Генетические механизмы возникновения аллергии до сих пор плохо известны. Больше всего проблем вызывает пищевая аллергия, которая имеет отсроченное действие и очень широкий спектр возможных симптомов. Часто достоверно диагностировать пищевую аллергию просто не удается. В недавнем исследовании, проведенном в Германии, ученым удалось установить пять независимых участков человеческого генома, ответственных за наличие пищевой аллергии. Все эти участки оказались связаны с регулировкой иммунного ответа и функционированием так называемого эпителиального барьера на слизистых пищеварительной системы. По предположению авторов, пищевая аллергия возникает во многом благодаря нарушению этого защитного барьера, попаданию за его пределы избыточного количества аллергена и отклонениям в работе лейкоцитов. Результаты опубликованы в Nature Communications.
Рис. 1. Основные пищевые аллергены.
В последнее время все больше детей и взрослых страдают от аллергии — повышенной чувствительности иммунной системы к тем или иным веществам из внешней среды (аллергенам). В ответ на контакт организма с таким веществом (контактирование может происходить разными путями: через кожу, слизистые дыхательных путей, пищеварительную систему) начинается воспаление, вырабатываются антитела к этому веществу. Появляются внешние признаки воспаления: покраснение, насморк, чихание, сыпь, отеки и т. д.
По тому, как аллерген должен попасть в организм, чтобы вызвать соответствующую реакцию, выделяют разные типы аллергии. Зачастую одно и то же вещество может быть безвредным на коже, а попадая в пищеварительную систему, может вызывать сильнейшую аллергическую реакцию. Пищевая аллергия особенно разнообразна на симптомы и степень их выраженности и может представлять серьезную опасность, так как является основной причиной анафилактического шока.
Одни люди более склонны к заболеваниям аллергического спектра, другие — менее. Подобная склонность зависит от окружающей среды и истории контактов человека с теми или иными возможными аллергенами, а также — от наследственности, то есть от генов. Ученые активно занимаются исследованием того, как именно появляется у людей это заболевание и почему в последние годы число болеющих растет, однако многое так и остается пока неизвестным.
В развитых странах 4–8% жителей страдают хотя бы от одного вида пищевой аллергии. Вообще, оказывается, что довольно сложно диагностировать все пищевые аллергены для сколько-нибудь большой группы пациентов. В отличие от кожной аллергии, где методика оценки аллергической реакции разработана относительно хорошо, диагностика пищевой аллергии вызывает ряд трудностей. Ранее в основном использовались специализированные опросники, то есть пациенты сами сообщали о наличии или отсутствии симптомов аллергии у себя или своих детей. Но было показано, что около 80% таких сообщений не подтверждаются экспериментально. Реакция на пищевые продукты может быть отсроченной, не всегда пациент принимает в расчет все употребленные в последнее время продукты, а многие кажущиеся симптомы пищевой аллергии могут иметь совершенно иную причину, которую не так-то просто отследить. И, конечно, не стоит забывать о склонности нашего мозга находить взаимосвязи там, где их нет.
Тестирования, при которых пациентам в контролируемых условиях дают предполагаемые аллергены, а затем наблюдают за симптомами, гораздо точнее. Однако и их результаты могут сильно различаться в зависимости от конкретной методики. Так, по виду и вкусу продукта пациент в большинстве случаев знает, что ему дают, и срабатывает эффект плацебо. От уверенности в том, что у человека есть аллергия на данный продукт, у него может даже повышаться уровень иммуноглобулинов, свидетельствующих о воспалении. Симптомы пищевой аллергии столь разнообразны, что для верности исследователи записывают просто всё, что происходит с организмом пациента в тестируемый период. Это опять же приводит к завышенным оценкам количества случаев пищевой аллергии.
В последние годы используют более точный метод оценки аллергической реакции — Oral food challenge (OFC), который уже показал свою эффективность. Пациентам дают небольшую стандартизированную порцию аллергена в такой форме, чтобы они не знали, какой получают продукт. Достоверными считают лишь те симптомы, которые при повторении теста стабильно возникают через одинаковое время после получения продукта и не повторяются при получении неаллергенных продуктов.
Исследователи из Германии провели полногеномный поиск ассоциаций между геномными вариантами и фенотипическими проявлениями пищевой аллергии. Они проанализировали последовательности ДНК 497 аллергиков и 2387 человек, не имеющих аллергических реакций. По данным предыдущих исследований, в младенчестве чаще всего болеют непереносимостью коровьего молока и куриных яиц, у детей постарше очень распространена аллергия на арахис. Эти три типа пищевой аллергии были выбраны для дальнейшего анализа. Данные об аллергии были собраны методом OFC.
Ученые выясняли, на каких участках хромосом у аллергиков по сравнению со здоровыми людьми повышена изменчивость за счет однонуклеотидных замен (SNP): сравнивались полные последовательности ДНК всех участников исследования между «здоровыми» и «больными». У каждого человека своя особенная последовательность нуклеиновых кислот, но если разделить геном на отдельные гены, то у каждого гена будет несколько вариантов, в которых этот ген может существовать. Вот количество таких вариантов и интересовало ученых: если у больных людей таких вариантов было значительно больше, чем у здоровых, то у данного участка предполагали наличие связи с заболеванием аллергией. Неправильных способов «собрать» что-нибудь всегда больше, чем правильных, поэтому повышенное разнообразие в некотором участке хромосомы наводит на мысль о том, что именно в этом участке у больных что-то сломано. На данном этапе не важно, как именно оно сломано — у всех это даже может быть по-разному, — важно, какие гены работают у больных неправильно. Таким путем можно определить, работа каких генов должна идти нормально, чтобы аллергии не было.
Рис. 2. Изменчивость на разных участках хромосом у людей, больных аллергией: а — любым типом пищевой аллергии (497 случаев vs. 2387 — контроль); б — аллергией на арахис (220 случаев); в — аллергией на куриные яйца (288 случаев); г — аллергией на коровье молоко (169 случаев). По горизонтальной оси указан номер исследуемой хромосомы, по вертикальной — значимость изменчивости в данном участке. Розовая линия показывает уровень значимости, после которого отличия в изменчивости от здоровых людей считались достоверными.
В результате исследователи нашли пять участков ДНК, где чаще всего встречаются нарушения у людей с аллергией на арахис, яйца и коровье молоко. Первый участок лежит на первой хромосоме и относится к комплексу, ответственному за нормальное развитие эпидермиса. Он непосредственно примыкает к гену филаггрина (Filaggrin, filament aggregating protein) — структурного белка, участвующего в формировании защитного эпителиального барьера. Мутации в этом гене тесно связаны с экземой — воспалительным заболеванием кожи сложной природы, в возникновении которого большую роль отводят нарушениям иммунитета. По причинам возникновения и проявлениям оно близко к заболеваниям аллергического спектра и часто бывает у аллергиков. Исследователи дополнительно проверили корреляцию между найденным SNP и заболеванием аллергией, исключив из выборки больных экземой. Мутация оказалась связанной с пищевой аллергией всех трех типов, независимо от наличия или отсутствия экземы у носителя. Ген филаггрина работает в основном на слизистых ротовой полости и пищевода, при нарушении его работы именно в этих участках формируется дефективный кожный барьер, пропускающий внутрь организма избыточное количество аллергена.
Еще один участок был обнаружен между генами интерлейкина 4, интерлейкина 13 и одним из генов цитокинов на пятой хромосоме. Нарушения на данном участке также часто связывают с экземой, однако и здесь корреляция с аллергией обнаружилась как в группе исследуемых с экземой, так и в группе без неё. Оба упомянутых интерлейкина принимают участие в воспалительной реакции во время аллергии, связаны с работой лимфоцитов крови и регуляторных Т-клеток слизистых поверхностей.
Третий участок находится на одиннадцатой хромосоме. В нем была обнаружена одна однонуклеотидная замена, которая одновременно связана как с экземой, так и с пищевой аллергией на арахис, яйца и коровье молоко. В группе без экземы связь этой мутации с аллергией показать не удалось. По предыдущим работам известно, что нарушения в этом участке также связаны и с другими типами аллергии, в том числе пищевой и кожной. Получается, что нарушения в этом участке одновременно приводят к целому ряду аллергических заболеваний, а не только к пищевой аллергии.
Повышенную изменчивость, связанную с пищевой аллергией, нашли на участке генов, кодирующих белки серпины, на восемнадцатой хромосоме. Два самых частых SNP на этом участке оба оказались в регуляторных частях генов. Один находится на участке, регулирующем работу генов иммунного и воспалительного ответа, в том числе и Т-клеток второго типа (Type 2 helper T cells), другой задействован в тканеспецифичной экспрессии серпина В10 в крови. К сожалению, функции белка серпина В10 пока не изучены, но известно, что он экспрессируется также в коже и слизистых.
Наконец, ученые подтвердили связь нарушений на участке человеческих лейкоцитарных антигенов шестой хромосомы с пищевой аллергией на арахис; другие пищевые аллергии оказались с данным участком не связаны.
Все выявленные участки вместе определяют приблизительно на 10,2% вероятность наличия пищевой аллергии трех изучаемых типов. Остальная изменчивость объясняется другими, еще не выявленными, генами и, конечно, внешними условиями.
Во время развития воспаления в рамках астмы или экземы наблюдается повышение активности серпинов и интерлейкинов 4 и 13, активированных с участием Т-клеток второго типа. Исследование пищевой аллергии на арахис, куриные яйца и коровье молоко показало, что связанные с заболеванием нарушения находятся в регуляторных участках генов, кодирующих те же самые звенья. Кроме того, как экзема, так и пищевая аллергия тесно связаны с нарушением работы эпителиального барьера. Для пищевой аллергии наиболее важна дефектность защитного барьера слизистых верхней части пищеварительной системы.
Ранее исследователи ограничивались лишь пищевой аллергией на арахис и во многом полагались на менее достоверные способы постановки диагноза. В этой работе большая выборка, более точные методы выявления аллергии и исследование трех типов аллергии одновременно позволили обнаружить сразу пять участков хромосом, нарушения в которых ассоциируются с пищевой аллергией и другими аллергическими заболеваниями.
Источник: ЭЛЕМЕНТЫ БОЛЬШОЙ НАУКИ
