食物过敏的免疫致敏机制及免疫脱敏治疗
食物过敏的免疫致敏机制及免疫脱敏治疗
【摘要】食物过敏是一种由通常无害的食物蛋白抗原引发的病理性、可能致命的免疫反应。目前食物过敏的患病率不断升高，治疗方法包括避免食物过敏原和用肾上腺素治疗过敏原引起的全身反应。因此，准确的诊断、预防和治疗十分必要。在过去的10年中，对食物过敏潜在发病机制的理解取得了长足的进步，本文综述IgE介导的食物过敏机制的最新研究进展。
【关键词】食物过敏；特异性IgE；免疫耐受；免疫治疗
食物过敏(food allergy，FA)是食物蛋白质抗原摄入引发的免疫系统病理反应，不同于食物不耐受[1-2]，后者被定义为一种非免疫反应，包括代谢、毒性、药理和未定义的机制[3]。近些年，食物过敏现象频发，过敏人群数量日益增多，儿童食物过敏比成人常见[4-5]。约90%的食物过敏来源于特定食物中的蛋白质，常见的食物过敏原包括花生、坚果、鱼类、贝类、鸡蛋、牛奶、小麦等[6]。接触致敏性食物后会迅速(几分钟至2 h)引发胃肠道(恶心、呕吐、腹泻)、皮肤(荨麻疹)和呼吸道(喘息、咳嗽)等局部症状，也可能发生全身反应，其严重程度可从轻微到出现生命危险[1]。目前尚缺乏有效的治疗方法，研究其机制显得尤为重要。食物过敏大致分为三类，包括IgE介导的速发型超敏反应、非IgE介导的反应以及由IgE和非IgE共同介导的免疫途径[7]。IgE介导的食物过敏在生活中最常见，对其机制的研究也最为深入。
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1、免疫致敏机制
1.1 免疫耐受
口服免疫耐受是指免疫系统对饮食抗原无反应的状态。一系列细胞参与了免疫耐受的诱导过程，包括抗原从肠腔转移到固有层和淋巴组织，进而被呈递并诱导相应的T细胞反应，最后免疫效应细胞归巢回到肠道等[8]。简单来说，进入机体的变应原经胃肠消化后可能通过多种方式透过肠上皮屏障，包括细胞旁扩散、通过表面表达CX3C趋化因子受体1(CX3C chemokine receptor 1，CX3CR1)的特化巨噬细胞以及通过覆盖在肠淋巴组织上的特化微折叠(M)细胞和跨细胞杯状细胞相关抗原通道[9]。透过屏障后，过敏原可以通过树突状细胞(dendritic cells，DCs)等固有层中的传统抗原呈递细胞(antigen-presenting cells，APCs)摄取，并转移到肠系膜淋巴结(mesenteric lymph node，MLN)，摄取的蛋白质/多肽被进一步分解，通过主要组织相容性复合物类(major histocompatibility complex，MHC)分子呈递给初始T细胞(naive T cells)，激活T细胞免疫反应[9](图1)。其中，CD103+DCs是促进黏膜耐受形成的主要DC亚群之一[10]，其产生的视黄酸(RA)和转化生长因子-β(transforming growth factor-β，TGF-β)可诱导初始T细胞分化为特异性叉头状盒蛋白P3(forkheadboxprotein3，FOXP3；负责诱导和维持Treg表型的主转录因子)调节性T细胞(Tregs)[11]。此外，视黄酸也可诱导Treg细胞表达整合素α4β7，诱导其他Treg细胞归巢，从而抑制免疫反应[12]。这一发现得到了乙醛脱氢酶表达的支持，乙醛脱氢酶能使消化细胞将维生素A代谢成维甲酸，通过T细胞上的维甲酸受体发出信号，诱导肠道归巢受体α4β7的表达和FOXP3的表达[13]，促使 Treg 细胞回到固有层，这一过程在肠道建立免疫耐受中发挥着重要的作用。越来越多的研究发现，免疫耐受受损是引起食物过敏的主要原因。
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1.2 免疫致敏
免疫系统在食物过敏中发挥着至关重要的作用，食物过敏患者对常见食物过敏原的致敏在于触发IgE介导的Ⅰ型超敏反应，诱导过敏症状的快速发生[14]。食物抗原依赖于主动和被动运输的方式，通过肠道上皮进入黏膜抗原呈递细胞，并通过巨噬细胞产生IL-10或树突状细胞产生转化生长因子-β诱导Treg[15]。在第一次接触过敏原后，其对食物抗原的耐受性会下降，例如暴露于某些病原体相关分子模式(pathogen-associated molecular patterns，PAMPs)或上皮损伤后，产生白细胞介素IL-25、IL-33和胸腺基质淋巴细胞生成素(thymic stromal lymphopoietin，TSLP)。在这些条件下，Treg细胞的诱导发生改变并转变为抗原特异性Th2细胞，通过产生IL-4，刺激B细胞产生免疫球蛋白E(immunoglobulin E，IgE)并刺激肥大细胞扩张。IL-4还抑制Treg的耐受功能，并对Treg进行重新编程以产生IL-4，将其从耐受细胞转化为致病细胞[16]。2型固有淋巴细胞(ILC2s)是Th2样细胞，没有抗原特异性，产生IL-5和IL-13，阻断Treg功能。IgE与肥大细胞膜上的Fc片段的高亲和力受体(high affinity IgE receptor，FcεRI；也称为高亲和力免疫球蛋白ε受体)结合，其细胞质中含有血管活性物质和过敏反应介质，例如组胺[17]。当患者再次接触相同的食物抗原时，就会与附着在肥大细胞和嗜碱性粒细胞表面的 FcεRI上的特异性IgE结合，导致这些细胞活化(图1)。FcεRI交联引发一个始于酪氨酸蛋白激酶SYK的信号级联反应，该反应导致释放出预先形成的超敏介质(包括组胺、类胰蛋白酶和糜蛋白酶)，组胺作用于平滑肌细胞、上皮细胞和内皮细胞以及感觉神经元，诱导过敏性血管舒张和血管通透性改变，导致组织肿胀、瘙痒、鼻炎、支气管痉挛、蠕动以及鼻和支气管黏液的产生[18]，这是过敏反应的诱发阶段。在效应细胞脱颗粒后，花生四烯酸的脂质代谢产物也会从头合成，包括白三烯、前列腺素和血小板活化因子(plateletactivating factor，PAF)，这些低分子量介质引起血管扩张、血管通透性增加等一系列生理反应，如引起瘙痒和平滑肌收缩的伤害性神经激活[14]。肥大细胞和嗜碱性粒细胞的过敏原激活还启动了包括IL-4和IL-13在内的多种细胞因子的转录(在IL-33存在的情况下，这一过程会被放大)[19]。这些细胞因子促进Th2的存活并抑制Treg细胞功能。Treg 细胞在体外可以抑制肥大细胞脱颗粒和细胞因子的转录[20]，表明 Treg 细胞不仅可以调节Th2细胞扩增，还可以抑制食物过敏患者耐受诱导期间IgE介导的肥大细胞活化[21]。
图1 食物过敏的耐受及致敏机制
Treg：调节性T细胞；FcεRI：高亲和力免疫球蛋白ε受体；TSLP：胸腺基质淋巴细胞生成素；MHC：主要组织相容性复合体；CX3CR1：CX3C趋化因子受体1；OX40：肿瘤坏死因子受体超家族成员4；CTLA-4：细胞毒性T淋巴细胞相关蛋白4；TGFβ：转化生长因子-β；ILC2：2型固有淋巴细胞；IL-4：白细胞介素-4；IL-5：白细胞介素-5；IL10：白细胞介素-10；IL-13：白细胞介素-13；IL-25：白细胞介素-25；IL-33：白细胞介素-33。
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除了这种即时阶段，还有一个晚期阶段的IgE介导的过敏反应，不同于迟发性细胞超敏反应[22]。在鼠模型中，将抗原应用于受损的小鼠皮肤，可刺激肠道上皮细胞表达IL-33，并激活CD11b+真皮DC上的OX40 配体以促进Th2转化[23]。IL-33促进食物过敏的另一个途径是通过扩增和激活第2组先天淋巴细胞，后者通过产生大量IL-4抑制皮肤、肺和小肠中Treg细胞的生成[24]。此外，IL-33 通过直接作用于肥大细胞和增强 IgE介导的活化，促进对食物的急性反应[25]。IL-9也已成为人类受试者和小鼠模型中与食物过敏反应相关的关键细胞因子。最近在食物过敏患者的十二指肠中发现了一种新的黏膜肥大细胞群，可同时产生高水平的IL-9和IL-13[23]。尽管这些因子在食物过反应的进程中扮演着重要的角色，但其诱导食物过敏的机制仍有待深入研究。
1.3 致敏因素
肠道屏障是机体与外来食物蛋白间的第一道屏障，可有效阻止有害物质和病原体进入机体内环境。肠上皮作为黏膜屏障调节肠道多种功能的平衡，为分子转运提供受控的稳态系统，同时允许蛋白质抗原和小分子代谢物的通过[26]。肠上皮黏液层在减少病原微生物黏附的同时，为生长缓慢的厌氧共生生物提供丰富的营养[27]。肠上皮细胞(intestinal epithelial cells，IECs)间连接由桥粒、缝隙连接和黏附连接组成，这些连接由各种完整蛋白质构成，它们协同工作，通过调节离子、代谢物和大分子的细胞旁运输维持上皮屏障的完整性[28]。在肠道中，微量的食物蛋白以完整抗原形式被肠道黏膜吸收，若肠道黏膜屏障功能受损，肠道对大分子抗原物质的通透性增加，食物过敏发生的风险随之增加[29]。
最新发现，食物过敏的日益流行与肠道微生物群的组成和功能变化有关。微生物群与宿主的相互作用在调节免疫系统中起着重要作用[30-31]。健康肠道微生物群和免疫系统的发育发生在生命早期，主要通过阴道/自然分娩和母乳接触母体微生物而形成，而抗生素的使用会破坏肠道内稳态，并显著增加过敏性疾病发生的风险。因此，肠道微生物数量或多样性的变化通过微生物分子与免疫细胞上的模式识别受体的相互作用影响口服耐受性，并导致对食物过敏的易感性[32]。肠道微生物群导致食物过敏发生的机制尚未完全明确，目前认为肠道微生物群可能通过调节2型免疫、影响免疫发育和耐受、调节嗜碱性粒细胞群和促进肠道屏障功能而影响食物过敏易感性[33]。生命早期共生微生物群的变化或缺乏有可能导致2型免疫和过敏性炎症加剧。微生物群是肠道促炎T辅助17(T helper cell 17，TH17)细胞和Tregs的强诱导剂，可通过以视黄酸依赖性方式诱导Tregs 表达核激素受体 RORγt 调节2型反应。RORγt+ Tregs通过表达高水平的CTLA4调节肠道中Th2细胞的生成。缺乏RORγt+ Tregs可产生更多的2型细胞因子IL-4和IL-5[34]。小鼠研究发现，免疫成熟微生物群定植，这可能由于其诱导树突状细胞从肠腔摄取抗原的能力降低，从而降低下游T细胞的活化和增殖[35]。此外肠道微生物群可通过 Treg 细胞中的MyD88信号传导促进IgA分泌，从而调节黏膜滤泡T(Tfh)细胞反应[36]，IgA可通过抗原排斥促进耐受。短链脂肪酸是肠道微生物不溶性纤维的发酵终产物，已被证明对食物过敏具有保护作用。近年来，益生菌作为一种预防和治疗食物过敏的药物受到了广泛关注。在动物模型和临床试验中重新引入某些共生微生物，如梭状芽孢杆菌，可以预防或解决过敏症状[37]。
2、免疫脱敏治疗
目前还没有FDA批准的食物过敏治疗方法。目前的治疗原则是避免过敏原，并在意外接触的情况下快速服用抗组胺药或肾上腺素等救援药物[38]。研究中最有希望的治疗方法是使用抗原特异性免疫疗法(allergen specific immunotherapy，AIT)[39-40]。AIT降低了特异性IgE水平，而增加了过敏原特异性IgG4，与IgE竞争以抑制过敏反应[41]。目前AIT主要包括口服(oral immunotherapy，OIT)、舌下(sublingual immunotherapy，SLIT)和表皮(epicutaneous immunotherapy，EPIT)途径[42-44]。
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2.1 口服免疫疗法
OIT是研究最多的免疫疗法途径。使用OIT的基本原理是摄入食物抗原优先导致口服耐受，这是一种主动免疫反应[45]。患者从极低剂量的过敏原开始每两周推进一次，在几个月内逐渐增加以达到维持剂量。虽然存在很多不良反应，但是 OIT 是目前最有效的免疫疗法[45]。奥马珠单抗是一种与 IgE结合的单克隆抗体，并阻止其与嗜碱性粒细胞和肥大细胞上的 FcεRI 结合。患者接受每两周或每月一次的奥马珠单抗注射治疗8周[46]，此后两种疗法联合给药一段重叠期，与OIT联合使用已显示出更高的安全性[47]。奥马珠单抗联合OIT可以更快地增加食物过敏原的剂量以达到维持阶段[48]。
2.2 舌下免疫疗法和表皮免疫疗法
EPIT是目前正在评估的第2种治疗食物过敏的免疫疗法。它通过在皮肤上贴一块含有食物过敏原的贴片，以促进系统耐受性[49-50]。SLIT是第3种治疗食物过敏的免疫疗法。舌下给予过敏原提取物，那里几乎没有效应细胞，不会被全身吸收。相反，过敏原提取物被黏膜中的树突状细胞吸收并呈递给引流淋巴结中的 T 细胞[51]。给药的抗原剂量明显低于OIT(SLIT为1～10 mg，EPIT为100～250 μg)。与OIT相比，较低的给药剂量有助于获得更高的安全性，且不良反应主要是局部的，同时安全性的提高也使其治疗效果有限。检查SLIT和EPIT疗效的研究通常会将治疗成功判定为阈值增加(如引起反应的阈值剂量增加10倍)[51]。SLIT和EPIT已被证明能有效提高抗原耐受的阈值剂量。如果目标是防止过敏反应，而不是将食物纳入饮食，那么增加阈值就足以作为治疗结果。目前正在投入大量精力提高过敏原免疫疗法治疗食物过敏的安全性和有效性，包括免疫调节和微生物疗法等新兴食物过敏疗法[52]。疗效的提高主要集中在额外的免疫调节上，而安全性的提高则集中在修饰的过敏原和靶向IgE上。
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综上所述，食物过敏是全球范围内的一大难题。尽管过去10年对食物过敏的研究取得了长足的进步，但仍处在不断发展的阶段。随着新兴治疗方法的出现，为患者提供更适合的治疗方式变得尤为重要。这激励着我们要不断深入研究，在探究食物过敏免疫耐受及免疫致敏机制的同时，也要重视对其诊断和治疗方法的摸索，不仅仅是对症治疗，更是对因治疗。这些研究将有助于根据不同食物过敏的机制制定诊疗方案，以求达到治愈的目的，并为食物过敏的个体化和精准医疗打开大门。
来源于中华临床免疫和变态反应杂志
《药物和医疗器械临床试验300问及案例分析》第2版