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葎草花粉变应原的研究进展与展望



全 文 :第3 2卷第5期
2 0 1 1 年 9 月
西 安 交 通 大 学 学 报 (医 学 版 )
Journal of Xian Jiaotong University(Medical Sciences)
Vol.32 No.5
Sep.2011
http:// ww w .jdy xb.cn
◎专家述评◎
葎草花粉变应原的研究进展与展望
孙秀珍 ,吴媛媛
(西安交通大学医学院第二附属医院呼吸内科 ,陕西西安 710004)
摘要:变态反应性疾病是世界范围内重大卫生问题之一 , 近 50%的变态反应性疾病患者对草类花粉过敏。葎草在我
国分布广泛 , 是引起花粉症的主要致敏物之一。葎草花粉症患者呈逐年上升趋势 , 已受到人们广泛关注。本文从葎草
花粉的致敏状况 、主要致敏蛋白组分 、葎草花粉症诊断和治疗方法的建立以及主要变应原重组等方面进行综述。
关键词:葎草花粉;重组变应原;低变应原性疫苗
中图分类号:R562.25   文献标志码:A   文章编号:1671-8259(2011)05-0527-04
Research progress and prospects of Humulus pollen allergens
SUN Xiu-zhen , WU Yuan-yuan
(Department o f Respirato ry M edicine , the Second Aff iliated Hospital ,
Medical School of Xian Jiao tong U niversi ty , Xian 710004 , China)
ABSTRACT:Cur r ently , allergic dise ases are a major wor ldwide health problem , and nearly 50% of them are
caused by grass pollen allergy.Humulus is widely distr ibuted in China , and its pollen is one of the main alle rgens tha t
induce hay fever.The number of H umulus hay fever patients is incre asing year by year , which has r eceived
widespre ad attention.This pape r reviews the pr esent situation of Humulus pollen alle rgy , the major allergenic
protein components , the establishment of diagnosis and tre atment for Humulus pollinosis , and the recombina tion of
ma jor allergens.
KEY WORDS:Humulus pollen;r ecombinant allergen;hypoallergenic allergen vaccine
收稿日期:2010-08-15  修回日期:2011-04-29
基金项目:国家自然科学基金资助项目(No.30772010)
Suppo rted by the National Natural S cience Foundation of China(No.30772010)
作者简介:孙秀珍 ,教授.硕士生导师.研究方向:哮喘特异性诊断及免疫治疗.E-mail:doc-ly@s ohu.com;吴媛媛(1983-),女(汉族),硕士.研究
方向:哮喘特异性诊断及免疫治疗.E-mail:y uan.11120929@s tu.xjtu.edu.cn为并列第一作者.
  目前 ,变态反应性疾病是全球性重大卫生问题之
一[ 1] 。工业化国家超过 25%的人口被变应性哮喘 、
变应性鼻结膜炎及变应性皮炎困扰 ,其中以变应性哮
喘最为常见。吸入致敏花粉是引发变应性哮喘及其
他呼吸道变态反应性疾病的最重要因素[ 2] 。VRTA-
LA等[ 3] 调查发现近 50%的变态反应性疾病患者对
草类花粉过敏 。葎草 ,又称拉拉秧 、拉拉藤 ,为一年生
或多年生蔓性草本植物 ,株长 1 ~ 5 m ,雌雄异株 ,通
常群生 ,茎和叶柄上布满细倒钩 ,叶对生 ,呈掌状 ,茎
喜缠绕其他植物生长 。每年的 3 、4 月间出苗 ,花期
7 ~ 8月份 ,雄株花序为圆锥状 ,雌株花序呈穗状 ,9月
中 、下旬成熟 ,分布于我国大部分地区及东亚地区[ 4] 。
我国葎草花粉的数量仅次于蒿草花粉 ,是我国夏秋季
花粉症的主要致敏原之一[ 5] ,但国外对葎草花粉变应
原的研究较少见。本文将对葎草花粉的致敏现状 、主
要致敏蛋白组分 、葎草花粉症的诊断和治疗方法的建
立以及主要变应原重组等方面进行综述。
1 葎草致敏情况
在韩国 , 葎草花粉占所有致敏花粉的 18%[ 6] 。
叶世泰等[ 5] 研究发现葎草花粉变应原皮肤试验和血
清特异性 IgE(sIgE)抗体的阳性率分别为 76%和
67%,认为葎草花粉是我国夏秋季花粉症的重要致敏
原之一。王清菊等[ 7] 发现沂蒙山地区秋季草本植物
花粉以蒿草和葎草为主 ,对确诊为支气管哮喘的患儿
行花粉变应原皮肤点刺试验 ,结果葎草花粉皮试阳性
率占夏秋季花粉的 50.77%;杨炯等[ 8] 对武昌地区的
花粉症患者行皮肤点刺试验 ,结果蒿属花粉 、豚草花
粉 、葎草花粉的阳性率分别为 64.13%、57.16%、
43.18%,提示葎草花粉为本地区夏秋季主要致敏花
粉之一;冯明礼等[ 9] 对山东省淄博市 、苏爱莲等[ 10] 对
鲁南地区的秋季致敏花粉调查亦发现以蒿属 、葎草属
为主 。由此可见 ,葎草花粉已成为国内主要致敏花粉
之一 。
  西 安 交 通 大 学 学 报 (医 学 版 ) 第 32 卷
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2 葎草花粉变应原的主要致敏蛋白组分
花粉变应原含有糖 、蛋白质 、多肽等成分 ,蛋白质
是主要致敏组分。因此 ,分析葎草花粉变应原的蛋白
质组分是研究葎草花粉重组变应原的基础。国内外已
分析了豚草 、葎草 、桦树 、梯牧草 、法国梧桐 、藜草等花
粉变应原的蛋白组分 ,其中豚草 、葎草 、桦树 、梯牧草 、
法国梧桐等花粉变应原的主要致敏基因序列已被重组
表达。李东栋等[ 11]通过蛋白质双向电泳分析了葎草
花粉变应原组分 ,检测出 122种不同的蛋白质 ,分子质
量位于 11.012 ~ 94.917 ku之间 ,其中 10 ~ 20 ku的蛋
白含量最多 。鲁颖等[ 12] 用聚丙烯酰胺凝胶电泳法
(SDS-PAGE)对葎草花粉变应原进行分析 ,结果有6种
蛋白组分 , 分子质量分别为 87 、66 、46.8 、30 、23 、
16.6 ku ,其中 23 ku的蛋白含量较高。PARK等[ 13] 用
SDS-PAGE法分析葎草花粉变应原蛋白质组分 ,其分
子质量位于 6 ~ 148 ku之间 ,并用含有高浓度 sIgE 抗
体的葎草花粉过敏患者血清进行免疫印迹分析 ,结果
13 、74 、80 ku的蛋白与患者血清 sIgE抗体的结合率达
50%以上 ,提示 13、74 、80 ku 的蛋白是主要致敏组分。
尽管国内外科研人员对葎草花粉的致敏组分进行了多
次研究 ,但其结果均不是完全符合 ,有的甚至差别较
大。目前考虑与实验方法 、实验条件 ,及在不同地理 、
不同气候环境下 ,葎草花粉本身变应原组分和含量的
差异有关 ,但在这方面尚无详尽的资料可供参考。
上述提取的蛋白质均为粗提变应原。目前粗提
变应原在变态反应性疾病中应用广泛 ,但粗提液中含
有次要变应原及与抗原无关的成分 ,用于特异性诊断
及免疫治疗 ,可引起毒副作用。所以 ,纯化花粉变应
原及标准化疫苗极为重要。自从 KING TR对豚草
花粉变应原纯化以后 ,变态反应学者不断对纯化方法
进行改进 ,以获得操作过程简单 、成本较低 、纯度高 、
且易于标准化的粗提花粉变应原。POLO 等[ 14] 用两
步提纯法对墙草属花粉粗提液进行纯化 ,先用凝胶过
滤高效液相色谱(HPLC)法 ,然后用反向 HPLC 层析
法 。刘昀等[ 15] 用 Sephadex G-75hacryl S-200HR层
析柱纯化葎草花粉粗提变应原 , SDS-PAGE 法分析
变应原蛋白质组分 ,结果纯化后的葎草花粉变应原含
有 20多种蛋白质 ,分子质量位于 5.0 ~ 97.4 ku 之
间 ,经免疫印迹法分析 , 5 ~ 43 ku 之间的为主要变应
原 。这种方法与快速蛋白质液相层析法(FPLC)和高
效液相色谱仪比较 ,高效 、经济 ,且程序简单 。孙秀珍
等[ 16] 用葎草花粉的粗提液和经凝胶过滤的纯化液对
确诊为葎草花粉变应性哮喘的患者进行半年的特异
性免疫治疗(SIT),结果用粗提液治疗(B组)的总有
效率为 79.1%, 纯化液治疗(A 组)的总有效率为
90.7%,两组血清中 CD4和 CD4/CD8水平较治疗前
明显降低 ,CD8水平较治疗前显著升高 , A组变化更明
显 ,且全身及局部皮疹明显低于 B组 ,提示 SIT 可以调
节哮喘患者 T 淋巴细胞亚群的平衡 ,纯化葎草花粉变
应原免疫治疗的效果优于粗提液 ,安全性更高。
3 葎草花粉与其他变应原的交叉反应性
研究发现 ,泛过敏原是一种与种属无关 、广泛存
在于动植物中的共有抗原 ,具有高度的同源性 ,从而
使部分花粉变应原与水果 、蔬菜及动物皮毛等产生交
叉反应。常见的泛过敏原包括抑制蛋白(profilin)、
致病相关蛋白(PR蛋白)和植物钙结合蛋白[ 17] 。陶
爱林等[ 18]克隆了豚草花粉泛变应原 profilin ,刘晓宇
等[ 19] 克隆并重组表达了短穗鱼尾葵花粉泛过敏原
profilin ,重组 pro filin蛋白质可与短穗鱼尾葵花粉过
敏患者血清 sIgE 抗体结合 ,提示重组短穗鱼尾葵花
粉 profi lin 具有较好的免疫学活性。张红云等[ 20] 研
究发现重组荔枝 profi lin 与荔枝粗提液以及重组桦
树花粉 profi lin 存在交叉反应性。泛过敏原的研究
为用一种优势变应原即可覆盖与其有交叉反应的变
应原的特异性诊断和免疫治疗提供了途径 ,已成为变
应原研究的热点。目前 ,未见有关葎草花粉泛过敏原
及与其他变应原交叉反应的报道 。PARK 等[ 6] 对葎
草花粉的主要变应原和免疫特性进行了分析 ,结果显
示 10 ku大小的蛋白可能为主要变应原 ,对其进行同
源序列分析比对 ,提示与目前所证实的泛过敏原没有
同源性;ELISA竞争抑制试验提示 ,豚草 、橡树 、黑麦草
花粉不能抑制葎草花粉 sIgE抗体 ,说明葎草与豚草 、
橡树 、黑麦草花粉不存在交叉反应。PARK等[ 21] 人研
究得出葎草花粉变应原皮肤点刺试验阳性的患者 ,其
芹菜 、啤酒花及向日葵皮肤点刺试验的阳性率明显增
高 ,但是否存在交叉反应性 ,还有待于进一步证实。
4 葎草花粉症的诊断及治疗方法的建立
孙秀珍等[ 22] 通过 BSA-ELISA 法检测患者血清
sIgE抗体诊断变应性哮喘 ,并与皮肤点刺试验法进
行了对比 ,结果显示 BSA-ELISA 法具有更高的特异
性。尹佳等[ 23]采用葎草花粉等吸入变应原对变应性
鼻炎及哮喘患者进行皮内试验及葎草花粉变应原
sIgE抗体检测 ,结果显示用 sIgE 抗体检测方法诊断
葎草花粉症的假阳性率低于前者。 YE [ 24] 对葎草花
粉症患者进行了连续 3年的 SIT ,患者血清 sIgE 抗
体降低 ,保护性抗体 IgG 升高 ,提示粗提花粉变应原
具有较好的免疫治疗效果。
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5 期 孙秀珍 ,吴媛媛.葎草花粉变应原的研究进展与展望
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5 葎草花粉重组变应原的研究概况
目前 ,花粉症的特异性诊断和免疫治疗多采用天
然粗提变应原 ,但其成分复杂 ,难以标准化 ,在特异性
诊断中可引起假阳性及毒副作用 ,影响后续的免疫治
疗 。基因重组变应原较粗提变应原特异性强 、纯度
高 、易标准化 ,已被证实可以显著提高变态反应性疾
病的特异性诊断率和 SIT 的疗效[ 25-26] 。目前 ,国内
外对葎草的研究主要集中于葎草分布 、过敏状况 、致
敏组分的研究 ,除国内变态反应学者陶爱林等[ 27-28] 构
建了葎草花粉与豚草花粉变应原的嵌合基因 ,并对重
组基因进行原核表达之外 ,尚未见关于其重组变应原
疫苗的制备及其临床应用 。本课题组构建了葎草花
粉 cDNA 表达文库 ,并对其进行免疫学筛选 ,对筛选
出的新基因 pTSX1 、pTSX2进行了重组表达 ,目前正
在动物实验研究阶段。本课题的具体研究成果如下:
刘昀等[ 29] 利用 Trizo l试剂法通过提取葎草花粉总
RNA成功构建了葎草花粉 cDNAλT ripIEx2 文库 。
徐晶等[ 30] 应用葎草花粉过敏患者血清对上述葎草花
粉 cDNA 文库进行免疫学筛选 ,得到三个葎草花粉
特异性变应原 cDNA 克隆 ,其插入片段的大小分别
为 868 bp 、550 bp和 592 bp ,分别代表不同的 cDNA
序列 ,与现有的已知基因均无高度同源性 ,可能为新
基因 , 分别命名为 pTSX1 、pTSX2 、pTSX3 基因 。
pTSX1基因编码的蛋白可能是核糖体蛋白;pTSX2
基因编码的蛋白可能是花粉外壳样蛋白;pTSX3基
因编码的蛋白可能为具有钙结合位点的花粉变应原 。
上述研究为葎草花粉重组变应原奠定了基础 。张永
红等[ 31]利用基因重组技术成功构建了含有 pTSX1
目的基因的葎草花粉变应原核酸疫苗(PCDNA3.1-
LC2),在动物体内初步证实可以诱导产生保护性抗
体 。刘昀等[ 32] 对葎草花粉基因序列 pTSX2进行了
重组 、表达 ,并对表达的重组蛋白质进行纯化 ,为重组
变应原疫苗在动物体内进行免疫活性鉴定及安全性
评价建立了基础。
6 展望
未经修饰的重组变应原称为重组野生型变应原 ,
用于变态反应性疾病的 SI T ,可消除由未知提取成分
诱导产生的毒副作用 ,虽然达到了纯度高 、特异性强
的目的 ,但由于其结构中仍保留了 IgE 表位 ,可诱导
I 型变态反应 ,具有潜在危险性。近年来 ,随着基因
工程技术的发展及广泛应用 ,合成更加安全有效的低
致敏性变应原疫苗成为重组变应原研究开发的新策
略[ 33] 。合成低致敏性变应原疫苗的策略包括变应原
融合分子 、变应原修饰分子 、T 细胞肽 、B细胞肽和模
拟表位[ 34] 。这些基因工程低变应原性疫苗在降低变
应原性的同时明显提高了免疫原性。
近几年 ,人们针对变应原的泛过敏原研制低变应
原性疫苗 。WESTRITSCHN IG 等[ 35] 将梯牧草泛过
敏原 Phl p 12改造 ,合成一个新的抗原分子 rPhl p
12-rs ,用 rPhl p 12-rs 免疫动物 ,其诱导产生的 IgG
抗体与多种花粉和食物泛过敏原存在交叉反应 ,并且
交叉反应的程度及诱导 sIgG 抗体产生的能力与
rPhl p12无明显差别 。这就实现了一种优势变应原
即可覆盖与其有交叉反应的变应原的特异性诊断和
免疫治疗 。
7 结 语
综上所述 ,葎草是国内夏秋季花粉症的主要致敏
原之一。目前 ,已经建立了葎草花粉症的特异性诊断
和免疫治疗方法。本课题组已构建了含有 pTSX1目
的基因的葎草花粉变应原核酸疫苗 ,并对 pTSX2基
因序列进行了重组表达 ,下一步拟在动物体内验证重
组 pTSX2的免疫特性及安全性。虽然葎草花粉变应
原的研究有了很大进展 ,但仍需在致敏蛋白结构 、功
能 、免疫学机制 、变应原标准化 、DNA 疫苗及重组低
变应原疫苗等方面进一步深入研究。相信不久的将
来会对葎草花粉变应原在免疫学水平 、基因分子水平
有更全面的掌握 ,特异性强 、疗效佳的疫苗有望应用
于临床的特异性诊断和免疫治疗 。
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(编辑 韩维栋)
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