Food Allergens Cross Reactivity

Food Allergens – Cross Reactivity MARTIN FUCHS Dětské oddělení FN na Bulovce, Praha

SOUHRN Tento článek se snaží s maximální stručností shrnout dosavadní znalosti o základních potravinových alergenech ve vztahu k možné zkřížené alergii. Pro přehlednost jsou jednotlivé homologní bílkoviny sestaveny do malých či větších tabulek. Tam, kde je alergen přesně molekulárně definován, popřípadě i rekombinantně produkován a využíván, je uvedeno i mezinárodně uznávané označení – většinou se jedná o zkratku z latinského názvu rostliny-potraviny.Vědomosti jsou pochopitelně mnohem širší, následují především ty, co mají pro nás praktické uplatnění. Klíčová slova: potravinová alergie, zkřížená alergie, zkřížená reaktivita, zkřížená senzibilizace SUMMARY Author tries to summarise as shortly as possible all current knowledge of the fundamental food allergens and it’s possible cross reactivity in this article. By reason of good orientation are the homology proteins presented in a charts. In cases of well molecular defined allergens, and/or is possibility of recombinant production of it, is mentioned the international denomination. It is usually abbreviation of the Latin name of the plant-food. The currently knowledge is much larger in this field, this article brings mainly the practically applicable part of it. Key words: food allergy, cross allergy, cross reactivity, cross senzitization

Úvod Pro správné pochopení fenoménu zkřížené alergie u potravinových alergenů je potřebné rozlišovat tyto důležité pojmy: 1) zkřížená SENZIBILIZACE („cross-sensitization“). Vypovídá čistě o laboratorním nálezu IgE zprostředkované reakce (pozitivní specifické IgE, nebo pozitivní prick kožní testy), nehovoří však o skutečné klinické manifestaci, protože je zde zahrnuto méně či více němých a falešných pozitivit. V určitém slova smyslu bychom mohli hovořit také o „zkřížené atopii“. 2) a zkřížená REAKTIVITA („cross-reactivity“). Odpovídá, resp. koresponduje s klinicky reálným

alergickým stavem, více vypovídá o prognóze i riziku. V užším slova smyslu bychom mohli hovořit o pravé „zkřížené ALERGII“. V literatuře se užívají pojmy senzitizace, alergizace a senzibilizace. Je-li senzibilizace vysoká, bývá naopak senzitivita nízká. Pro lepší pochopení si pomozme příkladem: 80 % alergiků na jeden druh luštěnin má pozitivní IgE i na další luštěninové alergeny (vysoká zkřížená senzibilizace), přitom riziko klinicky manifestní zkřížené alergie na další druh luštěniny je velmi nízké, pouhých 5 – 10 % (nízká senzibilizace).

A) Rostlinné alergeny Rostlinné alergeny se obecně dělí do dvou velkých skupin proteinů: – bílkoviny zásobní („seed storage“ proteiny), – bílkoviny ochranné a obranné („pathogenesis-related“ proteiny – PRP). Zatímco „seed storage“ proteiny hrají významnou roli v růstu semen (poskytují zdroje i prostředky pro přežití a rozvoj semen – proto „zásobní“ bílkoviny ), tak PR proteiny jsou důležité pro obranu před nepříznivým vlivem prostředí včetně mikroorganismů a parazitů. Zásobní bílkoviny jsou nejvýznamnějšími alergeny u ořechů a obilovin, naproti tomu ochranné a obranné bílkoviny jsou významnými alergeny u ovoce a zeleniny. 1. Zásobní bílkoviny („Seed Storage“ proteiny) VICILINY a LEGUMINY – KUPIN „superfamily“ Jedná se v podstatě o zásobní globuliny, které jsou rozpustné pouze v koncentrovaných roztocích. Globuliny dělíme dle odlišné sedimentační konstanty na frakci 7S (viciliny) a frakci 11S (leguminy). 7S globuliny (viciliny) jsou významné – obvykle hlavní – alergeny u luštěnin, včetně podzemnice olejné (arašídu) a sóji. Jsou často glykosylované, s karbohydrátovými determinanty (CCD – viz dále). Tyto bílkoviny mají obvykle terciální – a tím i vysoce stabilní – strukturu. Jsou velmi odolné proteolýze a jsou proto proanafylaktické.

11S globuliny (leguminy) mají rovněž terciální strukturu, nebývají však glykosylované.

Distribuce kupinů v rostlinách (v luštěninách, ořeších a v sóje) je poměrně vysoká, pohybuje se kolem 12 %. 2S ALBUMINY Jsou ve vodě rozpustné zásobní bílkoviny. Jsou nejvýznamnější u ořechů, resp. u arašídu. Distribuce 2S albuminů není u některých vybraných rostlinných potravin (se zřetelem k arašídu) rozhodně zanedbatelná, dokonce až 26 % všech rostlinných bílkovin je zastoupeno těmito albuminy.

2. Ochranné a obranné bílkoviny – PRP („Pathogenesis-Related“ proteiny) Popsaných je celkem 14 skupin, následně si představíme jen ty, které mají úzký vztah k fenoménu zkřížené alergie. Důležitost ochrany i obrany rostlin prostřednictvím PRP podtrhuje zjištění, že u některých vybraných rostlin přesahuje váhová distribuce plnou třetinu všech obsažených bílkovin (33 %). PRP-2 beta 1,3-glukonázy zajišťují ochranu především před plísněmi a jsou odpovědné částečně za „latex-fruit syndrom“.

PRP-3 třída I chitinázy ničí povrchové struktury plísní a hmyzu, tvořené chitinem. Jsou součástí „latex-fruit“ syndromu.

PRP-4 chitinázám podobné – prohevein exprimují se v rostlinách především po chemickém napadení. Také se spojuje s „latex-fruit“ syndrom.

PRP-5 thaumatin homologní alergeny PRP-5 mají rozmanité ochranné funkce. Jsou jednak zaměřené proti napadení plísněmi, ale hrají také úlohu „osmotinů“ tím, že čelí osmotickým změnám v prostředí. PRP-5 homologie je rovněž zmiňována u „latexfruit“ syndromu. V minulost byly používány ke genetickým úpravám, dnes snad již nikoli.

PRP-10 Bet v 1 homologní alergeny Bet v 1 je hlavní alergen břízy (bříza bradavičnatá – betula verucosa). Prevalence u břízových alergiků je ohromující – nad 90 %. Jedná se o skupinu homologních rostlinných bílkovin (resp. alergenů – „Bet v 1 allergen family“) se sekvencí 153 až 160 aminokyselin, molekulová hmotnost těchto polypeptidů se pohybuje okolo 16 až 17 kDa. Hrají velmi důležitou roli v antimikrobiální obranyschopnosti rostlin a díky tomu se řadí mezi „pathogenesis-related“ proteiny (PRP), konkrétně do skupiny PRP-10. Shoda sekvence aminokyselin nejrůznějších rostlinných potravin s hlavním pylovým alergenem břízy (Bet v 1) se pohybuje od 37 % až do 67 % – s převahou ovoce. Shoda z hlavním alergenem petržele (pcPR1) se pohybuje od 36 % do 61 % – tentokrát pochopitelně s převahou kořenové zeleniny.

Tato shoda je na jedné straně příčinou klinicky reálné zkřížené alergie (skutečné cross reaktivity), ale na straně druhé způsobuje fenomén zkřížená senzibilizace bez klinického korelátu (příčina celé řady „FALEŠNÝCH“ pozitivit). Tím je předurčena často velmi nízká SENZIBILIZACE coby obecně platné pravidlo pro řadu rostlinných alergenů. V jedné studii kupříkladu plných 70 % pylových alergiků s pozitivním kožním testem na alergen třešně (Pru av 1) nereagovalo v otevřeném provokačním testu čerstvými třešněmi. Homologní Bet v 1 bílkoviny jsou termolabilní, snadno podléhají proteolýze. Vyvolávají obvykle jen lokální příznaky typické pro Orální alergický syndrom (OAS). PRP-14 LTP – lipid transfer protein Panalergen, resp. panalergeny ovoce (ale i ořechů, kukuřice apod.), který není – resp. obvykle nebývá – pylově asociován. Nacházíme minimální zkříženou reaktivitu s travinami a se stromy (snad s výjimkou platanu), popisuje se i velmi nízká s bylinami (pelyněk – artemisia vulgaris, drnavec – parietaria judaica). LTP bílkoviny jsou vysoce termostabilní a také vysoce rezistentní k proteolýze (stabilní k trávení), proto mohou vyvolat systémové příznaky mnohem častěji. Ale vysoké odolnosti se také v minulosti využívalo v GMO (ke genetické modifikaci potravin).

Molekulová hmotnost LPT je okolo 9 kDa, aminokyselin tento polypeptid (resp. polypeptidy) obsahuje 91–93. Obdobně jako homologní Bet v 1 alergeny mají i LTP úlohu v obranyschopnosti rostlin, proto se opět řadí mezi „pathogenesis-related“ proteiny (PRP), tentokrát do skupiny PRP-14. Účastní se na stabilitě povrchových membrán formou transportu fosfolipidů a jiných lipidů, pomáhají přenosu fosfolipidů mezi lipozomy a mitochondriemi, mají i přímé antibakteriální účinky. V Evropě jsou zaznamenávány značné uzemní rozdíly v prevalenci. Kupříkladu v Německu se u alergie na třešně potvrzuje sice až 96% prevalence na Pru av 1 (homologní s Bet v 1), ale jen 3% na Pru av 3 (LTP). Naproti tomu v jižních zemích (Itálie, Španělsko) je výskyt alergie na Pru av 3 mnohem vyšší, v některých menších studiích dokonce až 100%. Obdobně je tomu u lískového ořechu – značná prevalence alergie na LTP v Itálii, minimální ve Švýcarsku a v Dánsku.

3. Jiné rostlinné alergeny Profiliny (Bet v 2 homologie) Vysoce termolabilní panalergeny, proto vyvolává (obdobně jako Bet v 1) především OAS, a to u čerstvých

a syrových potravin. Systémové příznaky jsou výjimečné, vysoce nepravděpodobné. Označovány jsou někdy jako „Bet v 2 family“. Bet v 2 je s výhradou (viz níže) druhým „hlavním“ břízovým alergenem. Rostlinné profiliny mají molekulovou hmotnost 12 – 15 kDa, jejich aminokyselinová sekvence se pohybuje od 124 do 153, v drtivé většině 131. Váží aktin – jsou nezbytné pro povrchovou integritu buněk, tvoří tak pevný skelet mnoha rostlinných buněk. Distribuce profilinů v rostlinách je vysoká, až 17 % všech rostlinných bílkovin obsadí právě profiliny. Senzibilizace na břízový profilin se nachází přibližně u každého pátého břízového alergika (nejvyšší prevalence se udává maximálně u 37 % všech alergiků na břízu). Tím ale Bet v 2 vlastně nesplňuje základní předpoklad pro definici hlavního alergenu pro břízu, protože senzibilizace na Bet v 2 zdaleka nepřesahuje požadovaných 80 % a více. Naproti tomu homologní profiliny některého ovoce jsou alergeny hlavní, protože tuto definici pro své druhové alergiky splňují (například pokud je popsaná alergie na ananas, téměř výhradně se jedná o alergii na Ana c 1, senzibilizace ananasových alergiků k profilinu se pak blíží 100 %).

Úzké vztahy platí především mezi profiliny rostlinnými. Homologie jednotlivých rostlinných profilinů je vysoká, není výjimkou přes 80 %. Pozn: existují také profiliny živočišné, ale jejich homologie s rostlinnými profiliny je velmi nízká. U živočišných profilinů rovněž obvykle dochází k předkonzumační tepelné denaturaci, a proto také zkříženou alergii mezi rostlinnými a živočišnými profiliny nacházíme jen v rámci laboratorních podprahových IgE reaktivit, nikoli v klinice. Praktický dopad alergie na Bet v 2 profiliny je nepochybně velmi významný. Klinicky se totiž může zaměnit s alergií na Bet v 1 homologní alergeny. Obě skupiny budou nejspíše primárně pyloví alergici s převahou alergie na stromy (břízovité, lískovité). Obě skupiny mohou shodně reagovat na mnohé rostlinné potraviny – ovoce, kořenovou zeleninu, stromové ořechy, brambory, sóju. Určitým klinickým vodítkem by mohla být manifestní alergie na arašíd, ta nebývá popisována u Bet v 1

břízových alergiků. Ale nesmíme opomíjet i primárně bylinné pylové alergiky (s převahou pelyňku) a také primárně travní alergiky. I v těchto případech může jít čistě o profilinovou alergii: jedná se především o syndrom břízapelyněk-celer nebo syndrom trávy-jablko-broskev, který je popsán především v populaci středomořských zemí (Španělsko). Pro přesnější diagnostiku by pomohlo roztestování – IgE i kožní prick – těchto hlavních břízových alergenů. Ale zatím se to rutinně neprovádí, byť by to mělo neocenitelný přínos v doporučující dietní eliminaci, ale i v rozhodování o následné alergenové imunoterapii. Bet v 6 homologní alergeny (izoflavon-reduktázy) Molekulová hmotnost 35 kDa (307 aminokyselin). IgE pozitivity se nachází až u 12 % břízových alergiků. Tyto protilátky vykazují možnost zkřížené alergie s jablkem, hruškou (Pyr c 5), pomerančem, banánem, mangem, liči, jahodou, ale i s cukínou, mrkví a persimmonem. Ostatní „Bet v“ alergeny Bet v 3 (kalmodulin) a Bet v 4 (Ca-vázající protein) Prevalence je 10 – 20 % břízových alergiků. U těchto vedlejších alergenů břízy se fenomén zkřížené alergie spíše nepředpokládá, resp. nebyl prokázán. Bet v 7 (cyklofilin), Bet v 8 (pektin-esteráza) Zkřížená alergie je pravděpodobná, nicméně prevalence je neznámá (možná až 20 %), chybí údaje. Alergeny OBILOVIN alfa-amylázy a proteázy Jsou popsány u pšenice, ječmene, žita, rýže a kukuřice.

prolaminy Jedná se o skupinu („superfamily“) gluteninů a gliadinů, pochopitelně popsaných především u pšenice. Zřejmě se zařadí mezi bílkoviny zásobní – 2S albuminy – viz výše. PAPAIN – like proteinázy Jedná se o proteolytické enzymy. Těchto vlastností je využíváno v potravinářském, textilním (zpracování kůží) i kosmetickém průmyslu. V minulosti byly předmětem geneticky upravovaných potravin, dnes je přenos genetické informace pro tyto proteinázy zakázán. Za pozornost stojí zejména skutečnost, že se jedná o hlavní alergen sóji – a to v celosvětovém měřítku. Sója je totiž nejdůležitějším potravinovým zdrojem pro více než polovinu obyvatel planety. Distribuce těchto proteináz se ve vybraných rostlinách pohybuje okolo 8 %.

4. CCD alergeny (cross-reactive carbohydrate determinants) V poslední době velmi diskutabilní kapitola zkřížené alergie. Ukazuje se, že až pětina všech pylových alergiků je senzibilizována rostlinnými glykoproteiny (glykozylované bílkoviny – proteoglykany – jedná se komplex bílkovina-karbohydrát obvykle s vyšší molekulovou hmotností – nad 30 kDa). A že cukerné determinaty hrají alergenní roli, potvrzuje pozorování, že IgE zprostředkovaná alergie zůstává i po proteolýze těchto glykoproteinů. Tyto senzibilizující (alergizující) glykoproteiny byly popsány u hrušky, mrkve a celeru, ale i u měkkýšů (třídy plži, mlži i hlavonožci), členovců (podkmen korýši) a hmyzu (řády dvojkřídlí – čeleď komáři a muchničky, řád blanokřídlí - čeleď vosy, včely, mravenci). Dalšími příklady by mohly být alergen Lyc e 2 (vedlejší alergen rajského jablíčka), částečně se tento mechanismus předpokládá i u Ara h1 (vicilin – hlavní alergen arašídu), dále u vicilin-like alergenu z lískového oříšku, ale také například u fosfolipázy A2 (= Api m 1) z včelího jedu. Determinanty jsou většinou oligosacharidy typu fukózy, xylózy či manózy. Špičkové laboratoře prokazují přítomnost anti-CCD IgE, takže o existenci tohoto typu zkřížené alergie není pochyb.

5. LATEX – Hevea brasiliensis

(Pro přehlednost je tu zařazen i přehled alergenů kaučukovníku.)

B) Živočišné alergeny TROPOMYOZIN

Hlavní alergen měkkýšů a korýšů. Je obsažen nejen ve svalových buňkách. Hraje důležitou roli v kontrakci svalových mikrofilament s aktinem a myosinem, u nesvalových tkání rozhoduje o morfologii buněk. Rozhodující je skutečnost zkřížené alergie s tropomyoziny roztočů (resp. třída pavoukovití, řád roztoči) a švábů (resp. hmyz rovnokřídlý, čeleď švábi). V této souvislosti se hovoří o možném vlivu alergenové roztočové imunoterapie (AIT) na vývoj alergie k měkkýšům a korýšům. Zprávy nejsou příznivé, nelze dokonce vyloučit nepříznivý vliv AIT na určitý stupeň „senzibilizace“ (alergizace) původně roztočových alergiků k ostatním bezobratlým.

PARVALBUMIN Hlavní alergen ryb. Jedná se o bílkovinu vázající vápník a tvoří asi 5 mg z každého gramu bílé syrové rybí svaloviny. Je velmi stabilní, odolný jak k tepelnému zpracování, tak i k trávicím enzymům, proto může – a také vyvolává – celkové příznaky, včetně anafylaxe.

Důležitá je skutečnost, že není rozdílu v poměrném výskytu parvalbuminu u mořských a sladkovodních ryb. To je významné především v doporučení eliminačních diet. Pokud je popsaná alergie na jakoukoli rybu (resp. rybí svalovinu) potvrzena i laboratorně, pak je riziko alergie na jinou rybu velmi vysoké, jistě přes 50 %. Zajímavé je pozorování, že některé reakce po požití ryb nejsou způsobeny alergií na parvalbumin. Pomýšlelo se na jinou rybí bílkovinu, ale byla prokázána alergie kvalitativně zcela jiná – na rybí parazit Anasakis simplex. Tímto parazitem je napadeno 60 – 80 % mořských ryb žijících v hejnech (tresky tmavé, makrely,

sledi) a jedná se o homologní bílkovinu ze skupiny tropomyozinů. VAJEČNÉ alergeny Vajíčko obsahuje celkem 23 rozdílných glykoproteinů schopných senzibilizovat (alergizovat). Hlavní alergeny bílku mohou vyvolat fenomén zkřížené alergie mezi jednotlivými drůbežími vejci (slepičí, husí, kachní, pštrosí). V rámci zkřížené alergie nezapomínejme na křepelku, není v ničem – tak ani v alergii – vhodnější (resp. výhodnější) než slepičí produkty. Hlavní alergen žloutku může být zodpovědný za „pták-vejce syndrom“, nicméně je poměrně vzácný. Tento syndrom má dvě roviny. Buď alergik původně na vaječný žloutek začne být alergický po požití drůbežího masa (nejen kuře a slepice, ale i krocan, krůta, kachna, husa apod.), nebo vznikne inhalační alergie na „sérový albumin“ obsažený v peří drůbeže (lůžkoviny, hospodářské usedlosti, profesní astma).

Alergeny kravského MLÉKA Vysokou míru zkřížené alergie s mlékem kozím (buvolím, ovčím, kobylím apod.) není třeba připomínat. Riziko nepochybně převyšuje 50 %. Alergie na bílkoviny syrovátky – pokud se jedná o malé dítě – má tendenci k vyhasínání. U kaseinu bývá prognóza horší, tento typ alergie má tendenci opačnou – celoživotní. Pravděpodobné vysvětlení hledejme v nestabilním prostorovém (konformačním) uspořádání syrovátkového alergenu – epitop aminokyselin není tvořen sekvencí po sobě jdoucích aminokyselin, ale aminokyselin, které se k sobě přiblíží v rámci 2D či 3D struktury – viz nákres.

souhrnná tabulka zkřížená reaktivita (a senzibilizace) (viz příloha)

internetová adresa alergenů: http://www.allergen.org/List.htm

MUDr. Martin Fuchs Dětské oddělení FN Na Bulovce

Budínova 2 180 81 Praha 8

LITERATURA 1. Bock AS, Burks W, Mofidi S, Muňoz-Furlong A, Sampson HA, Sicherer SH.: Practical and Comprehensive Food Allergy Diagnosis and Management, Symposium of the AAAAI in Denver, march 12, 2003. 2. Breiteneder H. Cross-reactive food allergens and their clinical implications, Advances in food hypersensitivity, 60th Anniversary meeting of the AAAAI in Denver, march 9, 2003. 3. Burks W, Lehrer SB, van Ree R, Vieths S, Wood RA. Allergen Cross-reactivity: Diagnosis and Therapeutic Implications, Symposium of the AAAAI in Denver, march 11, 2003. 4. Eigenmann PA, Renz HE. Atopic dermatitis: What is the Role of Allergy? Seminar of the AAAAI in Denver, march 11, 2003. 5. Lehrer SB. Tropomyosins, Invertebrate Pan Allergen, Symposium of the AAAAI in Denver, march 11, 2003. 6. Sicherer SH. Clinical implications of cross reactive food allergens, J Allergy and Clin Imunol 2001; 108(6): 881-90. 7. Sicherer SH. Cross-reactivity of inhalant and food allergens: molecular basis and clinical relevans, Seminar of the AAAAI in Denver, march 10, 2003. 8. Van Ree R, et al. Possible induction of fodd allergy during mite immunoterapy, Allergy, 1996; 51: 108-13.