Állati modellek használata az élelmiszerallergiával összefüggő fő allergének kivizsgálására

1 Biotechnológiai Kutatólaboratóriumok, Élettani Tanszék, Monash Egyetem, Clayton, VIC 3800, Ausztrália

2 Allergia, immunológiai és légzőszervi osztály, Alfred Kórház és Monash Egyetem, Prahran, VIC 3181, Ausztrália

Absztrakt

Az ételallergia egy kialakuló járvány, amely minden korosztályt érint, és a legmagasabb előfordulási arányt olyan nyugati országok jelentették, mint az Egyesült Államok (USA), az Egyesült Királyság (Egyesült Királyság) és Ausztrália. Állatmodellek kifejlesztése a különféle ételallergiák tesztelésére hasznos volt, lehetővé téve az allergiás útvonal mechanizmusainak gyorsabb és átfogóbb vizsgálatát, például a lehetséges kiváltó okok előrejelzését, valamint az élelmiszerallergia újszerű kezeléseinek tesztelését. Hagyományosan kisméretű állatmodelleket használtak az immunológiai útvonalak jellemzésére, megalapozva számos allergia modell kifejlesztését. A nagyobb állatok is figyelembe vehetik az ételallergia modelljeit, mivel úgy gondolják, hogy fiziológiájuk és kinőtt természetük miatt jobban tükrözik az emberi allergiás állapotot. Ez a cikk az állatmodellek használatát tárgyalja a fő élelmiszer-allergének vizsgálatához; tehéntej, tyúktojás és földimogyoró/egyéb dióféle kiemeli ezeknek a modelleknek a megkülönböztető jellemzőit, és áttekintést nyújtanak arról, hogy ezeknek a vizsgálatoknak az eredményei hogyan javították megértésünket ezekről a specifikus allergénekről és általában az ételallergiáról.

1. Bemutatkozás

Az iparosodott országokban az ételallergia növekvő járvány, amely minden korosztályt érint és az élet bármikor megjelenik. Különös aggodalomra ad okot a kisgyermekeknél az ételallergia előfordulásának jelentős növekedése, a jelentések szerint a kisgyermekek 6–8% -ának, a felnőttek 3-4% -ának volt valamilyen típusú ételallergia [1–3]. Összehasonlítva az asztmával először észlelt trendekkel, olyan országokban, mint az Egyesült Államok (Egyesült Államok), az Egyesült Királyság (Egyesült Királyság) és Ausztrália éri el a legmagasabb arányú ételallergiát. Csak az elmúlt évtizedben a prevalencia aránya az Egyesült Államokban legalább 18% -kal nőtt [4, 5]. Hasonlóképpen, egy nemrégiben Ausztráliában végzett kutatás szerint a csecsemők kohorszának több mint 10% -ánál bizonyítottan IgE által közvetített ételallergia volt az egyik gyakori allergén étel (földimogyoró, nyers tojás és szezám) ellen [6]. Az ételallergiák gyakoriságának ez a fokozódása megalapozza a további kutatások fontosságát a megelőzési és kezelési stratégiák javítása érdekében.

Az ételekkel szembeni allergiás reakciók az enyhe reakciótól az életveszélyes anafilaxiáig terjedhetnek [7]. Ezeket az aberrált allergiás reakciókat elsősorban a T típusú helper 2-es típusú (Th2) immunút irányítja, amit az allergén-specifikus immunglobulin E (IgE) magas szintje [8], a gyulladásos sejteket érintő Th2 polarizáció és a citokinek/mediátorok bizonyítanak. a Th2 immunválaszt gátló terápiák hatékonyságáról számoltak be emberi alanyokban [9–12]. Ma már felismerték az allergének veleszületett tulajdonságait és szerepüket a dendritikus sejtek (DC) Th2 polarizációjában és az allergén szenzibilizáció folyamatában is [9, 13].

Az ételallergiát kiváltó leggyakoribb ételek a tehéntej, a tojástojás, valamint a földimogyoró és a dióféle, míg a kevésbé elterjedt ételallergének közé tartozik a szója, a búza, a hal és a kagyló [31, 32]. Az ételallergia köztudottan az első 3 életévben fordul elő leggyakrabban [1]; tanulmányok azonban kimutatták, hogy a legtöbb életkor elején kezdődő ételallergia, például a tej, a tojás, a szója és a búza általában kinő. Ezzel szemben a mogyoróra, a diófélékre, a halra és a kagylóra gyakorolt allergia általában fennmarad, és egész életen át tartó teherként válik [12, 31, 33].

Az állatmodellek nagy lehetőségekkel bírnak, mint hatékony eszközök, amelyek segítenek megválaszolni az ételallergia-járványt még mindig körülvevő nehéz kérdéseket. Az emberen végzett kutatást korlátozzák az etikai aggályok és a végzetes anafilaxiás reakciók esélye [34]. Ez nagy érdeklődést váltott ki a releváns állatmodellek iránti érdeklődés iránt az allergia lehetséges kiváltó okainak előrejelzésében, az allergiás útvonal felállításának lehetséges mechanizmusainak azonosításában, valamint az új terápiás kezelések tesztelésében [12, 35, 36].

Jelen áttekintés célja megvitatni az állatmodellek alkalmazását a három fő ételallergén: tehéntej, tyúktojás és földimogyoró/fadió tanulmányozására, és áttekintést nyújtani az állatmodellek hozzájárulásáról ezek megértésében. allergének és általában ételallergia.

2. Az élelmiszerallergia kisállati modelljei

A patkány egy másik gyakori kicsi állatmodell, amelyet élelmiszerallergiák vizsgálatában használnak, a Brown Norvégia (BN) törzs a legalkalmasabb a specifikus IgE kiváltására orális szenzibilizáció után [18, 19, 40, 41]. Más patkánytörzseket, például a Wistar, Hooded Lister és Piebald Virol Glaxo (PVG) patkányokat is megvizsgáltak; ezek a törzsek azonban nem képesek számszerűsíthető mennyiségű antigén-specifikus IgE-t előállítani [40]. A BN patkányt, valamint más rágcsáló törzseket szintén alkalmazták új fehérjék, például a mezőgazdasági biotechnológiában használt fehérjék allergén hatásának előrejelzésére, Ladics és munkatársai által áttekintve [42].

A tengerimalacot modellként használták az élelmiszerfehérjék, különösen a tehéntej (CM) allergén hatásának vizsgálatára is. Devey és mtsai. [43] kimutatta, hogy a CM ivásától számított 13 napon belül a tengerimalacok halálos anafilaxiát mutathatnak, ha az állatokat utólagosan kiváltják. Vannak akadályok a tengerimalacok eredményeinek emberi környezetbe történő átültetésében, ideértve az immunfiziológia különbségeit és a tengerimalacokban az IgE termelésének közvetett (például PCA-val történő) megbecsülését is [44]. Az immunrendszerük tanulmányozásához rendelkezésre álló korlátozott ismeretek és eszközök szintén kevesebb tanulmányhoz vezettek az élelmiszerallergia-kutatás ezen modelljén, bár ez sikeres modell volt a fertőző betegségek számára [45].

3. Az allergia nagy állatmodelljei

A sertések, kutyák és juhok a fő példák a nagy állatmodellekre, amelyeket élelmiszerallergia szempontjából vizsgáltak (1. táblázat). Az emberekhez hasonlóan a kutyák is azon kevés fajok egyike, amelyek allergiát fejthetnek ki a természetben előforduló allergénekre, beleértve a pollent, a füvet, a házi atka és az étel [46]. A kutyákat korábban más élelmiszer-allergének, köztük búza-, tojás- és húsfehérjék vizsgálatára használták, és a specifikus IgE-termelés mellett pozitív orális kihívásokat mutattak, hasonló tulajdonságokkal, mint az emberi betegeknél [47]. A Kaliforniai Egyetem kifejlesztett egy atópiás kutyakolóniát, amelyet kifejezetten az allergia kutatásában használnak fel; ezeket a magas IgE-t termelő szemfogakat először asztma vizsgálatokhoz használták olyan környezeti allergénekkel, mint a fű pollen és a parlagfű, amelyekről kimutatták, hogy ezekben az állatokban kiemelkedő légúti túlérzékenységet (AHR) váltanak ki [48].

A sertések (sertések) egy másik nagy állatmodellt képviselnek, amely számos előnnyel jár, mint összehasonlító modell az élelmiszerallergiában. A sertések bélfiziológiája anatómiailag és szövettanilag hasonló az emberhez, a mikroflóra változatosabb, mint a rágcsálók modelljeinél [12, 29, 49]. A sertések szintén kinyújtott populációt képviselnek, és az egyének által kiváltott immunválaszok minősége jelentősen változik [7]. Ezek a tulajdonságok rendkívül fontosak az ételallergének kórokozásának és immunválaszainak vizsgálatakor. Sertésmodelleket korábban már alkalmaztak más allergiás rendellenességek, például asztma; ezekben a vizsgálatokban az állatok légúti elzáródást, eozinofíliát és késői fázisú asztmás választ mutattak ki a légúti allergén hatására, amint azt általában az emberi asztmások.

A juhok előnye, hogy méretükben és fiziológiájukban hasonlóak az emberhez, nyugodt természetűek, felhasználásuk pedig kevesebb etikai korlátot jelent más nagyméretű állatmodellekhez képest [37, 50]. A juhokat korábban a házi poratka (HDM) allergénjeit érintő allergiás vizsgálatokban használták, elsősorban az emberi allergiás asztmára koncentrálva [37, 51], újabban pedig a mogyoró ételallergia modelljeként [30]. A nagy állatmodellek használatának néhány fő előnye a kinőtt természetük, az emberekhez jobban hasonlítható vizsgálatok lehetővé tétele, a sorozatos kísérletek elvégzésének képessége ugyanazon állatcsoporton belül és relatív hosszú élettartamuk, lehetővé téve a krónikus betegségek relevánsabb vizsgálatát, valamint a specifikus terápiák hosszú távú értékelése [37, 50].

4. Az allergén szenzibilizálás útja az élelmiszer-allergia állatmodelljeiben

Számos fiziológiai útvonal indukálhatja az allergiás szenzibilizációt, beleértve az orális, az orr, az intraperitoneális, az intragasztrikus és a bőrt [52]. Annak ellenére, hogy az orális szenzibilizálást az élelmiszerfehérjék iránti szenzibilizálás egyik fő útjának sorolják, alternatív utak, például a bőr és/vagy a légzőrendszer is szerepet játszhatnak az allergiás szenzibilizációban [53]. Például egy emberi vizsgálat során kiderült, hogy a földimogyoró-szenzibilizáció a környezeti expozícióból ered, elsősorban bőrön vagy belégzés útján, nem pedig anyai vagy csecsemő allergénfogyasztásból [54]. Továbbá egérmodellben Strid és mtsai. [55] beszámolt arról, hogy a földimogyoró vagy az OVA vizes oldata, ha a kopott bőrre került, antigénspecifikus IgE termelődését indukálta. Érdemes megjegyezni, hogy az ételallergén-szenzibilizálás leghatékonyabb módja is bizonyítottan jelentősen eltér az egér törzsek között [15, 56]. Az allergén szenzibilizáció útvonala ezért fontos és szükséges szempont az élelmiszer-allergia bármely releváns állatmodelljének alkalmazásához, és ez a további áttekintés témája lesz ebben az áttekintésben.

5. Tehéntej-allergia

A tehéntej-allergia (CM) az egyik legelterjedtebb ételallergia, amely csecsemőknél és kisgyermekeknél fordul elő, előfordulási gyakorisága a lakosság 2,5% -ára becsülhető [31, 57]. A CM két fő osztályra osztható: az egész kazein (Bos d 8), amely a teljes fehérjetartalom 80% -át teszi ki, és a tejsavófehérjék, amelyek a fennmaradó 20% -ot teszik ki. A kazeinfrakció további négy fő fehérjére osztható (αs1-, αs2-,

-, és κ-kazein), míg a tejsavó laktoglobulint tartalmaz (LG vagy Bos d 5),

A barna norvég (BN) patkány magas immunglobulin (specifikusan IgE) válaszadó, lehetővé téve bizonyos szintű összehasonlítást az atópiás emberekkel [18, 41]. Atkinson és Miller tanulmányában [18] a szenzibilizált BN patkányok reaginikus antitest-válaszokat mutattak ki egy sor tejfehérjére, hasonlóan a CM allergiában szenvedő allergiás betegeknél elismertekhez. A tejfehérjék szintén kevésbé allergének, mint az OVA, és a szenzibilizáció kiváltásához szükséges antigén dózis 20-szor nagyobb. Azóta bebizonyosodott, hogy a BN patkányok szájon át és adjuvánsok nélkül is szenzibilizálhatók szondával történő adagolással [63]. Az így szenzibilizált patkányok jelentős antigénspecifikus IgE-válaszokat produkáltak, összehasonlítva az allergiás betegeknél tapasztaltakkal [18].

Li és mtsai. [14] többféle technikát alkalmazott az IgE által közvetített CM túlérzékenység kiváltására három hetes C3H/HeJ egerekben. Az intragasztrikus (IG) úton szenzibilizálva tejfehérjékkel és CT-vel adjuvánsként, az állatokat hetente egyszer, öt héten át fokozták. Ez a vizsgálat volt az egyik első egér CM-allergia modell, amely szájon át történő szenzibilizációval és kihívással szisztémás túlérzékenységet generált. Hat héttel a kezdeti szenzibilizáció után a CM-specifikus IgE antitestszintek jelentősen megemelkedtek, és az IG allergénnel való kiváltása szisztémás anafilaxiát váltott ki, azonnali reakciókat rendszeresen légzési tünetek kísérte. A plazma hisztamin szintje a CM-szenzibilizált egerekben szignifikánsan megnőtt a fertőzés után, összehasonlítva a CT-ál-szenzibilizált és naiv egerekkel, ami arra utal, hogy a hisztamin a fő mediátor ebben az anafilaxia modellben. A hőkezelt szérumok a kezeletlen szérumokkal ellentétben nem okoztak anafilaxist, ami megerősítette az IgE jelenlétét. Ezenkívül megvizsgáltuk az allergiás egerek lépsejtjeiben a citokintermelést, valamint az interleukin- (IL-) 4 és az IL-5, de az interferon- (IFN-) 2-es típusú citokinek szignifikáns növekedését. γ észlelték. Ez a megállapítás erős támogatást nyújtott ahhoz, hogy a Th2 válaszok hozzájáruljanak a CM allergia kialakulásához.

Más tanulmányok szisztémás (IP) úton sikeres szenzibilizációt mutattak a tejfehérjék iránt [16, 17]. Bebizonyosodott, hogy a szenzibilizáció leghatékonyabb módja egér törzsek között jelentősen eltér, és ezt figyelembe kell venni a releváns élelmiszerallergia modell kidolgozása során. Dunkin és mtsai közelmúltbeli tanulmánya. [52] a tejallergének hatását különböző szenzibilizációs utakon értékelték, adjuvánssal és anélkül (CT). A három hetes C3H/HeJ egereket ALG-nek tették ki, IG-n keresztül, bőr-, intranazális vagy szublingvális úton. Bár a szenzibilizáció minden útvonalon sikeres volt, kimutatták, hogy a bőr expozíciója indukálja a maximális IgE választ. Érdekes módon az adjuváns CT jelenléte a szenzibilizáció szempontjából jelentősebb tényező volt, mint a tényleges út.

6. Tyúk tojásallergia

A tyúktojás (HE) allergia a második leggyakoribb ételallergia a gyermekeknél [3], a tojásfehérjében található domináns tojásallergének. A tojássárgája még mindig rendelkezik allergén tulajdonságokkal; ezek azonban lényegesen alacsonyabbak, mint a négy fő tojásfehérje fehérje, az ovomucoid (OVM vagy Gal d 1), az ovalbumin (OVA vagy Gal d 2), az ovotransferrin (OVT vagy Gal d 3) és a lizozim (LYS vagy Gal d 4) [64]. Noha az OVA a fő fehérje a tojásfehérjében (az összes fehérje 54% -a), az OVM-t (Gal d 1) immunodomináns allergénként jelentették [65].

A CM allergia vizsgálatának modelljéhez hasonlóan a BN patkány az egyik legtöbbet vizsgált állat modell a HE allergiára (1. táblázat). Atkinson és munkatársai [18, 19] hatékonyan adagolták orálisan (0,5 ml/100 g testtömeg) patkányokat 1,0–12,5 mg/ml OVA oldatokkal desztillált vízben, hetente kétszer, hat héten keresztül. Az IgE elősegítése érdekében az adjuváns karragenánt is IP-ben adták be. Kimutatták, hogy az OVA szájon át történő szenzibilizálása antigén-specifikus IgG és IgE antitesteket indukál (PCA-val értékelve). Az IgG antitest szintjét a 21. naptól kezdve detektálták azoktól az állatoktól, akiket 5 mg/ml vagy annál nagyobb dózisban adagoltak, a szint pedig a 28. napon tetőzött. Érdekes módon az IgE már a 14. naptól kezdve kimutatható volt a magasabb dózist kapott állatoknál (10,0 és 12,5 mg/ml), míg az alacsonyabb dózis (5 mg/ml) csak a 28. naptól indukálta az antitestet. Az IgG szintje alacsonyabb dózisoknál sem volt jelen, tovább szemléltetve az allergén dózisának a szenzibilizációra gyakorolt hatását ebben a modellben, és lehetőséget nyújtva annak felhasználására olyan faktorok tesztelésében, amelyek akár fokozhatják, akár gátolhatják az élelmiszerfehérjék iránti érzékenységet.

A modellel folytatott további munkában Knippels et al. [66] megvizsgálta az OVA-val történő orális provokáció hatásait korábban szenzibilizált BN patkányokon, kisebb, átmeneti hatásról számolt be a légzési gyakoriságra vagy a szisztolés vérnyomásra, hasonlóan az ételallergiás betegeknél megfigyelthez. Akiyama et al. Egy másik tanulmánya. [21] BN patkányokban és három rágcsáló törzsben (BALB/c, B10A és ASK) orális szenzibilizációt is vizsgált, és megállapította, hogy mind a BN patkányoknak, mind a B10A egereknek volt a legnagyobb érzékenysége az OVA iránt a vizsgált modellekből; ez megerősítette, hogy a BN patkányok alkalmas modellek voltak az ételfehérjék allergén hatásának felmérésére. Ez a tanulmány azt is megállapította, hogy az életkor hozzájárult a szenzibilizációhoz a BALB/c egerekben: a 20 hetes egereknél mutatták ki a legnagyobb OVA-specifikus IgE és IgG1 választ a vizsgált három különböző korcsoport (7 hét, 20 hét és 1 év).

7. Allergia a földimogyoróra és a fadióra

Megjelenésük és nevük ellenére a mogyoró (Arachis hypogaea) valójában nem dió; a hüvelyesek vagy babfélék családjába tartozó faj. Bár a földimogyoró és a dióféle különböző családokból származik, ismert, hogy mindketten erős allergéneket tartalmaznak. Egy amerikai tanulmány szerint a földimogyoró és a diófélék allergiája a halálos anafilaxiás reakciók 90% -át teszi ki. Más élelmiszerallergiákkal, például a tehéntejjel és a tojással ellentétben, a PN-allergia ritkán nő ki. A PN fehérjék mindenütt történő használata, valamint a PN allergia prevalenciájának nyilvánvaló növekedése az elmúlt évtizedekben nagy figyelmet szentelt az ezen a területen végzett kutatásnak [68, 69]. Tizenegy PN allergén fehérjét osztályoztak (Ara h 1–11) [10], az Ara h 1 és Ara h 2 a fő PN allergének közé sorolva [70, 71].

8. Következtetés

Annak ellenére, hogy az elmúlt években jobban megértettük az ételallergiát, továbbra sem áll rendelkezésre konkrét terápiás lehetőség. Jelenleg a szigorú elkerülés és az adrenalin alkalmazása véletlen expozíció esetén az egyetlen jóváhagyott kezelés, bár jelenleg az immunterápia számos formáját vizsgálják, beleértve az orális (OIT), a szublingvális (SLIT), az epikután (EPIT) és a szubkután allergéneket -specifikus immunterápia (SCIT) [75, 76]. Srivastava et al. [77] kimutatta, hogy az egér modellben az anafilaxia megelőzhető a kínai FAHF-2 gyógynövényes formulával történő kezelést követően. E tanulmány eredményei és a csoport egyéb munkái arra utalnak, hogy az FAHF-2 potenciálisan képes kezelni több ételallergiát, beleértve a mogyorót és a tojást [77–79].

Az anafilaxia magas kockázata fő tényező, amely korlátozza az ételallergiás immunterápia kialakulását emberben [75, 80]. Ebben az összefüggésben az állatmodellek fontos szerepet játszhatnak e kezelések finomításának és a biztonságosság alapos preklinikai értékelésének biztosításában a terápiás humán terápiás alkalmazás előtt.

Elismerés

A szerzők szeretnék elismerni az Ausztrál Kutatási Tanács (ARC) támogatását e munkához.