LTP — білки алергії

Алергія на пилок, на персики, на арахіс… Насправді і те, і інше, і третє може бути алергією на ліпід-транспортуючі білки — LTP. До цього сімейству належать багато сильних рослинних алерген, а знаємо ми про ці білки далеко не всі.

Алергія як несиметрична відповідь

Алергію без перебільшення можна назвати пандемією — третє за поширеністю захворювання у світі, що вразило 20% населення Європи. Навіть далекі від біології люди знають, що причина алергії — збій імунної системи. У чому причина цього збою? Чому головний захисник нашого організму від вірусів, бактерій, найпростіших, гельмінтів — одним словом, від патогенів — стає агресором?

Фото: flickr.com / Henry T. McLin

Згідно з однією з теорій, в сучасному світі дотримання норм гігієни запобігає контакту з багатьма патогенами, навантаження на імунну систему знижується, в результаті організм починає реагувати на «невинні» антигени, і виникає алергія. Антигени, що викликають алергію, називають алергенами. Міру алергічної налаштованості організму часто визначають за кількістю IgE в крові.

Перша зустріч алергена з імунною системою стимулює вироблення IgE. Ці антитіла зв’язуються хвостовою частиною з Fc-рецепторами хмурних клітин і базофілів. При повторній зустрічі алерген зв’язується з IgE на поверхні тих же самих тучних клітин і базофілів, викликаючи їх активацію і дегрануляцію (рис. 1).

Ріс. 1. Механізм виникнення алергічної реакції

Тучні клітини і базофіли виділяють в організм людини біологічно активні речовини, в тому числі гістамін — похідне амінокислоти гістидину. Гістамін має комплексну дію. При потраплянні в міжклітинне середовище він відразу ж впливає на стінки капілярів, збільшуючи їх проникність, знижує артеріальний тиск і викликає спазм гладкої мускулатури. З кров’яного русла рідина виходить у тканини і накопичується там — утворюється набряк. Якщо алергічна реакція виникла в дихальних шляхах, то вивільнення гістаміну призведе до різкого спазму бронхів, що стає причиною виникнення астми. В інших випадках виникають набряк слизової носа, шкірні висипання, кон’юнктивіт. Гістамін також впливає на запальний процес, тобто є медіатором запалення — захисної реакції організму, спрямованої на усунення патогену і продуктів його життєдіяльності.

Алергія може виникнути практично на будь-яку речовину. Тому для зручності алергени підрозділюють на групи за походженням: побутові, лікарські, епідермальні (клітини епідермісу людини і тварин та її похідні), грибкові, пилкові, харчові тощо. Одні з найсильніших алергенів — представники ліпід-транспортуючих білків (LTP) рослин. Саме ці речовини викликають імунні реакції на пилок і харчові продукти рослинного походження.

Білки підкорювачів суші

Ліпід-транспортуючі білки вперше описали іспанські вчені в 1992 році; вони знайшли їх у шкіряниці персика (Annals of Allergy, 1992, 69, 128-130). Ці маленькі позитивно заряджені білки вагою близько 7-10 кДа виявлені тільки у вищих рослин, у водоростей вони відсутні (рис. 2, 3), і, можливо, вони допомогли рослинам вийти на сушу.

Рис, 2. «Стрічкова» модель ліпід-транспортуючих білків рису — LTP1 і LTP2. Дійсно дуже невеликі білки, а скільки від них проблем! Зображення: Acta Naturae, 2016, 8(2)

Рис, 3. Філогенетичне дерево, на якому показано наявність або відсутність LTP в різних групах рослин. Зображення: Journal of Experimental Botany, 2015, 66(19)

Для освоєння наземного простору рослинам потрібно було вирішити основну проблему: як захиститися від втрат води. Рішенням стали гідрофобні полімери, що формують водонепроникний шар на поверхні епідермальних клітин. Цей шар називається кутикулою і захищає рослинні тканини від зневоднення, а заодно від радіації і навіть якоюсь мірою від поїдання травоїдними тваринами. А утворення кутикули, в свою чергу, вимагає транспортування ліпідів з клітин на поверхню. Передбачається, що у виникнення та еволюцію кутикули великий внесок зробили LTP (Plants, 2018, 7 (1), 6, повний текст).

Рис, 4. Функції рослинних ліпід-транспортуючих білків. Зображення: Acta Naturae, 2016, 8(2)

В експериментах in vitro було встановлено, що LTP здатні зв’язувати і переносити ліпіди через біомембрани. Концентрація LTP висока в покровних тканинах рослин, і це наводить на думку про їх участь в синтезі поверхневого кутикулярного шару (рис. 5). Мутації, що впливають на синтез цих білків, впливають і на секрецію воску.

Рис, 5. Передбачуваний механізм перенесення ліпідів через мембрану і їх участь у синтезі кутикули: а — в зелених тканинах, б — в корінні, в — в пилку. Зображення: Acta Naturae, 2016, 8(2)

Транспортування ліпідних молекул з клітини в кутикулу відбувається так. Мономери ліпідів через спеціальний білок-транспортер потрапляють у простір клітинної стінки. Там вони зв’язуються з прикріпленими до зовнішньої сторони мембрани LTPg, ті, в свою чергу, передають ліпід на вільний LTP, який транспортує гідрофобну молекулу в місце синтезу кутикули. Але досі залишається неясним механізм перенесення ліпіда по клітинній стінці.

Користь і шкода LTP

Не варто думати, що людині від цих білків одні неприємності. Багато LTP перешкоджають зростанню патогенних бактерій і грибів. Найчастіше це відбувається вибірково, швидше за все, через відмінності в складі ліпідів клітинних мембран бактерій, грибів, ссавців і рослин. Так, деякі дослідження відзначають, що LTP з перцю і кави пригнічують активність грибків роду Candida — відомих патогенів людини. Механізм цієї антимікробної активності неясний, мабуть, взаємодії LTP з гідрофобними молекулами в ньому не задіяні.

Зате ці взаємодії активно використовуються в пивоварінні. LTP ячменю має поверхнево-активні властивості, проте до термообробки і пастеризації пива цей білок демонструє слабкі властивості спінювання. А ось після пастеризації LTP ячменю модифікується і стає піноутворюючим. При цьому його антимікробна активність не порушується, в результаті збільшується термін зберігання, оскільки LTP здатний пригнічувати зростання дріжджів. LTP також пов’язує жири, що в кращу сторону позначається на формуванні піни і на смаку пива.

У деяких LTP виявлені протиракова і противірусна активності, механізми яких знову-таки невідомі. Поки що з усіх різноманітних властивостей цих білків медиків цікавить в першу чергу їх алергеність.

Здатність LTP викликати алергію безпосередньо пов’язана з особливостями їх структури. Чотири дисульфідні містки забезпечують стійкість до руйнування ферментами шлунково-кишкового тракту. Тому LTP потрапляють у незмінному вигляді в тонкий кишечник і потім через ворсинки всмоктуються в кров, де зустрічаються з імунною системою людини. Сорок відсотків поверхні LTP здатне зв’язуватися з імуноглобулінами.

Часто у страждаючих алергією на якийсь один LTP проявляється LTP-синдром — перехресні алергічні реакції на LTP різних видів рослин, у тому числі і таксономічно далеких. Був описаний цікавий випадок на одному зі складів в Європі. Робота співробітників вимагала щоденного контакту з персиками, а LTP персика Pru p 3, високі концентрації якого містяться в шкірці плоду, — відомий алерген. Через якийсь час один зі службовців почав страждати ринітами, а шість місяців потому у нього виникла важка харчова алергія на персики, сливи, фундук, арахіс… Дослідники зробили висновок, що контакт пацієнта зі шкірою персика міг спровокувати виникнення алергічної чутливості через дихальні шляхи і подальший розвиток харчової алергії (Clinical Reviews in Allergy & Immunology, 2014, 46 (3)).

За даними Європейської академії алергії та клінічної імунології, 150 мільйонів європейців страждають від хронічної алергії, з них у 7 мільйонів харчова алергія, у 100 мільйонів — алергічні риніти. В Іспанії 11% жителів мають алергію на пилок, а 10-40% з них — також алергію на LTP персика. У Північній Європі алергія на LTP — це найчастіше алергія на білок пилку берези Bet v 1, а від харчової алергії на LTP більше страждають жителі Середземномор’я. Цікаво, що рослинні продукти в Північній Європі також містять LTP у великих кількостях, проте алергії на них зустрічаються значно нижче, ніж у південноєвропейських країнах. Одне з можливих пояснень — різні дієтичні звички і методи термічної обробки продуктів.

Як лікуватися?

Незважаючи на всі успіхи сучасної фармакології, найпростішим і дієвим методом боротьби з алергією залишається обмеження контакту з алергеном. При алергії на пил необхідно використовувати повітряні фільтри для очищення повітря, при харчовій алергії виключити з раціону небезпечний продукт або використовувати його гіпоалергенний аналог. Сучасні технології навіть дозволяють отримати генно-модифіковані продукти з нешкідливими для алергіків LTP (див., наприклад, Trends in Plant Science, 2008, 13 (6)). Інша справа, що наклейка «ГМО» все ще залишається пугалом для виробників і споживачів.

Так чи інакше, якщо алерген потрапив в організм, доводиться приймати ліки. Протиалергічні засоби можна розділити на три групи. Перша — антигістамінні препарати: вони блокують рецептори, з якими зв’язується гістамін. Однак антигістамінні засоби не підходять для лікування алергії в довгостроковій перспективі через побічні ефекти: вони викликають сонливість, негативно впливають на серцевий м’яз.

Інша група препаратів впливає на мембрани хмарчних клітин, блокуючи викид везикул з гістаміном, тим самим усуваючи набряки слизової носа і попереджаючи появу астми. Але це знову ж таки симптоматичний засіб, він не вирішує проблему повністю.

У серйозних випадках для швидкого полегшення гострих симптомів приймають препарати на основі глюкокортикоїдів — гормонів надниркових працівників, що володіють протизапальною активністю.

На даний момент один з найефективніших методів боротьби з алергією — алерген-специфічна імунотерапія. Цей метод заснований на тривалому введенні пацієнту одного алергена для поступового зменшення сприйнятливості (Clinical and Translational Allergy, 2012, 2:5 (повний текст), про принцип методу див. також «Хімію і життя» № 3, 2014, «Як перемогти алергію за чотири ін’єкції»). Його застосовують при алергії на LTP арахісу, персика, фундука, вишні тощо. Для запобігання небезпечним побічним ефектам природні алергени замінюють гіпоалергенними аналогами; у випадку LTP використовують рекомбінантні білки.

Також лікарі в якості лікування призначають сублінгвальну терапію. Дана терапія дуже схожа за принципом дії на алерген-специфічну, відмінність у тому, що тут використовуються не один, а кілька алергенів. Пацієнту індивідуально підбирають «коктейль» з алергенів, який наносять під язик щодня по кілька крапель протягом тривалого часу (3-5 років). Через якийсь час організм пацієнта перестає гостро реагувати на контакт з цими алергенами. Таким чином борються з алергією на LTP персиків, абрикосів, груш, злив та ін.

Кількість людей, які страждають від алергії на рослинні ліпід-транспортуючі білки, збільшується з кожним роком, і це одна з причин, через яку LTP залишаються цікавим об’єктом для вивчення. Хто знає, можливо, саме через них лежить шлях до нової ефективної терапії.