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Introduction

食物過(guò)敏（Food allergy，F(xiàn)A）是指食物進(jìn)入人體后對(duì)致敏原（通常是蛋白質(zhì)）產(chǎn)生的不良免疫反應(yīng)。FA引起的生理功能障礙或組織損傷會(huì)導(dǎo)致一系列臨床癥狀，如皮膚蕁麻疹、呼吸道哮喘和咳嗽、胃腸道腹瀉，嚴(yán)重者出現(xiàn)休克甚至死亡。FA作為全球關(guān)注的重大公共衛(wèi)生和食品安全問(wèn)題，其發(fā)病率每年以10%的速度增長(zhǎng)，呈現(xiàn)出多樣化、復(fù)雜性和廣泛性的趨勢(shì)，嚴(yán)重影響過(guò)敏人群的健康。大約5%的成年人和8%的嬰幼兒對(duì)食物中的致敏原過(guò)敏，主要是花生、牛奶、小麥、大豆、雞蛋、堅(jiān)果、魚(yú)和甲殼類動(dòng)物。

榛子（Corylus avellana）不僅是一種被廣泛食用的高營(yíng)養(yǎng)價(jià)值樹(shù)用堅(jiān)果，而且是引起食物過(guò)敏反應(yīng)最嚴(yán)重的“八大”重要過(guò)敏性食品之一。榛子過(guò)敏可發(fā)生在任何年齡段的患者中，癥狀從輕微的口腔瘙癢到危及生命的反應(yīng)不等。絕大多數(shù)榛子過(guò)敏反應(yīng)是由榛子仁中的蛋白質(zhì)引起的，嚴(yán)重的過(guò)敏反應(yīng)通常與Cor a 8、Cor a 9、Cor a 11和Cor a 14有關(guān)。Cor a 14屬于醇溶蛋白超家族，包含在2S蛋白中，是花生、芝麻、蕎麥、腰果和巴西堅(jiān)果等雙子葉植物種子的主要致敏原。Cor a 14具有堅(jiān)固的三維結(jié)構(gòu)，富含由4 個(gè)分子內(nèi)二硫鍵形成的α-螺旋，對(duì)胃腸道蛋白水解降解和食品加工具有極強(qiáng)的抵抗力，使其具有更高的超敏性，因?yàn)樗軌蚴咕哂兄旅舯砦坏耐暾Y(jié)構(gòu)到達(dá)腸道相關(guān)淋巴組織。然而，與Cor a 14過(guò)敏相關(guān)的腸道微生物群和腸道代謝物的特征知之甚少。

中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與營(yíng)養(yǎng)工程學(xué)院的陳晨博士、薛文通教授等在本文中從榛子中提取純化結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的致敏原Cor a 14，建立Cor a 14致敏BALB/c小鼠模型。旨在探討榛子Cor a 14過(guò)敏相關(guān)的腸道代謝和腸道菌群特征，并從腸道代謝產(chǎn)物中篩選可能的Cor a 14過(guò)敏相關(guān)的潛在生物標(biāo)志物。希望本研究的發(fā)現(xiàn)有助于揭示腸道菌群和代謝產(chǎn)物影響榛子過(guò)敏患者免疫系統(tǒng)的潛在機(jī)制，為榛子過(guò)敏的診斷提供有益的理論依據(jù)。

Results and Discussion

Cor a 14誘導(dǎo)了小鼠過(guò)敏

在口服激發(fā)60 min內(nèi)，模型組表現(xiàn)出比Ctrl組和Ad組更高的過(guò)敏反應(yīng)評(píng)分，并伴有反復(fù)抓撓，毛發(fā)豎起和呼吸頻率增加等癥狀，且模型組的直腸溫度在Cor a 14激發(fā)30 min后顯著下降。此外，Cor a 14激發(fā)導(dǎo)致模型組Cor a 14-sIgE、Cor a 14-sIgG2a、組胺、mMCP-1水平顯著升高，表明Cor a 14誘導(dǎo)的抗體分泌和體液免疫觸發(fā)，進(jìn)一步證實(shí)了Cor a 14致敏小鼠模型的成功建立。

圖1 小鼠表觀癥狀及血清學(xué)指標(biāo)分析

Cor a 14相關(guān)的腸道菌群特征

模型組α-多樣性顯著降低，表明Cor a 14致敏降低了腸道菌群多樣性。Cor a 14致敏改變了不同分類水平的腸道菌群相對(duì)豐度。由Cor a 14致敏引起的5 個(gè)菌門(mén)相對(duì)豐度顯著，即去脫鐵桿菌門(mén)、彎曲桿菌門(mén)、髕骨菌門(mén)、放線桿菌門(mén)和變形桿菌門(mén)。與Ctrl組相比，Cor a 14致敏主要導(dǎo)致放線菌門(mén)相對(duì)豐度增加，藍(lán)藻菌門(mén)相對(duì)豐度下降，而3 組之間厚壁菌門(mén)/擬桿菌門(mén)比例沒(méi)有顯著差異。在屬分類水平上，模型組同樣與Ctrl組和Ad組樣本呈現(xiàn)明顯的聚類差異，這與門(mén)分類水平的聚類結(jié)果是一致的。Cor a 14致敏主要引起了12 種菌屬發(fā)生明顯變化，其中6 種菌屬相對(duì)豐度上升，分別是擬桿菌屬，糞桿菌屬，腸桿菌屬，乳桿菌屬，杜氏桿菌屬，副擬桿菌屬。

圖2 腸道菌群變化特征

Cor a 14相關(guān)的腸道代謝特征

非靶向代謝組學(xué)結(jié)果顯示，Cor a 14致敏后共有238 種差異顯著的腸道代謝產(chǎn)物（上調(diào)111 種，下調(diào)127 種），其中L-色氨酸、組胺和N-乙酰組胺在增強(qiáng)的L-色氨酸和組氨酸代謝途徑中顯著積累。Spearman相關(guān)分析提示L-色氨酸與過(guò)敏指標(biāo)呈正相關(guān)，可作為Cor a 14過(guò)敏的潛在生物標(biāo)志物?？傊景l(fā)現(xiàn)揭示了Cor a 14過(guò)敏反應(yīng)期間腸道代謝物和腸道微生物群的特征，為榛子過(guò)敏的診斷提供了新的潛在見(jiàn)解。

圖3 腸道代謝物變化特征

Conclusion

本研究建立了Cor a 14小鼠致敏模型，主要表現(xiàn)為明顯的過(guò)敏表型癥狀，體溫顯著下降，血清sIgE、sIgG2a、組胺、mMCP-1、IL-4、IL-5和L-色氨酸顯著升高。Cor a 14致敏小鼠腸道菌群α和β-多樣性發(fā)生顯著改變。代謝組學(xué)結(jié)果顯示Cor a 14致敏后得到238 種顯著差異代謝產(chǎn)物，主要富集在色氨酸代謝和組氨酸代謝途徑。腸道L-色氨酸與過(guò)敏指標(biāo)呈顯著正相關(guān)，可作為Cor a 14過(guò)敏的潛在生物標(biāo)志物，其在過(guò)敏反應(yīng)中的作用機(jī)制及其作為榛子過(guò)敏診斷標(biāo)志物的潛力值得進(jìn)一步研究。

第一作者簡(jiǎn)介

陳晨，男，中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與營(yíng)養(yǎng)工程學(xué)院2020級(jí)博士研究生，主要研究方向?yàn)槭澄镞^(guò)敏與腸道菌群的互作機(jī)制。參與國(guó)家“十三五”重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃的相關(guān)研究工作，目前以第一作者身份發(fā)表SCI論文7 篇。

通信作者簡(jiǎn)介

薛文通，男，中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與營(yíng)養(yǎng)工程學(xué)院教授，博士生導(dǎo)師，中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)中日食品研究中心主任，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)產(chǎn)品加工業(yè)專家委員會(huì)委員，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)產(chǎn)品加標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)糧食加工技術(shù)委員會(huì)委員，中國(guó)農(nóng)業(yè)工程學(xué)會(huì)農(nóng)產(chǎn)品加工貯藏分會(huì)副理事長(zhǎng)，中國(guó)食品和包裝機(jī)械工業(yè)學(xué)會(huì)中央廚房工程與裝備委員會(huì)副會(huì)長(zhǎng)，中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)會(huì)農(nóng)產(chǎn)品加工機(jī)械分會(huì)副主任委員，北京農(nóng)業(yè)工程學(xué)會(huì)農(nóng)產(chǎn)品加工貯藏分會(huì)會(huì)長(zhǎng)。近年來(lái)主要研究食物致敏原確證技術(shù)及膳食成分對(duì)人體致敏機(jī)制影響；益生菌及其代謝產(chǎn)物對(duì)機(jī)體免疫應(yīng)答規(guī)律等。共主持國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目1 項(xiàng)（食物過(guò)敏標(biāo)識(shí)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)研究），國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃子課題1 項(xiàng)，國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目5 項(xiàng)，國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目2 項(xiàng)，國(guó)際合作項(xiàng)目2項(xiàng)，其他省部級(jí)研究項(xiàng)目19 項(xiàng)。出版《主要食物過(guò)敏原致敏機(jī)理的研究》等著作14 部。授權(quán)國(guó)家發(fā)明專利8 項(xiàng)。獲省部級(jí)及以上獎(jiǎng)勵(lì)5 項(xiàng)。在國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)期刊發(fā)表論文240余篇。

Untargeted metabolomics combined with 16S rRNA sequencing reveals the characteristics of intestinal metabolism and gut microbiota in hazelnut Cor a 14-allergic BALB/c mice

Chen Chena, Kaiyu Mub, Qiang Xieb, Wentong Xueb,*

a College of Food and Bioengineering, Zhengzhou University of Light Industry, Zhengzhou 450001, China

b College of Food Science and Nutritional Engineering, China Agricultural University, Beijing 100083, China

*Corresponding author.

Abstract

Cor a 14 is one of the most vital allergens in hazelnuts. However, the features of intestinal metabolites and microbiota associated with Cor a 14-induced allergy remain unclear. In this study, we established a hazelnut Cor a 14-allergic BALB/c mice model, which was distinguished by the dropped temperature and enhanced allergic inflammatory factor levels in serum. Faeces were collected to detect characteristics of the intestinal metabolites by untargeted metabolomics and the gut microbiota by 16S rRNA sequencing. The α- and β-diversity of gut microbiota in Cor a 14-allergic mice differed from the controls with elevated relative abundance of Lactobacillus and reduced relative abundances of Odoribacter, Chloroplast, Alistipes and Lachnospiraceae_NK4A136_group. Untargeted metabolomics results revealed that 238 significantly differential metabolites (111 up-regulated, 127 down-regulated) were identified, of which, L-tryptophan, histamine and N-acetylhistamine were remarkably accumulated and primarily enriched in the enhanced L-tryptophan and histidine metabolism pathways. Spearman correlation analysis suggested that L-tryptophan was positively correlated with allergic indicators and screened as the potential biomarker for Cor a 14 allergy. Collectively, our findings uncovered the characteristics of intestinal metabolites and gut microbiota during Cor a 14 anaphylaxis and provided new potential insights for diagnosis of hazelnut allergy.

Reference:

CHEN C, MU K Y, XIE Q, et al. Untargeted metabolomics combined with 16S rRNA sequencing reveals the characteristics of intestinal metabolism and gut microbiota in hazelnut Cor a 14-allergic BALB/c mice[J]. Food Science and Human Wellness, 2025, 14(2): 9250044. DOI:10.26599/FSHW.2024.9250044.

文章翻譯由作者提供

編輯：王佳紅；責(zé)任編輯：孫勇

封面圖片：圖蟲(chóng)創(chuàng)意