Глава 2

Что такое аллергены и чем они отличаются друг от друга

Одно из распространенных заблуждений гласит: аллергия может развиваться на что угодно. На самом деле не каждое вещество способно стать аллергеном.

Какими свойствами должна обладать молекула, для того чтобы вызвать аллергию?

Она должна иметь определенные размеры и быть достаточно маленькой, чтобы проникнуть через наши барьерные ткани (например, масса ингаляционных аллергенов колеблется от 10 до 60 кДа), и при этом быть достаточно большой, чтобы быть заметной для клеток нашей иммунной системы. [38]

Аллерген должен иметь такое строение, чтобы клетки иммунной системы могли его распознать. Задача нашей иммунной системы – сохранять белковое постоянство организма. Клетки иммунной системы постоянно сканируют все, что встречают на своем пути, и имеют целую систему для считывания структуры белков. Аллергия возникает из-за сбоя в распознавании чужеродных белков: клетки иммунной системы путают безопасный белок с опасным и начинают с ним сражаться. Из-за того, что иммунная система умеет распознавать только определенный вид молекул, в абсолютном большинстве случаев аллергены являются белками или гликопротеидами (белками, соединенными с углеводными «хвостиками»). [38, 188]

А как же металлы или лекарства? Металлы-то уж точно не белки. Оказывается, некоторые небелковые молекулы могут соединяться с собственными белками организма и становиться заметными для иммунной системы. Такие хитрые молекулы называются гаптенами. Так может вести себя, например, никель, вызывая воспаление кожи в области контакта, например с серьгами или пряжкой ремня. По такому же принципу может развиваться лекарственная аллергия. В этом случае гаптенами становятся или сами лекарства, или те молекулы, в которые они могут превращаться в нашем организме. [38, 188]

Ученым удалось расшифровать строение более 500 молекул-аллергенов и синтезировать некоторые из них. [165] Для чего это нужно?

Во-первых, зная особенности строения аллергенов, можно предположить, какие вещества способны вызывать аллергию, а какие – нет. Например, у ученых возник вопрос, могут ли собственные белки меда вызывать аллергию, или аллергия на мед связана только с пыльцой в его составе. Чтобы выяснить это, они стали исследовать белки меда и обнаружили, что среди них есть более десятка белковых молекул определенного размера, способных быть заметными для иммунной системы. [78] Подробнее об этих исследованиях, а также о других аллергенных белках можно прочитать на сайте www.phadia.com в разделе allergen information (информация об аллергенах).

Во-вторых, зная строение молекул-аллергенов можно искусственно синтезировать их. С помощью таких искусственных молекул можно создать специальные реагенты для того, чтобы более точно диагностировать аллергические заболевания, определять их прогноз, подбирать диету, оценивать возможности аллерген-специфической иммунотерапии (АСИТ) и даже усовершенствовать саму АСИТ.

Как искусственно созданные молекулы могут помочь правильно поставить диагноз?

Здесь нам придется немного погрузиться в высокие технологии. Как проводится лабораторная диагностика аллергии? С помощью анализа крови мы можем выявить только один тип аллергии из четырех возможных, это аллергия немедленного типа, или IgE-зависимая аллергия. IgE (ай-джи-и) – immunoglobulin E – это специальный белок, который вырабатывают клетки нашей иммунной системы для борьбы с аллергенами. Когда этот IgE встречается c белком-аллергеном, на который он направлен, они соединяются вместе, как ключ и замок (рис. 4). Этот комплекс активирует особенные клетки – тучные клетки, которые, как маленькие химические бомбочки, выбрасывают много разных биологически активных веществ. Эти вещества и вызывают симптомы аллергии: сыпь, отеки, кожный зуд или зуд слизистых носа и глаз, насморк, чихание, бронхоспазм, рвоту или диарею, а в тяжелых случаях даже падение артериального давления и шок.

Рис. 4. IgE и аллерген подходят друг к другу, как ключ к замку

Благодаря способности аллергенов соединяться со специфическими иммуноглобулинами Е IgE, как ключ с замком, можно определить, есть ли они у человека в крови. Для этого создают экстракты аллергенов, например из пыльцы березы, и помечают их специальной меткой. Если смешать такой реагент с сывороткой крови человека, то имеющиеся в ней иммуноглобулины Е IgE прикрепятся к экстрактам аллергенов, против которых они направлены. Получившиеся комплексы благодаря меткам на них можно посчитать. Так определяют концентрацию иммуноглобулинов Е IgE к конкретному аллергену (рис. 5).

Рис. 5. Принципы выявления IgE в крови

Но не все так просто. Оказалось, что некоторые белки похожи между собой, поэтому иммуноглобулины Е, образовавшиеся к одному из них, могут прикрепляться к другим белкам с «похожей внешностью». Вследствие этого феномена у некоторых людей может развиваться перекрестная аллергия. Например, у человека с аллергией на березу может развиваться перекрестная аллергия на яблоки, морковь или сельдерей (рис. 6).

Рис. 6. Перекрестно реагирующие аллергены

Как узнать, какой белок вызвал аллергию первым, а какие присоединились в качестве перекрестных?

Расшифровав и научившись синтезировать отдельные молекулы-аллергены, ученые смогли создать реагенты для более точной диагностики аллергии. Современные технологии позволяют определять специфические IgE к отдельным компонентам аллергенов. Зачем врачу эта информация?

Существуют молекулы-аллергены с сенсибилизирующей способностью, то есть вещества, способные вызвать образование иммуноглобулинов Е клетками иммунной системы, и несенсибилизирующие аллергены, которые могут быть только перекрестными. Например, главный аллерген березы – молекула BetV1 (бет-вэ-1) – сенсибилизирующий аллерген, а одна из молекул яблока – MalD1 (мал-дэ-1) – очень похожий на BetV1 белок, способный вызывать симптомы перекрестной аллергии у человека с аллергией на березу: у таких людей, кроме насморка, зуда в носу, слезотечения и зуда глаз из-за контакта с пыльцой березы, может возникать, например, зуд во рту, першение в горле, кашель, отек языка или крапивница при употреблении яблок. При этом аллергия на яблоко – это следствие аллергии на пыльцу березы. Первичная аллергия на молекулу MalD1 не развивается, поэтому ее относят к несенсибилизирующим аллергенам. [165, 188]

Почему важно знать, с каким аллергеном мы имеем дело?

Оттого, на какую молекулу развилась аллергия, зависит прогноз заболевания. Если у человека вначале развилась аллергия на пыльцу березы, а затем возникла аллергия на яблоки, груши или персики, это может означать, что пищевую аллергию вызывают несенсибилизирующие аллергены фруктов (упомянутый выше MalD1 у яблока или PruP1 (пру-пэ-1) у персика). Такая аллергия крайне редко проявится тяжелыми опасными симптомами. Кроме того, про такие белки фруктов известно, что они разрушаются при нагревании. Это означает, что термически обработанная пища при аллергии на такие молекулы обычно хорошо переносится.

У фруктов есть и другие, более опасные аллергенные молекулы, которые могут самостоятельно вызвать образование IgE. К ним относится, например, PruP3 у персика – белок-переносчик липидов (LTP – lipid transfer protein). Этот белок может вызывать аллергию сам по себе, а также способен к формированию перекрестной аллергии с другими белками группы LTP (такие белки есть, например, у яблок, орехов, пыльцы). Особенность белков LTP заключается в том, что, во-первых, они вызывают более тяжелые симптомы аллергии, а во-вторых, они термостабильны, то есть не разрушаются при нагревании и сохраняются в готовой пище. Аллергия на LTP может развиться и первично, и вследствие поллиноза, поэтому в спорных случаях врач обязательно назначит обследование на иммуноглобулин Е к отдельным молекулам аллергенов. Зная, какие молекулы вызывают аллергию у человека, можно дать ему рекомендации по диете и обсудить риски, возникающие при ее нарушении (рис. 7). [12, 165, 188]

Рис. 7. Разные аллергены в яблоке

Ученым удалось выявить, какие белки ответственны за аллергию на молочные продукты и яйца. Благодаря открытию структуры белков, вызывающих аллергию, мы узнали, что белки молока у большинства животных схожи, поэтому, например, при аллергии на коровье молоко неправильно заменять его на козье или овечье. Кроме того, некоторые белки могут разрушаться при термической обработке (например, сывороточные белки молока), а другие остаются стабильными даже в выпечке (например, овомукоид яйца). Зная, какие молекулы виноваты, иногда можно подобрать переносимую форму продуктов и расширить диету людям с аллергией на молочные продукты или яйца. Эти возможности открываются нам в случае выявления IgE к отдельным молекулам-аллергенам, а не к экстрактам (рис. 8). [38, 165]

Рис. 8. Иногда полезно знать, какая именно молекула вызывает аллергию

Дальнейшее изучение механизмов развития аллергии показало, что при аллергии на одни и те же растения у большинства людей иммуноглобулины E образуются к одним и тем же молекулам. Такие молекулы-аллергены носят название мажорных. Иммуноглобулины Е к мажорным аллергенам березы BetV1 обнаруживаются у 80 % людей с симптомами аллергии на ее пыльцу. Молекулы, к которым IgE образуются у меньшинства людей, носят название минорных аллергенов.

Зачем нужно знать, есть ли аллергия на мажорные и минорные белки?

Во-первых, аллергия на мажорные молекулы обычно сопровождается более яркими симптомами. С другой стороны, один из методов лечения аллергии, аллерген-специфическая иммунотерапия, или АСИТ, наиболее эффективна при аллергии на мажорные молекулы аллергенов. Одним из обязательных требований к лекарствам для проведения АСИТ является определенное количество молекул-мажорных аллергенов в экстракте. От этого, скорее всего, напрямую зависит эффективность того или иного препарата для АСИТ. Определение IgE к мажорным и минорным аллергенам может быть частью подготовки к проведению АСИТ, чтобы прогнозировать ее эффективность. Однако это обследование требуется не всегда, потому что врач может с высокой вероятностью определить, какие молекулы вызвали сенсибилизацию (образование иммуноглобулина Е IgE), ориентируясь на симптомы заболевания у человека. Например, если у человека есть яркие симптомы насморка с зудом в носу и чиханием в мае, возникают зуд во рту и першение в горле при употреблении свежих яблок и свежей моркови, но при этом шарлотку или суп с морковью этот же человек ест совершенно спокойно, скорее всего у него аллергия на мажорный аллерген березы BetV1 (рис. 9).

Рис. 9. Белки фруктов и овощей, перекрестно реагирующие с пыльцой, обычно термически не устойчивые

Зная, что успех АСИТ-терапии может зависеть от количества мажорных молекул в препарате, ученые пошли дальше. Что, если создать препарат для этого лечения целиком мажорных аллергенов, а не из натуральных экстрактов, как это делается сейчас? Пока на пути к такому виду АСИТ остается ряд неотвеченных вопросов. Какое лечение подобрать человеку, имеющему IgE и к мажорным, и к минорным аллергенам? Будет ли эффективна терапия с помощью лекарств, состоящих только из одного вида молекул? Возможно, другие молекулы могут играть вспомогательную роль, усиливая иммунный ответ или привлекая клетки иммунной системы (такие молекулы носят название адьювантов). На эти вопросы ученые пока только ищут ответы.

Дополнительные свойства некоторых белков-аллергенов

При изучении свойства аллергенов было обнаружено, что в некоторых случаях они имеют особенные свойства, влияющие на течение аллергии. Например, аллергены клещей домашней пыли обладают способностью повреждать слизистые оболочки дыхательных путей и делать их более проницаемыми, причем не только для клещевых аллергенов, но и других белков. В течение жизни человека спектр белков, вызывающих у него аллергию, может расширяться. Происходит это в том числе потому, что повышенная проницаемость слизистых оболочек дыхательных путей приводит к проникновению чужеродных белков туда, где их быть не должно. Клетки иммунной системы аллергика, обнаружив чужеродную молекулу, могут неправильно распознавать ее, считая врагом, и сражаться с ней. Некоторые аллергены умеют усиливать аллергический тип иммунного ответа, например, мажорный белок клещей домашней пыли DerP1. Он не только вызывает симптомы у большинства людей с аллергией на пыль, но и взаимодействует с клетками слизистых оболочек дыхательных путей, в результате чего они выбрасывают вещества, стимулирующие аллергический тип иммунного ответа. (рис. 10). [188]

Рис. 10. Аллергены клещей домашней пыли и их особые свойства

Таким образом, не каждое вещество может стать аллергеном.

• Это должны быть молекулы определенного размера, чтобы проникнуть через наши барьеры (слизистые оболочки или кожу) и чтобы клетки иммунной системы могли их «увидеть».

• Эти вещества должны иметь преимущественно белковую или гликопротеиновую структуру, чтобы клетки иммунной системы могли их «прочитать».

• Некоторые из этих веществ способны влиять на аллергический иммунный ответ, усиливая его (например, аллергены клещей домашней пыли).

Несмотря на то что за последние годы успехи молекулярной аллергологии продвинули нас вперед в понимании механизмов развития аллергии и иммунологической толерантности, в изучении аллергенов еще много тайн. Так, например, ученые заметили, что белки-аллергены обязательно выполняют какую-то важную функцию у их источника: например, парвальбумин рыбы участвует в сокращении ее мышц, а профилины растений участвуют в их росте, развитии и защитных свойствах. [94, 188] Какое это имеет значение, что именно заставляет иммунную систему синтезировать IgE к таким белкам, а также почему белки со всеми перечисленными выше свойствами вызывают аллергию не у всех людей с генетической предрасположенностью к ней, нам только предстоит выяснить.