Metaboliti del microbiota intestinale e senescenza del sistema immunitario innato nella sclerosi multipla: studio cross-omico

Abstract

La sclerosi multipla (SM) è una malattia infiammatoria cronica del sistema nervoso centrale in cui il microbiota intestinale svolge un ruolo emergente nella modulazione immunitaria. Questo studio cross-omico ha integrato metabolomica degli acidi grassi a catena corta (SCFA), metaboliti del triptofano e citomica delle cellule Natural Killer (NK) in 45 pazienti con SM o sindrome clinicamente isolata, stratificati per età (Under 40, n=12; Over 60, n=33), fenotipo clinico e terapia. I campioni plasmatici sono stati analizzati mediante LC-MS/MS con derivatizzazione chimica. L'integrazione multi-omica è stata condotta tramite il framework DIABLO (sPLS-DA). I risultati evidenziano quattro firme biologiche coerenti. Nei pazienti Over 60, l'espansione delle NK CD57+ si associa ad accumulo di L-chinurenina e acido chinurenico, configurando un circolo di immunosenescenza accelerato dalla disbiosi proteolitica. Nei pazienti con terapia Anti-CD20, si riscontra una firma immuno-metabolica specifica caratterizzata da livelli plasmatici di butirrato significativamente più elevati rispetto a non trattati e modulatori S1P (p<0,05), maggiore attivazione di NK CD69⁺ e preservati i livelli degli indoli, un profilo opposto ai pazienti con altre terapie. Nel confronto per fenotipo clinico, l'indolo-3-acetamide emerge come hub molecolare con correlazioni negative per SCFA saccarolitici e NK CD57⁺, mentre positive per NK CD56bright. Il butirrato correla positivamente con la durata di malattia (p=0,023), indipendentemente dal BMI, posizionandosi come hub immunomodulatorio trasversale. In conclusione, questo studio pilota dimostra per la prima volta, in una singola coorte SM, l'integrazione simultanea di SCFA, metaboliti del triptofano e fenotipo NK ponendo le basi per cercare, in futuro, un biomarcatore non invasivo di malattia nella SM.

Multiple sclerosis (MS) is a chronic inflammatory disease of the central nervous system in which the gut microbiota plays an emerging role in immune modulation. This cross-omics study integrated metabolomics of short-chain fatty acids (SCFAs), tryptophan metabolites, and Natural Killer (NK) cell cytomics in 45 patients with MS or clinically isolated syndrome, stratified by age (Under 40, n=12; Over 60, n=33), clinical phenotype, and therapy. Plasma samples were analyzed using LC-MS/MS with chemical derivatization. Multi-omics integration was conducted using the DIABLO framework (sPLS-DA). The results highlight four consistent biological signatures. In Over 60 patients, the expansion of CD57⁺ NK cells is associated with the accumulation of L-kynurenine and kynurenic acid, shaping a cycle of immunosenescence accelerated by proteolytic dysbiosis. In patients on Anti-CD20 therapy, a specific immuno-metabolic signature is observed, characterized by significantly higher plasma butyrate levels compared to untreated patients and those on S1P modulators (p<0.05), greater activation of CD69⁺ NK cells, and preserved indole levels, a profile opposite to patients on other therapies. In the comparison by clinical phenotype, indole-3-acetamide emerges as a molecular hub with negative correlations for saccharolytic SCFAs and CD57⁺ NK cells, while positive for CD56bright NK cells. Butyrate correlates positively with disease duration (p=0.023), independently of BMI, positioning itself as a transversal immunomodulatory hub. In conclusion, this pilot study demonstrates for the first time, in a single MS cohort, the simultaneous integration of SCFAs, tryptophan metabolites, and NK phenotype, laying the groundwork for seeking, in the future, a non-invasive disease biomarker in MS.