活性多糖調控食物過敏的反應機制

薛 楓，饒 歡，尚一平，趙丹丹，郝建雄*，王成祥

（1 河北科技大學食品與生物學院 石家莊050000 2 河北省功能食品技術創新中心 石家莊 050000）

食物過敏又稱超敏反應、食物變態反應或消化系統變態反應等，是一種由于反復暴露于特定食物而引起的對健康造成威脅的特異性免疫反應[1]。引起機體過敏的食物常見的有牛奶、雞蛋、花生、堅果、魚和貝類，這些食物占所有過敏食物的50%以上[2]，過敏癥狀常出現在皮膚、胃腸道、呼吸道、眼睛等部位。美 國（1999 年：0.6‰；2009年：1.26‰）、英國（1998 年：1.2/10 萬；2012 年：2.4/10 萬）、新西蘭（2002 年：5.7/10 萬；2011 年：13.9/10 萬）等對食物過敏住院率的調查指出：食物過敏引起的住院率在逐年攀升[3-5]。我國重慶0～24 月齡嬰幼兒在1999 年食物過敏患病率為3.5%，2009 年增至7.7%，截至2019 年食物過敏的患病率達到11.1%[6]。由此可見，食物過敏對人們的影響日益嚴重。目前，食物過敏的治療方法為藥物（抗組胺、腎上腺、糖皮質激素、奧馬珠單抗等）治療、規避治療、食物免疫耐受治療、免疫治療、益生菌治療等[7]。在這些治療方法中規避治療是為最有效的治療方法，然而這些治療方法易造成營養不良，影響人們生活質量。近年的研究發現，從中草藥中提取的活性多糖，如：靈芝多糖、枸杞多糖、香菇多糖具有緩解機體過敏的作用。本文對活性多糖與食物過敏關系進行梳理和總結，旨在為低過敏食品、藥品的開發提供參考。

1 食物過敏機制

目前的研究表明食物過敏的反應機制有以下3 種：免疫球蛋白E（Immune globulin E，IgE）介導的食物過敏、非IgE 介導的食物過敏、二者混合介導的食物過敏。

1.1 IgE 介導的食物過敏

IgE 介導的Ⅰ型過敏反應包括致敏、激發和效應3 個階段，一般會在攝入或接觸觸發食物后2 h 內發生，涉及的細胞有上皮細胞、固有免疫細胞、T 細胞、B 細胞、效應細胞（肥大細胞、嗜酸性粒細胞和嗜堿性粒細胞）[8-9]，具體過程如圖1 所示。

圖1 食物過敏作用機制Fig. 1 Mechanism of food allergy

過敏原位于完整上皮屏障處可通過細胞旁路擴散，腸細胞、微折疊細胞或杯狀細胞的主動轉運，以及黏膜樹突細胞（Dendritic cell，DC）的樹突進入機體傳遞信號[9]。進入機體的過敏原通過各種內吞過程被抗原提呈細胞（Antigen-presenting Cell，APC）內化，將抗原降解成抗原多肽片段，此時APCs 活化?；罨腁PCs 通過主要組織相容性（Major histocompatibility complex，MHC）分子顯示過敏原表位，然后與抗原肽結合并以抗原肽-MHC 復合物的形式表達于細胞表面[10]?？乖?MHC 復合物通過輸出淋巴管進入腸系淋巴結并將抗原提呈給其中的初始T 細胞（Th0）[11]。隨后T細胞增殖并分泌少量白介素4（Interleukin，IL-4），進而誘導Th0 細胞分化為輔助型T 細胞2（T helper cells，Th2）。Th2 分泌的IL-4、IL-5、IL-10和IL-13 等細胞因子通過CD40L/CD40 復合物提供刺激，誘導B 細胞進行類別轉換并產生對抗原特異的IgE 抗體。分泌的IgE 通過血循環分布全身并與兩種主要受體結合，即肥大細胞、嗜堿性細胞和樹突狀細胞上的高親和力FcεRI 受體和B 細胞、多種先天細胞類型和上皮細胞上的低親和力FcεRII 或CD23 受體，然后分布于皮膚、黏膜下，從而使機體處于致敏狀態[12]。當致敏機體再次攝入相同過敏原后，會導致IgE 結合和嗜酸性粒細胞、嗜堿性粒細胞、肥大細胞等的激活，分泌一系列生物活性物質，如：組胺、白三烯、5-羥色胺等。這些生物活性介質作用于效應組織和器官，從而引發局部或者全身過敏反應[13]。

機體長期接觸或攝入過敏原如：花生蛋白、肌球蛋白、牛奶蛋白等可使上皮屏障發生損傷，增加機體對過敏原的攝入，同時刺激上皮細胞產生細胞因子將危險信號傳遞給機體，這些細胞因子包括胸腺基質淋巴生成素（Thymic stromal lymphopoietin，TSLP）、IL-25 和IL-33。上皮細胞分泌的TSLP 可通過調節DC 成熟為APC 并表達OX40L 將信號傳遞，誘導幼稚T 細胞分泌IL-3 并分化為Th2 促進相關細胞因子的分泌，如：IL-3、IL-4、IL-5、IL-13、瘤壞死因子-α（Tumor necrosis factor α，TNF-α），而不分泌IL-10[14]。IL-25 可以顯著提高腸腔內分泌型磷脂酶A2（Secretory Phospholipase，sPLA2）和杯狀細胞糖蛋白黏蛋白2（Mucin2，MUC2）的水平，增強腸道屏障的防御機制，還可與CD4+Th2 細胞通過協同作用刺激2組先天淋巴細胞（Innate lymphoid cells，ILC2s）產生IL-5、IL-13，放大食物過敏反應[15-16]。IL-33可通過激活ILC2 或調節性T 細胞（Regulatory cells，Treg）產生雙向調節蛋白來誘導上皮組織修復，還可直接作用于肥大細胞，增強IgE 介導的激活，誘導ILC2 細胞和DCs 的激活，從而驅動Th2細胞的反應[17-18]。

1.2 非IgE 介導的食物過敏

非IgE 介導的食物過敏反應相對溫和，常于進食后24～72 h，甚至1～2 周內出現癥狀，其主要是通過釋放Th2 細胞因子以及缺乏可以調節T 細胞的細胞因子從而導致食物過敏。非IgE 介導的食物過敏的發病機制較少描述，推測是T 細胞介導的過程。有研究表明非IgE 介導的胃腸食物過敏患者的抗原特異性T 細胞反應主要偏向Th2[19]。

1.3 二者混合介導的食物過敏

混合型反應是由IgE 與免疫細胞共同參與引起，在此種類型食物過敏的食管、胃或小腸壁常伴有嗜酸性粒細胞的浸潤，外周血中的嗜酸性粒細胞增多。

2 活性多糖與食物過敏的關聯研究現狀

活性多糖是指具有某種特殊生理活性的多糖化合物，廣泛存在于動物、植物、微生物中，常見的活性多糖有靈芝多糖、茯苓多糖、枸杞多糖、海藻多糖等。近年來，對活性多糖的研究主要集中在生物活性、藥理活性、結構分析、化學修飾、分離純化、工藝優化等方面，目前已知的活性多糖的功能性質有抗癌、抗腫瘤、抗炎、抗氧化、抗衰老、抗凝血、抗輻射、保肝、保護神經、促進組織再生等[20-21]。隨著食物過敏患病率的增加，越來越多的人們將活性多糖應用于緩解食物過敏的研究。從表1 中可以看出較多的活性多糖具有效緩解機體食物過敏的功效，而對其具體作用機制的研究比較缺乏，因此對活性多糖干預食物過敏機制的研究較為重要。

3 活性多糖對食物過敏的作用途徑

活性多糖對機體食物過敏的調節作用如圖2所示，主要是通過降低腸道通透性、調節機制中細胞因子的分泌、維持腸道微生物的穩態等方式進行。

圖2 活性多糖干預食物過敏途徑分析Fig. 2 Analysis of the intervention pathway of active polysaccharides in food allergy

3.1 增強腸道上皮屏障的完整性

腸屏障是預防感染和炎癥所需防御機制庫中的關鍵組成部分，主要由腸道上皮細胞和細胞間連接構成，涉及的細胞包括微褶皺細胞、杯狀細胞、潘氏細胞等。腸結構和功能的完整性在維持腸道黏膜免疫中發揮重要的作用，一旦上皮屏障功能被破壞，機體則會產生一系列的疾病，如食物過敏、炎癥性腸病、潰瘍性結腸炎等[35]。腸道上皮屏障的損傷主要有以下幾方面的原因[36]：1）腸固有層淋巴細胞數量降低，損害腸黏膜功能完整性；2）小鼠腸黏膜分泌的免疫球蛋白A（Immunoglobulin A，sIgA）、IL-2、IL-6 等免疫細胞因子的分泌，導致免疫功能障礙引起腸道損傷；3）緊密連接蛋白（如Occludin 等）的表達降低，腸道黏膜完整性受損?；钚远嗵侨缍屉p歧桿菌的胞外多糖、海藻酸鹽可通過其自身的黏附性附著在腸道表面，有效阻止過敏原進一步入侵[37-38]。Ying 等[38]研究表明，冬蟲夏草多糖通過上調緊密連接蛋白并使JNK/p38 MAPK 通路失活性，保護腸道物理屏障損傷。靈芝多糖具有潛在的抗敏作用，可以通過逆轉杯狀細胞數量，上調緊密連接蛋白如ZO-1、Occludin 和Claudin-1 來增強免疫[39]。阿哈奇蜂蜜多糖AH 可以通過直接誘導腸上皮細胞表達pIgR 蛋白或刺激DCs 產生更多的CCL20 招募DCs 并分泌細胞因子增加sIgA 分泌來恢復腸道免疫[40]。

3.2 調節腸道菌群結構

研究表明腸道菌群的變化可能先于機體過敏癥狀的發生，因此調節腸道菌群可能是預防機體過敏的源頭[41]。目前活性多糖調節腸道菌群來緩解機體過敏主要通過2 種方式進行。

3.2.1 作為益生元，調節腸道菌群的結構來緩解過敏 腸道菌群的變化會使機體發生食物過敏的潛在可能性增加，而活性多糖具有調節體內益生菌的功效，這種調節作用在一定程度上可延緩機體過敏的發生[42]。有研究表明2.5%的黃芪多糖可提高鼠李糖乳桿菌在胃腸道中的耐受性，使其得到最大程度的增殖，該微生物的增殖可使小鼠腸道大腸桿菌和類桿菌明顯降低，雙歧桿菌和乳酸桿菌明顯增高，使卵清蛋白引起的食物過敏癥狀得到有效改善[43-44]。崔芳等[45]的研究指出過敏性哮喘小鼠經枸杞多糖干預后腸道乳酸桿菌和雙歧桿菌比例的增加，放線菌門、疣微菌門、擬桿菌門和厚壁菌門比例的提高，其哮喘癥狀得到了改善。Liu 等[46]的研究指出解聚硫酸多糖可增加益生菌（如乳酸菌科、雙歧桿菌科和普雷沃氏桿菌科等）的豐富，降低了致病菌（如螺桿菌科和脫硫弧菌科等）的豐度以維持腸道穩態，使空腸絨毛修復，過敏癥狀減輕。

3.2.2 通過被體內腸道菌群降解產生短鏈脂肪酸發揮其調節菌群結構的作用來緩解過敏 枸杞多糖、黃芪多糖、香菇多糖等活性多糖均能被腸道菌群降解為短鏈脂肪酸，主要成分為乙酸、丙酸、正丁酸，它們可使腸道形成一個微酸環境，抑制有害菌的繁殖，促進有益菌的生長[47]。此外，生成的短鏈脂肪酸積累到一定程度還可通過干預腸上皮的氧耗穩定HIF 的表達、抗菌肽和特異性黏蛋白MUC2 的分泌調節腸道細菌定植的方式來保護腸道屏障，維持機體健康[48-50]?？咕娜纾害?防御素、β-防御素和HNP-1 等與某些細菌的膜結合時還具有殺菌作用[51]。真菌多糖還可通過上調CAZymes基因的表達，增加短鏈脂肪酸的產量，從而在機體內形成一個循環[52]。

3.3 調節免疫細胞

機體免疫力的調節主要通過分泌的細胞因子進行，與食物過敏相關的細胞因子主要由以下幾種細胞分泌：巨噬細胞、DC 細胞、T 細胞、B 細胞、肥大細胞、嗜堿性粒細胞[53]?；钚远嗵强赏ㄟ^直接或間接作用來調節細胞因子的分泌，進而影響機體的免疫。

3.3.1 活性多糖與巨噬細胞 巨噬細胞與中性粒細胞一起，是繼上皮屏障之后的宿主防御的第一道防線。大量研究表明巨噬細胞是多糖的重要靶細胞，具有抗敏或潛在抗敏功效的活性多糖如白花前胡多糖、茯苓多糖可通過與巨噬細胞表面Toll 樣受體（TLR2、TLR3、TLR4）、3 型補體受體（CR3）、甘露糖受體（MR）等結合觸發多種不同的細胞內信號通路（MAPK、NF-κB、PI3K/AK、JAk-STAT、Ca2+/PKC/p38/NF-κB 等），促進細胞因子（TNF-α、IL-6、IL-1β 等）和趨化因子（CCL2、CXCL10 等）的分泌來進行免疫調節[54-55]。因此，活性多糖可通過激活巨噬細胞并刺激其分泌細胞因子來緩解或預防機體過敏。巨噬細胞釋放的這些炎癥因子又可作用于自身，調節巨噬細胞的極化方向。巨噬細胞可極化為M1、M2 兩種，鮑輝[56]的研究表明鄰苯二甲酸二（2-乙基己基）酯可促進巨噬細胞M2 極化加重過敏性性哮喘。具有抗敏功效的黃芪多糖可通過Notch 信號通路誘導巨噬細胞向M1 表型極化，而白花前胡多糖既能顯著誘導RAW264.7 細胞中M1 炎癥介質（誘導型一氧化氮合酶iNOS 和PTGS2），又能顯著誘導M2 細胞因子（IL-10）和趨化因子（CXCL2）的表達，因此其可使巨噬細胞向M1 和M2 表型極化平衡。山葵果多糖2 促進了M2 型巨噬細胞的極化，蘋果多糖可以在結腸炎發生發展階段將M2 巨噬細胞轉變為M1 表型[55，57-59]。因此，活性多糖對過敏機體巨噬細胞極化方向的調節與多糖組成、結構有關，且機體所處的病理狀態也影響了巨噬細胞的極化方向。根據其極化狀態與抗炎、促炎的關聯性推測處于致敏階段的巨噬細胞以M1 形式存在，處于激發階段的巨噬細胞以M2 極化形式存在。此外，活性多糖還可通過抑制細胞內Ca2+的過度釋放，調節雷帕霉素靶蛋白（Mammalian target of rapamycin，mTOR）對巨噬細胞進行保護[60-61]。

3.3.2 活性多糖與DC 細胞 DC 是先天免疫和獲得性免疫之間的橋梁，是免疫反應的發起者和調節劑。未成熟的DC 具有捕獲抗原的能力，一旦被炎癥刺激或感染因子激活，樹突狀細胞就會經歷成熟對抗原進行加工處理和提呈。樹突細胞成熟的表型有CD80、CD86、CD83、CD40、MHC II等，產生的細胞因子有IL-1、IL-10、IL-12、IL-23、IL-27 和TNF-α 等[62]。有學者指出過敏體質免疫“亞穩態” 可能與DC 成熟機制及其功能失常有關，對表觀遺傳的調節決定了DC 成熟過程和成熟機制[63]。因此，活性多糖可通過對樹突細胞的表觀遺傳進行調節，從而刺激樹突細胞的成熟并分泌相關因子以緩解或預防機體過敏。目前研究表明具有抗敏功效的活性多糖如：枸杞多糖、黃芪多糖、靈芝多糖等可使DC 細胞MHC II、CD80 和CD86 這3 種膜分子的表達顯著上調，提高DC 中IL-12p40 和TNF-α 的分泌，激活其吞噬抗原的能力，活性多糖對DCs 細胞的激活可能是通過調節TLR4-MyD88-NF-κB 信號通路、Toll 樣受體的表達、NF-κB、PI3K/Akt 通路等實現的[64-66]。有些活性多糖如：長鏈芽孢桿菌EPS 在對人類MDDC 免疫反應的調節中，雖不會誘導促炎細胞因子分泌，但可刺激人MDDCs 分泌嗜酸性粒細胞和Th2 細胞因子減少所必需的IL-10[67]。

3.3.3 活性多糖與T 細胞和B 細胞 成熟的DC細胞將抗原傳遞給T 細胞后可誘導初始T 細胞分化為不同功能的細胞，它們在細胞因子的誘導下調節機體的免疫。Th1 細胞分泌的主要有INF-γ、INF-α、TNF-β、IL-2 等，其產生的分泌物對Th2的分泌具有抑制作用；Th2 主要分泌IL-4、IL-5、IL-6、IL-10、IL-13，它們可刺激B 淋巴細胞增殖并產生大量的IgE 和IgG 抗體?；钚远嗵菍 細胞的調節作用主要有以下3 種：1）調節Th1/Th2的動態平衡。海帶多糖可通過降低Th2 細胞因子和增加Th1 細胞因子的表達，而被用于小鼠模型的過敏性哮喘的治療[68]。紫菜多糖能夠有效調節輔助性T 細胞的免疫功能向Th1 細胞轉換，使Th1、Th2 細胞重新處于相對平衡狀態，從而抑制Th2 細胞主導的食物過敏反應[22]。蘆薈凝膠多糖可通過增加食物過敏小鼠IL-10 的產生和1 型調節性T 細胞（Type 1 regulatory T cells，Tr1）的數量來抑制脾臟和腸系膜淋巴結中Th2 細胞的數量[23]。牡蠣來源的多糖（OPS）顯著增強了抗原刺激的脾細胞中T-bet 的表達，降低GATA-3 的表達，調節T 輔助細胞（Th1/Th2）免疫平衡，使其向Th1主導方向發展，從而顯著減輕了過敏原引起的腹瀉的發生[34]。2）調節Th17 和Treg 的平衡。正常機體Th17/Treg 處于平衡狀態，當機體發生過敏時，Treg 相關轉錄因子Foxp3 表達量會降低，而Th17相關細胞因子會顯著增加，其平衡被打破[69]。研究表明活性多糖，如：靈芝多糖、蘆薈多糖、金銀花多糖等可通過提高Th17 相關細胞因子IL-17A 和IL-6 的表達、RORγt 和STAT3 的轉錄水平以及STAT3 的磷酸化水平，增加Treg 相關細胞因子TGF-β1、IL-10 和轉錄因子Foxp3 的表達，使Th17/Treg 恢復平衡來發揮其緩解機體與過敏相關疾病的作用[70-72]。3）抑制原代T 細胞的增值。沙棘多糖可通過抑制PMA/離子霉素作用于T 細胞來降低T 細胞的增值，顯著抑制IL-2、TNF-ɑ 和TNF-γ mRNA 的表達，進而緩解皮膚過敏癥狀[73]。

活性多糖對B 細胞的調節作用可通過阻斷B細胞的激活以及抑制B 細胞中IgE 的生成和類別轉換來起作用。過敏機體腹腔注射巖藻依聚糖可抑制機體IgE 產生，防止了Cε 生殖細胞的轉錄和NF-κB p52 在B 細胞的遷轉[74]。Lee 等[23]的研究表明蘆薈多糖可通過增加IL-10 的分泌抑制Th2 細胞，從而阻斷B 細胞的激活。巖藻多糖可能通過抑制NF-κB p52 通路對被IL-4 和CD40 激活誘導的B 細胞IgE 的生成和類別轉換來起抑制作用，并進一步指出其可能對IgE 引起和/或加重的疾病具有保護作用[75]。

3.3.4 活性多糖與肥大細胞和嗜堿性粒細胞 活性多糖對肥大細胞和嗜堿性粒細胞的作用主要是通過抑制細胞的脫顆粒、相關酶的活性、調節鈣離子的濃度等途徑進行作用。紫菜多糖在過敏機體內可抑制大鼠嗜堿性粒細胞、骨髓來源肥大細胞的脫顆粒及組胺釋放來發揮抗敏作用，而對肥大細胞的凋亡無明顯的影響[76]。白鮮皮多糖可通過抑制β-氨基己糖甘氨酶的方式發揮其抗過敏作用[77]。Mao 等[78]的研究表明當歸多糖可顯著降低組胺、β-己糖胺酶、白細胞三烯C4（LTC4）、IL-1、IL-4、TNF-α、IL-6、人單核細胞趨化蛋白-1（MCP-1/CCL2）的釋放，并指出當歸多糖通過下調炎癥通路中的相關細胞因子和蛋白，以及Gab2/PI3-K/Akt 和Fyn/Syk 通路中的必需蛋白來對肥大細胞的激活進行抑制，而肥大細胞脫顆粒是食物過敏以及其它過敏反應中一個基本的病理生理反應，是評價食物過敏的標志之一。此外，活性多糖還可通過物理、化學、生物等手段提高或賦予活性多糖抗敏性。龍須菜硫酸多糖是一種潛在的預防食物過敏的功能性成分，在過敏機體中它可抑制肥大細胞的脫顆粒，降低組胺和β-己糖胺酶的釋放，還可通過抑制p38 絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）來抑制KU812 的激活，而當它經脫硫后這種能力將會喪失[33]。

4 結語

目前對活性多糖抗過敏功效的研究大多基于一些已知的途徑，如，調節腸道屏障的通透性和腸道菌群的紊亂，刺激免疫細胞的活化，調節促炎因子、抗炎因子、趨化因子的分泌水平等。這些研究多是基于小型動物或體外細胞進行的，缺乏對提取的多糖進行體外細胞毒性評估，且由于所建立的動物/細胞模型不能再現體內的生理狀態，因此實驗結果外推到人比較難于實現。近年來，雖然有大量的研究表明活性多糖具有抗敏功效或抗敏的潛力，但對活性多糖干預過敏機制的具體調節的認識仍具有一定的不足。在腸道黏膜屏障方面，TNF-α 雖可通過下調緊密連接蛋白的表達來影響上皮通透性，但其對腸道胃黏液和黏液分泌的影響尚未被廣泛研究；有研究指出花生過敏小鼠腸道中存在部IgE 同種型轉換的可能性，但目前尚不清楚是什么誘使宿主在腸道內經歷從IgA 或IgG 到IgE 的類開關DNA 重組（CSR）；大多數多糖雖可以代謝成短鏈脂肪酸，但由于腸道菌群產生的其它分子也可能參與了過敏的治療，因此，其抗敏功效與短鏈脂肪酸是否相關仍待進一步研究。在細胞免疫調節方面，具有抗敏潛力的各種活性多糖對巨噬細胞極化方向的調節存在差異，產生差異的原因及炎癥因子對其極化方向的調節機制目前尚不明確。最新研究發現肥大細胞和感覺神經元存在相互作用，機體在發生過敏前期過敏原可能通過對TRPV1+Tac1+傷害感受器-MrgprB2+肥大細胞感覺簇的激活調控2 型免疫進行免疫調節，目前尚未發現存在關于活性多糖對其調節作用的研究。因此，將來可通過多組學聯合使用的途徑去探究活性多糖對共生微生物-黏蛋白、肥大細胞-神經元等的調節，為過敏性疾病或與過敏性相關的疾病的治療尋找新的靶點。