Eosinophilic esophagitis and duodenal food challenge – evaluation through endoscopic confocal laser endomicroscopy

Abstract

Background Endoscopic confocal laser endomicroscopy (eCLE) is an established technique that allows clinical evaluation of mucosal integrity by fluorescein leaking through the mucosa upon duodenal food challenge (DFC). Analysis of eCLE with DFC in eosinophilic esophagitis (EoE) would be interesting to evaluate epithelial barrier dysfunction also in other regions of the gastrointestinal tract and to characterize potential individual food allergens that trigger the esophageal inflammation.

Methods In an observational and proof of concept study we evaluated 9 patients with histologically proven EoE by eCLE and DFC. Severity of symptoms were graduated according to the validated symptom-based EoE activity index. The endoscopic appearance of the esophagus was described according to the Endoscopic Reference Score System (ERERS). Spontaneous and food induced transfer of fluorescein into duodenal lumen were detected 10 minutes following intravenously application of fluorescein and 10 minutes after DFC. Food allergens were yeast, egg, soy, milk, and wheat, respectively. Local application of sodium chloride solution 10 % to the duodenal mucosa before DFC served as a control. Patients responding to DFC received a dietary exclusion therapy according to the results of DFC.

Results We investigated 9 patients with EoE (8 men, 49.7±13.8, 36–76 years). Symptom-based EoE activity index was 79±27.4, 33–100. In all patients EoE was confirmed by histology with number of esophageal mucosal eosinophilic granulocytes > 15/HPF, (91.4±77.4, 42–263). Mean ERERS score was 4.5±1.3, 3–7. None of the patients was aware of any food intolerance. eCLE revealed one patient with spontaneous transfer of i. v. fluorescein into duodenal lumen before DFC (“leaky gut”). 40 DFC were performed in the remaining 8 patients of whom 5 patients (61 %) responded to DFC. Rank order of fluorescein leakage upon DFC was wheat and milk in 37.5 % each, soy in 25 %, and egg in 12.5 %. The patients were treated by PPI (n=9), esophageal bouginage (n=5) and/or local corticoid therapy (n=3). The 5 patients responding to DFC received an additional food exclusion dietary advice focussed on the results of DFC. All patients reported a reduction of their symptoms. EoE activity indexes of patients with positive DFC were 73.7+28.6, 33–100 before and 22.7+37.9, 0–79 four weeks after food exclusion.

Conclusion The findings of our proof of concept study suggest that eCLE with DFC may be an interesting tool to further evaluate patients with EoE. This technique has the potential to identify patients who may benefit from an additional individual dietary therapy.

Zusammenfassung

Hintergrund Die endoskopische konfokale Laserendomikroskopie (eCLE) ist eine etablierte Technik zur Untersuchung der duodenalen Mukosaintegrität durch den Übertritt von intravenös appliziertem Fluorescein während duodenaler Nahrungsprovokation (DFC). Die Untersuchung von Patienten mit eosinophiler Ösophagitis (EoE) mit eCLE und DFC wäre zur Klärung einer möglichen Epithelbarriere-Störung in anderen Bereichen des Gastrointestinaltraktes und zur Charakterisierung potenzieller individueller Nahrungsallergene, die die Ösophagusentzündung triggern, interessant.

Methode In einer “Proof-of-concept”-Beobachtungsstudie wurden 9 Patienten mit histologisch gesicherter EoE mittels eCLE und DFC untersucht. Die Symptomenschwere wurde durch den validierten symptombasierten EoE-Aktivitätsindex erfasst. Die Ösophagusentzündung wurde anhand des “Endoscopic Reference Score System (ERERS)” beschrieben. Der spontane und nahrungsinduzierte Fluorescein-Übertritt in das Duodenallumen wurde 10 Minuten nach intravenös appliziertem Fluorescein bzw. 10 Minuten nach DFC erfasst. Die Nahrungsallergene waren Hefe, Ei, Soja, Milch und Weizen. Die lokale duodenale Applikation von 10% NaCl-Lösung vor DFC diente als Kontrolle. Die Patienten mit positiver DFC erhielten eine entsprechende Ausschlussdiät.

Ergebnisse Es wurden 9 Patienten mit EoE (8 Männer, 49.7±13.8, 36–76 Jahre) untersucht. Der symptomenbasierte EoE-Aktivitätsindex war 79±27.4, 33–100. Bei allen Patienten war die EoE histologisch gesichert. Die Zahl der eosinophilen Granulozyten war > 15/HPF, (91.4±77.4, 42–263). Der ERERS-Score war 4.5±1.3, 3–7. Keiner der Patienten hatte eine Nahrungsunverträglichkeit. Die eCLE zeigte bei einem Patienten einen Spontanübertritt von Fluorescein in das Duodenallumen vor DFC (“leaky gut”). 40 DFC wurden bei den übrigen 8 Patienten durchgeführt, von denen 5 Patienten (61 %) auf die DFC reagierten. Die Rangfolge der Nahrungsallergene mit positiver Reaktion waren Weizen und Milch in je 37,5 %, Soja in 25 % und Ei in 12,5 %. Die Patienten wurden mit PPI (n=9), Ösophagusbougierung (n=5) und lokaler Kortikoidtherapie (n=3) behandelt. Die 5 Patienten mit positiver DFC erhielten eine Ausschlussdiät nach dem Ergebnis der DFC. Alle Patienten berichteten über eine Besserung ihrer Symptome. Die EoE-Aktivitätsindexe der Patienten mit positiver DFC waren 73.7±28.6, 33–100 vor und 22.7±37.9, 0–79 4 Wochen nach Nahrungsausschluss.

Schlussfolgerung Die Ergebnisse der “Proof-of-concept”-Studie lassen vermuten, dass die eCLE mit DFC eine interessante Technik zur Untersuchung von Patienten mit EoE ist. Die Methode hat das Potenzial Patienten zu charakterisieren, die von einer zusätzlichen individuellen diätetischen Therapie profitieren könnten.

Keywords

Endoscopic confocal laser endomicroscopy (eCLE) - Eosinophilic esophagitis - food intolerance - adverse reaction to food - duodenal food challenge

Schlüsselwörter

Endoskopische konfokale Laserendomikroscopie (eCLE) - eosinophile Ösophagitis - Nahrungsunverträglichkeit - "adverse reaction to food" - duodenale Nahrungsprovokation

Publication History

Received: 20 November 2022

Accepted after revision: 16 March 2023

Article published online:
24 October 2023

• References

• 1 Madisch A, Koop H, Miehlke S. et al. S2k-guideline gastroesophageal reflux disease and eosinophilic esophagitis of the German Society for Gastroenterology, Digestive and Metabolic Diseases, (DGVS), August 2022 – AWMF-Register number: 021 – 013.
• 2 Gómez-Aldana A, Jaramillo-Santos M, Delgado A. et al. Eosinophilic esophagitis: Current concepts in diagnosis and treatment. World J Gastroenterol 2019; 25 (32) 4598-4613
• 3 Racca F, Pellegatta G, Cataldo G. et al. Type 2 Inflammation in eosinophilic esophagitis: from pathophysiology to therapeutic targets. Front. Physiol 2022; 12: 815842
• 4 Gonsalves NP, Aceves SS. Diagnosis and treatment of eosinophilic esophagitis. J Allergy Clin Immunol 2020; 145 (01) 1-7
• 5 Van den Houte, Colomier E, Mariën Z. et al. OP175 Efficacy and timing of a blinded reintroduction phase for the low-FODMAP diet in IBS. United Eur Gastroenterol J 2021; 9
• 6 Kiesslich R, Rusticeanu M, Langhorst J. et al. Endomicroscopic diagnosis of food-induced Allergy-like Reactions. White paper. https://www.landing.maunakeatech.com/de/food-allergy-sensitivity-test
• 7 Fritscher-Ravens A, Schuppan D, Ellrichmann M. et al. Confocal endomicroscopy shows food-associated changes in the intestinal mucosa of patients with irritable bowel syndrome. Gastroenterology 2014; 147: 1012-1020
• 8 Fritscher-Ravens A, Pflaum T, Mösinger M. et al. Many patients with irritable bowel syndrome have atypical food allergies not associated with immunoglobulin E. Gastroenterology 2019; 157: 109-118
• 9 Schoepfer AM, Straumann A, Panczak R. et al. Development and validation of a symptom-based activity index for adults with eosinophilic esophagitis. Gastroenterology 2014; 147: 1255-1266
• 10 Hirano I, Moy N, Heckman MG. et al. Endoscopic assessment of the oesophageal features of eosinophilic oesophagitis: validation of a novel classification and grading system. Gut 2013; 62: 489-495
• 11 Hirano I. Clinical relevance of esophageal subepithelial activity in eosinophilic esophagitis. J Gastroenterol 2020; 55: 249-60
• 12 Yadlapati R, Kahrilas PJ, Fox MR. et al. Esophageal motility disorders on high-resolution manometry: Chicago classification version 4.0. Neurogastroenterol Motil 2021; 33 (01) e14058
• 13 Kiesslich R, Duckworth CA, Moussata D. et al. Local barrier dysfunction identified by confocal laser endomicroscopy predicts relapse in inflammatory bowel disease. Gut 2012; 61: 1146-1153
• 14 Frieling T, Gjini B, Melchior I. et al. Endoscopic laser endomicroscopy and leaky gut in patients with functional gastrointestinal symptoms and food intolerance. Z Gastroenterol 2022;
• 15 Frieling T, Gjini B, Melchior I. et al. Food intolerance in patients with functional abdominal pain – evaluation through endoscopic confocal laser endomicroscopy. Endoscopy International Open 2023; 11 (01) E67-E71
• 16 Tack J, Schol J, Van den Houte K. Paradigm shift: functional dyspepsia-a “leaky gut” disorder. Am J Gastroenterol 2021; 116: 274-275
• 17 Nojkov N, Zhou SY, Dolan RD. et al. Evidence of Duodenal Epithelial Barrier Impairment and Increased Pyroptosis in Patients With Functional Dyspepsia on Confocal Laser Endomicroscopy and “Ex Vivo” Mucosa Analysis. Am J Gastroenterol 2020; 115: 1891-1901
• 18 Blevins CH, Iyer PG, Vela MF. et al. The Esophageal Epithelial Barrier in Health and Disease. Clinical Gastroenterology and Hepatology 2018; 16: 608-617
• 19 Binienda A, Twardowska A, Makaro A. et al. Dietary Carbohydrates and Lipids in the Pathogenesis of Leaky Gut Syndrome: An Overview. Int J Mol Sci 2020; 21: 8368