Białka pszenicy jako alergeny – struktura i właściwości

Pszenica (Triticum aestivum) zawiera złożony zestaw białek, z których wiele wykazuje właściwości alergizujące. Według najnowszej wersji bazy danych WHO/IUIS Allergen Nomenclature Database zidentyfikowano 21 różnych, dobrze sklasyfikowanych alergenów pszenicy¹. Te białka różnią się strukturą, funkcją biologiczną oraz potencjałem alergizującym, co przekłada się na różnorodność objawów klinicznych alergii na pszenicę.

Klasyfikacja białek pszenicy

Białka pszenicy można podzielić na cztery główne klasy na podstawie ich rozpuszczalności: albuminy (rozpuszczalne w wodzie), globuliny (rozpuszczalne w roztworach soli), prolaminy (rozpuszczalne w alkoholu) oraz gluteliny (rozpuszczalne w roztworach zasadowych). W pszenicy prolaminami są gliadyny, a glutelinami – gluteniny².

Gliadyny i gluteniny tworzą razem gluten, który jest głównym kompleksem białkowym odpowiedzialnym za właściwości reologiczne ciasta. Gliadyny składają się z białek monomerycznych, podczas gdy gluteniny zawierają białka agregatowe. Oba typy białek zawierają liczne sekwencje aminokwasowe bogate w prolinę i glutaminę, co czyni je odpornymi na trawienie przez enzymy przewodu pokarmowego³.

Albuminy i globuliny, choć stanowią mniejszą część białek pszenicy, również mogą działać jako alergeny. Wczesne badania wykazały, że wiele alergenów pszenicy należy właśnie do klasy albumin².

Gliadyny jako główne alergeny

Gliadyny są jednymi z najważniejszych alergenów pszenicy i można je podzielić na kilka podtypów: alfa-, beta-, gamma- i omega-gliadyny. Każdy z tych podtypów charakteryzuje się odmienną strukturą i właściwościami alergizującymi².

Omega-5-gliadyny (kodowane przez locus Gli-B1) odgrywają szczególnie istotną rolę w patogenezie anafilaksji wywołanej pszenicą i wysiłkiem fizycznym (WDEIA). Te białka są głównym alergenem odpowiedzialnym za ciężkie reakcje anafilaktyczne, które występują po połączeniu spożycia pszenicy z aktywnością fizyczną⁴.

Charakterystyczne sekwencje aminokwasowe znajdowane w gliadynach, takie jak QQIPQQQ, PQQPFP i QQQFPGQQQQ, są odpowiedzialne za wywoływanie reakcji alergicznych. Te powtarzające się sekwencje mogą aktywować zarówno wrodzoną, jak i nabytą odpowiedź immunologiczną⁵.

Gluteniny i ich rola alergizująca

Gluteniny można podzielić na dwie główne grupy: gluteniny o wysokiej masie molekularnej (HMW) i gluteniny o niskiej masie molekularnej (LMW). Oba typy mogą działać jako alergeny, choć reakcje wywoływane przez gluteniny są często mniej nasilone niż te spowodowane przez gliadyny².

Zidentyfikowano dziewięć podjednostek glutenin LMW, które są związane z alergiami na pszenicę. Glutenina (glutelina pszenicy) jest uważana za dominujący alergen w pszenicy. W diagnostyce alergii na pszenicę w praktyce pediatrycznej wprowadzono testy na swoiste IgE przeciwko Tri a 36 (glutenina o niskiej masie molekularnej)⁶.

W anafilaksji wywołanej pszenicą i wysiłkiem fizycznym, oprócz omega-5-gliadyn, również podjednostki glutenin o wysokiej masie molekularnej mogą odgrywać istotną rolę. Te białka, podobnie jak gliadyny, mogą przedostawać się do krwiobiegu podczas wysiłku fizycznego, gdzie powodują ostre reakcje astmatyczne lub alergiczne⁷.

Białka nie-glutenowe jako alergeny

Oprócz białek glutenowych, pszenica zawiera również liczne białka nie-glutenowe o właściwościach alergizujących. Do najważniejszych należą inhibitory alfa-amylazy i trypsyny (ATI), które są jednymi z najczęściej występujących alergenów pszenicy⁸.

Inhibitory alfa-amylazy/trypsyny wiążą się ze swoistymi przeciwciałami IgE i są zaangażowane w astmę piekarzy, anafilaksję oraz niektóre przypadki WDEIA. Te białka charakteryzują się wysoką termostabilnością, co oznacza, że zachowują swoje właściwości alergizujące nawet po obróbce cieplnej⁹.

Białka przenoszące lipidy (nsLTP lub Tri a 14) stanowią kolejną ważną grupę alergenów nie-glutenowych. Triticum aestivum Tri a 37 (alfa-purothionina) i nsLTP (Tri a 14) są związane z ciężkimi reakcjami alergicznymi¹⁰.

Do innych istotnych alergenów nie-glutenowych należą: peroksydaza, tioredoksyna, inhibitory proteaz serynowych, białka podobne do taumatyny, tioredukaza, 1-cys-peroksyredoksyna oraz inhibitory podobne do proteaz serynowych¹¹.

Właściwości strukturalne alergenów

Alergeny pszenicy charakteryzują się pewnymi wspólnymi właściwościami strukturalnymi, które wpływają na ich potencjał alergizujący. Wysoka zawartość proliny i glutaminy w gliadynach i gluteninach czyni je odpornymi na trawienie przez enzymy trzustkowe i jelitowe¹².

Ta oporność na trawienie oznacza, że peptydy pochodzące z glutenu mogą przenikać przez nabłonek jelitowy w niezmienionej lub częściowo zmienionej formie, gdzie mogą być rozpoznawane przez komórki prezentujące antygen. Proces ten może zachodzić zarówno przez transcytozę, jak i drogą parakomórkową, co wymaga naruszenia ścisłych połączeń między enterocytami¹².

Powtarzające się sekwencje aminokwasowe w gliadynach i gluteninach mogą aktywować zarówno wrodzoną, jak i nabytą odpowiedź immunologiczną. Te sekwencje są szczególnie istotne w procesie cross-linkingu przeciwciał IgE, co prowadzi do uwolnienia mediatorów chemicznych z komórek tucznych i bazofilów¹³.

Mechanizmy molekularne alergizacji

Mechanizmy molekularne, przez które białka pszenicy wywołują reakcje alergiczne, obejmują kilka etapów. Po pierwsze, białka te muszą zostać rozpoznane jako obce przez komórki prezentujące antygen w jelicie. Następnie dochodzi do prezentacji fragmentów białkowych limfocytom T, co prowadzi do aktywacji odpowiedzi Th2¹⁴.

W modelach mysich alergii na gluten pszenicy poziomy histaminy w surowicy, będące markerem degranulacji komórek tucznych, były znacząco wyższe niż w grupie kontrolnej. Również poziomy przeciwciał IgG1 i IgE przeciwko gliadynie lub gluteninie były znacząco podwyższone, co sugeruje, że odpowiedź Th2 odgrywa dominującą rolę w rozwoju choroby¹⁴.

Przezskórna ekspozycja na hydrolizowane białka pszenicy może również aktywować szlaki immunologiczne, prowadząc do sensytyzacji i reakcji alergicznych. Te odkrycia sugerują, że hydrolizowane białka pszenicy w produktach stosowanych na skórę mogą stanowić potencjalne ryzyko alergizujące, szczególnie dla osób wrażliwych na pszenicę lub gluten¹⁴.

Różnice w alergenności między odmianami

Różne odmiany pszenicy mogą różnić się pod względem zawartości i składu białek alergizujących. Badania wykazują, że starożytne odmiany pszenicy mogą być lepiej tolerowane przez pacjentów z nieceliakijną nadwrażliwością na pszenicę niż nowoczesne odmiany o wysokiej zawartości glutenu¹⁵.

Rozwój nowych odmian pszenicy z selektywnymi delecjami określonych alergenów, takich jak omega-5-gliadyny, pokazuje obiecujące rezultaty w redukcji alergenności. Odmiany takie jak 5D, z defektami w locus Glu-B3 kodującym gluteniny LMW i ściśle związanym locus Gli-B1 kodującym omega-5 i gamma-gliadyny, wykazują znacznie niższą alergenność⁴.