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        水產(chǎn)品中主要過敏原的研究與展望

        2018-03-07 03:39:31李風(fēng)鈴李沂光孫天樂江艷華姚琳張亞南翟毓秀
        關(guān)鍵詞:過敏原水產(chǎn)品過敏

        李風(fēng)鈴,李沂光,孫天樂,江艷華,姚琳,張亞南,翟毓秀*

        (1.農(nóng)業(yè)部水產(chǎn)品質(zhì)量安全檢測與評價重點實驗室,中國水產(chǎn)科學(xué)研究院黃海水產(chǎn)研究所, 山東 青島 266071;2.青島大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院, 山東 青島 266071)

        食物過敏是當(dāng)今世界第4個重大衛(wèi)生學(xué)問題,被世界衛(wèi)生組織(WHO)列為21世紀(jì)應(yīng)重點防治的三大類疾病之一[1]。隨著食品加工行業(yè)的發(fā)展、飲食結(jié)構(gòu)的改變以及環(huán)境污染加劇等因素,食物過敏的發(fā)病率目前已呈現(xiàn)明顯上升趨勢。據(jù)統(tǒng)計,全世界有5%~8%的兒童和2%~3%的成人患有食物過敏性疾病[2-4]。經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn),90%以上的食物過敏是由牛奶、花生、雞蛋、大豆、小麥、堅果、魚類、甲殼類這八類食物引起的[5]。中國疾病預(yù)防控制中心的流行病學(xué)調(diào)查發(fā)現(xiàn),中國城市15~24歲年齡段的健康人群中,食物過敏率高達5.7%,水產(chǎn)品、牛奶和雞蛋是主要的過敏食物[6]。由水產(chǎn)品及其制品導(dǎo)致過敏的患者可能會出現(xiàn)紅腫、鼻炎、哮喘等過敏性癥狀,嚴(yán)重時還會伴有虛脫、休克,甚至危及生命,嚴(yán)重影響身體健康和生活質(zhì)量[7]。人們常食用的致敏水產(chǎn)品主要包括硬骨魚類、節(jié)肢動物類及軟體動物類等,市場上常見的易致敏水產(chǎn)品如表1所示。

        水產(chǎn)品因其鮮美的味道、豐富的營養(yǎng)價值而深受人們的喜愛,是居民食物消費的重要組成部分,中國已多年居水產(chǎn)養(yǎng)殖和消費總量第一大國的地位,并保持穩(wěn)步增長的趨勢, 1981年人均水產(chǎn)品消費量約7.1 kg,2016年增長到約20.53 kg,稍高于全球人均水產(chǎn)品消費量20.5 kg。但與日韓等水產(chǎn)品消費大國相比(2015年,韓國人均水產(chǎn)品消費量為58 kg),中國人均水產(chǎn)品的消費需求仍有較大的增長空間[8-9]。隨著中國海洋“藍(lán)色經(jīng)濟”的不斷發(fā)展,未來水產(chǎn)及水產(chǎn)制品將會有更廣闊的消費市場。

        表1 易致敏水產(chǎn)品種類Tab.1 Classification of seafood groups causing allergy

        作為世界上最大的水產(chǎn)品生產(chǎn)國和消費國,降低水產(chǎn)品中過敏原的食用風(fēng)險及減少過敏性疾病的發(fā)生,建立水產(chǎn)品中過敏原的檢測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及評價標(biāo)準(zhǔn),確保中國水產(chǎn)品出口貿(mào)易的穩(wěn)定發(fā)展,開展水產(chǎn)品中過敏原的監(jiān)控、風(fēng)險評價及致敏機理等方面的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用性研究尤為必要。因此,文章綜述了近年來的研究報道,以期為下一步開展水產(chǎn)品中過敏原的研究提供思路,為其安全控制指明方向。

        1 水產(chǎn)品中的主要過敏原

        過敏原,又稱為變應(yīng)原、過敏物、致敏原等,是指能夠使個體發(fā)生I型超敏反應(yīng)的非寄生抗原過敏。目前已發(fā)現(xiàn)并鑒定的水產(chǎn)品過敏原有小清蛋白(parvalbumin,PV)、原肌球蛋白(tropomyosin,TM)、精氨酸激酶(arginine kinase,AK)等[10]。常見致敏水產(chǎn)品中主要的過敏原及其鑒定分子量見表2。

        表2 常見致敏水產(chǎn)品中主要過敏原Tab.2 The main allergens of common aquatic products

        依據(jù)過敏原的品種來源,常見的水產(chǎn)品過敏原可分為3大類:硬骨魚類過敏原、甲殼類過敏原和軟體動物過敏原[10]。

        1.1 硬骨魚類過敏原

        在水產(chǎn)品中,魚類的消費量居于榜首,同時也是導(dǎo)致過敏反應(yīng)頻發(fā)的產(chǎn)品。其中,尤以海水魚引發(fā)的過敏事件較多,淡水魚相對較少。因此,目前國內(nèi)外針對魚類過敏原的研究主要集中在海水魚,主要的致敏品種包括狼鱸、鰹、比目魚、金槍魚、鳳尾魚、鱈、鮭等;另外,部分魚類加工品如魚粉、魚油、魚明膠等亦可引發(fā)過敏性疾病。

        據(jù)研究,在魚類引發(fā)的過敏性疾病中,小清蛋白PV占據(jù)主要因素,約為95%。除此之外,魚卵蛋白(如鮭的硫酸魚精蛋白)和膠原蛋白等也可能會引發(fā)一定數(shù)量的致敏反應(yīng)。PV是一種鈣結(jié)合型水溶性蛋白,大量存在于魚類肌肉中,分α、β兩個類型,分子質(zhì)量約為12 ku,易溶于水,耐熱,不易酶解,等電點較小,偏酸性,且不同魚類中PV同源性較高[11]。某報道中發(fā)現(xiàn)了一種新的PV,其分子質(zhì)量為24、38、51 ku,但Das Dores 等[12]認(rèn)為它們分別是小清蛋白的二聚體、三聚體及四聚體。Faste等[13]發(fā)現(xiàn)鱈中還有一條與特異性IgE的結(jié)合非常強的17 ku蛋白,該蛋白可以和鱈的PV多抗相結(jié)合,在其他多種魚中也存在,研究者推斷此蛋白可能是與PV IgG存在交叉致敏反應(yīng)或者是另一種PV的聚合物。另有研究發(fā)現(xiàn)不同魚類的PV具有60%~90%的氨基酸序列相似性,可誘導(dǎo)廣泛的交叉反應(yīng)[10,14-16]。這可能與不同魚類的過敏原具有相同或相似的抗原決定簇有關(guān),也由此會造成一種抗體可以與多種抗原發(fā)生免疫反應(yīng)。然而,PV與IgE結(jié)合位點的結(jié)構(gòu)特性具有種屬特異性,因此交叉致敏反應(yīng)的機理仍需要有進一步的研究。

        在魚類過敏原的研究過程中,其他種類的過敏原蛋白也陸續(xù)得以鑒定。據(jù)報道,鱈中的主要過敏原還包括一種41 ku的蛋白[17]。Das Dores等[18]認(rèn)為41 ku的蛋白是糖基化的乙醛磷酸脫氫酶(APDH),另外還有一種36 ku的蛋白,是未糖基化的APDH。除此之外,Nakamura等[19]認(rèn)為紅點櫻花鉤吻鮭的過敏原是分子質(zhì)量為26 ku的磷酸丙糖異構(gòu)酶。Kondo等[20]通過研究發(fā)現(xiàn)金槍魚和鯖的過敏原是分子質(zhì)量為94 ku的轉(zhuǎn)鐵蛋白。另外,還有120 ku分子量的膠原蛋白、比目魚中40 ku分子量的蛋白以及金槍魚中的46 ku分子量的蛋白[21-23]。

        1.2 甲殼類過敏原

        甲殼動物也屬于八大類主要過敏食品之一,易引起致敏的產(chǎn)品包括對蝦、蟹、龍蝦等,主要的過敏原有TM、AK、肌鈣結(jié)合蛋白(SCP)、肌球蛋白輕鏈(MLC)及血藍(lán)蛋白亞基(HCS)等。

        TM是蝦、蟹等甲殼類動物中的主要過敏原,也是研究者早期的關(guān)注焦點。據(jù)報道,TM與肌動蛋白結(jié)合,在肌肉收縮中起關(guān)鍵作用。目前,已發(fā)現(xiàn)刀額新對蝦、中華絨螯蟹等多種蝦蟹類的主要過敏原為TM,雖分子量大小不一,但其結(jié)構(gòu)上均具有8個IgE結(jié)合位點,而每個結(jié)合位點均是由5~14個氨基酸殘基組成[24-27]。

        另外,甲殼動物中還有幾類次要過敏原。AK是一類磷酸化的胍基化合物,在細(xì)胞代謝中可調(diào)節(jié)ATP與磷酸精氨酸之間的能量平衡,對無脊椎動物的能量代謝有重要作用[28]。SCP是一種EF手型鈣離子緩沖蛋白,廣泛存在于無脊椎動物體內(nèi),具有調(diào)節(jié)肌肉收縮功能,與脊椎動物體內(nèi)的小清蛋白具有相似性[29]。MLC是組成肌小節(jié)粗肌絲的成分,可控制包括物質(zhì)運輸、肌肉收縮和細(xì)胞分裂等多種生理過程[30]。HCS是一種具有酚氧化酶活性、抗病毒和抑菌等多項功能的氧載體蛋白,近年來在無脊椎動物中多有發(fā)現(xiàn)[31]。TM、AK和HCS已被證實是蝦、蟹的共同過敏原[24]。

        1.3 軟體動物過敏原

        軟體動物中易造成致敏反應(yīng)的種類包括烏賊、帽貝、蚌類、蛤類、魷、章魚等。研究表明軟體動物的主要過敏原亦為TM[32],次要過敏原主要是AK。相較于國外對軟體動物過敏原的研究,國內(nèi)在此方面的認(rèn)知還略欠缺。不同軟體動物中的主要過敏原其分子量具有明顯差異。在章魚中,35 ku的TM和38 ku的AK為其主要過敏原,同時與甲殼類AK也具有明顯的免疫交叉反應(yīng)[33]。牡蠣中的主要過敏原為分子質(zhì)量為86 ku的TM,而文蛤中的主要過敏原為90 ku的鹽溶性蛋白[34]??O蟶中的主要過敏原是58 ku蛋白,次要過敏原包括12、28和38 ku的蛋白等[35]。

        盡管近年來對水產(chǎn)品中過敏原鑒定的種類日益增多,但是國內(nèi)在此方面的研究仍偏少。此外,過敏原種類鑒定的研究多集中在水產(chǎn)品的主要過敏原,對次要過敏原的性質(zhì)研究不夠深入,對國內(nèi)水產(chǎn)品尤其甲殼類過敏患者的特異性過敏原仍不明確。過敏原的提取方法也缺乏規(guī)范性,導(dǎo)致分離得到的過敏原多為主要過敏原,次要過敏原難以涵蓋全部種類,或者不具有免疫活性,由此也限制了過敏原鑒定的準(zhǔn)確性和特異性。

        2 水產(chǎn)品過敏反應(yīng)的類型及致敏機理

        2.1 水產(chǎn)品過敏反應(yīng)的類型

        根據(jù)過敏反應(yīng)的發(fā)生速度,發(fā)病機制及臨床特征,過敏反應(yīng)主要分為4種類型,分別為Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型和Ⅳ型(表3)。其中Ⅰ~Ⅲ型過敏反應(yīng)是抗體介導(dǎo)的,血清可被動轉(zhuǎn)移,而Ⅳ型反應(yīng)則由輔助性T細(xì)胞或細(xì)胞毒T細(xì)胞介導(dǎo),經(jīng)細(xì)胞被動轉(zhuǎn)移,故反應(yīng)較慢[36]。

        水產(chǎn)品過敏反應(yīng)可因暴露于水產(chǎn)品本身或存在于水產(chǎn)品中的各種非水產(chǎn)成分引起,包括各種污染物,如寄生蟲、細(xì)菌、化學(xué)添加劑等[37-39]。其中因水產(chǎn)品本身過敏原導(dǎo)致的致敏反應(yīng)大多屬于由IgE介導(dǎo)的I型過敏反應(yīng),其他3種類型的過敏反應(yīng)因過敏原來源復(fù)雜,且與水產(chǎn)品關(guān)聯(lián)不大,不在此文討論范圍內(nèi)。

        2.2 水產(chǎn)品中過敏原的致敏機理

        2.2.1 腸道屏障和黏膜免疫耐受

        水產(chǎn)品中的過敏原通過口服途徑進入機體后會引發(fā)黏膜免疫系統(tǒng)的異常反應(yīng)。正常情況下,黏膜屏障通過物理、化學(xué)或細(xì)胞因子阻止外來抗原的滲透。但具有完整免疫原性的水產(chǎn)品蛋白質(zhì)可通過胃黏膜的透壁通道,逃脫或抵抗蛋白酶消化,以相對完整的形式穿過腸腔,導(dǎo)致初級的免疫反應(yīng)[39]。另外,固有免疫(自然殺傷細(xì)胞、巨噬細(xì)胞和補體等)和適應(yīng)性免疫(上皮內(nèi)和固有層淋巴細(xì)胞、派氏淋巴結(jié)、分泌型IgA等)反應(yīng)的發(fā)生亦可抵抗外源抗原。尤其是嬰幼兒的黏膜腸道屏障發(fā)育不成熟、免疫系統(tǒng)低下、sIgA分泌系統(tǒng)不成熟等情況均可增加胃腸道感染和食物過敏的發(fā)病率。然而,盡管成人擁有相對復(fù)雜、完善的黏膜屏障,但機體腸道仍會攝取大約2%的食物抗原[40-42]。不過,穿過胃腸道的食物抗原很少會引起過敏反應(yīng),這是因為成人黏膜的相關(guān)淋巴組織可產(chǎn)生免疫耐受,阻止過敏反應(yīng)的發(fā)生。含酶促因子和發(fā)炎因子的完整過敏原蛋白盡管可穿過黏膜,但會被抗原呈遞細(xì)胞APCs (巨噬細(xì)胞、B細(xì)胞等)捕獲,并與APCs中的泛素結(jié)合,被降解為多肽,經(jīng)組織相容性復(fù)合物II(MHC-II)呈遞,并被未經(jīng)修飾的CD4 T細(xì)胞識別,CD4 T細(xì)胞分化為Th2細(xì)胞后即可誘導(dǎo)抗體類別轉(zhuǎn)換為IgE的細(xì)胞因子,從而啟動IgE介導(dǎo)的超敏反應(yīng)[43]。

        表3 過敏反應(yīng)的類型及癥狀Tab.3 Types,symptoms of allergic reactions

        注:Th1(Helper T cells,Th)為輔助性T細(xì)胞,屬CD4陽性細(xì)胞,參與細(xì)胞免疫調(diào)節(jié)、遲發(fā)型過敏反應(yīng)等;CTL(cytotoxic lymphocyte, CTL)為細(xì)胞毒性T淋巴細(xì)胞,是白細(xì)胞的亞部,是一種特異T細(xì)胞,分泌各種細(xì)胞因子參與免疫作用。

        2.2.2 I型過敏反應(yīng)機理

        90%以上的水產(chǎn)食物過敏實質(zhì)是IgE介導(dǎo)的I型過敏反應(yīng)。當(dāng)引起IgE抗體抗原反應(yīng)的食物過敏原再次刺激機體時,就會發(fā)生I型過敏反應(yīng)[44]。即進入機體后的過敏原穿過黏膜,被巨噬細(xì)胞加工后遞呈給淋巴T細(xì)胞和B細(xì)胞,刺激特異性B細(xì)胞產(chǎn)生IgE抗體,該抗體結(jié)合肥大細(xì)胞和嗜堿性粒細(xì)胞表面的特異性受體(FcεR) 形成致敏靶細(xì)胞,此時機體進入致敏狀態(tài)。當(dāng)同一類型的過敏原再次進入機體,結(jié)合在致敏靶細(xì)胞上的IgE抗體與之發(fā)生特異性反應(yīng),并通過一系列膜分子行為介導(dǎo)靶細(xì)胞脫顆粒,合成并釋放生物活性介質(zhì)(如組胺、白三烯、趨化因子、蛋白水解酶等)。這也是組胺釋放的主要機制。當(dāng)上述活性物質(zhì)作用于皮膚、血管、黏膜、腺體等靶器官,引起強烈的支氣管平滑肌收縮、毛細(xì)血管擴張以及通透性增加,產(chǎn)生其他炎癥介質(zhì),最終表現(xiàn)為過敏癥。因此,組胺、白三烯和免疫球蛋白Fc段受體(FcεR)可以作為I型過敏反應(yīng)的臨床診斷指標(biāo)[45-46]。

        由于過敏原種類繁多,結(jié)構(gòu)多樣,多具有交叉反應(yīng),且其致敏活性大小與產(chǎn)品來源、攝入方式及機體狀態(tài)等因素相關(guān),致使過敏原機理方面的研究更為復(fù)雜。另外,由于水產(chǎn)品尤其甲殼類中過敏原的重組純化及抗體制備等技術(shù)不夠規(guī)范,導(dǎo)致過敏原的純度及評價缺乏穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性,使得不同過敏原的致敏機理研究不具參考性。另外,水產(chǎn)品中過敏原尤其是次要過敏原的分子機制尚不清楚,非IgE介導(dǎo)的免疫機制亦處于初步探索階段。需加強過敏的免疫調(diào)控機制研究,為減少水產(chǎn)品致敏性疾病的發(fā)生及尋找食物過敏治療新靶標(biāo)提供理論依據(jù)。

        3 水產(chǎn)品過敏原檢測技術(shù)與脫敏方法

        食物過敏至今尚無特異性療法,只能針對癥狀進行降低性損傷治療,但少量甚至微量的過敏原可能造成的嚴(yán)重后果遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過提前處理過程的復(fù)雜性。因此,預(yù)防和減少食物過敏原對消費者的影響是最有效地途徑,其中之一是通過在對過敏原開展監(jiān)測的基礎(chǔ)上準(zhǔn)確地標(biāo)示,避免過敏患者誤食;二是將含有過敏原的食品進行脫敏,降低其致敏性以適應(yīng)市場普遍需求。

        3.1 過敏原的檢測技術(shù)及方法標(biāo)準(zhǔn)

        目前,水產(chǎn)品中過敏原的主要檢測方法仍以蛋白質(zhì)和DNA為靶目標(biāo),其中,以過敏原蛋白為檢測對象的免疫學(xué)技術(shù),因具高靈敏度而成為最常用的方法。相比免疫學(xué)方法,核酸方法可通過靶序列的合理選擇和引物的優(yōu)化來減少交叉反應(yīng)的影響。然而在實際檢測中,因為過敏原種類較多,且多數(shù)存在交叉反應(yīng),因此,需要開發(fā)可同時對多種過敏原進行篩查檢測的技術(shù)。

        診斷食物過敏的方法可分為體內(nèi)激發(fā)試驗如雙盲對照食物激發(fā)實驗(double-blind placebo controlled oral food challenge,DBPCFC) 和皮膚點刺實驗(skin-prick test,SPT)[45-46];體外檢測方法包括組胺釋放實驗(HRT)、蛋白芯片技術(shù)檢測及血清特異性IgE檢測等[45,47-48]?,F(xiàn)在應(yīng)用較多的為血清特異性IgE檢測方法。針對水產(chǎn)品中過敏原的檢測,目前實時定量PCR技術(shù)、ELISA技術(shù)以及針對組胺的檢測技術(shù)等應(yīng)用相對廣泛,另外也有利用蛋白質(zhì)微陣列技術(shù)建立了可視化的抗體微陣列檢測方法[49-50]。過敏原標(biāo)準(zhǔn)提取方法的研究是過敏病癥診斷和治療的必要手段,開發(fā)具有良好免疫活性的標(biāo)準(zhǔn)提取物質(zhì)尚缺乏良好的工作基礎(chǔ),可考慮作為下一步研究的焦點。

        目前,國際食品法典委員會和一些發(fā)達國家紛紛頒布了食品過敏原的法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)管理措施。美國和歐盟更是進入了強制實施階段。中國也已有十余個過敏原相關(guān)的食品標(biāo)準(zhǔn),包括4項水產(chǎn)品中過敏原的方法類標(biāo)準(zhǔn)[51-54]。隨著國際社會對過敏原問題的日益重視,中國也意識到了過敏原管理的重要性,現(xiàn)已采取措施逐步加大對食品過敏原標(biāo)簽的標(biāo)識管理,并加快相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定。

        3.2 過敏原的脫敏方法

        過敏原具有良好的穩(wěn)定性,進入人體后,不易被消化降解。降低過敏原致敏性的方法目前主要分為物理法(加熱、輻照、超高壓等)、化學(xué)法(糖基化修飾、強酸、強堿、水解等)以及生物法(酶解、發(fā)酵、基因改良等),可將食物中的過敏原蛋白及其抗原決定簇進行結(jié)構(gòu)性改變或破壞,進而消除或降低過敏原對人的免疫原活性[55-56]。水產(chǎn)品中過敏原的脫除技術(shù)研究起步相對較晚,脫敏效果并不理想。目前,水產(chǎn)品中相對有效的過敏原脫除方法主要有輻照、超高壓、超聲、酶解等,經(jīng)處理后可明顯降低過敏原的免疫活性及消化穩(wěn)定性,但對水產(chǎn)品的質(zhì)構(gòu)和風(fēng)味破壞較大,有效的脫敏方法仍需進一步開發(fā)[57-60]。

        4 展望

        中國目前是水產(chǎn)品第一生產(chǎn)和消費大國,隨著居民經(jīng)濟收入水平不斷增長和消費觀念的持續(xù)改變,高質(zhì)量水產(chǎn)品的需求必會持續(xù)增加,這就意味著大量水產(chǎn)品被食用可能會增加致敏的發(fā)病數(shù)量。因此,水產(chǎn)品過敏原的基礎(chǔ)性和應(yīng)用性研究將是未來重要的研究方向。由于水產(chǎn)品中過敏原的類型較多,作用機制各有差異,使得水產(chǎn)品中過敏原的研究較之其他食用品更為復(fù)雜。因此,未來可在以下幾個方面開展深入的研究:1)加強基于水產(chǎn)品中過敏原表型的針對性、系統(tǒng)性基礎(chǔ)研究,建立實驗動物模型,結(jié)合臨床劑量反應(yīng)數(shù)據(jù),對過敏風(fēng)險進行逐級排序,鑒定新的過敏原種類;2)建立標(biāo)準(zhǔn)的過敏原提取方法,加強對過敏原重組表達技術(shù)研究,獲得具有免疫活性的標(biāo)準(zhǔn)提取物,拓深過敏原的診斷和治療方面的研究;3)開發(fā)建立過敏原的高靈敏、高特異性監(jiān)控技術(shù),實施定量風(fēng)險評估,制定監(jiān)管閾值,出臺可應(yīng)對水產(chǎn)品進出口貿(mào)易限制的政策法規(guī)及標(biāo)準(zhǔn),加強過敏原的標(biāo)識管理;4)完善現(xiàn)有的脫敏加工技術(shù),建立多樣同時脫敏處理技術(shù),研發(fā)低致敏或無致敏產(chǎn)品。

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