1. Introducción
Las alergias alimentarias representan un problema de salud importante en los países industrializados. Se estima que la prevalencia de la alergia alimentaria alcanza 6% en niños y 4% en adultos, con una incidencia mayor en poblaciones urbanas. Entre los 170 alimentos conocidos que causan alergias, sólo una porción pequeña (por ejemplo, el cacahuate, las nueces, el trigo, la soya, la leche, los huevos, el pescado y los mariscos) son responsables de casi 90% de las manifestaciones alérgicas adversas.
La mayoría de las alergias alimentarias son el resultado de la producción y posterior reacción de la inmunoglobulina E (IgE) específica a los alérgenos contra proteínas alergénicas (alergia de tipo 1 mediada por IgE) y un número limitado de ellas no está mediada por la IgE. Los alérgenos alimentarios son responsables de una variedad de síntomas clínicos que afectan en especial el tracto gastrointestinal, la piel, el tracto respiratorio y el sistema cardiovascular. La ingestión de algunos alérgenos alimentarios puede incluso provocar una reacción sistémica mortal de manera potencial llamada anafilaxia. Los estudios recientes reportaron aumento de 5 a 7 veces en la prevalencia de anafilaxia en todo el mundo, con una incidencia mayor en los niños menores de 4 años. El aumento rápido tanto en la prevalencia como en la gravedad de las alergias alimentarias sugiere la importante contribución del medio ambiente en la susceptibilidad alérgica, en especial en el nivel de sensibilización al alérgeno. La alergia alimentaria es, por lo tanto, el resultado de una interacción compleja entre factores genéticos y ambientales, como la dieta, la composición de microbiota y la exposición química al medio ambiente, todos los cuales contribuyen al incremento de la prevalencia de las alergias alimentarias en los países industrializados. En la presente revisión, se prestó atención especial a la cuestión de la contaminación química que afecta a los alimentos vegetales y su posible influencia en los alérgenos de los alimentos vegetales.
Entre las proteínas alergénicas de los alimentos, los alérgenos alimentarios de las plantas muestran una gran importancia para la vida, y pueden afectar a 1 de cada 100 adultos y 1 de cada 10 niños. Varios alimentos vegetales, como los cacahuates, las nueces de árbol, las semillas, el apio, las frutas frescas y las legumbres pueden desencadenar reacciones anafilácticas graves cuando son ingeridos por pacientes alérgicos. Cabe destacar que las alergias alimentarias en los niños deben considerarse como el primer paso en la marcha atópica, con componente genético fuerte y que involucran en especial a alérgenos resistentes a la digestión y a degradaciones proteolíticas. En contraste, las sensibilizaciones a los alimentos que surgen en la edad adulta son consecuencia principalmente de la reactividad cruzada de la IgE entre los alimentos vegetales crudos y los alérgenos inhalados de polen y/o del látex, lo que implica una gama más amplia de proteínas. Con la tendencia cada vez mayor de las alergias respiratorias en las últimas dos décadas, las verduras crudas se convirtieron en los alérgenos alimentarios más prevalentes en la edad adulta. Ahora se estima que 5% de la población de Europa central sufre del síndrome de alergia polen-alimentos (PFAS) y 30 a 70% de los pacientes que padecen polinosis presentan síndrome de reacción cruzada a alérgenos de alimentos de las plantas. Estas reacciones cruzadas ocurren porque una variedad de nueces, especias, frutas y verduras comparten estructuras alergénicas similares a las que se encuentran en el polen y el látex. Las asociaciones que se reportan con amplitud y que causan el síndrome polen-alimento son el polen del abedul, ciprés-cedro, pasto, ambrosía y artemisa. Las manifestaciones clínicas dependen en gran parte de la exposición y los factores geográficos. Los síntomas más comunes son orofaríngeos y se manifiestan como prurito, eritema, hormigueo y angioedema de los labios, paladar blando, mucosa oral y garganta. El término “síndrome de alergia oral” (OAS) se usa para describir estas reacciones ya que se limitan sólo al área de la boca y la garganta. Además de las manifestaciones orofaríngeas, la piel también se afecta con frecuencia por reacciones alérgicas sistémicas a los alérgenos alimentarios, donde la urticaria es en particular frecuente entre los pacientes alérgicos a los alimentos. Aunque la frecuencia de las reacciones sistémicas graves no excede 10%, su incidencia está en aumento y ciertas frutas y verduras como el cacahuate, el apio, las nueces de árbol, los duraznos y la mostaza se asocian con reacciones más sistémicas que otros alimentos. El síndrome látex-fruta presenta numerosas analogías con el PFAS y una variedad de alimentos vegetales, como la castaña, la papa, el kiwi, el tomate, el durazno, el pimiento, el aguacate y el plátano se relacionan con este síndrome. Hasta 50% de los pacientes alérgicos al látex son alérgicos por reacción cruzada a los alimentos vegetales. Basados en la síntesis del conocimiento actual (Tabla 1), la gran mayoría de los panalérgenos que provocan reacciones cruzadas alérgicas entre los alimentos derivados de plantas, el polen y/o el látex de caucho natural son las proteínas relacionadas con la defensa de las plantas.
2. Alérgenos involucrados en los mecanismos de defensa de las plantas: influencia de los químicos
Los alérgenos alimentarios de las plantas pertenecen a un número muy limitado de familias de proteínas que representan menos de 0.3% del número total de las familias. Según la nomenclatura OMS/IUIS y las bases de datos Allergome (www.allergome.org), la mayoría de los alérgenos vegetales pertenecen a familias de proteínas con funciones de almacenamiento de semillas, estructurales o de defensa de las plantas. Uno de los grupos más difundidos de alérgenos vegetales son las proteínas relacionadas con la patogénesis (PR), que representan al menos 25% de los alérgenos alimentarios ya referenciados. Estas proteínas forman parte de la primera línea de defensa de las plantas, en particular contra patógenos invasores, pero también en el caso de una variedad de otros estreses bióticos y abióticos.. Las proteínas PR ahora se distribuyen en 17 grupos diferentes, entre los cuales los grupos 2, 3, 4, 5, 6, 8, 9, 10 y 14 contienen alérgenos de alimentos de las plantas con nombre oficial de acuerdo con la nomenclatura de alérgenos de la WHO/IUIS (Unión Internacional de las Sociedades Inmunológicas) (Tabla 1). Las PR se agrupan según su grado de similitud de secuencia y su función biológica. Debido a que diferentes estructuras de las PR se conservan en gran medida el transcurso de la evolución de la planta, sus estructuras bien conservadas y con potencial alergénico podrían provocar reactividad cruzada con la IgE entre diferentes miembros de PR en alimentos y alérgenos inhalados. Por lo tanto, los individuos alérgicos sensibilizados a las proteínas PR de un tejido vegetal específico pueden mostrar IgE reactiva a las proteínas homólogas presentes en otras plantas. Por ejemplo, los alérgenos PR-10/similares a Bet v 1 son responsables de una reactividad cruzada amplia entre diferentes pólenes y alimentos derivados de las plantas, que afectan la calidad de vida de más de 70% de los pacientes alérgicos al abedul. Se describen síndromes de reactividad cruzada similares que involucran una variedad amplia de plantas y tejidos para pacientes sensibilizados a las PR de los grupos 2, 3, 5 y 14 (Tabla 1). En vista de la gran importancia de las PR en el mecanismo de defensa de las plantas, en su expresión influye el estrés ambiental y las plantas que crecen en condiciones diferentes pueden tener expresiones variadas de las PR. Numerosos estudios demostraron que las alteraciones en las condiciones ambientales pueden mejorar la expresión de las proteínas PR alergénicas, lo que aumenta en potencia la alergenicidad de diferentes plantas. Por ejemplo, las LTP del pimiento y del durazno se activaron de manera diferente a causa del estrés ambiental biótico y abiótico. Otro estudio reveló que la cantidad de antígenos reactivos a la IgE aumentó hasta 10 veces en las plantas de Brassica rapa expuestas al ácido salicílico y al etefón, productos químicos representativos que estimulan la respuesta de defensa de la planta. Como se muestra en la Tabla 1, en la expresión de las familias alergénicas de las PR influyen diversos contaminantes químicos, como los metales pesados, la contaminación del aire y los pesticidas.
2.1. Estrés por cadmio
El estrés por cadmio representa uno de los factores de estrés químico más documentados que aumenta las concentraciones de las proteína PR en una variedad de tejidos y alimentos derivados de las plantas. Este metal es una fuente biopersistente y frecuente de contaminación ambiental en los países industrializados, que afecta los suelos agrícolas por medio de los fertilizantes, los pesticidas y los lodos de depuración que contienen Cd. Las plantas alimentarias que crecen en los suelos contaminados con Cd y la carne de rumiantes que las consumen representan más de 98% de la ingesta de cadmio en los humanos. Por lo tanto, los alimentos vegetales contaminados con Cd presentan una doble amenaza para los seres humanos y los animales, uno directo como fuente de metales pesados y otro indirecto, al estar sujetos a estrés grave que puede modificar su valor nutritivo y su composición alergénica.
En las hojas de cebada tratada con cadmio, se encontró acumulación de proteínas PR apoplásicas (pertenecientes a los grupos 2, 3, 4, 5 y 17). Otros estudios sobre variedades de arroz revelaron que el estrés por cadmio mejoró la expresión de las PR de los grupos 2, 3, 8, 5 y 10. De manera similar, se reportó la acumulación de proteínas PR5 y PR16 (una proteína similar a la germinación) después de la exposición al cadmio en la Arabidopsis. El cadmio indujo la expresión de una citinasa PR3 entre diferentes genotipos de guisantes como consecuencia de una respuesta de defensa mayor en plantas más sensibles. En los cultivos de trigo, se obtuvo una proteína de peso molecular bajo que mostró homología fuerte con las PR2 del perejil como respuesta al estrés por Cu y Cd. Por otra parte, Aina y colaboradores revelaron que los granos de polen de las plantas de Poa expuestas al Cd liberaron una cantidad mayor de alérgenos y se detectó una proteína perteneciente a la familia de panalérgenos PR3 (citinasas clase I) en plantas expuestas al Cd.
Además de las PR, otras proteínas relacionadas con la defensa de las plantas identificadas como posibles fuentes de alérgenos alimentarios de reactividad cruzada, como las proteínas reguladas por esnaquina/giberelina (GRP) y las proteínas de choque térmico (Hsp) se regulan al alza mediante el tratamiento con cadmio. De manera reciente, esnaquina/GRP se asociaron a al menos dos síndromes de polen-fruta/verduras que involucran al polen del ciprés y frutas crudas (ciprés/durazno y ciprés/cítricos). Esnaquina/GRP comparten una identidad alta de secuencia de aminoácidos y de epítopos comunes de IgE entre frutas y vegetales. En el polen del ciprés, el alérgeno de reacción cruzada muestra una masa molecular de casi 14 kD y muestra epítopos conformacionales estables al calor. El patrón de expresión del gen de esnaquina en la papa (StSN1) sugiere su participación en las barreras de defensa constitutivas contra el estrés biótico y abiótico en el almacenamiento y los órganos reproductivos de las plantas. En la Viola baoshanensis, la acumulación de Cd después del tratamiento con Cd indujo dos cADNs de esnaquina que codifican proteínas que desempeñan un papel protector por medio de la desintoxicación de metales pesados, lo que aumenta la tolerancia de la planta contra la contaminación del cadmio. Las proteínas chaperonas de choque térmico de 70 kD (Hsp70) constituyen otro grupo de proteínas ubicuas capaces de sensibilizar a las personas alérgicas. El grado alto de identidad de secuencia entre los miembros de esta familia bien conservada aumenta el riesgo de reactividad cruzada de la IgE entre los alérgenos HSP70 kD presentes en el polen y en diferentes alimentos derivados de las plantas. El aumento de la expresión de las Hsp70 se observa a menudo como un mecanismo de tolerancia contra diversos estreses abióticos, como la desecación y la contaminación por metales pesados. Por ejemplo, en la Brassica juncea, el gen que codifica una proteína de choque térmico (BjCdR57) es parte de los genes regulados por el Cd detectados en momentos de estrés celular causado por el estrés por el Cd.
En plantas de arvejas tratadas con Cd, se indujo una Hsp71 para proteger a las células contra el daño causado por el estrés por el metal. Como se revisó de manera reciente, la expresión de las cinco clases principales de proteínas de choque térmico (HSPs) se promueve en respuesta al estrés de metales pesados y los miembros de la familia de Hsp70 parecen aumentar su expresión después de la contaminación por arsénico, cadmio, cobre y mercurio. Además del cadmio, otros contaminantes artificiales pueden activar la expresión de proteínas asociadas al sistema de defensa/tolerancia de las plantas y de manera potencial influir en la composición alergénica de los alimentos derivados de plantas. Los grupos importantes de contaminantes químicos son los metales como el plomo o el mercurio, que se encuentran en ocasiones en algunos alimentos vegetales. Estas contaminaciones resultan de niveles pasados de estos compuestos tóxicos en el ambiente de la planta.
2.2. Contaminación por mercurio
El mercurio (Hg) es un metal inodoro, muy tóxico y natural, que afecta en especial el medio ambiente acuático. Las principales fuentes de contaminación por mercurio incluyen las industrias del petróleo y el gas, la agricultura, la minería, las descargas de aguas residuales industriales y las incineraciones de desechos. El nivel anual de emisión de Hg al medio ambiente se estimó en 2200 toneladas métricas. El mercurio tiene la capacidad de dañar las estructuras de proteínas y modifica de esta manera la estructura celular de la planta. Las PR inducidas por el Hg se encuentran en muchos alimentos vegetales (Tabla 1). Frendo y colaboradores demostraron que una proteína homóloga a TLP (PR5) se induce en el maíz tratado con cloruro mercúrico. De manera similar, una proteína PR5 aumentó su expresión en el arroz luego de la exposición al cloruro mercúrico. Además de las PR5, otras proteínas PR inducidas por el Hg que pertenecen a los grupos 2 y 3 también se identificaron en el maíz. Se encontró la acumulación de isoformas de citinasa (PR3) en los tejidos del maíz y del girasol contaminados con Hg.
2.3. Contaminación por plomo
El plomo (Pb) es otro metal con gran extensión y muy tóxico que causa grandes problemas ambientales y de salud en todo el mundo. Este metal pesado se absorbe por las plantas mediante la fijación al suelo y las aguas contaminadas. El plomo es muy tóxico para las plantas al afectar varios procesos fisiológicos sin desempeñar ninguna función biológica. La exposición humana al Pb se debe en general a los alimentos derivados de plantas o al agua potable. Se encontró que la PR3 y la PR5 se inducen por Pb en el girasol. En plantas contaminadas con Pb, la expresión del gen ltpque codifica las proteínas PR14 se promueve como mecanismo de defensa que conduce a la acumulación de LTP no específicas en los tejidos epidérmicos de las plantas.
2.4. Acumulación de cobre
El cobre (Cu) es uno de los metales más encontrados en el medio ambiente de manera común. Este elemento es un metal esencial para el crecimiento y el desarrollo normal de las plantas. Aunque el Cu participa en numerosos procesos fisiológicos como un cofactor esencial para varias metaloproteínas, el exceso de Cu es muy tóxico para las células vegetales. El cobre se utiliza en gran medida en la composición de fungicidas lo que condujo a la acumulación de Cu en los suelos agrícolas en muchas regiones del mundo. Se demostró que, en suelos contaminados con Cu, el exceso de cobre inhibe el desarrollo de las plantas y promueve la acumulación de PR en los tejidos de las plantas. Por ejemplo, el cobre promueve la expresión de la proteína OsPR5 que tiene homología de secuencia con algunos panalérgenos de PR5.
2.5. Suelo rico en azufre
El azufre (S) es esencial para las plantas. Algunos compuestos que contienen azufre, como las fitoquelatinas, el glutatión y los polímeros GSH representan componentes vitales en las plantas que pueden eliminar el estrés causado por los metales pesados y desempeñan un papel importante en la no hiperacumulación de metales pesados en las plantas resistentes. Por lo tanto, la aplicación de los metales pesados en los cultivos contribuye al aumento de las concentraciones de azufre en los tejidos vegetales contaminados. Además, el azufre participa en varias reacciones redox y es crucial para la síntesis de aminoácidos como la cisteína y la metionina, los grupos de hierro-azufre, así como varias proteínas y coenzimas. Desde la antigüedad, el azufre es un componente de muchos agroquímicos y los sumerios de hace 4500 años utilizaron compuestos de azufre como insecticidas.
Los estudios en variedades del cacahuate encontraron que la aplicación externa de azufre puede aumentar la cantidad de proteínas que contienen azufre en las semillas, y cambiar los perfiles de proteínas de las semillas. De manera interesante, un estudio molecular sobre cultivos de cacahuate reveló que los niveles altos de azufre en los suelos influyeron de manera diferente en el contenido de alérgenos ricos en azufre (Ara h 2, Ara h 3 y Ara h 6) y los alérgenos pobres en azufre (Ara h 1) en semillas de cacahuate.
2.6. Contaminación aérea: ozono y dióxido de nitrógeno
La contaminación del aire se considera un factor potencial responsable del aumento de la prevalencia de las enfermedades alérgicas en todo el mundo. Se demostró que los efectos ambientales causados por importantes contaminantes del aire como el ozono y el dióxido de nitrógeno pueden aumentar la potencia alergénica de muchas especies de polen. Entre otros, la expresión de algunos alérgenos de polen de reacción cruzada asociados al PFAS parece incrementarse de forma significativa. Por ejemplo, Beck y colaboradores mostraron que la concentración del panalérgeno Bet v 1 en los extractos del polen del abedul se correlaciona en forma positiva con el aumento de los niveles de ozono. Estos extractos indujeron de manera significativa diámetros mayores de ronchas y de eritema en pacientes alérgicos debido a su contenido mayor de Bet v 1. En el polen del ciprés, una proteína similar a la taumatina (Cup a 3) perteneciente a la familia de panalérgenos PR5 aumenta su expresión en condiciones de aire contaminado. También se encontró expresiones mejoradas de alérgenos debido a la elevación del ozono para las especies de pastos alergénicos como el Lollium perenne y el Secale cereale. En el perejil, la exposición al ozono es responsable de la inducción mayor de proteínas relacionadas con la patogénesis del perejil a nivel de la transcripción. En plántulas de arroz expuestas a ozono elevado, aumentó la expresión de una proteína PR5 y dos proteínas PR10 y su concentración aumentó en forma gradual a lo largo del período de exposición de 2 días. Por lo tanto, la variación en los niveles de expresión de PR de la planta no sólo se debe a diferencias genéticas, sino también a la influencia de una variedad de prácticas agrícolas y contaminantes ambientales que desempeñan un papel central en la expresión de muchas proteínas relacionadas con la defensa de las plantas que pertenecen a familias bien conocidas de panalérgenos. (Tabla 1).
3. Panalérgenos y estrés químico
Algunas proteínas son responsables de un reconocimiento cruzado amplio entre especies de plantas no relacionadas. Estas estructuras alergénicas bien conservadas se conocen como “panalérgenos”, que comprenden un número restringido de proteínas ubicuas compartidas por varias fuentes alergénicas en toda la naturaleza. En las plantas, la mayoría de los panalérgenos se involucran en el sistema de defensa de la planta y representan proteínas con estructuras relacionadas y bien conservadas en el curso de la evolución. Por ejemplo, las moléculas homólogas del polen del abedul el panalérgeno Bet v 1 (PR-10) se inducen y acumulan en una gran variedad de frutas y vegetales no relacionados de manera taxonómica y distantes (Tabla 1). Esto explica por qué la mayoría de los pacientes alérgicos están polisensibilizados y muestran reacciones alérgicas al exponerse a una variedad de fuentes de alérgenos.
A pesar del papel vital de estos panalérgenos en la resistencia de la planta a diferentes tipos de estrés, desde el punto de vista alergénico y dado al gran número de individuos que están expuestos y sensibilizados a estos alérgenos, su expresión y acumulación aumentadas en las plantas representan una amenaza para la población general. Los panalérgenos de los alimentos de plantas más relevantes en la clínica pertenecen a las PR14 (proteínas de transferencia de lípidos no específicas, nsLTP), las profilinas, las PR10 (proteínas similares a Bet v 1), las PR5 (proteínas similares a la taumatina o TLP) y las familias de las PR3 (citinasas). En la expresión de todas estas familias de proteínas parecen influir las contaminaciones químicas.
3.1 PR14s (proteínas de transferencia lipídica no específica)
Las LTP constituyen un grupo de proteínas bien conservadas capaces de transferir fosfolípidos y otros grupos de ácidos grasos a través de las membranas celulares. Las LTP no específicas (nsLTPs) constituyen el grupo 14 de las proteínas PR que son abundantes en las plantas superiores y exhiben masas moleculares que varían de 9 a 12 kDa. Debido a su resistencia alta al calor, la digestión proteolítica y los fluidos gástricos, son responsables de los síntomas clínicos graves, en especial en los pacientes sensibilizados a las frutas Rosaceae. Las PR14 están involucradas en la defensa de las plantas frente al estrés abiótico y la embriogénesis. En el durazno, la nsLTP es un importante alérgeno de la fruta y mostró diferentes niveles de expresión en respuesta al estrés abiótico. En plántulas de la cebada expuestas al Cd, se encontró una cantidad elevada de nsLTP con una función potencial en la transferencia de monómeros de la cera a la cutícula de la planta. El estrés por el cadmio al estimular el metabolismo del ABA en las plantas superiores, promueve la expresión del gen que codifica a las LTP en los tejidos epidérmicos.
3.2. PR10s (semejante a Bet v 1)
Las proteínas que pertenecen a la familia PR-10 son responsables de una parte importante de la OAS en pacientes que padecen el síndrome de alergia polen-alimento. Los miembros de la familia PR10 son resistentes a la proteasa, en su mayoría intracelular y citosólica y tienen masas moleculares bajas (alrededor de 15 a 18 kDa). Los alérgenos de esta familia tienen una estructura proteica cuaternaria inusual que muestra una hoja β de siete cadenas con una hélice α larga que alberga un sitio de unión al metal. Las proteínas PR-10 están involucradas en el mecanismo general de defensa contra el estrés y en ciertos cambios fisiológicos durante las etapas de desarrollo. Varios estudios demostraron que las proteínas de tipo PR10 se expresan diferente en polen y en alimentos derivados de las plantas bajo el estrés ambiental y las contaminaciones químicas (Tabla 1). En el arroz, el estrés por cadmio mejoró la expresión de unas PR10 de tipo RNasas. Del mismo modo, de manera reciente se encontró que una proteína de tipo PR10 aumentaba su expresión en las hojas del azafrán (Crocus sativa) bajo estrés por Cd. También se encontraron niveles mayores de una proteína de 16 kDa relacionada con las PR-10 en las raíces de Lupinus luteus expuestas al ácido salicílico, al peróxido de hidrógeno y al etileno, que representan a los principales transductores de la respuesta al estrés en las plantas.
3.3. PR5s (proteínas parecidas a taumatina)
Las proteínas de la familia similar a la taumatina tienen masas moleculares de 20 a 30 kDa e incluyen ocho puentes disulfuro que les dan una estructura tridimensional muy estable. Debido a su homología alta de secuencia de aminoácidos con una proteína de taumatina dulce, se les conoce como proteínas similares a la taumatina (TLP). Las TLP participan en la defensa de las plantas contra los ataques de patógenos, en particular en respuesta a infecciones por hongos. Las TLP son glicoproteínas y albergan determinantes de carbohidratos de reactividad cruzada (CCD) que podrían ser responsables de la reactividad cruzada irrelevante de forma clínica en estudios in vitro. Se demostró que las TLP se produjeron y se acumularon en cantidades altas en las hojas de las plantas jóvenes después del estrés biótico o abiótico.
Debido a que la expresión de las proteínas PR5 es inducible por el estrés ambiental, las plantas que crecen en diferentes condiciones pueden expresar niveles diferentes de las proteínas alergénicas PR5. Por ejemplo, las proteínas PR5 se indujeron por el mercurio en el maíz y por el plomo (Pb) en el girasol. Además, como parte de la respuesta al estrés por el cadmio, una proteína similar a la taumatina (PR5) y algunas otras PR mostraron ser parte de la respuesta de defensa de la planta en el arroz. De manera similar, después del tratamiento con cadmio, se incrementó la PR5 en la Arabidopsis y se demostró que al menos tres proteínas PR5 se acumulaban en las hojas de la cebada. También se encontró un nivel alto de expresión en las proteínas TLP en las raíces de la Medicago sativa después de la exposición al herbicida atrazina. En los granos de polen del ciprés y del cedro, la cantidad de alérgenos PR5 varía en gran medida en las regiones contaminadas. Se demostró que dos alérgenos PR5 de reacción cruzada, Jun a 3 en el cedro de montaña (Juniperus ashei) y Cup a 3 del ciprés de Arizona, aumentan su expresión en condiciones de aire contaminado.
3.4. PR3s (citinasas)
Las proteínas de la familia PR-3 comprenden las citinasas de las clases I, II y IV. Las citinasas son capaces de hidrolizar a la quitina que constituye las paredes celulares de hongos y el exoesqueleto de algunos animales. Las proteínas PR-3 son en su mayoría endocitinasas con masas moleculares que van desde 25 hasta 35 kDa. Las citinasas de Clase I se identifican como el principal panalérgeno en las frutas involucradas en el síndrome látex-fruta, como el aguacate, el plátano y la castaña. Una encuesta realizada sobre 20 extractos de alimentos diferentes reveló que las supuestas citinasas de clase I tenían reacciones cruzadas altas y se relacionaban con la alergia al látex-fruta con la chirimoya, la maracuyá, la papaya, el mango, el tomate y el trigo. Las citinasas también deben incluirse entre los componentes de defensa que son responsables de las diferencias internas y externas entre especies en la tolerancia a los metales pesados de las plantas. En respuesta a las contaminaciones por iones metálicos, 2 a 5 isoformas de citinasas diferentes aumentaron su expresión en los cultivares en el girasol, la arveja, el maíz y el frijol. El número total de isoformas de la citinasa aumentó en muestras tratadas con arsénico y cadmio. Metwally y colaboradores, también observaron una coincidencia entre la sensibilidad al metal y la expresión de citinasa de una variedad de genotipos de las arvejas, como consecuencia de una respuesta de defensa mejorada en genotipos más sensibles. Este estudio reportó el aumento de la actividad de la citanas en las raíces de hasta 1.3 veces y un aumento de hasta 4 veces en las hojas para genotipos más sensibles de las arvejas.. En las plantas de tratadas con Cd, los guisantes y la cebada, las citinasas aumentaron su expresión, tal vez para proteger a las células contra los daños tóxicos. De manera interesante, la cantidad del panalérgeno de citinasa de clase I parece aumentar su expresión por el tratamiento con etileno. Este hecho puede ser relevante en particular en la alergia a la fruta debido a que el etileno se usa de forma extensa para acelerar la maduración posterior a la cosecha en algunas frutas como el plátano, el aguacate, la manzana y el tomate.
Es importante destacar que los genes de la citinasa solos o en combinación con los genes de la β-1,3-glucanasa se transfieren a numerosas especies de plantas transgénicas para mejorar su resistencia a ciertos patógenos. Por lo tanto, la mayoría de las plantas transgénicas exhiben una expresión mejorada de la citinasa. Por ejemplo, en algunas plantas transgénicas, el nivel de actividad de la citinasa mostró un aumento de 20 a 40 veces en comparación con las plantas no transgénicas. Las citinasas no vegetales de especies de hongos también se transfirieron a plantas modelo para aumentar la resistencia de las variedades susceptibles.
3.5. Profilinas
Las profilinas son proteínas ubicuas que controlan la polimerización de la actina en todas las células eucariotas. Las profilinas de las plantas presentan una estructura conservada que provoca respuestas de IgE específica con reactividad cruzada en pacientes sensibilizados. Los pacientes con alergia a los alimentos derivados de las plantas y alergia al látex asociada muestran una frecuencia alta de reactividad de IgE con el panalérgeno profilina. Debido a su resistencia térmica y proteolítica bajas, las profilinas se consideraron como alérgenos alimentarios leves que causan síntomas locales, como el OAS. Sin embargo, estudios moleculares recientes demostraron que la exposición alta por inhalación a los alérgenos de la hierba de reacción cruzada promueve las reacciones graves mediadas por los alimentos con profilina. Además, la prevalencia de la sensibilización con profilina se correlaciona de manera positiva con los gradientes del polen de gramíneas. En la concentración de profilina de alérgenos del polen podrían influir algunos factores químicos ambientales. Por ejemplo, la exposición a niveles altos de ozono durante la fase de crecimiento dio lugar a un contenido mayor del alérgeno profilina en cultivares del pasto del centeno. Razna y colaboradores también revelaron que, entre todos los alérgenos del polen de la avellana, la profilina fue la más afectada por la contaminación industrial de una planta de cemento con tasas de casi 52 veces superiores a las obtenidas en áreas no contaminadas.
4. Modificaciones postraslacionales de alérgenos de las plantas: el rol de la nitración
Se demostró que la nitración de las proteínas, resultante de la adición de un grupo nitro al anillo aromático de la tirosina, aumenta la alergenicidad. Se reportó que los contaminantes del aire, como el NOx y el ozono, afectan la química de las proteínas alergénicas por nitración, lo que lleva a la alteración de los epítopos de las células T y B. Franze y colaboradores mostraron que el principal alérgeno del abedul (Bet v 1) está nitrado con mayor eficacia en presencia de una combinación de dióxido de nitrógeno y ozono que cuando las proteínas se expusieron a dióxido de nitrógeno solo. La nitración resultante de esta interacción alteró el potencial alergénico de Bet v 1 y llevó a una proliferación mayor de las líneas de células T específicas a alérgenos. Además, el Bet v 1 nitrado parecía ser más reactivo con la IgE. También se observó una oligomerización del Bet v 1 debido a la nitración, lo que resultó en una sensibilidad menor a la degradación endolisómica. Con respecto a los alérgenos alimentarios, se sugirió que las sustancias nitrantes derivadas de la dieta, como el nitrato y el nitrito, son una fuente de nitración en el tracto gastrointestinal. En el estómago, la formación de varias especies de nitración se facilita debido al ambiente ácido que favorece la protonación del nitrito. Por lo tanto, la formación de nitrotirosina (3-NT) podría ser tanto exógena como endógena y podría tener un impacto en la alergia a los alimentos. Se reveló que los antígenos nitrados dieron como resultado una inmunidad humoral mayor y que incluso pueden proporcionar epítopos adicionales a las proteínas alergénicas. Esta hipótesis se reforzó por el estudio de Gruijthuijsen y colaboradores que reveló que la forma nitrada de dos proteínas no relacionadas (ovoalbúmina y Bet v 1) se reconocen por los mismos anticuerpos de reacción cruzada. Además, este estudio reveló la formación de nuevos epítopos (neoepítopos) después de la nitración del Bet v 1 que indujo IgE específica en modelos múridos. La forma nitrada del Bet v 1 también mejoró la presentación de péptidos derivados de alérgenos por medio de células presentadoras de antígeno (APC). Los resultados de otro estudio sugirieron que los alérgenos de los alimentos se alteran de forma diferente por la nitración. Por ejemplo, la β-lactoglubulina (BLG) nitrada mostró una tendencia fuerte a dimerizarse, lo que llevó a un aumento de la alergenicidad y reacciones anafilácticas en animales sensibilizados a BLG.
5. Químicos como alérgenos
Las alergias alimentarias suelen estar mediadas por la IgE, pero ciertas reacciones resultan de diferentes mecanismos inmunológicos. Entre ellos, la alergia a los metales es parte de una hipersensibilización mediada por células (tipo IV) que afecta de 10% a 15% de la población humana. Metales como el níquel, el aluminio, el oro y el mercurio son fuentes potenciales de enfermedades alérgicas y autoinmunes. Las respuestas específicas a los metales están mediadas por las células T sensibilizadas y dependen en gran medida de las predisposiciones genéticas del individuo. Los metales alergénicos son capaces de unirse a proteínas autólogas y pueden actuar como haptenos activos con propiedades inmunomoduladoras.
La alergia al níquel es el tipo más común de alergia al metal en todo el mundo y representa un problema de salud pública. El níquel es un nutriente esencial en los mamíferos y 90% de la ingesta dietética total proviene de los alimentos vegetales y bebidas derivadas de las plantas. El nivel de níquel en los alimentos varía mucho entre las diferentes especies y variedades de plantas, así como con el contenido de níquel de los suelos. La mitad de la ingesta diaria de níquel proviene de los cereales y las legumbres. En la mayoría de los estudios, los alimentos derivados de plantas como las nueces, los guisantes secos y los frijoles, los granos integrales y el chocolate se reportaron como las fuentes más ricas de níquel en la dieta. Además, las diferentes partes de la misma planta contienen distintas concentraciones de níquel y los contenidos más altos de níquel se encuentran en las hojas jóvenes. El nivel de níquel en los alimentos vegetales puede variar de manera sustancial de un lugar a otro. Esto se debe a la variabilidad del contenido de níquel en diferentes suelos. Las principales fuentes de contaminación por níquel en el suelo son la combustión de carburantes fósiles, la minería de níquel y el metalizado industrial. El níquel también podría introducirse durante el procesamiento de alimentos de diversas fuentes, como los recipientes de metal, los molinos de metal utilizados para producir harina o los utensilios de cocina.
La alergia alimentaria causada por el níquel puede sospecharse cuando se observa dermatitis en las superficies de la piel de pacientes que no estuvieron expuestos a ningún alérgeno causante conocido. Además, los pacientes que padecen lupus eritematoso sistémico, artritis reumatoide y síndrome de Sjögren parecen tener una frecuencia elevada de hipersensibilidad al metal y al níquel. El consumo de alimentos vegetales ricos en níquel puede provocar dermatitis por contacto sistémica (SCD) en individuos sensibles al níquel. Por ejemplo, la SCD puede provocarse por la ingestión de alimentos con un contenido alto de níquel, como el cacao. En pacientes hipersensibles al níquel, una dieta baja en níquel a menudo conduce a la resolución de los síntomas de la piel. Por ejemplo, en el caso de un paciente alérgico que sufre de prurito con resistencia alta al tratamiento sintomático, las lesiones cutáneas se resolvieron al seguir el consumo restrictivo de mantequilla de cacahuate que contenía niveles altos de níquel. La dieta baja en níquel está recomendada para pacientes sensibles al níquel, en particular en el caso de deficiencia de hierro, en el embarazo y en la lactancia debido a una absorción mayor de níquel en los tejidos humanos.
6. Químicos como adyuvantes potenciales en la alergia alimentaria
Ahora está bien establecido que la respuesta inmune Th2 se promueve en forma activa por una serie de moléculas con actividad adyuvante sesgada intrínseca o Th2 asociada. Algunos productos químicos, como el aluminio, pueden influir en gran parte en el desarrollo de la alergia alimentaria al contribuir en el cambio hacia una respuesta de tipo Th2. El aluminio y algunos otros metales como el mercurio son inmunomoduladores bien conocidos que pueden actuar como adyuvantes inmunológicos o inmunosupresores. Tiene la capacidad de modificar la producción de citocinas y mejorar la respuesta inmune a algunos alérgenos alimentarios. La ingesta de alimentos vegetales y los aditivos alimentarios constituyen una parte apreciable del consumo humano de aluminio. Algunos alimentos vegetales, como la soya, acumulan cantidades elevadas de aluminio y los compuestos de aluminio tomados por vía oral, como los que se alimentan con soya, el sucralfato o los fármacos antiácidos, pueden promover la sensibilización Th2 a las proteínas de los alimentos. Además, los compuestos ricos en aluminio, como el sucralfato, pueden facilitar la sensibilización alérgica mediante la inhibición del ácido gástrico. También se demostró que el estrés psicológico aumenta la sensibilización inducida por el aluminio a los antígenos luminales al facilitar el paso de macromoléculas a través del intestino delgado y grueso y la barrera epitelial. El síndrome autoinmune/inflamatorio inducido por adyuvantes (ASIA) se asocia en la actualidad con la ingesta de aluminio y es responsable del síndrome de fatiga crónica y enfermedades autoinmunes en individuos susceptibles. Los pacientes con alergia junto con aquellos con antecedentes de autoinmunidad tienen mayores riesgos de desarrollar ASIA en respuesta a los adyuvantes.
Estudios recientes sugieren que los productos químicos capaces de alterar la microflora humana también pueden contribuir al aumento de la prevalencia de las alergias alimentarias en los países industrializados. Por ejemplo, un estudio epidemiológico en 2211 personas (de 6 años y mayores) demostró que los niveles altos de diclorofenoles en la orina, un producto químico con fuertes propiedades bactericidas encontrado en los pesticidas y el agua clorada, se correlacionaron de forma positiva con las alergias alimentarias.
7. Conclusión
Un conjunto abrumador de pruebas ahora demuestra que la exposición de las plantas a sustancias químicas y las sustancias químicas en la dieta pueden contribuir al aumento tanto de la prevalencia como de la gravedad de las alergias a los alimentos derivados de las plantas. De acuerdo con el conocimiento actual, los productos químicos pueden influir en la sensibilización alérgica a los alimentos derivados de las plantas de diferentes maneras. Son capaces de actuar I) como adyuvantes químicos que facilitan la sensibilización alérgica mediada por la IgE a los alérgenos alimentarios de plantas; II) como haptenos activos responsables de la alergia alimentaria no mediada por la IgE (tipo IV); III) como provocadores de modificaciones postraduccionales en alérgenos de las plantas que conducen a un aumento de la potencia alergénica; y IV) como favorecedores potentes de la expresión de las proteínas alergénicas. Además, el aumento de la producción de algunos pólenes alergénicos bajo estrés químico, como el Bet v 1 en el abedul y el Cup a 3 en el ciprés, influye en forma indirecta en la incidencia de la alergia a los alimentos, ya que una alergia mayor a los alérgenos del polen de reacción cruzada puede llevar a más síndromes de alergia polen-fruta. Este artículo se centra en especial en la influencia de los productos químicos en las proteínas de los alimentos vegetales con potencial alergénico y sus homólogos. Al tener en cuenta el hecho de que un número sustancial de alérgenos derivados de las plantas son proteínas relacionadas con la defensa, una comprensión mejor del sistema de defensa de las plantas y las modificaciones que se producen tanto a nivel de transcriptoma como del proteoma durante el estrés químico puede contribuir a una evaluación mejor de riesgos en la alergia alimentaria.. Entre las proteínas relacionadas con las defensas inducidas por el estrés químico, las proteínas PR y similares son responsables de reacciones cruzadas extensas entre los diferentes inhalantes y las fuentes de alérgenos alimentarios y desempeñan un papel central en el aumento de la prevalencia de los síndromes alimentarios de reactividad cruzada, como el síndrome polen-alimento y el síndrome látex-fruta. La gama amplia de factores de estrés químico que promueven la expresión de PR, como los agroquímicos y otros contaminantes antropogénicos, puede llevar a la selección natural y la supervivencia de cepas de plantas que expresan cantidades mayores de ciertas proteínas relacionadas con la defensa y PR. La inducción elevada de PR también puede surgir de cepas transgénicas por medio de la inserción de genes que codifican PR o al aumentar los niveles de expresión de PR para mejorar su resistencia a una variedad de estrés y enfermedades ambientales. Aunque las características alergénicas de las plantas modificadas de forma genética deben evaluarse con cuidado, un estudio reciente reveló que el estrés ambiental induce muchas más alteraciones proteómicas y transcriptómicas que la transgénesis en las plantas. De manera interesante, estas modificaciones podrían memorizarse a lo largo de las generaciones y pueden influir en el contenido de proteínas de los cultivos vegetales destinados al consumo humano y animal. Estos hallazgos recientes subrayan la necesidad de consolidar redes de monitoreo que combinen datos ambientales y epidemiológicos para evaluar mejor los efectos de las contaminaciones químicas en la sensibilización alérgica a los alérgenos alimentarios derivados de las plantas.
Plant food allergy: Influence of chemicals on plant allergens
Centro Regional de Alergia e Inmunología Clínica CRAIC, Hospital Universitario “Dr. José Eleuterio González” UANL, Monterrey, México
Dra. Med. Sandra Nora González Díaz Jefe y Profesor
Dra. Med. María del Carmen Zárate Hernández Profesor
Dr. Roberto Carlos Ramírez Rodríguez Residente 1er Año
Dra. Alejandra Macías Weinmann Profesor
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