Redes Temáticas de Investigación Colaborativa: Un nuevo horizonte en la investigación de la alergia a alimentos de origen vegetal
RESUMEN
La mayoría de los alergenos alimentarios de origen vegetal
identificados hasta el momento son proteínas implicadas en mecanismos
de defensa frente a plagas y patógenos, o proteínas de reserva
acumuladas en las semillas. Nueve grupos de proteínas relacionadas con
patogénesis (PRs), además de diferentes clases de proteasas e
inhibidores de enzimas hidrolíticas, incluyen miembros con actividad
alergenica. Entre estas familias, los homólogos de Bet v 1, las
proteínas de transferencia de lípidos (LTPs), recientemente propuestas
como sistema modelo de alergenos alimentarios, y diferentes alergenos
con dominios heveína responsables de la alergia a latex y del síndrome
latex-frutas, están entre los mejor estudiados. Las proteínas
alergénicas con función de reserva pueden agruparse en dos
superfamilias: la de prolaminas, que agrupa a la fracción proteica
mayoritaria de las harinas de trigo, cebada y centeno, y a las
albuminas 2S, y la superfamilia de cupinas, que incluye a germinas,
leguminas y vicilinas. Estas últimas constituyen un grupo emergente de
potenciales panalergenos presentes en legumbres, soja y frutos secos.
INTRODUCCIÓN
La identificación, caracterización y purificación de alergenos
alimentarios naturales, así como de sus correspondientes formas
recombinantes, es esencial para mejorar los métodos de diagnóstico, y
eventualmente de inmunoterapia, de las reacciones de hipersensibilidad
asociadas a la ingestión, inhalación o contacto con alimentos1. Además,
puede contribuir a establecer las bases moleculares de la
co-sensibilización a diversos alimentos (y pólenes), y de la
estabilidad a tratamientos térmicos y de la resistencia a proteasas
digestivas de determinadas fuentes alimentarias, así como a
racionalizar los protocolos de evaluación de la potencial alergenicidad
de alimentos transgénicos2,3.
La mayoría de los alergenos alimentarios de origen vegetal descritos
hasta el momento, pueden encuadrarse en dos grandes grupos, atendiendo
a su principal función in planta4,5: 1) proteínas de defensa (incluidas
las denominadas proteínas PR o "pathogenesis-related proteins"),
implicadas en mecanismos de protección frente a plagas y patógenos; 2)
proteínas de reserva, acumuladas principalmente en semillas maduras, y
movilizadas durante la germinación como fuente de nitrógeno
(aminoácidos) y esqueletos carbonados para el embrión y la nueva
plántula en los momentos iniciales de desarrollo. Algunas familias de
alergenos relevantes de alimentos y pólenes, en especial profilinas6,
no están incluidas en ninguno de estos dos grupos de proteínas
vegetales.
PROTEÍNAS DE DEFENSA COMO ALERGENOS
La Tabla 1 resume los principales
grupos de proteínas de defensa implicados en alergias alimentarias4,5.
Los datos inmunológicos y clínicos disponibles hasta el momento, así
como el número de alergenos identificados, varía considerablemente
entre los diferentes grupos.
En lo referente a alergia alimentaria, la información de cuatro de
estos grupos, proteínas PR-1, 1,3-(-glucanasas, peroxidasas e
inhibidores de proteasas, es muy limitada, aunque su amplia
distribución en fuentes vegetales justifica la importancia potencial de
los mismos.
Dos familias adicionales, taumatinas e inhibidores de a-amilasas de
cereales, y el grupo de proteasas, han sido estudiados con suficiente
detalle en algunos alimentos. En el caso de las taumatinas7, están bien
documentadas como alergenos de manzana (Mal d 2), kiwi (Act c 2) y
cereza (Pru av 2), con porcentajes de IgE especifica del 90% al 30% en
sueros de diferentes series de pacientes alérgicos a estos frutos.
Además, se han identificado alergenos de pólenes (Cup a 3, Jun a 3)
pertenecientes a esta familia. Los inhibidores de a-amilasas
heterólogas presentes en harinas de cereales8, son proteínas de 12-16
kDa asociadas al asma del panadero y a reacciones de hipersensibilidad
causadas por ingestión de las mismas. Homólogos alergénicos se han
detectado y caracterizado en arroz y alforfón. Cistein- (actinidina,
Act c 1) y serin-proteasas (cucumisina, Cuc m 1) son alergenos mayores
de kiwi y melón, respectivamente.
Por último, tres grupos entre las proteínas de defensa, son,
posiblemente, los caracterizados hasta el momento con mayor amplitud en
el contexto de la alergia alimentaria:
Familia de Bet v 19. Proteínas de 18 kDa homólogas a Bet v 1, el
alergeno mayor de polen de abedul, se han localizado en numerosos
alimentos: manzana (Mal d 1), cereza (Pru av 1), apio (Api g 1),
zanahoria (Dau c 1), soja (Gly m 4), cacahuete (Ara h 8), etc. La
mayoría son alergenos relevantes en Europa Central y del Norte,
responsables de co-sensibilización pólenes-alimentos, en general
iniciada por Bet v 1. Se trata de proteínas lábiles, fácilmente
degradadas por enzimas digestivas, y habitualmente asociadas a síntomas
locales y leves (síndrome de alergia oral). Sin embargo, algunos
miembros de la familia, como Gly m 4, parecen involucrados en
reacciones sistémicas severas por ingestión en determinados pacientes.
Proteínas de transferencia de lípidos (LTPs)10. En el área
mediterranea, virtualmente libre de abedules, el perfil de
sensibilización a frutos de Rosáceas, en especial melocotón, es
distinto que el anteriormente descrito para las zonas del Centro y
Norte de Europa. Los alergenos principales son polipéptidos de 9 kDa
identificados como LTPs en melocotón (Pru p 3; sensibilización en un
70-90% de los pacientes), manzana (Mal d 3) y otras Rosáceas, mientras
que pocos pacientes (<10%) presentan IgE específica frente a Bet v 1
o sus homólogos de alimentos. LTPs alergénicas también se han
caracterizado en otros frutos (Cit s 3 y Cit l 3 de cítricos, Vit v 1
de uva), frutos secos (avellana, castaña), hortalizas (lechuga,
espárrago, zanahoria), cereales o productos derivados (maíz, trigo,
cerveza), latex (Hev b 12) y pólenes (olivo, Artemisia, Parietaria).
Ensayos in vitro e in vivo con alergenos purificados han demostrado la
presencia de epitopos IgE comunes, responsables de reacciones cruzadas
entre diferentes miembros de esta familia de panalergenos.
Las LTPs son altamente resistentes a enzimas digestivas (jugo gástrico
simulado) y tratamientos térmicos, lo que explica que mantengan su
actividad alergenica en bebidas y alimentos procesados (zumos, cerveza,
mermeladas, etc.). Están, además, asociadas a síntomas sistémicos y
severos, provocando hipersensibilidad por ingestión en pacientes no
polínicos. Todas estas características justifican la reciente propuesta
de considerarlas como modelo de alergenos alimentarios vegetales,
capaces de sensibilizar por vía digestiva. Datos recientes sugieren que
también podrían actuar como alergenos primarios por vía inhalatoria.
La producción de formas recombinantes de varias LTPs de frutos,
semillas y pólenes puede aportar nuevas herramientas moleculares de
diagnóstico, y, eventualmente, de inmunoterapia. La equivalencia
bioquímica e inmunológica (similar capacidad de unir IgE, de activar
basófilos e inducir la liberación de mediadores) de las formas
naturales y recombinantes ha sido confirmada en el caso del alergeno
mayor de melocotón Pru p 3. Datos preliminares sugieren que la
modificación, por mutagenesis dirigida, de residuos claves para la
unión a IgE, puede conducir en un futuro próximo a la obtención de
variantes hipoalergenicas de LTPs presentes en alimentos de alto consumo11.
Dominios heveína y alergenos12. La heveína es un polipéptido de 4.7 kDa
(43 aminoácidos; 4 puentes disulfuro), con actividad antifúngica,
identificado como uno de los alergenos principales de látex (Hev b
6.02; 80% de prevalencia en pacientes adultos). Dominios N-terminales
homólogos a la heveína se han localizado en diferentes tipos de
proteínas vegetales implicadas en alergia. Los dos mejor estudiados
incluyen: 1) proheveínas de 20 kDa, con un dominio C-terminal de 14
kDa, descritas en látex (Hev b 6.01, precursor de heveina), rábano (Bra
r 2) y tabaco, y 2) quitinasas de clase I y IV, de 32 kDa, con un
dominio catalítico C-terminal de 26 kDa.
La hipersensibilidad a frutas, particularmente aguacate, castaña,
plátano y kiwi, se ha descrito en un alto porcentaje (30-50%) de
pacientes con alergia a látex, lo que ha permitido definir un síndrome
látex-frutas. Los alergenos principales implicados en dicho síndrome se
han identificado como quitinasas de clase I en aguacate (Prs a 1),
castaña (Cas s 5) y plátano (Mus a 1), y alergenos homólogos se han
detectado en kiwi y judía verde. Además, quitinasas de clase IV
(similares en su estructura de dominios a las de clase I) son alergenos
relevantes de uva y polen de cedro japonés.
La presencia de dominios heveína en todas las proteínas alergénicas
antes citadas, parece esencial para explicar su capacidad de ligar IgE,
así como las reacciones cruzadas (co-sensibilización) entre las mismas.
Los alergenos de aguacate y castaña han sido los más estudiados en este
contexto. Los datos disponibles indican que los epitopos IgE
secuenciales mas relevantes de estas quitinasas, en parte comunes con
los de heveína de látex, se localizan en su dominio heveína, aunque
también hay epitopos conformacionales en el dominio catalítico. En el
caso de Prs a 1, que es fácilmente degradado por jugo gástrico
simulado, el dominio heveína permanece inmunológicamente activo después
de la digestión, siendo reactivo tanto in vitro como in vivo13.
PROTEÍNAS DE RESERVA COMO ALERGENOS
Los grupos mayoritarios de proteínas de reserva en semillas de
cereales, legumbres, frutos secos y especias están implicados en
alergias alimentarias5. Estos grupos pueden clasificarse en dos grandes
superfamilias de proteínas, de acuerdo a motivos comunes en su
secuencia y/o estructura tridimensional (Tabla
2).
La superfamilia de prolaminas incluye a las proteínas mayoritarias de
harinas de trigo, cebada y centeno y a albúminas 2S de leguminosas,
frutos secos y especias. Las primeras están relacionadas con el asma
del panadero, reacciones provocadas por ingestión de cereales, y
anafilaxis inducida por ejercicio (Tri a 19 de trigo y sus homólogos en
centeno y cebada). Las albúminas 2S14 son alergenos importantes en
cacahuete (Ara h 2), girasol, nuez, anacardo, mostaza (Bra j 1, Sin a
1), ricino, sésamo, etc.
La superfamilia de cupinas15 agrupa a proteínas tipo-germina, leguminas
y vicilinas. Germinas alergénicas se han caracterizado en naranja (Cit
s 1), pimienta y trigo, pero la relevancia clínica de la familia y el
papel de sus N-oligosacáridos (que parecen responsables de la
reactividad in vitro) esta aún por determinar. Las leguminas
(globulinas 11S), abundantes en numerosas semillas de dicotiledóneas,
son alergenos relevantes en cacahuete (Ara h 3), soja, frutos secos
(nuez del Brasil, anarcardo, avellana) y alforfón.
Vicilinas (globulinas 7S). El segundo grupo mayoritario de globulinas
de reserva son las vicilinas, proteínas de 50-60 kDa, sin puentes
disulfuro, que forman in planta trímeros de 150-190 kDa. Las cadenas
maduras de vicilina son modificadas postraduccionalmente, mediante
glicosilación y procesamiento proteolítico, de forma muy variable según
la especie. Identificadas como alergenos en frutos secos (Jug r 2 en
nuez, Cor a 11 en avellana, Ana o 1 en anacardo) y otras semillas
(sésamo), han sido ampliamente estudiadas en cacahuete (Ara h 1) y soja
(Gly m Bd 60 k), y recientemente en legumbres más consumidas en el área
mediterránea y países asiáticos (lenteja16, garbanzo,
guisante17).
En leguminosas se han definido dos patrones distintos de consumo y
sensibilización. En países anglosajones (USA, Reino Unido) y Japón,
cacahuete y soja serían las especies principales, con una mínima
significación clínica de las reacciones cruzadas entre ambas. En la
zona mediterránea y asiática (p.e. India), lenteja, garbanzo y guisante
son las responsables mayoritarias de reacciones alérgicas por
ingestión, y los escasos datos publicados sugieren que en estas
poblaciones puede haber una amplia reactividad cruzada con
significación clínica entre las tres especies. Los alergenos mayores de
lenteja16 (Len c 1) y guisante17 (Pis s 1) son vicilinas de 47 kDa, con
una alta identidad de secuencia (90%), una prevalencia (IgE específica)
superior al 75% en las series de pacientes analizadas, y una completa
reactividad cruzada in vitro entre ambas. Además de las cadenas
maduras, se han detectado fragmentos reactivos (unión a IgE) derivados
de las mismas. Sin embargo, aún queda por dilucidar la reactividad in
vivo de estos alergenos, su significación clínica y su papel en la
co-sensibilización entre legumbres.
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