来自浙江工商大学食品与生物工程学院的傅玲琳、王翀和河北省食品检测研究院的张岩等人从现代高通量组学角度审视食物过敏组学,简述了过敏反应的基本机制和鉴定过敏原的基本方法,在此基础上综述了过敏组学的研究方法,介绍了过敏组学的最新应用和进展,探讨了过敏组学研究目前仍存在的局限和问题,并对未来过敏组学的发展和应用进行了展望。
1. 过敏反应机理
根据识别过敏原的方式的不同,超敏反应可分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ 4 种类型,其中以免疫球蛋白E(IgE)介导的Ⅰ型超敏反应又被称为过敏症,最常见于超敏反应的发病过程。能够与IgE结合是食物过敏原的首要特征,是其能够引起过敏症的根本原因,同时也是大部分现代过敏原检测方法的基础。
2. 过敏组学研究方法与应用
鉴定过敏原的基本方法
根据IgE介导的Ⅰ型超敏反应的机理,能够发展出两类过敏原检测方法,即检测过敏原特异性IgE以及检测机体产生的过敏症状,而检测过敏性的致敏食物样本,则可以是食物本身、食物蛋白粗提物或者纯化的单一过敏原这3 种。
WB-质谱法
WB-质谱法是检测抗原抗体相互作用的经典方法,同时也是最早应用于过敏组学鉴定的方法,常用于检测特定样品中的过敏原。WB-质谱法对仪器设备和操作技术要求较低,因此得到了广泛的应用。
噬菌体展示
噬菌体展示是一种高通量研究蛋白相互作用的技术,在生命科学领域有着广泛的应用。该方法能够获得比WB-质谱法更全面的过敏组数据,得益于分子生物学技术、相关基因组、蛋白组数据库和基因文库的完善,近年来噬菌体展示在过敏原研究领域取得了越来越多的应用。
过敏原芯片
蛋白芯片或蛋白微阵列是一种高通量检测蛋白相互作用的技术。凭借其通量高、速度快、可定量等优点,过敏原芯片在过敏组学研究领域拥有巨大的价值和潜力。但是由于受到技术原理本身的限制,过敏原芯片目前主要用于检测已知过敏原,或者验证同源或是疑似过敏原的致敏性,却难以高通量地鉴定全新类型的过敏原。近年来,全蛋白组芯片技术逐渐兴起并在临床检测、基础医学等领域获得了应用。
生物信息学方法
生物信息学是利用生物学、数学和计算机科学来阐明和理解生物学大数据的学科。生物信息学作为一种低成本高通量的手段,常常在过敏组学研究初期的筛选阶段发挥作用。生物信息学方法的一大问题是所有结果基于计算而非直接实验,且计算均是基于已有的过敏原信息和假设,因此目前阶段结果可靠性不高且无法预测全新类别的过敏原。即便如此,生物信息学手段在过敏组学研究中也有着巨大的潜力。
3. 目前过敏组学研究的局限
尽管过敏组学研究对于过敏的防治有着重大的意义,但是由于受到目前技术手段和已有研究成果缺乏的限制,过敏组学研究仍然处于起步阶段。。根据已有的研究推测,目前已经鉴定到的过敏原只占致敏食物实际过敏组的一小部分。事实上,至今为止,尚未有任何一种致敏食物的过敏组被完全鉴定出来,这很大程度上归因于目前研究技术手段的不成熟。如何改进检测技术,在保证准确性的前提下提高检测通量以全面筛查食物中的所有过敏原,将是未来过敏组学研究的一个重要内容。
结 语
过敏组学的研究不但加深了人们对过敏原的认识和对过敏发生发展机制的理解,同时也为临床上回避过敏原和治疗过敏提供了依据。然而,受到目前相关知识储备和研究手段的限制,过敏组学的研究成果仍有很大的局限性和难以突破的瓶颈。有效联合多种研究手段,开发新的研究技术,以及借鉴基因组学、蛋白组学等其他邻域的经验教训,全面筛查整个蛋白组,将有助于过敏组学研究突破现阶段的限制,达到一个新的高度,为过敏的预防和治疗提供更多的帮助。