Abstract Background Recently, we have identified a dysregulated protein signature in the esophageal epithelium of eosinophilic esophagitis (EoE) patients including proteins associated with inflammation and epithelial barrier function; however, the effect of proton pump inhibitor (PPI) treatment on this signature is unknown. Herein, we used a proteomic approach to investigate: (1) whether PPI treatment alters the esophageal epithelium protein profile observed in EoE patients and (2) whether the protein signature at baseline predicts PPI response. Methods We evaluated the protein signature of esophageal biopsies using a cohort of adult EoE ( n = 25) patients and healthy controls (C) ( n = 10). In EoE patients, esophageal biopsies were taken before (pre) and after (post) an 8‐week PPI treatment, determining the histologic response. Eosinophil count PostPPI was used to classify the patients: ≥15 eosinophils/hpf as non‐responders (non‐responder) and < 15 eosinophils/hpf as responders (R). Protein signature was determined and differentially accumulated proteins were characterized to identify altered biological processes and signaling pathways. Results Comparative analysis of differentially accumulated proteins between groups revealed common signatures between three groups of patients with inflammation (responder‐PrePPI, non‐responder‐PrePPI, and non‐responder‐PostPPI) and without inflammation (controls and responder‐PostPPI). PPI therapy almost reversed the EoE specific esophageal protein signature, which is enriched in pathways associated with inflammation and epithelial barrier function, in responder‐PostPPI. Furthermore, we identified a set of candidate proteins to differentiate responder‐PrePPI and non‐responder‐PrePPI EoE patients before treatment. Conclusion These findings provide evidence that PPI therapy reverses the alterations in esophageal inflammatory and epithelial proteins characterizing EoE, thereby providing new insights into the mechanism of PPI clinical response. Interestingly, our results also suggest that PPI response could be predicted at baseline in EoE.

Eosinophilic esophagitis (EoE) is a chronic inflammatory esophageal disorder. The lack of non-invasive biomarkers currently results in dependency on endoscopy with biopsies for its diagnosis and monitoring. We aimed to identify potential non-invasive biomarkers using microRNAs (miRNAs) in plasma-derived extracellular vesicles (pEVs). This was a prospective single-center observational study of a discovery cohort of EoE patients (n = 26) with active disease (EoE.Basal) and after anti-inflammatory treatment (EoE.Post.tx) and control subjects (n = 16). Small-RNA-seq was performed to identify differentially regulated small RNAs (sRNAs). Candidate miRNAs were validated in an independent cohort (EoE patients, n = 33; controls, n = 14). The pEVs-sRNA cargo differed among conditions. Compared with controls, Ser_Comb_22, Leu_Comb_5, miR-10b-5p, and miR-125a-5p were upregulated in EoE.Basal, and miR-224-5p, miR-221-3p, let-7d-5p, and miR-191-5p were downregulated. The combination of miR-221-3p and miR-10b-5p showed the best diagnostic performance. Comparing paired EoE samples, miR-374a-5p and miR-30a-3p were upregulated in EoE.Basal, while miR-15a-5p and let-7d-5p were downregulated. Combined miR-30a-3p and miR-15a-5p showed the best AUC values, and miR-30a-3p alone was best as a monitoring biomarker (p = 0.001). In conclusion, pEVs-sRNA changed upon inflammation in EoE patients, and miR-30a-3p was proposed as a potential biomarker for monitoring the treatment. This study was the first to explore the use of pEVs as a non-invasive biomarker for EoE.