2. 湖北省疾病预防控制中心
转基因食品是指利用基因工程技术改变基因组构成的动物、植物和微生物生产的食品和食品添加剂。它为人类创造福利、改变传统农业,为解决粮食问题带来希望,同时对人类的健康可能存在潜在的负面影响,其中有关转基因食品的致敏性是人们最为关注的问题[1, 2]。近年来,转基因食品引起的过敏现象时有发生,特别是转基因玉米和大豆导致的过敏现象频率增多,美国Aventis公司推出抗虫转基因玉米“Starlink”后,至少有44人因食用含该成分的食品发生过敏现象[3]。Nordlee等[4]也发现了一种转基因大豆可以使人产生过敏反应。因此,在转基因产品商业化进入市场之前,必须对其是否具有致敏性进行评价,降低转基因食品导致人体产生过敏反应的可能性[5]。现对近年来国内外学者对转基因食品致敏性评价的研究进展情况综述如下。 1 确定转入基因来源
1996年,联合国粮食及农业组织(Food and Agri-culture Organization,FAO)/世界卫生组织(World Health Organization,WHO)生物技术和安全联合专家咨询会议建议在进行致敏性评价时应考虑转基因材料的来源,特别要注意是否含有已知致敏原[6]。转入基因来源于已知致敏食物,首先对转入基因的编码序列进行相似性比较,如果转入基因表达蛋白和已知致敏蛋白质间存在相似序列,则判定该目的蛋白质有潜在致敏危险,无需进行下一步实验。如果转入蛋白质和已知致敏蛋白质不存在相似序列,不能完全认定该基因表达产物无致敏性,还应作进一步的血清学试验,用对基因来源生物过敏患者的血清进行特异血清筛选,如果特异性IgE抗体检测试验结果为阳性,则可以判定该转入基因所表达的蛋白质为可能致敏原,无需进行下一步试验;若试验结果为阴性,则仍需进行靶向血清筛选、模拟胃肠液消化试验和动物模型试验等。转入基因来源于非已知致敏食物,如果转入基因表达蛋白和已知致敏蛋白质间存在相似序列,则判定该目的蛋白质有潜在致敏危险;如果没有序列同源性,则要对表达蛋白质进行靶血清筛选试验,如果得到阳性结果,则认为该食品有潜在致敏性危险,若想进一步确认该结果,可进行皮肤刺激试验、口服激发试验等。若靶血清筛选试验结果阴性,继续进行胃蛋白酶抑制试验和动物模型试验。 2 转基因食品致敏性安全评价常用方法
目前,国际上通用的转基因食品最常用的方法是FAO/WHO在国际食品生物技术委员会与国际生命科学会判定树[7]的基础上进行修改和补充的判定树法[8]。在FAO/WHO 2001年判定树的评价方法中,首先对基因的来源进行判断,根据基因是否来源于已知对人体致敏的物种而采取不同的分析步骤,其次是进行序列相似比较,再次进行血清学试验,然后进行模拟胃肠液消化试验,最后进行动物模型试验,根据各阶段测试结果,对蛋白致敏性进行评价。 2.1 氨基酸序列相似性比较
进行序列相似性比较是判定转入基因是否会产生致敏性最快捷的方法,目前利用计算机可以对不同蛋白质间结构、功能和进化关系进行更加准确的分析[9, 10]。Steve[11]以蛋白质信息资源库(Protein Information Resource,PIR)、蛋白质氨基酸序列数据库(Swiss-Prot Protein Sequence Database,Swiss-Prot)和美国国立生物技术信息中心(National Center for Biotechnology Information,NCBI)的致敏原数据为基础,建立了新的致敏原数据库(Protein Allergen Database,PAD),其中包括大约300种致敏原的氨基酸序列。北京大学生命科学中心建立的食物致敏原数据库可以对目的蛋白与已知食物致敏原氨基酸序列的相似性进行比较[12]。目的蛋白质的氨基酸与致敏原的氨基酸序列相比较,如果二者含有相同氨基酸的数量≥35%,且(或)含有6个连续相同的氨基酸,就认为目的蛋白质和已知致敏原有相似序列。如果目的蛋白和致敏原含有6个连续相同的氨基酸,二者含有相同氨基酸的数量<35%,应选择人或动物相应的抗体进行确证。 2.2 特异血清筛选试验
特异血清筛选试验是判定基因表达产物是否致敏的直接方法,即检测表达蛋白与对转入基因源过敏个体的IgE抗血清的反应。由于对不同食物过敏的患者血清中所含的特异IgE抗体不同,因此检测转入基因表达产物是否为致敏原的血清需要用不同过敏患者的等量血清组合配制而成。特异血清筛选试验结果的可信度取决于所分析的血清的数量,2001年FAO/WHO生物技术食品致敏性联合专家咨询会议推荐的判断标准为:如果转入的基因来自1种常见的致敏性食物,相关食物过敏患者的6个血清中特异IgE抗体结合试验结果为阴性,则有95%把握认为该目的蛋白质不是致敏原;8个血清中特异IgE抗体结合试验结果为阴性,则有99%的把握认为该目的蛋白质不是过敏原;14个血清中特异IgE抗体结合试验结果为阴性,则有99.9%的把握认为该目的蛋白质不是致敏原。如果转入基因来自1种非常见致敏性食物,且与17个相关过敏患者的血清免疫结果为阴性,则有95%的把握认为影响至少20%敏感人群的1种次要致敏原未转入该种食品;24个相关过敏患者的血清免疫结果为阴性,则有99%的把握认为影响至少20%敏感人群的1种次要致敏原未转入该种食品[8]。由于患者血清中特异IgE抗体浓度过低有可能产生假阴性,所以,要求患者血清中特异IgE抗体浓度>10 kU/L。 2.3 靶向血清筛选试验
靶向血清筛选试验是2001年FAO/WHO生物技术食品致敏性联合专家咨询会议推荐的转基因食品致敏性树状评价策略中新增加的评价方法。在转入基因所表达的目的蛋白与致敏原氨基酸序列不同时,并不能说表达的蛋白不具有致敏性,这种情况下必须扩大血清检测范围,进行靶向血清筛选试验。如果转入基因来自无致敏史的单子叶植物,靶血清应该选择对其他单子叶植物产生高浓度特异IgE抗体过敏患者的血清,如草、大米等单子叶植物;转入基因来源于双子叶植物,靶血清来源者应对双子叶植物过敏原过敏,如对树花粉、种子花粉、芹菜、花生、坚果等致敏原过敏;转入基因来源于霉菌,靶血清来源应对霉菌、酵母和真菌等过敏;转入基因来源于无脊椎动物,靶血清来源应对螨、蟑螂、虾、摇蚊、蚕等无脊椎动物过敏;转入基因来源于脊椎动物,靶血清来源应对牛奶、鱼、鸡蛋和血浆蛋白等过敏;对于转入基因为细菌等其他生物来源,目前尚没有可获得的特异的靶血清[13]。在获得高浓度IgE抗体的血清后,应进行重组蛋白与特异IgE抗体的结合试验,结果为阳性即可判定该重组蛋白为可能致敏原。 2.4 模拟胃肠液消化试验
通常情况下,致敏原较为稳定,能耐受食品加工、加热和烹调,在胃肠消化系统中不易降解,被小肠粘膜吸收入血后可产生免疫反应。目的蛋白能否在模拟肠胃液中迅速消化,是判断目的基因表达蛋白是否有潜在致敏性的重要参考依据,因此模拟胃肠液消化试验是评估蛋白质致敏性的一个重要指标。然而模拟胃肠液消化试验并不能安全如实地反映人体的消化系统,而且食物中很少有单纯蛋白在胃肠系统中被消化吸收,食物的各种成分会影响胃肠系统的吸收消化能力以及目的蛋白的稳定性。因此在模拟胃肠液消化试验中不被胃肠酶降解的蛋白质不一定是致敏原,易被胃肠酶降解的蛋白质不一定不是致敏原,但结合其他致敏方法,模拟胃肠液消化试验仍能为转基因食品的致敏性评估提供有价值的资料[14]。 2.5 动物模型建立
2001年FAO/WHO生物技术食品致敏性联合专家咨询会议在转基因食品致敏性评估树状分析策略中增加了动物模型试验的方法。虽然食物致敏评价动物模型研究较多,如豚鼠[15]、BalB/c小鼠[16]、C3H/HeJ小鼠[17]、BN大鼠[18, 19]等均有报道。但到目前为止,尚未建立转基因作物致敏性安全评价动物模型试验的标准方法。目前最常用的致敏动物模型有豚鼠、小鼠和大鼠,豚鼠经常用来研究口服蛋白质致敏性,研究证明其非常敏感,然而它的一些缺点局限了其进一步的应用,包括:其免疫生理与其他品系有明显区别、对其免疫系统缺乏了解、缺乏研究其免疫系统的工具以及其过敏反应的特异性等[20]。另一类就是小鼠,特别是BalB/c小鼠,研究表明通过腹腔注射的方法给予致敏原也能产生特异性IgE,但经口给予致敏原易产生耐受性[21]。目前研究最多的就是大鼠动物模型,BN大鼠为最常用的品系。Dearman等[22]和 Penninks 等[23]研究也表明,BN大鼠免疫球蛋白(特别是IgE)具有高反应性,在遗传特性上与食物过敏人群非常相似,较适合作为转基因食品蛋白致敏的动物模型。国内研究也表明,BN大鼠在对致敏原与非致敏原的过敏反应方面具有较大差异,较为符合理想致敏动物模型一般具有的特点[24, 25, 26],包括:(1)暴露于人类致敏原产生过敏反应,而暴露于非人类致敏原不出现过敏反应;(2)对不同致敏性的致敏原产生过敏反应的强度与人类相似;(3)与人类胃肠系统相似;(4)产生与人类相似的抗原-抗体反应[27]。然而Ladics等[28]在其文章中报道,BN大鼠在作为致敏模型时亲代不能暴露在致敏原中。Knippels等[29]较早曾做过BN大鼠亲代食用大豆蛋白对子代大豆蛋白抗体表达影响的研究,结果表明,在后代食用大豆蛋白的情况下,1代体内的IgG滴度较高,而且抗体维持时间较长,而2、3、4代体内并未检测到IgG抗体。因此,建议在BN大鼠作为动物致敏模型时,应在无致敏原露暴的条件下繁殖几代,以消除亲代接触致敏原可能对子代免疫反应的影响。 3 小 结
转基因食品潜在致敏性评估已经引起人们越来越多的关注。而目前国内外转基因致敏评估手段和方法尚不完善,还存在评估策略有待改进、致敏原数据库不健全、标准动物模型还未建立等问题。因此建立一套全面科学转基因食品致敏评估体系显得尤为重要,在今后转基因食品潜在致敏性研究中,应不断改进动物模型,建立理想的动物致敏模型,不断健全致敏评价体系中有关数据库,建立致敏评价标准,完善转基因食品潜在致敏性的评价体系。
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