全 文 ：空气致敏花粉污染研究的最新进展
靳颖 吕琳 苏立娟 张巧艳 刘家熙
(首都师范大学生命科学学院,北京 100037)
摘 要: 孢粉是一种重要的空气致敏原, 可引起不同程度的花粉症, 严重困扰人们的日常生活。目前 ,对花
粉症的研究日趋深入。本文综述了花粉飘散规律及预报, 致敏原的确定,分子生物学和免疫治疗方面的最新进展,
并提出了展望。
关键词: 空气致敏原 花粉症 免疫疗法
Advances on Airborne Allergenic Pollen
*
Jin Ying LLin Su Lijuan Zhang Qiaoyan Liu Jiax i**
( Coll eg e of L i f e S ci ence , Cap i tal N ormal Univ er sit y , Bei j ing 100037)
Abstract: Spo res are one kind o f a irborne aller gen which can bring about po llino sis at different levels and dis-
turb the people. s daily lives. F or the moment, the st udies on it ar e deeper and deeper. The paper r ev iew ed the ne-
w est advances on the rule o f pollen f low as w ell as fo recast, the confirmation of main allerg ens po llen, the mo lecular
biolo gica l study of allerg en and the immunother apy . A t last, the pr ospect w as bought about.
Key words: Airbo rne a ller gen Po llinosis Immuno therapy
花粉作为植物的雄性生殖细胞,其意义已不仅
仅是繁衍后代。孢粉学的建立为孢粉的应用提供了
广阔空间。无论是在植物的系统演化和分类, 植物
生理、生态,古今植物的系统形成和发展, 各地质时
期植被的演替等理论研究方面, 还是在地层的划分
和对比, 石油地质、煤炭地质、海洋地质, 农业的起
源,以及风靡世界的花粉食品、花粉药物及花粉化妆
品等和人们生活息息相关的应用研究方面, 孢粉都
发挥了不可估量的作用。但是, 作为一种空气致敏
原,花粉能够引发花粉症,患者轻则打喷嚏、流鼻涕、
流泪、持续咳嗽,重则引发气管炎、哮喘甚至呼吸困
难,少数患者还可引发过敏性皮炎。近年来, 花粉症
的发病有上升趋势, 不仅危及人类健康,更加重了社
会负担,因此,开展空气致敏花粉污染的研究是非常
必要的。早在公元 130~ 200年间,希腊医学家就发
现接触花草可使病人喷嚏大作。1828 年, 英国的
John Bostock将花粉引起的过敏病症 ) ) ) / 夏季加
答尔0( catar rh)更名为/枯草热0( hay fever) ,并阐明
这种症状是由花粉引起的, B. Blackley 在 1873 年以
实验证实了该观点。随着花粉症对人们生产生活影
响的加剧,对花粉症的研究也日渐深入。花粉采集
器的改进、花粉飘散规律的宏观研究、分子生物学的
微观研究以及免疫疗法的应用研究等方面都取得了
飞跃的发展。近两年来,在飘散规律及花粉预报、分
子生物学研究和免疫治疗等方面又有了新进展, 为
花粉症的预防、指导及诊断、治疗提供了依据。
1 花粉飘散规律的调查、致敏花粉的确定及
预测模型的建立
空气花粉污染具有明显的区域性与季节性,受
土壤、生物、地形、地貌等生态性因素, 温度、湿度、
风、雨等气候性因素及人为因素的干扰。目前, 对花
粉飘散规律的研究更着重于与气候因子的相关性探
讨。
收稿日期: 2005-04-29
作者简介:靳颖( 1980- ) ,女,硕士研究生,研究方向:发育植物学。现正在参加北京市自然科学基金与北京市教委资助项目的研究工作
通讯作者:刘家熙( 1963- ) ,男,副教授,硕士生导师。长期从事植物系统与演化、发育植物学的教学与研究工作。主持国家自然科学基金
资助项目、北京市自然科学基金资助项目、教育部高等学校骨干教师资助计划项目以及北京市教委科技发展项目多项
生物技术通报
# 综述与专论# BIOTECHNOLOGY BULLETIN 2005年第 4期
在对空气致敏花粉的研究中, 采集器的优劣与
该研究有着密切关系。法国在这方面的革新将其孢
粉学的研究带入了领先地位。在法国境内, 孢粉学
家开展了大范围、长时间的调查工作。自 1987年以
来,对里昂地区每年及每日的豚草属花粉进行记录。
豚草属植物传粉期由 8月初到 9月底, 上午 9~ 11
点呈现高峰; 随着温度升高、相对湿度降低, 花粉数
量增加 [ 1]。在第戎等地, 桦木科、禾本科、荨麻科在
空气中含量很高, 其他种则根据植被等因素的不同
而在含量上有所差异 [ 2]。花粉的飘散规律受气象因
素等多方面影响,在对亚眠、鲁昂、斯特拉斯堡、波尔
多、马赛、图卢兹等地的调查中发现, 花粉数量与过
敏危险呈现平行性发展, 但也存在轻微的不一致性,
可能是近 10年来气候变化的结果 [ 3]。通过对气候
因子与花粉数量变化的分析,已建立了回归模型,可
提前 3~ 5周对花粉含量作出预测, 对花粉症的预防
有十分重要的意义[ 4] 。
在西班牙, 能引起花粉症的最主要的致敏原有
柏( 1~ 3月)、桦木( 4月)、悬铃木( 3~ 4月)、禾本科
及橄榄( 4~ 6月)、墙草( 4~ 7月)和藜( 7~ 9月)。从
地域上看, 中部与半岛北部主要为禾本科, 南部(塞
维利亚、格兰纳达、科尔多瓦) 为橄榄, 地中海沿岸
(巴塞罗那、华冷西亚)为墙草 [ 5]。对科尔多瓦地区
的花粉飘散规律与气象因子的分析显示: 累积气象
变量在回归分析方程中有重要作用, 与热量相关的
变量是最重要的 [ 6]。并且绝对湿度与相对温度表现
出更好的相关性[ 7] 。通过 1995年~ 2000年收集的
比戈城的资料建立了花粉数量预测模型, 一是局部
线性模型,获得花粉粒数的预测值, 二是普通的加性
回归分析,以检验预测值是否超出阈值范围。并利
用 2001年数据校准,预测结果真实有效 [ 8]。
印度有 30%的人口对不同的过敏原有反应。空
气中的主要致敏花粉有: 桑属、芸苔属、决明属、栎
属、雪松属、藜属、苋属、蓟罂粟属、银胶菊属等等[ 9]。
另外,波兰的什切青、匈牙利、克罗地亚和科威特等
分别对当地的花粉进行了计数统计与分析,确定了
致敏花粉种类, 为当地花粉飘散规律研究及致敏原
的确定提供了新的资料。
2 致敏花粉的分子生物学研究
花粉致敏反应是由花粉内壁或外壁上的特殊蛋
白引起的。1963年, 美籍华人 T. P. King 对北美主
要的致敏植物豚草的花粉进行了初步分离与提纯,
确定了两种抗原成分。目前, 国内外已分析了梯牧
草、蒿属、柏树、藜等植物和莴苣等蔬菜花粉变应原
的蛋白成分。某些花粉变应原已分析至氨基酸甚至
基因序列。对悬铃木花粉的研究显示, P la a 2表现
出多聚半乳糖醛酸酶活性,这是被子植物花粉中第
一个被当作致敏原的带有功能酶活性的多聚半乳糖
醛酸酶类。蛋白质印迹分析表明: P la a 2 存在于花
粉和茎区中, 并且能与马铃薯中的一种多聚半乳糖
醛酸酶及柏科花粉中的果胶裂解酶发生 IgE 交叉反
应[ 10]。
日本对当地的主要致敏植物 ) ) ) 日本雪松的花
粉进行了多方面的研究。从遗传学的角度发现, 雪
松花粉中 Cry j 1的浓度在树间有很大差异(与降水
量有一定的关系) , 如果能够在遗传上控制 Cry j 1
的浓度,种植低浓度 Cry j 1 的树种则可能会减少雪
松花粉症的发生[ 11] 。嗜酸性粒细胞过氧化物酶
( EPO)的多态性以及 EPO中的 Pro 358 Leu也与日
本雪松过敏症有关[ 12, 13] 。外周单核血细胞受日本雪
松花粉提取物激发后, IL-4m RNA 的表达急剧上
升。IL-2 mRNA 的表达也较对照组高[ 14] 。IL4RA
中的 Ile 50 Val和 Glu 375 Ala可能与过敏症也有关
系[ 13]。
CD80、CD86在对雪松花粉抗体过敏上起着重
要作用。对雪松花粉症受试者受到抗原刺激后抗原
呈递细胞中 CD80、CD86的动力学表达进行了研究。
其中,花粉症受试组的 CD80、CD86的表达相较于对
照组呈现出明显的正调节。但是, 刺激后的 CD80
与 CD86 在表达上有所区别。并且, 体外刺激后
CD86的正调节早于 CD80。结果还显示, 花粉症受
试组中 CD19+ 细胞的 CD80、CD86表达水平高于对
照组。CD19+ 细胞的功能类似于抗原呈递细胞, 引
起过敏原诱导的外周单核血细胞的激活 [ 15]。外周血
细胞中的 CD23、CD54、HLA-DR- Ò表达水平下降,
表明 B细胞活性下降[ 16]。
分子家族中很多蛋白质经常表现出某种程度的
IgE交叉反应, 不同致敏原的同源结构在很大程度
上解释了这种现象。由于花粉过敏原特异性 IgE 与
同源的食物过敏原可发生交叉反应, 所以桦木花粉
28 生物技术通报 Biotechnology Bullet in 2005年第 4期
症常伴有对食物的不良反应[ 17]。PR-10(桦木 Bet v
1)可引起过敏, 并和肌动蛋白在食物诱导的过敏反
应上起着相当重要的作用。脂类转运蛋白是植物果
实,如桃中普遍存在的致敏原,这些致敏原可通过摄
食植物果实而引发过敏症状[ 18] 。蓖麻的花粉可与乳
胶发生交叉反应 [ 9]。23%对甜瓜过敏的人也对乳胶
过敏。对花粉过敏尤其相关, 因为所有对甜瓜过敏
的人都对花粉 100%过敏[ 19]。
同时,花粉症的发病也受很多其他因素的影响。
脂肪酸、抗氧化剂的摄取,对成人枯草热的发病状况
有明显的影响效果, 油酸、B-胡萝卜素可诱导其发
生,而十二碳五烯酸和 VE则起抑制作用, 该研究为
膳食因子对枯草热的影响提供了进一步的证明[ 20] ,
延长的花粉季、吸烟和高水平的 IgE 都可增加花粉
过敏的诱导几率。但在吸烟人群和妇女中, 则表现
出不同的生理机制, 仍需深入研究 [ 21]。Obtulow icz
K研究了大气污染物对花粉症的影响, 得出结论:硫
氧化物、臭氧、悬浮在空气中的无机物或有机物颗粒
物质能够通过依赖或不依赖于 IgE 抗体的机制增强
呼吸道的反应性 [ 22] ,大气中的有机污染物, 如: N O2、
SO2 , 不仅影响花粉的形态,还可以改变它们的过敏
反应势能[ 9] 。
3 花粉症治疗方法
日本学者曾对不同阶段的雪松花粉症患者的生
活质量做了调查, 发现生活质量与疾病的严重程度
之间的关系较弱, 但是长期患病对病人心理的影响
较为严重。因此, 开展积极有效的治疗对病人的身
心健康都是极为重要的。
免疫疗法是花粉症治疗中较为常见的疗法。
Beusquet J等在过敏原免疫疗法一文中肯定了免疫
疗法的有效性。经国内许多变态反应学家的证实,
脱敏疗法的疗效有效率多数在 70%~ 80%。对日本
雪松花粉症患者进行的免疫疗法, 接受治疗的患者
满意度达 97% [ 23]。并且,脱敏对患者的免疫功能有
明显的改善作用, 在一定程度上有治本的意义。尤
其是在花粉性鼻炎转为花粉性哮喘的过程中有显著
的预防作用。Weber以分类系统的角度对几种花粉
的交叉反应性进行了研究,并在用于免疫治疗的花
粉选择上提出了一些建议。目前, 用作免疫治疗的
花粉提取物有禾本科、藜科等等 [ 24]。墙草属两种植
物过敏原的提取物(分子量介于 10~ 14kD 之间)具
有极高的交叉反应性。利用生化分析和分子克隆,
分离并免疫学鉴定出了 2 种主要过敏原: Par j 1和
Par j 2。序列比较表明, 这两种过敏原属于非特异
性脂类转运蛋白家族, 三维模型揭示了该两种蛋白
均呈 4个 A-螺旋组成的保守结构。能和大部分特异
性 IgE结合。重组子过敏原表现出和自然产物同样
的免疫学属性, 可为墙草花粉过敏症的诊断与治疗
提供基础工具[ 25] 。一些木本植物的重组子过敏原也
被研制出来, 在诊断及治疗上都具有一定的生物学
功效。一些生化药物如单磷酸酯 A 也可作为免疫疗
法辅剂。补充 VE可能对季节性过敏性鼻炎有重要
的抑制作用, 但是其临床及基础理论的研究仍有待
确定。
4 展望
1945年,前苏联的科佐-坡朗斯基提出了引起枯
草热的植物名录。几十年来, 孢粉学不断深入发展,
越来越多的植物致敏原被确定, 根据花粉飘散规律,
可对这些致敏花粉采取及时的预防措施。目前, 我
们实验室正从事北京市自然科学基金和北京市教委
资助项目 ) ) ) 北京市空气花粉污染的研究, 调查北
京市主要的空气花粉及其飘散规律, 力求为花粉症
的防治提供科学依据。随着分子生物学领域的发
展,对致敏花粉的成分分析也将愈加精细, 对患者的
特异性诊断治疗也将愈加精确有效。
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#国外动态 #
日发现淡水日本公鱼体液中存在Ò型抗冷冻蛋白
Bioscience, Bio technolog y, and Biochemist ry 2003年 67卷 3期 461~ 466页报道:日本关西大学工程
学院生物技术系的科学家山下安四郎等最近的研究,首次提纯和鉴定了生活在日本中纬度淡水水域中的日
本公鱼( H ypomesus nip p onensi s)体液中的抗冷冻蛋白( AFP)。
指出日本公鱼 AFP 的 N-末端氨基酸序列有 75. 0%等同于鲱鱼的 Ò型 AFP。EDTA 处理和钌红染色
提示, 日本公鱼 AFP 至少拥有 1个 Ca2+ 结合域。特别令人感兴趣的是, 当除去 Ca2+ 离子时,日本公鱼 AFP
的抗冷冻活性并未完全消失。根据 TOF-质量分析, 日本公鱼 AFP 的分子量为 16 756. 8。编码日本公鱼
AFP 的基因的开放阅读框的长度为 444bp,且有 85. 0%等同于鲱鱼的整个基因。还发现,日本公鱼 AFP 的
cDNA 和氨基酸序列长度与鲱鱼的 AFP 相同。
利用基因工程改善婴儿食用稻米的营养品质
Agricell Report 2003年 40卷 3期 19页报道: 美国加利福尼亚大学营养学系的科学家 B. LlÊnner dal及
其同事,已将连锁于水稻谷蛋白 1启动子和信号序列的合成人乳铁蛋白( H LF)基因导入水稻细胞。
表明此种重组的 HLF( rHLF)可以相当于脱壳水稻籽粒粒重的 0. 5%的水平,特异地表达于水稻籽粒
而不是其他组织。同时可在连续 4代中保持稳定的表达水平。生物化学和物理学分析证明, rHLF 在 N-末
端序列、等电点 pH 值( pI)、铁结合力、对人类病原体的抵抗力以及抗蛋白酶消化力等诸方面, 等同于人乳铁
蛋白。
认为利用 rHLF 增富或强化稻米的营养,可使婴儿从此种稻米中获得只有人奶才有的重要生物活性蛋
白 HLF。 汪开治
30 生物技术通报 Biotechnology Bullet in 2005年第 4期