Short-chain fatty acids (SCFAs), which are generated by the bacterial fermentation of dietary fibers, promote expansion of regulatory T cells (Tregs). Potential therapeutic value of SCFAs has been recently highlighted in the experimental models of T cell-mediated autoimmunity and allergic inflammation. These studies suggest that physiological intestinal concentrations of SCFAs within the millimolar range are crucial for dampening inflammation-mediated processes. Here, we describe opposing effects of SCFAs on T cell-mediated immune responses. In accordance with published data, lower butyrate concentrations facilitated differentiation of Tregs in vitro and in vivo under steady-state conditions. In contrast, higher concentrations of butyrate induced expression of the transcription factor T-bet in all investigated T cell subsets resulting in IFN-γ-producing Tregs or conventional T cells. This effect was mediated by the inhibition of histone deacetylase activity and was independent of SCFA-receptors FFA2 and FFA3 as well as of Na+-coupled SCFA transporter Slc5a8. Importantly, while butyrate was not able to induce the generation of Tregs in the absence of TGF-β1, the expression of T-bet and IFN-γ was triggered upon stimulation of CD4+ T cells with this SCFA alone. Moreover, the treatment of germ-free mice with butyrate enhanced the expression of T-bet and IFN-γ during acute colitis. Our data reveal that, depending on its concentration and immunological milieu, butyrate may exert either beneficial or detrimental effects on the mucosal immune system.

Background: Food allergy (FA) affects an increasing proportion of children for reasons that remain obscure. Identification of pathogenic mechanisms involved in FA using untargeted metabolomic approaches may provide much needed diagnostic and prognostic disease biomarkers and improved treatment options. Methods: Mass spectrometry-based untargeted metabolomic profiling was performed on serum samples of children with either FA alone, asthma alone or both FA and asthma as well as healthy pediatric controls. Results: FA subjects exhibited a disease-specific metabolomic signature as compared to both control subjects and asthmatics. In particular, FA was uniquely associated with a marked decrease in sphingolipids, as well as a number of other lipid metabolites, in the face of normal frequencies of circulating natural killer T (NKT) cells. Specific comparison of FA and asthmatic subjects revealed differences in the microbiota-sensitive aromatic amino acid and secondary bile acid metabolism. Children with both FA and asthma exhibited a metabolomic profile that aligned with that of FA alone but not asthma. Among children with FA, distinct profiles were associated with history of severe reactions and presence of multiple FA. Conclusions: Children with FA display a disease-specific metabolomic profile that is informative of disease mechanisms and severity, and which dominates in the presence of asthma. Lower levels of sphingolipids and ceramides and other metabolomic alterations observed in FA children may reflect the interplay between an altered microbiota and immune cell subsets in the gut.

OBJECTIVE Progression of prediabetes to type 2 diabetes has been associated with β-cell dysfunction, whereas its remission to normoglycemia has been related to improvement of insulin sensitivity. To understand the mechanisms and identify potential biomarkers related to prediabetes trajectories, we compared the proteomics and metabolomics profile of people with prediabetes progressing to diabetes or reversing to normoglycemia within 1 year. RESEARCH DESIGN AND METHODS The fasting plasma concentrations of 1,389 proteins and the fasting, 30-min, and 120-min post–oral glucose tolerance test (OGTT) plasma concentrations of 152 metabolites were measured in up to 134 individuals with new-onset diabetes, prediabetes, or normal glucose tolerance. For 108 participants, the analysis was repeated with samples from 1 year before, when all had prediabetes. RESULTS The plasma concentrations of 14 proteins were higher in diabetes compared with normoglycemia in a population with prediabetes 1 year before, and they correlated with indices of insulin sensitivity. Higher levels of dicarbonyl/L-xylulose reductase and glutathione S-transferase A3 in the prediabetic state were associated with an increased risk of diabetes 1 year later. Pathway analysis pointed toward differences in immune response between diabetes and normoglycemia that were already recognizable in the prediabetic state 1 year prior at baseline. The area under the curve during OGTT of the concentrations of IDL particles, IDL apolipoprotein B, and IDL cholesterol was higher in new-onset diabetes compared with normoglycemia. The concentration of glutamate increased in prediabetes progressing to diabetes. CONCLUSIONS We identify new candidates associated with the progression of prediabetes to diabetes or its remission to normoglycemia. Pathways regulating the immune response are related to prediabetes trajectories.