Вуглеводи як харчові алергени

Цзянь І Сох

1 кафедра педіатрії, Національний дитячий медичний інститут Khoo Teck Puat, Національна університетська лікарня, Сінгапур 119228, Сінгапур.

2 Кафедра педіатрії, Медична школа Йон Лоо Лін, Національний університет Сінгапуру, Сінгапур, 119077, Сінгапур.

Чун Хуей Хуан

2 Кафедра педіатрії, Медична школа Йон Лоо Лін, Національний університет Сінгапуру, Сінгапур, 119077, Сінгапур.

Бджі Ва Лі

2 Кафедра педіатрії, Медична школа Йон Лоо Лін, Національний університет Сінгапуру, Сінгапур, 119077, Сінгапур.

Анотація

ВСТУП

Харчова алергія, опосередкована IgE, - це негайна імунна реакція, що викликається впливом, як правило, через прийом всередину, алергенів порушувальної їжі. Частина алергену, відповідальна за зв'язування IgE, або алергенний епітоп, як правило, є конформаційною. Таким чином, складений білок у своїй тривимірній формі сприяє зв'язуванню IgE та амінокислотним послідовностям, які знаходяться на деякій відстані в лінійному сенсі, з'єднуючись з антитілом, формуючи комплекс антиген-антитіло, відповідальний за алергічну реакцію. Рідко епітопи є суто послідовними, що означає, що коротка лінійна послідовність послідовних амінокислот відповідає за утворення комплексу антиген-антитіло.

На відміну від цього, вуглеводи самі по собі погано імуногенні. Вуглеводи ковалентно приєднуються до білків, утворюючи глікопротеїни. Частина глікану глікопротеїнів ссавців, як правило, не є імуногенною. Вони є загальними для більшості ссавців, і тому власна імунна система ссавців виробляє толерантність до цих вуглеводних компонентів. І навпаки, глікопротеїни не ссавців, які відрізняються від власних глікопротеїдів ссавців, можуть індукувати утворення IgG, а іноді і IgE антитіл. Основним прикладом неалергенного глікану є зв’язаний залишок фукози α1-6, який є загальним як для гліканів ссавців, так і для не ссавців. На противагу цьому, α1-3 пов'язана фукоза та β1-2 пов'язані залишки ксилози рослинних глікопротеїдів є імуногенними, оскільки у ссавців їх немає [1].

За останні чотири десятиліття про вуглеводні епітопи писали багато, і традиційно вважалося, що вони не можуть викликати алергічних реакцій. Однак звіти за останні роки скасували це припущення. Тут ми пропонуємо погляд на історію досліджень вуглеводних епітопів при харчовій алергії та поточні дані в цій галузі.

МЕТОДИ

Ми здійснили пошук у PubMed, використовуючи терміни "вуглеводи та харчова алергія", "перехресно реактивні детермінанти вуглеводів" та "галакто-олігосахарид". Не було обмежень щодо мови чи періоду часу. У списках посилань на отримані статті також проводився пошук літератури, що стосується даної теми. Були включені лише статті, що стосуються предметної теми цього огляду. За цими критеріями було визначено 1607 статей. Після відбору тез було вилучено 38 відповідних статей та переглянуто списки посилань, щоб отримати ще 24 статті.

ВИЗНАЧЕННЯ ВЗУГЛЕГІДРАТІВ, ЩО РЕАКТИВНІ

Aalberse та ін. [2] вперше застосував термін перехресно реактивні детермінанти вуглеводів (CCD). У цій роботі автори систематично демонстрували, що алерген, що спричиняє неспецифічне зв'язування IgE у сироватці крові їх донорів, швидше за все був вуглеводом, який був термостійким і навряд чи мав клінічне значення - спостереження, які, як правило, справедливі протягом десятиліть. Багато досліджень, починаючи з [3, 4, 5,6], підтримують переважаючу думку про те, що ПЗЗ часто відповідає за індукцію специфічного IgE у безсимптомних пацієнтів. Відсутність симптомів зумовлена відсутністю біологічної активності цукрового ланцюга [4, 7, 8, 9].

ПЗЗ є в багатьох рослинах, включаючи харчові алергени арахіс, ківі, картопля, рис. Показано, що видалення вуглеводної сполуки з алергенного глікопротеїну зменшує зв'язування IgE в аналізі in vitro [1]. Більшість анти-ПЗЗ IgE викликані впливом пилку трави та укусами перетинчастокрилих [2, 9, 10]. Також повідомляється про асоціацію зі значним споживанням алкоголю [11, 12, 13, 14, 15]. Різні дослідження показують поширеність анти-CCD IgE приблизно у 20-37% пацієнтів з алергією на пилок трави та отруту комах [9, 16, 17, 18]. Також виявляється, що варіація поширеності залежить від віку; Хольцвебер та ін. [19] обстежив сироватки 6 220 пацієнтів із підозрою на сенсибілізацію до пилку, їжі або отрут комах і виявив, що пік поширеності анти-CCD антитіл був у підлітків, у 36% когорти.

Однак справжня поширеність анти-CCD IgE у загальній популяції невідома. Найбільше на сьогоднішній день дослідження невибраної когорти з харчовою алергією та ПЗЗ було проведено Амоахом та співавт. [20] школярів у Гані, спрямований на оцінку алергії на арахіс у популяції, де поширеність алергії на арахіс низька. Автори виявили, що у 17,5% (233/1328) випробуваної когорти мали арахісовий IgE; як і у попередніх дослідженнях, які визнали ПЗЗ відповідальним за хибнопозитивні результати IgE, у більшості були негативні тести на укол шкіри, і лише 21 дитина повідомила про симптоми прийому арахісу. Вони також продемонстрували сильну кореляцію між дітьми, які мали специфічний для арахісу IgE, з IgE анти-CCD; та попередня інфекція гематобієм Schistosoma, яка є можливим тригером для індукції перехресної реактивності, знову ж, ймовірно, через CCD.

Для обговорення молекулярних структур різних ПЗЗ та підтвердження їх біохімічних та (відсутність) клінічних симптомів, ми рекомендуємо чудовий оглядний документ, який також дає глибоке пояснення розвитку знань щодо ПЗЗ протягом десятиліть [21]. Підводячи підсумок, рослини мають N-глікани, спільні між собою і не зустрічаються у людей, можуть бути імуногенними. Деякі з цих N-гліканів містяться також у комах, паразитичних черв’яках та равликах. Незважаючи на багату літературу з ПЗЗ, дослідження підтверджували думку, що вони клінічно незначні. Причини нездатності CCD викликати клінічні реакції включають їх нездатність зшивати рецептори IgE на ефекторних клітинах, особливо з огляду на те, що багато CCD є одновалентними; і випадкова імунотерапія ПЗЗ у пацієнтів протягом життя, що призводить до індукції блокуючих антитіл типу IgG4.

Основна складність, яку представляє CCD, полягає у тестуванні IgE in vitro, оскільки метою такого тестування зазвичай є визначення речовин, на які у пацієнта є справжня алергія. Пацієнти з антитілами проти CCD можуть мати позитивні результати IgE щодо кількох перехресно реагуючих харчових та пилкових алергенів за відсутності будь-яких симптомів, що по суті призводить до багатьох помилкових спрацьовувань з усіма супутніми їх ускладненнями як для пацієнта, так і для лікаря. Хороший клінічний анамнез у поєднанні з усвідомленням цієї незрозумілої проблеми позбавить від потягу до тесту на IgE кількох речовин, що викликають сумнів, - сценарій, з яким часто стикаються фахівці-алергіки, коли пацієнт заходить через двері клініки та просить "перевірити на все, бо вони не впевнені, на що у них алергія ". Інший приклад полягає в встановленні імунотерапії отрутами, оскільки розрізнення подвійної чутливості та подвійної реактивності на отруту бджіл та ос для цілей імунотерапії можливо, але передбачає додаткову традиційну роботу, традиційно тестування на гальмування.

Деякі попередні дослідження свідчать про те, що тести на шкірні уколи виявляються більш специфічними, ніж, отже, перевершують тестування IgE in vitro [3, 4] у сценарії, коли задіяний ПЗС, за умови відсутності протипоказань для проведення шкірного укольного тесту у пацієнта . Діагностика, розв’язана за допомогою компонентів, є ще одним засобом подолання цієї проблеми [22, 23, 24, 25, 26], хоча існують три застереження. По-перше, використовувані рекомбінантні білки повинні бути позбавлені ПЗС. По-друге, інтерпретація конкретних компонентів повинна враховувати той факт, що алергени, на які реагують пацієнти, будуть відрізнятися географічно, як це було описано в алергії на арахіс [27]. Нарешті, діагностика, що вирішується за допомогою компонентів, вимагає специфічної технічної експертизи, і тому вона не настільки широко доступна у багатьох частинах світу.

Ідеально виключити участь ПЗЗ у тестуванні in vitro. Періодат, який є потужним окислювачем, продовжує використовуватися для видалення ПЗЗ для дослідницьких цілей, але має небажаний ефект, можливо, зменшуючи антигенну дію зв'язаного білка [28, 29]. Більш пізні дослідження з використанням блокаторів ПЗС [19], рослин із зменшеним ПЗЗ [30] та мікроплат резонансної томографії на поверхневих плазмонах із використанням пептидних та вуглеводних епітопів [31] показують перспективу для підвищення точності діагностики тестів IgE in vitro.

АЗІЙСЬКІ ХАРЧОВІ АЛЕРГЕНИ: ПТИЧЕ ГНІЗДО І РИС

Більш регіонально, ми описуємо два харчові алергени, які частіше вживаються в азіатському регіоні. В їх алергенних епітопах, здається, є вуглеводи. Китайські стрижі - це птахи, що зустрічаються в регіоні Південно-Східної Азії, а також на островах Тихого та Індійського океанів. Їхні гнізда вважаються харчовими делікатесами, особливо в Азії, і їх зазвичай варять подвійно з різними інгредієнтами, такими як гірський цукор, для приготування супу. Гніздоцементуюча речовина, що походить від самця свифлетта, - це глікопротеїн, який складається з 9% сіалової кислоти, 7,2% галактозаміну, 5,3% глюкозаміну, 16,9% галактози, 0,7% фукози, а решта - білок та неорганічна зола [ 32]. Випадки анафілаксії до пташиного гнізда свого часу були найпоширенішою причиною анафілаксії в Національній університетській лікарні в Сінгапурі [33], і автори все ще спостерігають щороку.

Подальше дослідження [34, 35] з'ясувало білок 66 кДа, який втратив свою IgE-зв'язуючу здатність при обробці перйодатом, але не при нагріванні, припустивши, що вуглеводний фрагмент необхідний для індукції алергічної реакції. Дані про секвенування амінокислот пептидного компонента білка свідчать про гомологію попереднику овоінгібітора у курки, але це навряд чи було б значущим, оскільки курка є загальновживаною їжею в країні, проте жоден з пацієнтів не мав алергії на курку. Структура цього глікопротеїну ще не з’ясована.

Ще одним харчовим алергеном, типовим для азіатського регіону, є рис. Рис є насінням Oryza sativa і є основним продуктом харчування у багатьох частинах світу. Незважаючи на це, повідомлень про алергію на рис при прийомі всередину було дуже мало [36, 37, 38, 39]. Нещодавно Trcka et al. [40] охарактеризував алергени в рисі, відповідальні за індукцію анафілаксії у німецького пацієнта, а також 8 інших німецьких пацієнтів, які мали симптоми гіперчутливості після прийому рису. Автори виявили, що ПЗЗ суттєво сприяв зв'язуванню IgE з усіма передбачуваними алергенами, в тому числі з найімовірнішим алергеном, глікопротеїном 56 кДа. Структура глікопротеїну ще не з’ясована.

УКРІПЛЕННЯ, АЛЕРГІЯ ЧЕРВОНОГО МЯСА І ЧЕТУКСІМАБ

Істинність того, що цукрові ланцюги на глікопротеїни не мають клінічного значення, все частіше оскаржується в останні роки.

Основна частина літератури зосереджена на алергії на червоне м’ясо, де споживання цього м’яса призводить до анафілактичних реакцій, унікальних тим, що вони мають тенденцію до затримки виступу через кілька годин після прийому. Реакції відбуваються в результаті зв'язування IgE з олігосахаридом галактозою-α-1,3-галактозою (α-Gal), яка є цукровим ланцюгом, зазвичай зустрічається у складі глікопротеїдів та гліколіпідів у ссавців.

Визнання ролі, яку α-Gal відіграв при алергії, вперше виявилося в 2008 році, коли Chung та співавт. [41] досліджував сироватки пацієнтів, які відчували реакції гіперчутливості після прийому цетуксимабу. Автори продемонстрували майже ідеальну кореляцію (r = 0,92) між антитілами IgE проти α-Gal з антитілами, які зв'язуються з цетуксимабом. За збігом обставин вони також спостерігали співіснування антитіл до білків котів, собак та яловичини, а потім показали, що зв'язування антитіл IgE проти білків котів, собак, яловичини та свинини та цетуксимабу може інгібуватися розчинним α-Gal і може поглинається із сироватки свинячим тиреоглобуліном, який також глікозилюється α-Gal.

Наступного року дослідники з Університету Вірджинії [42] опублікували серію з 24 пацієнтів, які мали алергічні реакції через 3-6 годин після прийому яловичини, свинини чи баранини, експерименти з поглинанням вказували на IgE, специфічний для α-Gal, як ймовірно винний. Результати тесту на шкірний укол були непропорційно малі порівняно з тим, що зазвичай можна було очікувати для білкового алергену. Встановлено, що алергія на червоне м’ясо з укусами кліщів в історії пацієнтів відповідала попередньому звіту ван Нунена та співавт. [43] ще в 2007 році до офіційної публікації [44]. Висновок про те, що сенсибілізуючий агент до α-Gal може бути попереднім укусом кліща у цих пацієнтів, підтверджується подальшою роботою, яка показала, що Amblyomma americanum [45], Ixodes ricinus [46] та Ixodes holocyclus [44] можуть бути основним сенсибілізатором . Гамстен та ін. [46] продовжив виявляти сильну зв'язок між сенсибілізацією укусу кліща та В-негативними групами крові у своїх пацієнтів.

З тих пір було опубліковано безліч повідомлень про випадки та невеликі серії [47, 48, 49, 50, 51], що описують зв'язок між антитілами до α-Gal та алергією на червоне м'ясо. Commins та ін. [52] нещодавно продемонстрував відтворюваність уповільненої анафілаксії до червоного м’яса у пацієнтів з IgE до α-Gal через відкриті харчові проблеми. Варто зазначити, що триптаза сироватки крові була підвищена лише у меншості позитивних проблем.

АЛЕРГІЯ ГАЛАКТО-ОЛІГОСАХАРИДУ

Алергія на рідину тіла морської бризки, Styela plicata, є формою професійної астми, виявленої у працівників устричних ферм у префектурі Хіросіма, Японія. Вдихання частинок морського шприца викликає захворювання дихальних шляхів, що проявляється як риніт та астма. Алергенно активними епітопами є олігосахаритоли з Н-антигену морської бризки [53, 54].

Хоча інакше вважалося, що вуглеводні епітопи не мають клінічного значення при алергії, тепер ми знаємо, що алергія на галакто-олігосахариди (ГСН) не піддається цьому припущенню; перший звіт про алергію на ГСН був у тих самих устриць у Хіросімі, Японія [55], які пили молочнокислий напій у листопаді 1991 року. ГСН є неперетравлюваними, термостійкими вуглеводами, що містять 2-6 одиниць цукру в довжині, що виробляються β -галактозидаза, яка переносить галактозу в лактозний фрагмент [56]. На відміну від α-Gal епітопу, який зв’язаний з білком, ГСН - унікальний алерген, оскільки це чистий вуглевод. ГСН стимулює ріст лактобактерій та біфідобактерій в кишечнику, що пов'язано з бажаними ефектами, такими як поліпшення запору [57] та зменшення ризику раку у моделі щурів [58].

Хоча на той час молочнокислий напій був загальнодоступним напоєм, який споживали у великих кількостях по всій Японії, симптоми повідомлялися лише у пацієнтів, які в анамнезі мали вплив морських бризок на фермі з устриць. Усі вісім пацієнтів [55] мали реакції гіперчутливості негайного типу під час прийому напою, у чотирьох з них на той час також була активна алергія на морські бризки. 30% ГСН, що міститься в напоях, які приймали пацієнти, мали 1-3 або 1-6 зв'язування двох молекул галактози з глюкозою, тоді як решта 70% складали 1-3 або 1-6 зв'язування 3-6 галактози молекули. Автори продемонстрували ГСН, який дав позитивні результати на тестах на подряпини, а тести на вивільнення гістаміну мали більше чотирьох молекул сахаридів, пов'язаних зв'язуванням 1-3 або 1-6. Перехресна реактивність спостерігалася між антитілом до ГСН та сирим антигеном морської бризки, що припускає, що антигени морських бризків були основним сенсибілізатором у цих пацієнтів з алергією на ГСН.

Після цього більше не надходило повідомлень про алергію на ГСН до впровадження нового продукту молочної суміші, доповненого ГСН. Протягом місяця після його впровадження у 2009 році педіатри у місті Хошимін, В’єтнам, помітили, що у дітей, які приймали цю формулу, були алергічні реакції [59]. Приблизно в той самий час люди в Сінгапурі, про яких відомо, що переносять коров’яче молоко, почали розвивати анафілаксію після прийому молочної суміші з ГСН. Чіанг та ін. [60] оцінив 5 пацієнтів, усі з яких були атопічними, та продемонстрував сенсибілізацію IgE за допомогою шкірних пробних тестів та тестів активації базофілів до ГСН та фракцій ГСН, що містять 3 одиниці цукру або більше, але не іншим потенційним винуватцям введеної суміші: зокрема білок коров’ячого молока та довголанцюговий фрукто-олігосахарид. ГСН - суміш олігосахаридів із довжиною до 7 одиниць цукру. Кількість можливих конфігурацій для ГСН збільшується в геометричній прогресії з кожним додатковим цукровим фрагментом. Приклад можливих структур ГСН із лише 3 одиницями цукру проілюстровано в таблиці 1 .

Таблиця 1

Можливі конфігурації зв’язку 3-одиничного компонента цукру галакто-олігосахариду