文献翻译｜综述：食物过敏和食物耐受的细胞及分子机制
前言
为了维持免疫耐受，免疫系统不仅要能够区分自我和非自我，而且要区分无害的非自我和威胁的非自我。胃肠道（GI）是免疫系统在鉴别和维持耐受方面的一个重要的屏障。它是身体和外部环境之间最大的接触面，肠粘膜表面面积超过300平方米。它与大量的外来抗原接触，这包括每年摄入的超过30公斤的食物蛋白，以及数以万亿计的1000多种常驻细菌。维持免疫耐受的机理复杂，需要多种细胞的共同及相互协同作用，以限制能导致组织损伤的宿主细菌和食物蛋白造成的炎症反应，使微生物局限于肠道，并识别和应对可能导致组织损伤或疾病的病原体。而当机体未能保持这种适当的平衡时将会导致丧失耐受，导致炎症性疾病，如炎症性肠病或对无害食物抗原的反应，如乳糜泻和IgE介导的食物过敏。
本综述将陈述食物抗原的天然耐受性形成的复杂机制，以及在IgE介导的食物过敏和过敏反应中机体是如何丧失这种耐受。我们还将讨论如何实验免疫治疗方法，其中包括一些目前在临床试验中，有可能能够恢复机体对食物的耐受。
抗原的摄取、传导以及呈递
潜在的免疫原性蛋白质在消化过程中首先受到变性和降解，这些过程可防止机体对食物抗原产生过敏反应。在肠道中经过变性和消化后剩下的蛋白质和多肽可由多种方式通过上皮屏障，包括细胞间扩散，肠上皮细胞的转运，M细胞的内吞作用以及CX3CR1+细胞管腔处理等（图1A）。肠上皮细胞在某些条件下可在基底表面表达MHC II，因此也可以在肠道内直接将抗原呈递给T细胞。
目前仍不清楚口腔内食物耐受和过敏的具体机制。某些特殊的细胞通过不同的机制参与肠道的抗原处理过程。M细胞是位于肠道相关淋巴组织（GALT）中的一种上皮细胞，呈不规则的刷状缘，糖萼及微绒毛相对较少。M细胞参与抗原（包括微生物）的吞噬作用和转胞吞作用，但对于肠腔内的水溶性大分子，其吞噬及转胞吞作用的效率较低。在固有层中，表达CX3CR1的CD11c+髓系细胞群可以延长细胞进入肠腔的过程，以及在不影响紧密连接或上皮完整性的前提下呈递抗原。这些细胞不会迁移到肠系膜淋巴结（MLNs），因此并不能激活初始T细胞，但可通过将抗原传递给相邻的树突状细胞（DC），让其完成迁移的过程。
在对于食物耐受和食物过敏人群，抗原的摄取，传播及呈递的过程和机制的差异，以及这种差异在食物过敏中的起着什么作用，目前还不是很清楚。众所周知，食物过敏患者在肠道屏障的通透性增加可能进一步恶化疾病进程，因为过敏反应所产生的细胞因子（如TNF-α）和趋化因子可能起到降低肠道屏障紧密连接的完整性或增加肠道通透性的作用。
蛋白抗原通过多种机制，如由CX3CR1+细胞经腔内处理捕获抗原，从而通过上皮屏障。接着，由CD103 +树突状细胞（DCs）捕获通过屏障的抗原，迁移至肠系膜淋巴结（MLNs），并将抗原呈递给初始T细胞。
在机体耐受的情况下(A) ，这种相互作用，通过1）淋巴结分泌的视黄酸（RA）、2）DC表达的IDO、3）DC分泌TGF-β，和4）DC上调的αvβ8并激活潜在的TGF-β等方式促进调节性T细胞（Treg）的生成。对于这些新产生的Treg，其肠道归巢受体CCR9和α4β7表达上调。RA和DC的相互作用也刺激能产生IgA抗体的B细胞进一步分化。
而在过敏的机体中(B)，上皮完整性的破坏增加了抗原的渗透，并促进上皮细胞因子的生产/释放（IL-33，TSLP及IL-25），进而上调DCs表明的OX40配体（OX40L）。接着，DCs促进初始T细胞向Th2分化，而Th2产生的细胞因子能召集嗜酸性粒细胞（IL-5），促进产生IgE类的B细胞分化（IL-4和IL-13）。而IgE可能通过CD23易化/促进抗原摄取。
1.食物过敏原暴露于皮肤的影响：
在接触辅助食物或固体食物前，婴儿可能会通过皮肤接触到食物中的蛋白质（如家庭灰尘）。与肠道一样，皮肤是最大的免疫器官之一，它不仅提供了物理和化学屏障，而且是维持环境和宿主深层组织免疫平衡的保护性免疫屏障。皮肤之所以能作为一个保护屏障，抵抗环境的冲击以及抗原的暴露，离不开其复杂的结构，包括适当的表皮细胞的分化，由脂质、皮脂、汗水和抗菌肽构成的皮肤环境，以及真皮的结构特点（图2A）。健康的皮肤通常是一个非炎性的环境，并且含有众多的抗原提呈细胞（APC）。其中有一种APC，固有层中CD14+树突状细胞，同时表达CX3CR1+和CD103+。与CX3CR1 +细胞类似，它能吞噬大量抗原，但产生大量IL-10并诱导Treg细胞分化。上皮完整性丧失和皮肤炎症可导致过敏的发生（图2b），如下文所述。
(B) 角质层的屏障功能丧失，从而增加抗原渗透，可能由于角质形成细胞分化过程中某些决定性基因的缺陷造成（如发生在丝聚蛋白的突变）或由于炎症性皮肤疾病（如过敏性皮炎）。在皮肤损伤的反应中，微生物、食物抗原的激活，或由于TSLP炎症信号转导，角质形成细胞分泌的IL-33和/或IL-25，可上调APC上的OX40L，从而促进Th2分化。
口服食物耐受
1.口服食物耐受中的树突状细胞：
目前仍不清楚耐受性的形成是否需要在一个特定的时间段接触抗原。许多人认为，胃肠粘膜或肠道相关淋巴组织（GALT）首次接触抗原能促进机体对食物中的蛋白质形成耐受性。而最近的一项临床试验也表明，婴儿早期接触一种可能引起过敏的食物（如花生）可以降低临床食物过敏的发生率。耐受性在很大程度上是由固有层中APCs主导，它们在肠腔中获取抗原以及促进T细胞的分化。有趣的是，饮食可能影响固有层APC的发展，研究发现至少有两种CD11c+ APC的亚群存在：CX3CR1+CD103−和CX3CR1−CD103+巨噬细胞。 CX3CR1+CD103−巨噬细胞并不会迁移，也不会激活初始T细胞，但它们影响早期对抗原的免疫反应，参与再次刺激T细胞。相反，CX3CR1−CD103+ DC在固有膜捕获抗原并迁移到肠系膜淋巴节向T细胞提呈抗原。
在肠系膜淋巴结，从黏膜固有层迁徙的CD103+ DC的可以通过多种机制促进肠道Treg的归巢。CD103+ DC产生TGF-β和维甲酸（来自维生素A），主导Treg细胞的分化。此外，CD103+ DC可以表达吲哚胺2,3-双加氧酶（IDO），这种酶参与色氨酸分解代谢。抑制IDO可降低Treg的转化率，并有利于向Th1和Th17分化。 CD103+ DC和MLN基质细胞的共同作用对诱导活化T细胞表达肠道归巢受体尤为重要。CD103+ DC诱导T细胞表达肠道归巢受体CCR9和α4β7，并在肠系膜淋巴结易化待发T细胞使其迁移到小肠。
2.口服食物耐受中的Treg细胞：
Treg在口服耐受中发挥核心作用。IPEX综合征的患者由于转录因子Foxp3的机能失调，食物过敏的发生率增加。虽然现在认识到有多个Treg的细胞亚群，但各类Treg亚群细胞在口服耐受中的作用是不明确的。肠道中存在许多能够产生IL-10的Foxp3+和Foxp3−Treg细胞，还有许多Foxp3−Tregs可外围诱导Tr1细胞的形成并产生大量的IL-10和TGF-β。此外，研究发现Treg细胞主要作用部位位于肠道局部和GALT的。Treg产生的TGF-β在耐受中起着重要作用，而归巢到GALT的Tregs可促进B细胞产生非炎症性IgA。
3.食物过敏——对口服食物失去耐受：
对于少数的敏感个体，失去耐受并发展为食物过敏的原因目前仍了解甚少。可能是由于多个途径最终导致丧失口服的耐受性（图1b）。在应损伤、炎症的应答或由于先天免疫激活，上皮细胞产生TSLP、IL-25和/或IL-33可以促进Th2细胞的炎症反应。这些细胞因子通过激活固有淋巴细胞（ILC），肥大细胞，嗜碱性粒细胞，以及DC，促进Th2细胞免疫反应。目前，我们才刚刚开始了解食物过敏中影响调节上皮细胞产生细胞因子的因素。
4.食物过敏中的过敏原：
虽然有充足的证据支持吸入性过敏原引起的过敏为2型免疫反应，但对于食物过敏其机制则有所差异。吸入性过敏原能通过多种机制促进上皮细胞产生细胞因子，包括固有模式识别受体激活，激活蛋白酶激活受体，并通过直接损伤上皮细胞等，最终引起过敏。而对于食物过敏原，如Ara h1能与DC表面CD209结合，以及牛奶鞘磷脂能激活NKT细胞，这些均能作为有效的佐剂，增强2型细胞因子的产生。
我们试图研究引起耐受性丧失和致敏的蛋白质的其他特性。蛋白质某些特性，如二硫键，抵抗酶降解、热降解，生物活性，和糖基化等都可能会导致过敏并以其更多的IgE结合。二硫键保持蛋白质结构和稳定性，同样，常见的食物过敏原抵抗胃液蛋白水解，尽管有许多蛋白质抵抗消化通常不是过敏。此外，在烹调过程中食物对热降解的抵抗，与更严重、持久的牛奶和鸡蛋过敏有关，而不耐热的PR-10蛋白引起的口服食物过敏引起的症状一般为较温和，及其罕见全身症状。最后，抗原的糖基化可以防止蛋白水解和形成新抗原，可能会影响到食物蛋白的过敏性。
5.通过皮肤致敏的食物过敏：
特应性皮炎是一种慢性皮肤炎症性疾病，表皮上皮细胞的缺陷可能导致过敏原引起除皮肤以外的过敏性疾病，如食物过敏、哮喘和过敏性鼻炎。最近的研究表明皮肤上皮细胞的缺陷及家庭灰尘中存在的食物过敏原对引起食物过敏原的影响。表皮上的丝聚蛋白参与皮肤屏障功能的维护，因突变等因素造成这种蛋白功能丧失的患者患湿疹和过敏的风险更高。有研究表明在10岁前的儿童中，丧失丝聚蛋白功能的人食物致敏及发展为食物过敏的患病率更高。与丝聚蛋白类似，调节角质形成细胞分化及影响上皮的完整性的蛋白酶SPINK5也与都是严重的过敏性皮炎相关，相关功能的缺失同样会增加食物过敏的发生率。
由于特应性皮炎会诱发进一步的致敏，很多人试图预防湿疹及潜在的食物过敏。从出生开始使用保湿或润肤可减少特应性皮炎的发展。也有针对润肤剂的使用是否会影响鸡蛋过敏的敏感性进行研究，但在接受润肤剂和对照组之间没有差别。目前仍需要进行更大规模的长期研究，以确定这种方法是否能防止特应性皮炎患者向其他过敏性疾病进一步发展。
正如某些过敏原在呼吸道和胃肠道中起佐剂的作用，一些过敏原对皮肤也有相似作用。在体外试验研究中，花生提取物可诱导角质形成细胞表达IL-33和IL-6，以及上调髓系DC表达OX40L；而在活体实验研究则表明花生提取物增强皮肤对OVA的反应，促进Th2细胞发育。这些观察结果表明，在今后的研究中对食物变应原性和临床食物过敏倾向的检测，可能需要对皮肤和肠道均进行检查。
耐受与过敏中的微生物
肠道中的微生物菌群落非常复杂，并且是动态的，它们除了会受到个人生活环境的影响，还会随着年龄的增加，从婴儿期到成年期不断发生变化。对于同一个人而言，在农村环境或城市环境中生活可能影响到体内肠道菌群的组成，尽管造成这种差异的根本原因尚未清楚。在农村的家庭环境中，加重灰尘的细菌多样性的增加与哮喘和过敏性疾病的风险呈负相关，但目前仍未有证据显示这与个体体内微生物群落的差异有相关性，因为其他因素也可能导致城市和农村居民之间微生物群落的差异，如饮食。如今研究已指出许多能够影响肠道微生物的多样性和发展的因素，同样，这些微生物可以很大程度上影响着肠道中的免疫反应，包括对食物抗原的反应。
数据表明，特定的某些细菌可促进肠道耐受性的发展，如梭状芽胞杆菌类。梭状芽胞杆菌可通过多种机制促进肠道耐受。在结肠中，梭状芽胞杆菌的富集可促进IgA的产生，以及增加Foxp3+的细胞数。肠腔中的IgA（图3A）可以调节微生物的组成，并抑制与其结合的细菌及抗原诱导的炎症。尽管这些变化的机制尚不清楚，目前已知的是梭状芽孢杆菌群IV、XIVa和XVIII可促进结肠环境中TGF-β和IL-10β水平的增加。此外，梭状芽胞杆菌促进RORγ+的ILCs和肠固有层中的T细胞产生IL-22，促进上皮细胞的完整性，并上调抗菌肽的表达，包括REG3β和粘液（图3A）。
此外，梭状芽胞杆菌的代谢物也在调节肠道上皮细胞完成性和免疫反应起重要作用。梭状芽胞杆菌科的毛螺菌科和疣微菌科在近端结肠中使膳食纤维发酵并产生SCFAs，并参与到免疫反应中（图3A)：SCFAs与肠上皮的G蛋白偶联受体结合，激活炎性小体并促进IL-18产生，后者促进上皮的完整性、修复和稳态平衡；SCFAs可增加结肠Foxp3+ Treg细胞数；SCFAs抑制组蛋白去乙酰化酶的活性，可促进Foxp3启动子上的组蛋白H3乙酰化，从而促使Treg分化。
肠道微生物可促进口服耐受，但微生物的扰动也可能诱发食物过敏（图3B）。特别是早期对抗生素的使用对微生物组成的改变并与食物过敏有密切联系。有研究表明分娩期抗生素的使用与3-12个月的婴儿肠道菌群组成的变化有关。此外，妊娠期的母亲或1个月的新生儿使用抗生素会增加孩子牛奶过敏的风险，还会导致孩子尿液中三氯苯氧氯芬水平的升高，表明孩子可能被多种食物和吸入过敏原致敏。但由于可影响肠道微生物组成的因素众多，在食物过敏的患者中研究微生物作用的模式非常困难，并且在不同人群中也会有所差异。
B) 在过敏的机体中，微生物丰富程度及多样性的变化（如使用抗生素后）将降低SCFA、IL-18和IL-22的水平，影响上皮的完整性，从而促进微生物和食物抗原通过上皮屏障。DC的激活将促进炎症、Th2细胞相关免疫反应（包括产生过敏原特异性IgE抗体）和过敏反应。
1.皮肤微生物群对食物过敏的影响：
越来越多的证据表明，食物过敏可以通过皮肤诱导致敏引起。同样，皮肤菌群的失调也可能导致食物过敏。在特应性皮炎患者中，我们可观察到他们皮肤上的微生物群的改变，而在动物实验中也进一步证实了这种改变也可主导特应性皮炎的发生。因此，我们也作出了皮肤上微生物群落的变化可以通过皮肤促进食物过敏的发生的假设。在皮肤上，金黄色葡萄球菌肠毒素B作为佐剂主导Th2反应以及滤泡辅助性T细胞（Tfh）的发展。事实上，这种毒素在食物过敏动物模型中也被用作口服佐剂，以增强肠道的过敏性，并能加强小鼠皮肤对花生的Th2反应。然而，皮肤菌群的失调与食物过敏之间的关系需要更进一步的研究与实验去证实。
2.益生菌疗法：
迄今为止，益生菌用于预防或治疗过敏性疾病的结果并没有很好的一致性。一项对产前和新生儿的益生菌治疗试验的Meta分析发现，孩子的总IgE水平和特应性过敏性降低，但哮喘或喘息并没有减少。目前，用益生菌进行预防或治疗激发试验确认的食物过敏的临床试验还很少。有临床试验用干酪乳杆菌（ Lactobacillus casei）和双歧杆菌（Bifidobacterium lactis）治疗牛奶过敏，但治疗12个月后并没有降低牛奶过敏率。另一项治疗花生过敏的临床试验中，联合鼠李糖乳杆菌（Lactobacillus rhamnosus ）采用口服免疫治疗（OIT），治疗18个月后82%的人在停止治疗2-5周后对花生没有过敏反应，同样时间的安慰剂组只有3%无过敏反应。然而，因为没有单独的OIT治疗组或益生菌治疗组作为对照，因此不清楚这种联合治疗的疗效的具体机制。鉴于目前的数据，对采用梭状芽孢杆菌特定种属作为益生菌补充剂治疗或预防食物过敏的评估非常重要。
免疫治疗：脱敏及长期耐受的机制
我们常说的“脱敏”是指过敏患者摄入了让其过敏的食物但没有临床反应，但这需要持续摄入以维持非反应状态。目前已尝试用多种方法来恢复或诱导对食物的耐受性，包括口服免疫疗法（OIT）、舌下免疫疗法（SLIT）和皮下免疫治疗（EPIT）。相比于OIT，SLIT和EPIT更为安全、症状更为缓和，但在花生过敏患者进行SLIT治疗是也需备用肾上腺素减少荨麻疹和咳嗽。OIT也很安全，只是患者会有轻微的胃肠道反应。然而，这些疗法所用的食物抗原的剂量以及对于治疗不同食物过敏的患者之间有着明显的差异，临床上对OIT的使用也明显高于另外两种疗法。最近，多项研究使用抗IgE单克隆抗体奥马珠单抗进行OIT治疗，结果显示该方法用于治疗牛奶、花生或多种食物过敏效果良好且安全快速。尽管有许多问题有待优化，如最佳剂量、维持时间、脱敏过程的可持续性等，OIT的脱敏率平均在80%-85%。另外，研究“脱敏”和“长期耐受”的机制是否相似或有所不同同样非常重要。
1.抗原特异性免疫治疗的早期应答：
在免疫治疗（IT）的早期阶段，保护机制是由于肥大细胞和嗜碱性粒细胞的活性下降，最早可在OIT开始的3-4个月观察到。这可能是由于这些效应细胞表面的抗原特异性IgE水平降低所致。然而，也可能涉及其他机制，如脱敏可能会消耗效应细胞释放的介质（如颗粒诱导的组胺的释放），以及可能刺激白三烯释放的量很少，低于引起过敏反应的阈值。在对蜂毒过敏的患者进行快速脱敏治疗时，全血组胺水平降低，提示嗜碱性粒细胞数量减少或其脱颗粒的数量减少。相反，对对蜂毒过敏的患者进行常规IT治疗时患者白细胞组胺含量正常。在动物实验的特异性脱敏中，没有证据表明介质的消耗。
此外，嗜碱性粒细胞和肥大细胞等多种细胞类型可能参与IT早期的免疫应答。在蜂毒脱敏中，单核细胞增加，免疫球蛋白样转录因子3、4（ILT3和ILT4）的受体表达上调，这是单核细胞的免疫耐受功能的关键。耐受型APCs，如CD103+ DCs可以帮助T细胞分化为Treg细胞。口腔粘膜朗格汉斯细胞与花粉抗原结合，提高了它们的迁移能力并提高耐受性细胞因子TFG - β1和IL-10的分泌。对于SCIT治疗的花粉过敏患者，可减少季节性的外周血ILC2s的增加，从而部分减少2型细胞因子IL-4，IL-5和IL-13的分泌。
皮肤来源的APC是引导初始免疫应答的关键。当OVA被注射到小鼠皮肤时，它被角质层的浅层的APC摄取，并最终运送到淋巴结。重复皮下注射OVA后，局部和全身Th2反应下降，相关的Treg上调，完成这个应答过程需要一个完整的角质层。
2.抗原特异性免疫治疗中T细胞的应答：
对于外周T细胞免疫耐受的诱导是特异性免疫治疗的关键，并在不同的模型中各种抗原特异性T细胞群与耐受之间也有密切的相关性，包括Treg的增加，Th2细胞的减少，以及无能T细胞的增加。过敏原特异性T细胞亚群的比例和主导亚群的变化可能导致机体的应答偏向过敏或耐受。动物实验显示，OIT治疗可增加空肠中IL-10和TGF-β的水平，这些细胞因子很可能是由Treg分泌。通过使用过敏原与MHC的四聚体追踪免疫治疗中的过敏原特异性T细胞，发现与临床的耐受性相关的是生产IL-4的T细胞数量的减少，以及生产IL-10的Foxp3+的抗原特异性T细胞的增加，而两者的前提可能均为生产IL-4的具有相同抗原表位的T细胞。而最近有研究发现增加OIT的疗程可诱导抗原特异性T细胞转向表型为(CD28loKi67lo)的无能记忆性T细胞。此外，在治疗后的3个月，没有过敏反应的患者体内仍然能检测到特异性记忆T细胞。
对于不能保持耐受的患者，可能是由于诱导的Treg存活时间较短或是表观遗传的改变。一项临床试验研究显示，完成治疗的受试者特异性Treg细胞增加；在那些耐受的个体中，可观察到在治疗后的12-15个月其体内特异性Treg细胞CpG位点的低甲基化，而对于试验中失去耐受的个体，其体内特异性Treg细胞甲基化增加。这些结果表明抗原特异性免疫细胞表观遗传学的改变至少可以部分解释脱敏和耐受。然而，对治疗的持续反应可能取决于能否维持这种表观遗传改变。
3.抗原特异性免疫治疗中B细胞的应答：
在花生过敏的患者中，OIT可诱导改变免疫球蛋白亚群。经历平均41个月OIT治疗后患者血清中花生特异性IgG4水平升高，特异性IgE水平则降低。OIT与血液中过敏原特异性B细胞的增加也有关联，过敏原特异性B细胞主要为记忆B细胞，少数为浆母细胞，而它们主要表达IgG和IgA亚型，也有少数表达IgM。
尽管越来越多的证据支持抗原特异性IgG4直接促进耐受作用，IgG4水平也可能由其他机制诱导耐受性。对于血清检测阳性但临床耐受的患者，或经过OIT的患者，过敏原提取物可抑制致敏的肥大细胞或嗜碱性粒细胞的活性，但如果IgG4被耗尽，这种抑制作用则下降。这种反应机制可能是IgG4先于IgE与肥大细胞或嗜碱性粒细胞表位结合，或者IgG4的激活抑制Fcγ受体。此外，过敏原特异性IgA在食物耐受中也起到了作用。一些对鸡蛋过敏的儿童长大后对鸡蛋耐受，其体内的蛋清特异性IgA增加了28%。另外，特异性IgG4的生产主要是由B细胞IL-10的分泌调节，而大量的B细胞产生IL-10可以抑制效应性T细胞功能或促进调节性T细胞的分化。总体而言，在免疫治疗中抗原的结合表位从IgE转移到IgG4，其中可能受到调节型B细胞的作用。这种变化可能与Treg细胞的变化及耐受型APC功能有关，促进长期的耐受作用。
总结
食物口服耐受是肠道中我们吃下的食物蛋白抗原与肠道中的微生物、非淋巴细胞、特殊的抗原提呈细胞以及肠道相关淋巴组织之间经过复杂的相互作用的结果。失去耐受便会导致食物过敏，症状可发生在多个组织，包括肠道或皮肤。在今后的研究中，我们可通过最新的技术对血液、影响的组织研究抗原的特异性免疫反应，并辅以使用小鼠模型分析肠道中过敏、脱敏和耐受的免疫反应机制。这些研究将对自然形成或治疗诱导的“长期耐受”的因素或机制提供重要的证据。
最后编辑于 2022-10-09 · 浏览 8249
