tossici e immunogenici

by luciano

Gliadina e Glutenina
Sono le proteine del grano (la gliadina, solubile in alcol e la glutenina, insolubile in alcol.) e sono composte da catene di aminoacidi (1). La gliadina è costituita dall’unione di circa 100-200 amminoacidi (principale responsabile della celiachia), e la glutenina, costituita dalla combinazione di circa 2.000-20.000 amminoacidi. Il legame covalente che unisce due amminoacidi prende anche il nome in biochimica di “legame peptidico”. Una catena di più amminoacidi legati attraverso legami peptidici prende il nome generico di peptide o polipeptide o di oligopeptide se il numero di amminoacidi coinvolti è limitato; uno o più polipeptidi, a volte accompagnati da altre strutture ausiliarie o ioni dette cofattori o gruppi prostetici, costituiscono una proteina. Gli aminoacidi (o amminoacidi) sono l’unità strutturale primaria delle proteine. Possiamo quindi immaginare gli aminoacidi come mattoncini che, uniti da un collante chiamato legame peptidico, formano una lunga sequenza che dà origine ad una proteina.
Le proteine dei cereali solubili in alcol sono denominate: prolammine.
La prolamina del grano è la gliadina, dell’orzo l’ordeina, della segale la secalina, dell’avena l’avenina. I diversi tipi di prolamine contengono diversi aminoacidi e quanto più alto è il contenuto di prolina e glutamina (che sono alcuni degli aminoacidi che la compongo) tanto più quella prolamina, e quindi i peptidi di quel cereale saranno tossici (2) per il paziente affetto da malattia celiachia. I livelli più elevati di prolina e glutamina sono nel grano, orzo e segale. Anche le glutenine hanno alcune sequenze tossiche per i celiaci ma risultano essere molto meno attive nel sollecitare la risposta avversa del sistema umanitario dell’uomo.