REACTIVIDAD CRUZADA ENTRE ENZIMAS

Dr. Santiago Quirce.
Médico Adjunto de la Sección de Alergología.
Hospital "Fundación Jiménez Díaz". Madrid.

Las enzimas se comportan como potentes alergenos por vía inhalatoria en el medio laboral, capaces de sensibilizar a un elevado número de los trabajadores que las manipulan. Se ha discutido si este gran poder de sensibilización está en relación con su capacidad enzimática o simplemente se debe a su naturaleza de macromoléculas glicoproteícas, y por tanto capaces de desencadenar una repuesta inmunológica mediada por anticuerpos IgE. 
En la fabricación del pan se emplean diversos aditivos que se añaden a la masa para mejorar y acelerar el proceso de panificación, destacando entre éstos las enzimas fúngicas con actividad glicolítica. No obstante, los aditivos enzimáticos utilizados son productos industriales escasamente purificados, por lo que cuando se estudia una posible sensibilización a los mismos hay que tener en cuenta una serie de factores, que se recogen en la tabla I.
El asma de los panaderos y pasteleros puede estar causado no sólo por la harina de cereales, sino también por alguno de los aditivos o contaminantes presentes en la harina, tal como se recoge en la Tabla II. La sensibilización a diversas enzimas derivadas de Aspergillus con actividad glicolítica plantea interrogantes sobre la posible reactividad cruzada entre las mismas, de estas enzimas con los hongos que las producen, y también entre las enzimas fúngicas y las enzimas naturales que se encuentran en el grano de los cereales.

Reactividad cruzada entre enzimas derivadas de Aspergillus
Las enzimas glicolíticas alfa-amilasa y celulasa son aditivos habitualmente utilizados en el proceso de panificación para acelerar la fermentación de la masa. Al hidrolizar el almidón del grano en azúcares fermentables, generan continuamente un substrato que puede ser utilizado por la levadura. La procedencia habitual de las amilasas ha sido la harina de cebada malteada, pero hoy en día se obtiene de microorganismos como hongos y bacterias. Las principales características de la enzima 
a-amilasa fúngica se muestran en la Tabla III .
En un trabajo realizado en 5 panaderos sensibilizados a alfa-amilasa, 4 de los cuáles también eran alérgicos a celulasa, investigamos la posible existencia de reactividad cruzada entre ambas enzimas fúngicas y de éstas con los hongos que las producen, es decir A. oryzae y A. niger, respectivamente (1). Encontramos que no había reactividad cruzada entre alfa-amilasa y celulasa, pero sí existía cierto grado de comunidad antigénica entre alfa-amilasa y A. oryzae, obteniéndose una inhibición del ELISA (REIA) a alfa-amilasa del 60% con concentraciones altas del extracto de A. oryzae, sugiriendo que la alfa-amilasa podría ser un alergeno relevante de este hongo. También se encontró un discreto grado de reactividad cruzada entre celulasa y A. niger, aunque en este caso el grado de inhibición del ELISA a celulasa con este hongo no sobrepasó el 30%. En un estudio previo en dos pacientes con asma ocupacional sensibilizados a celulasa, mediante inhibición del ELISA se encontró una moderada reactividad cruzada entre celulasa y A. niger, mientras que no existía reactividad cruzada entre celulasa y alfa-amilasa. (2).
No obstante, la ingestión de productos de panadería que contienen alfa-amilasa y hemicelulasa no produjo ningún tipo de problemas en 17 pacientes sensibilizados a Aspergillus spp. (3). 
Un trabajo muy reciente sobre sensibilización a enzimas en un grupo de 171 panaderos con síntomas respiratorios alérgicos mostró una frecuencia de sensibilización a alfa-amilasa del 22,8%, seguido de celulasa 12,9%, xylanasa 10,5% y glucoamilasa 7.6%. En este trabajo se confirmó que no existía reactividad cruzada entre alfa-amilasa con celulasa ni con xylanasa. Sin embargo, los extractos de celulasa y xylanasa, que contenían cada uno al menos seis proteínas diferentes, mostraban reactividad cruzada entre sí del orden del 80% (4). En este mismo trabajo, también se observó que la glucoamilasa, otra enzima glucolítica de A. niger utilizada en panadería, inhibía aproximadamente un 50% el RAST a xylanasa y celulasa, indicando que existen epitopos comunes entre estas enzimas. Además, estos autores pudieron demostrar que el principal componente alergénico de la xylanasa se trataba de una proteína de 105 kDa, con un punto isoeléctrico de 5, que fue identificada como la enzima b-xylosidasa de A. niger, a la que denominaron Asp n 14 (4).
Previamente, Tarvainen y col. (5) habían descrito 4 trabajadores en laboratorios de biotecnología, que presentaban asma ocupacional y urticaria de contacto tras exposición a celulasa o xylanasa (un tipo de hemicelulasa que degrada el xylano). Los 4 pacientes tenían RAST positivo tanto a celulasa como a xylanasa y mediante estudios de inhibición del RAST se observó que la xylanasa inhibía el RAST a celulasa en un 92%, lo que indica un alto grado de reactividad cruzada entre ambas enzimas. Por tanto, será muy difícil identificar una sensibilización primaria a celulasa o a hemicelulasa, dado el alto grado de comunidad antigénica de estas enzimas.

Reactividad cruzada entre amilasas naturales de cereales con amilasa fúngica
Otra cuestión que se plantea es la posible reactividad cruzada entre las amilasas naturales contenidas en el grano de cereales y las amilasas fúngicas utilizadas como aditivos. En el trabajo anteriormente referido (1), encontramos que la harina de trigo inhibía ligeramente el ELISA a alfa-amilasa fúngica, de forma dosis dependiente y hasta un máximo del 40%, lo que interpretamos podría deberse a un pequeño grado de reactividad cruzada entre las amilasas naturales de los cereales con la alfa-amilasa fúngica, o quizá debido a la posible existencia de contaminantes fúngicos en la harina de trigo.
Este aspecto fue posteriormente estudiado y confirmado por Sandiford y col. (6), utilizando suero de 30 pacientes sensibilizados por vía respiratoria a harina de trigo y comparando los niveles de IgE (RAST) frente a la a-amilasa y b-amilasa natural de cebada con la IgE frente a la a-amilasa fúngica. En 29 de los 30 pacientes alérgicos a la harina de trigo se encontró IgE frente a las amilasas naturales de cereales, y sólo en 16 de los casos a la a-amilasa fúngica. Mediante estudios de inhibición del RAST se pudo comprobar que existía un pequeño grado de reactividad cruzada entre las amilasas naturales con la a-amilasa fúngica (del orden del 30-40%). Concluyeron que la a-amilasa y b-amilasa naturales son importantes alergenos en los pacientes con alergia respiratoria a la harina de cereales, pero que apenas existe reactividad cruzada de éstas con la a-amilasa fúngica. 

Reactividad cruzada entre bromelina y papaína
La bromelina es una mezcla de enzimas proteolíticas muy similares derivadas del tallo y la fruta de la piña (Ananas comosus). Los dos primeros casos de asma ocupacional causada por bromelina fueron descritos en 1978 (7). Posteriormente, Baur y Fruhmann (8) describieron una paciente de 58 años empleada en un laboratorio farmacéutico durante 10 años, que estaba expuesta a papaína y bromelina ambiental y que se sensibilizó a ambas enzimas. Presentaba pruebas cutáneas, RAST y provocación bronquial específica positivas para ambas enzimas. Se observó inhibición total del RAST a bromelina con zumo de piña, aunque éste no inhibió el RAST a papaína. La provocación oral con piña produjo a los 30-40 min dolor abdominal y broncoespasmo. En cinco de seis pacientes sensibilizados a papaína se observó RAST positivo a bromelina, así como en 8 de 60 pacientes asmáticos control no expuestos a proteasas. Además, en dos de los pacientes sensibilizados a papaína se realizó provocación bronquial con bromelina, que resultó positiva. Por el contrario, la provocación con bromelina resultó negativa en 3 de los pacientes control con RAST positivo.
En una ampliación del estudio anterior, investigaron a un grupo de 4 panaderos sensibilizados a harina de trigo y centeno y a un grupo de 25 asmáticos polínicos. Uno de los panaderos y siete de los pacientes polínicos tenían RAST positivo a bromelina y 3 de los polínicos a papaína. Mediante estudios de RAST inhibición usando suero de los panaderos o de los pacientes polínicos observaron que se producía una inhibición homóloga del RAST a papaína y bromelina con el correspondiente alergeno, así como entre papaína y bromelina respectivamente, aunque en este caso la cantidad de inhibidor variaba notablemente de un paciente a otro (9). Utilizando suero del paciente clínicamente sensibilizado a papaína y bromelina se observó cierto grado de inhibición (ligera a moderada) del RAST a papaína utilizando como inhibidores polen de gramíneas (9-63%), abedul (3-63%), trigo (9-74%), así como del RAST a bromelina con polen de gramíneas (15-86%), abedul (9-69%), trigo (13-89%) y centeno (6-90%). En otro experimento, el RAST a polen de gramíneas y bromelina se conseguía inhibir en casi todos los casos con bromelina, pero sólo en algunos casos y en menor medida con papaína (9).
También se ha descrito un alto grado de reactividad cruzada entre papaína y quimopapaína, enzima ampliamente utilizada para la realización de quimonucleolisis en pacientes con hernias discales, y que puede producir sensibilización y reacciones anafilácticas graves en pacientes sensibilizados a papaína (10). 

Referencias

1. Quirce, S.; Cuevas, M.; Díez-Gómez, M.L., et al. Respiratory allergy to Aspergillus-derived enzymes in baker's asthma. J Allergy Clin Immunol 1992;90:970-8.
2. Losada, E.; Hinojosa, M.; Moneo, I.; Domínguez, J.; Díez-Gómez, M.L. Occupational asthma caused by cellulase. J Allergy Clin Immunol 1986;77:635-9.
3. Cullinan, P.; Cook, A.; Jones, M., et al. Clinical responses to ingested fungal alpha-amilase and hemicellulase in persons sensitized to Aspergillus fumigatus. Allergy 1997;52:346-9.
4. Sander, I.; Raulf-Heimsoth, M.; Siethoff, C., et al. Allergy to Aspergillus-derived enzymes in the baking industry: Identification of b-xylosidase from Aspergillus niger as a new allergen. J Allergy Clin Immunol 1998;102:256-64.
5. Tarvainen, K.; Kanerva, L.; Tupasela, O., et al. Allergy from cellulase and xylanase enzymes. Clin Exp Allergy 1991;21:609-15.
6. Sandiford, C.P.; Tee, R.D.; Newman Taylor, A.J. The role of cereal and fungal amylases in cereal flour hypersensitivity. Clin Exp Allergy 1994;24:549-57.
7. Galleguillos, F.; Rodríguez, J.C. Asthma caused by bromelain inhalation. Clinical Allergy 1978;8:21
8. Baur, X.; Fruhmann, G. Allergic reactions, including asthma, to the pineapple protease bromelain following occupational exposure. Clin Allergy 1979;9:443-50.
9. Baur, X. Studies on the specificity of human IgE-antibodies to the plat proteases papain and bromelain. Clin Allergy 1979;9:451-7.
10. Sagona, M.A.; Bruszer, G.V. Lin, L., et al. Evaluation of papain/chymopapain cross allergenicity. J Allergy Clin Immunol 1985;76:776-81.