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一种减轻鸡蛋中卵粘蛋白和牛奶中β-乳球蛋白过敏活性的新策略

城户君

熊本大学医学研究生院儿科,熊本市,日本熊本

西奈子

小儿科,熊本地区医疗中心,熊本市,熊本,日本

Sachiko三角

小儿科,熊本地区医疗中心,熊本市,熊本,日本

松本智明

日本熊本,麻生市,麻生温泉医院儿科

电邮:matsumoto@a.asospahp.jp

内政部:10.15761/IMM.1000195。

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摘要

近年来,由于儿童食物过敏现象日益普遍,公众对食物过敏的关注也越来越多。在日本,鸡蛋和牛奶过敏占所有儿童食物过敏病例的近50%。对鸡蛋和牛奶过敏的病人应该避免这些食物和含有它们的产品,直到他们不再过敏。然而,考虑到营养、饮食质量和低过敏性,对这些患者来说,摄入低过敏性鸡蛋、牛奶和含有这些成分的产品是非常重要的。我们先前证明了电解法可以降低牛奶和鸡蛋中类卵粘液中-乳球蛋白的致敏活性。在这篇综述中,我们讨论了这种生产低过敏性鸡蛋和牛奶的新策略。

关键词

鸡蛋过敏、牛奶过敏、卵粘蛋白、β-乳球蛋白、电解、S-S蛋白过敏原

介绍

食物过敏仍然是一个重要的人类健康问题。近来,食物过敏病例不断增加,日本有5%-10%的婴儿和1%-3%的学龄儿童受到食物过敏的影响。鸡蛋是最常见的食物过敏原因,其次是牛奶。这些食物过敏的患者在摄入鸡蛋、牛奶或含有这些食物的产品后,会出现不良反应,如荨麻疹、血管性水肿、喘息、胃肠道症状或过敏性休克。

蛋类由8%-11%的蛋壳、56%-61%的蛋白和27%-32%的蛋黄组成。蛋清是含水的蛋白质溶液(10%蛋白质,88%水),而蛋黄由50%的水、34%的脂肪和16%的蛋白质组成,这使得它的性质非常不同。蛋清被认为是最重要的过敏原来源,与卵粘液(OMC;WHO/IUIS过敏原名称:Gal d 1)、卵清蛋白(Gal d 2)、卵转铁蛋白(Gal d 3)和溶菌酶C (Gal d 4)是蛋黄中的主要过敏原,但在蛋黄中也发现了ige结合过敏原。这四种主要蛋白过敏原的特征见表1。OMC和卵转铁蛋白是最常见的过敏原,但这可能取决于报道。

蛋白质

过敏原名称

干蛋白含量(%)

患者患病率(%)

大小

(kDa)

π

氨基

卵类粘蛋白

加维1

11

34-97

28

4.1

186

卵清蛋白

加维2

54

9-100

45.0

4.5

385

卵转铁蛋白

加维3

13

22-94

77.7

6.0

686

溶菌酶

加维4

3.5

6 - 69

14.3

10.7

129

表1。主要蛋清过敏原

pI:等电点

每升牛奶含有约30-35克蛋白质,含有超过25种不同的蛋白质,但已知只有其中一些会引起过敏。表2提供了牛奶过敏原的特征。牛奶蛋白由含酪蛋白和乳血清(乳清蛋白)的凝结物组成,分别占牛奶总蛋白的80%和20%,[3]。酪蛋白分数(Bos d 8)由四个蛋白质占不同比例的整个部分:alphaS1-casein (Bos d 9), alphaS2-casein (Bos d 10),β-酪蛋白(Bos d 11),和kappa-casein (Bos d 12), alphaS1-casein是最重要的过敏原酪蛋白分数[4]。乳清部分的变应原有α -乳白蛋白(Bos d 4)、β -乳球蛋白(BLG) (Bos d 5)、免疫球蛋白(Bos d 7)、牛血清白蛋白(BSA, Bos d 6)和微量乳铁蛋白(Bos d乳铁蛋白)。-乳白蛋白和-乳球蛋白是乳清组分中最重要的过敏原,分别占乳蛋白总量的5%和10%[3,5]。只有少数报道描述对少量乳清蛋白如免疫球蛋白、BSA或乳铁蛋白[6]过敏。

蛋白质

过敏原名称

浓度

(克/升)

患者患病率(%)

大小(kDa)

π

氨基

乳清

α-乳清蛋白

Bos d 4

1-1.5

0-67

14.2

4.8

123

Beta-lactoglobulin

Bos d 5

3-4

13-62

18.3

5.3

162

牛血清白蛋白

Bos d 6

0.1-0.4

0 - 76

66.3

4.9-5.1

582

免疫球蛋白

Bos d 7

0.6-1.0

12-36

160

乳铁蛋白

0.09

0-35

80

8.7

703

整体

酪蛋白

α1酪蛋白

Bos d 9

12 - 15

65-100

23.6

4.9-5.0

199

AlphaS2-casein

Bos d 10

3-4

25.2

5.2-5.4

207

β-酪蛋白

Bos d 11

9 - 11

35-44

24

5.1-5.4

209

Kappa-casein

Bos d 12

3-4

35-41

19

5.4 - -5.6

169

表2。主要牛奶过敏原

pI:等电点

鸡蛋和牛奶过敏的诊断及皮肤点刺试验的有效性

对于怀疑食物过敏的病人,决定性的诊断是至关重要的。双盲、安慰剂控制的食物挑战仍然是诊断食物过敏的黄金标准;然而,这是耗时、昂贵和麻烦的患者,并涉及严重的全身反应的风险[7]。

已经开发了几种诊断测试来预测口腔食物挑战的结果。分析食物特异性血清IgE水平[8,9]、皮肤点刺试验(SPT)[10-12]和特应性斑贴试验[13]可能是诊断食物过敏的有用工具。然而,食物挑战仍然是确定诊断食物过敏的关键工具,因为对食物特异性血清IgE水平和SPT的分析目前在大多数情况下不会使口服食物挑战变得不必要[14]。SPT是评估食物过敏的重要第一线程序,因为它快速且相对便宜。在此之前,我们报告,在SPT中测量风团大小并计算皮肤指数(SI)有助于诊断许多食物过敏(例如,对鸡蛋、牛奶、小麦和花生的过敏)[15]。此外,我们对126名怀疑患有CMA的儿童进行了SPT,76名儿童的口腔激发试验结果呈阳性。我们进行了逻辑回归分析,以评估在这126名患者中,风团直径或SIs是否可以预测CMA。我们发现,风团直径和SIs可以预测阳性的口腔激发试验结果。而口腔激发试验结果呈阳性的预期概率为≥0.5,风团直径和SIs的截止值为≥8mm(79.5%的敏感性和76.7%的特异性)和≥1.0(敏感性77.3%,特异性78.9%)。

[11]和Sporik[16]显示小于2岁的儿童风团直径为6毫米,>为2岁的儿童风团直径为8毫米,表明临床反应的特异性为100%。沙里宁[17] 报告的特异性为98%,阳性预测值(PPV)为92%,适用于直径>8mm的风团[12]报道,当用鲜奶刺破直径12.5 mm的小麦穗时,PPV达95%。Calvani[18]报道了婴儿15毫米风团直径的95% PPV;这一证据支持了我们的研究结果,即直径为15毫米的风团具有90%的PPV。

鸡蛋和牛奶过敏的治疗

鸡蛋过敏(HEA)或牛奶过敏(CMA)的患者应避免食用含有这些食物或产品,直到他们长出了HEA或牛奶过敏(CMA)。然而,最近有报道称,通过摄入这些食物进行口服免疫治疗能够有效地脱敏这些食物过敏[19]。蛋清比蛋黄具有更高的过敏原含量。此外,由于生鸡蛋比熟鸡蛋具有更大的过敏原含量,HEA患者在口服刺激试验(OPT)中摄入生蛋清后很可能发生不良反应。许多HEA患者可以摄入煮熟的蛋黄,有些患者甚至可以少量摄入煮熟的蛋白。因此,我们应该评估它们在口服母鸡-鸡蛋刺激试验中的剂量上限。能够摄入少量的熟鸡蛋对患者的日常营养和饮食质量当然是重要的。

广泛水解配方(ehCMF)已被推荐作为CMA婴儿的牛奶替代品。然而,这些配方除了味道不佳外,还存在营养问题,如生长下降[20],血浆蛋白浓度和铁结合能力下降,血浆和尿液中某些氨基酸浓度不平衡[20,21]。此外,给予水解液配方的动物肠道胰蛋白酶和糜蛋白酶蛋白水解活性增强,肝脏细胞色素水平升高,糖皮质激素代谢[22]中断。因此,可能需要在不使用蛋白水解酶的情况下,缓解牛奶的过敏作用。部分水解牛奶配方(phCMFs)对轻度至中度特应性皮炎[23]的婴儿有治疗作用。虽然phCMF不被认为是CMA婴儿的替代配方,但我们最近报道,53例CMA患儿中有40例(75%)可摄入phCMF[24],且无任何不良反应。此外,大多数>直径6 mm的儿童使用phCMF[24]可以完成OPT。因为与ehCMF相比,phCMF含有分子量更大的蛋白,而这些蛋白不通过超滤膜,所以phCMF与ehCMF相比具有更高的致敏性。由于phCMF比ehCMF保留更多的牛奶抗原,早期和长期使用phCMF可能导致CMA患儿对牛奶抗原产生免疫耐受[25,26]。牛奶的大量水解会产生大量的游离氨基酸,导致苦味。 Since phCMF has been reported to taste better than ehCMF [27], phCMF may be more beneficial than ehCMF as a nutritional ingredient for drinks and food.

Beta-lactoglobulin

β-乳球蛋白(BLG)是一种重要的S-S蛋白过敏原,是乳清中的主要蛋白质,在母乳中没有对应物。BLG由九条β链(β链a–I)组成和一个α螺旋;假设β-链-I主链之间的分子间氢键和环(β-链-A和-B)侧链之间的分子间盐桥在二聚体形成中发挥重要作用[28]。过敏肽41V-60K包含β-链-B(41V-50P);另一种致敏肽149L-162I包括部分β-链-I(146H-151F).由于B细胞表位主要是构象,并且依赖于抗原的三维结构,因此研究了BLG的热变性以调节其免疫原性和过敏性。尽管热处理后BLG的IgE结合能力在一定程度上降低[29],与天然BLG相比,热变性BLG在胃肠粘膜中诱导更强烈的局部免疫反应[30]。

据报道,BLG的抗原性取决于其分子内S-S键,硫氧还蛋白可通过其催化活性S-S基团降低其抗原性,从而降低过敏性并提高消化率[31]。

卵类粘蛋白

鸡蛋中过敏原蛋白的含量主要包含在蛋清中。卵膜样(OMC)被认为是引起HEA的最主要的过敏原,它含有可能引起HEA过敏反应的S-S键[32,33]。OMC蛋白由186个氨基酸组成,分子量为28 kda,等电点pH为4.1。OMC由三个串联结构域组成,每个结构域含有近60个氨基酸,分别称为Gal.d1.1、Gal.d1.2和Gal.d1.3[34]。Gal.d1.1包含一个α-螺旋和三个β层。每个结构域有3个分子内S-S键,但没有分子间S-S键[35]。OMC对蛋白水解酶和热[36]具有高度的抗性,并因此表现出高度的过敏活性。

电解β-乳球蛋白

虽然预计在阴极侧电解过程中S-S键会减少,但对于使用碳电极的乳清蛋白,仅观察到氧化还原电位的短期调制和低电压差[37,38]。但是,在日本,碳电极不被批准用于食品调制。

我们报告,铂电极之间的高得多的电压差显著减轻了BLG的过敏活性[39]。简单地说,我们电解BLG如下(Kido中的图1)[40])。在H形电解槽中使用30 mm孔径的耐热玻璃管,连接两个300 mm长的管和一个40 mm长的管。使用含有1%氯化钠的1%BLG进行30分钟的电解,电压差为90 V,0.23 a(30 mA/cm2).两个玻璃管中的电解液温度保持在12-18的范围内电极附近的温度范围为40℃C至50在电解过程中。然后通过0.45 mm的过滤装置过滤每个BLG溶液。

在CMA患者中,与未处理的BLG (uBLG)或阳极的BLG (aBLG)相比,SPT中阴极侧BLG (cBLG)的风团大小显著减少,除了一位对牛奶有严重系统性过敏反应的患者。与uBLG相比,使用cBLG的风团反应的下降百分比(平均71%±28%)与使用普通牛奶的ehCMF相比(平均79%±18%)相似,而使用aBLG的风团大小与使用uBLG[39]相比没有显著影响。由于BLG在阳极和阴极两侧的SH组减少几乎相同,所以BLG S-S键的调节似乎与其过敏作用的缓解没有根本联系。

假设具有刚性球状结构的蛋白质的b细胞表位定位于分子表面。Selo[41]经胰蛋白酶消化后,在BLG分子上鉴定出3个肽段为致敏位点,分别是41V-60K、102Y-124R和149L-162I残基,这些残基均暴露在其刚性三维结构[42]之外。在我们的研究中,胰蛋白酶处理uBLG和aBLG清楚地识别出两个片段,41V-60K和149L-162I,而cBLG或来自未处理或阳极斑点的BLG的表观单体形式没有回收相应的胰蛋白酶片段。在凝胶过滤研究[39]中检测到uBLG为BLG的二聚体形式的单峰,表明天然BLG以二聚体形式存在于牛奶中。观察uBLG和aBLG的过敏反应,在含有uBLG和aBLG二聚体的凝胶中,两个抗原片段被明显分离。因此,二聚体形式似乎高度参与了BLG的过敏作用,而BLG二聚体形式的过敏作用与[39]表面的两个肽片段41V-60K和149L-162I密切相关。这是特别有趣的,因为与单体BLG[39]相比,cBLG的二聚体和低聚体显示出类似的质谱模式。这是至关重要的,以减轻这些修饰蛋白的敏感性潜力的营养配方,为高风险发展食物敏感性的婴儿。

致敏肽41V-60K包含β -链b (41V-50P),另一种致敏肽149L-162I包含部分β -链i (146H-151F)。完全还原的SDS-PAGE研究显示cBLG有35和16 kda条带,而uBLG和aBLG[39]都有一个18 kda条带。另外,cBLG的二聚体结构可能与天然BLG的二聚体结构不同,导致BLG表面的过敏原肽位错进行构象调节。BLG的162个氨基酸序列中有15个是赖氨酸残基。赖氨酸是维持BLG[43]抗原结构的必需氨基酸。在阴极侧赖氨酸残基略少于阳极侧。据报道,各种商业BLG产品都能达到一定程度的乳糖酰化[44],而像乳糖这样的还原糖在加热和最适pH[45]的条件下,通过希夫碱(Schiff base)在乳糖的葡萄糖部分的醛和蛋白质的氨基之间促进美拉德反应。由于BLG的一个乳糖结合位点被鉴定为赖氨酸残基[44],赖氨酸残基的减少可能是由于电解过程中的美拉德反应。

缓解牛奶的过敏作用(不受水解作用的影响)可能是有益的,因为对水解配方奶粉的营养问题存在一些担忧[20-22]此外,在阴极侧电解后,乳清的味道没有改变。因此,我们的方法可能为CMA患者提供一种新的、更有利的制备低过敏性配方奶粉的策略。

电解卵粘液

已有一些关于获得低致敏性OMC的报道。Cooke和Sampson[46]报道,当OMC的分子内S-S键被二硫苏糖醇(DDT)切割时,OMC与IgE抗体的结合力降低了约28%,这在鸡蛋过敏的婴儿中尤其明显。Kato[47]据报道,当OMC被小麦蛋白加热并聚集时,OMC的致敏能力降低。这一现象归因于OMC和小麦蛋白之间形成分子间S-S键,以及OMC的聚集。当鸡蛋蛋白的固体成分浓度为0.2%–0.3%,pH值为10–11.5,OMC w当加热到>80°C时,OMC变性并失去其高致敏能力[48]。此外,当OMC在高压(100–400 MPa)下处理时,其与IgE抗体之间的结合力降低。因此,OMC的酪氨酸残基从分子内移到分子表面。

我们还表明,通电后OMC的致敏能力减弱[40]。采用相同的方法,使用含有1%氯化钠的1%BLG进行30分钟的电解,电压差为90 V,0.23 a(30 mA/cm2)在21例鸡蛋过敏患者中,与未经治疗的OMC(uOMC)相比,OMC在阴极(cOMC)和阳极(aOMC)侧的风团反应百分比分别为77.6%±28.8%和82.6%±33.8%(P= 0.004,P=0.030),分别为[40]。

这种对OMC的变应原性减轻的现象在cOMC中得到了明显的证实,并且在cOMC中SH组的数量显著增加。在一个OMC分子中,9个S-S键中有一部分预计会被裂解,这与Cooke和Sampson的报告[8]一致,即添加DDT后,当S-S键被裂解时,OMC与IgE之间的结合能力降低。我们的研究表明,OMC分子内的S-S键在不使用还原剂如滴滴涕的情况下被电裂解,这一裂解有助于降低致敏能力[40]。我们用不可还原溶剂对uOMC、cOMC和aOMC进行了2D电泳,得到了一些非常不同的点(图4在Kido[40])。我们从三种凝胶中切下这些相对较大的斑点,用胰蛋白酶处理这些蛋白质,然后对每个凝胶的肽片段进行质谱分析。此外,我们计算OMC的理论分子量,并将理论值与通过质谱分析获得的实际值进行比较。在cOMC中,一个预计会在15E-24K、57E-82K和122R-128R,或15E-24K和165C-185K模式中形成新的S-S键。在aOMC中,预计会在24M-14K、130E-159K和57E-63K、165C-185K和18D-24K模式中形成新的S键。因此,由于这些变化被认为有助于形成低过敏性OMC。

结论

在日本,HEA和CMA占所有儿童食物过敏病例的近50%。尽管患有HEA或CMA的患者应该避免使用鸡蛋、牛奶或含有它们的产品,直到他们长大超过HEA或CMA,但摄入低过敏性鸡蛋、牛奶或含有它们的产品对他们来说非常重要。了解通过电解降低BLG和OMC的致敏活性,可使其潜在用于开发低致敏性鸡蛋或牛奶产品或烹饪方法。

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  17. Kato Y,Oozawa E,Matsuda T(2001)通过在小麦粉存在下加热降低卵粘蛋白的抗原性和致敏性:依赖于小麦品种和分子间二硫键。农业食品化学杂志49: 3661 - 3665。[Crossref
  18. Hosono A, Ooi Y, Nakamura R(2004)低过敏性蛋白及其制备方法。日本专利出版物号2004-261154(P2004-261154A)。

编辑信息

主编

山口正彦
埃默里大学医学院

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出版的历史

收到日期:2016年1月10日
录用日期:2016年1月22日
发布日期:2016年1月25日

版权

©2016 Kido J.这是一篇根据知识共享署名许可证条款发行的开放获取文章,允许在任何媒体中不受限制地使用、发行和复制,前提是原始作者和来源均已获得授权。

引用

Kido J,Nishi N,Misumi S和Matsumoto T(2016)缓解鸡蛋中卵粘蛋白和牛奶中β-乳球蛋白过敏活性的新策略。Integr Mol Med 3:DOI:10.15761/IMM.1000195。

相应的作者

松本智明

麻生太郎温泉医院儿科部,日本熊本麻生太郎市内町1153-1号,邮编869-2301,电话:+81-967-32-0881;传真:+81-967-32-4462;

电邮:matsumoto@a.asospahp.jp

蛋白质

过敏原名称

干蛋白含量(%)

患者患病率(%)

大小

(kDa)

π

氨基

卵类粘蛋白

加维1

11

34-97

28

4.1

186

卵清蛋白

加维2

54

9-100

45.0

4.5

385

卵转铁蛋白

加维3

13

22-94

77.7

6.0

686

溶菌酶

加维4

3.5

6 - 69

14.3

10.7

129

表1。主要蛋清过敏原

pI:等电点

蛋白质

过敏原名称

浓度

(克/升)

患者患病率(%)

大小(kDa)

π

氨基

乳清

α-乳清蛋白

Bos d 4

1-1.5

0-67

14.2

4.8

123

Beta-lactoglobulin

Bos d 5

3-4

13-62

18.3

5.3

162

牛血清白蛋白

Bos d 6

0.1-0.4

0 - 76

66.3

4.9-5.1

582

免疫球蛋白

Bos d 7

0.6-1.0

12-36

160

乳铁蛋白

0.09

0-35

80

8.7

703

整体

酪蛋白

α1酪蛋白

Bos d 9

12 - 15

65-100

23.6

4.9-5.0

199

AlphaS2-casein

Bos d 10

3-4

25.2

5.2-5.4

207

β-酪蛋白

Bos d 11

9 - 11

35-44

24

5.1-5.4

209

Kappa-casein

Bos d 12

3-4

35-41

19

5.4 - -5.6

169

表2。主要牛奶过敏原

pI:等电点