Что такое аллергия: всесторонний обзор

Аллергия – это хроническое воспалительное заболевание с аберрантными иммунными реакциями на определенные химические вещества окружающей среды, которые называются аллергенами. Ряд белков различного происхождения могут вести себя как аллергены, ответственные за аллергические реакции в различных средах. Симптомы аллергии различаются как незначительные, так и угрожающие жизни.

Атопия – это генетическая предрасположенность к заболеваниям, при которых антитела к иммуноглобулину (IgE) вырабатываются в ответ даже на незначительное воздействие факторов окружающей среды, которые не беспокоят большинство людей. Таким образом, каждая атопическая реакция является аллергией.

Различные химические аллергены (красители, кремы, ароматизаторы и средства по уходу за кожей), пищевые аллергены (генетически модифицированные продукты, орехи, арахис и яйца) и аэроаллергены (пылевые клещи, споры, пыльца) могут вызывать аллергические симптомы, такие как кожные реакции, анафилактический аллергический ринит и астма.

Клеменс фон Пирке, венский врач, ввел термин «аллергия» в 1906 году после наблюдения гиперчувствительности своих пациентов к обычно безвредным веществам, таким как определенные продукты, пыльца или пыль. Ранее аллергия использовалась для описания широкого спектра неадекватных воспалительных гипериммунных чувствительных реакций. Считалось, что причиной большинства случаев является чрезмерная активация специфических клеток иммунной системы, которые вызывают воспаление. Позже был обнаружен механизм, опосредованный аллергическим IgE, который непропорционально активирует специфические клетки иммунной системы и высвобождает медиаторы воспаления.

Классификация реакций гиперчувствительности

Филип Гелл и Робин Кумбс предложили новую систему классификации в 1963 году, которая включала иммунологические компоненты и иммунный процесс для выявления реакций гиперчувствительности I-IV типа.

Острая IgE-опосредованная гиперчувствительность I типа в этой системе классификации обозначалась как «аллергия». Состояние характеризуется быстрым появлением симптомов гиперчувствительности или аллергии и развитием реакций менее чем через 20 минут после аллергического воздействия.

Выделение и описание значимости IgE были ключевыми выводами о механизме аллергии.  В 1960 году было впервые обнаружено, что класс антител IgE опосредует аллергическую гиперчувствительность I типа. IgE, также известный как регенерирующее антитело или аллергическое антитело, был ключевым иммунологическим компонентом, который мог вызвать атопию или аллергию у людей с ослабленным иммунитетом.

Признаки и симптомы аллергии

Аллергены – это белковые молекулы, обнаруживаемые в различных формах в разлных веществах. Аллергены поражают многие системы органов, включая кровеносную, сердечную, пищеварительную и дыхательную.

Аллергены провоцируют:

• отечность,
• кожные реакции,
• гипотензию,
• бронхоконстрикцию,
• кому или даже смерть (все зависит от степени и тяжести сенсибилизации).

Многочисленные аллергенные соединения, такие как латекс, могут вызывать кожную сыпь и раздражение, что приводит к контактному ангионевротическому отеку и дерматиту.

Аллергены различаются по природе и источнику, вызывая системные и кожные симптомы от умеренной до тяжелой степени в зависимости от механизма воздействия и пути сенсибилизации. Они могут вдыхаться, проглатываться или подвергаться воздействию при контакте с кожей.

Многие аллергены пыльцы и пыли представляют собой микроскопические частицы, переносимые по воздуху. Они легко вдыхаются и вызывают симптомы в органах, подверженных воздействию аллергена, таких как нос, легкие и глаза. Раздражение слизистой оболочки, насморк и чихание являются наиболее распространенными симптомами аллергического ринита (сенной лихорадки).

Отек, раздражение и покраснение глаз – возможные побочные эффекты. Частицы аллергенов, вдыхаемые в легкие, могут вызывать гиперреактивность бронхов. Определенные переносимые воздушно-капельным путем аллергены могут вдыхаться в легкие и вызывать астматические симптомы. Кашель, сужение бронхов и чихание вызваны сужением дыхательных путей.

Повышенная выработка слизи ограничивает доступ воздуха к легким и уплотняет пути дыхания, вызывая одышку (гиперреактивность бронхов).

Аллергические реакции также могут быть спровоцированы приемом лекарств и пищи, взаимодействии с аллергеном, отдельными лекарственными средствами, насекомыми. Симптомы пищевой и контактной аллергии включают крапивницу, зуд и отек, рвоту, желудочно-кишечный дискомфорт и диарею. Пищевая аллергия редко приводит к риниту или респираторным (астматическим) реакциям.

Эпидемиология

Во всем мире распространенность аллергических заболеваний быстро растет как в развивающихся, так и в развитых странах. Некоторые исследования показывают, что в развитых странах аллергические расстройства значительно более распространены по сравнению с развивающимися странами. Распространенность аллергии или аллергических заболеваний определяется несколькими факторами, которые показывают восприимчивость населения к развитию атопических состояний. Основой заболеваемости аллергией у отдельных людей является главным образом генетическая и экологическая предрасположенность. В общей сложности 8-10% населения земного шара страдают одним или несколькими аллергическими заболеваниями, начиная от легкого ринита и заканчивая тяжелой анафилаксией или астмой.

Причины и факторы риска аллергии

Аллергены, которые могут быть обнаружены в различных средах, являются возбудителями реакций аллергии или гиперчувствительности. Распознавание факторов риска аллергии имеет решающее значение для выявления поддающихся изменению факторов и лиц, которым могут быть полезны профилактические меры. Факторы риска могут быть первичными, влияющими на частоту атопических заболеваний, или вторичными, влияющими на аллергическую сенсибилизацию или вызывающими симптомы у тех, кто уже сенсибилизирован. Факторы риска аллергии делятся на две категории: факторы хозяина и окружающей среды.

Факторы риска

Раса, пол, наследственность и возраст – это характеристики, влияющие на риск аллергии, причем наследственность является наиболее важной. Эти факторы в настоящее время не поддаются модификации.

Раса

Расовые различия в возникновении сенной лихорадки и астмы трудно объяснить, поскольку трудно отделить воздействие на окружающую среду и изменения, вызванные миграцией, от расовых факторов. У чернокожих людей уровень IgE выше, чем у европеоидов. Поступали сообщения о расовых различиях в исходах аллергических заболеваний, при этом афроамериканцы страдают непропорционально больше, чем белые люди. Аллергия на рыбу и моллюсков и более высокий риск аллергии на пшеницу значительно чаще встречаются у чернокожих детей, чем у белых. Риск смертельной анафилаксии у них в два-три раза выше.

Наследственность

Аллергическое состояние может передаваться по наследству, развитие аллергических заболеваний имеет прочную генетическую основу. В общей сложности 70% гомозиготных близнецов и 40% неидентичных близнецов имеют проблемы с аллергией. У людей с аллергией нередко рождаются дети с аллергическими состояниями и серьезными симптомами. Иммунная чувствительность более распространена у родителей-аллергиков, чем у родителей, не чувствительных к аллергии.

Обнаружено, что наиболее распространенные аллергические заболевания являются наследственными. Вероятность аллергического ответа, по-видимому, является генетической и связана со сбоем иммунной системы (ИС).

Пол

Атопия чаще встречается у мальчиков, чем у девочек. Это различие между полами можно объяснить более высоким уровнем чувствительности у мужчин по сравнению с женщинами к кошачьему эпителию, пыльце травы и клещу домашней пыли. Это также может объяснить, почему у мальчиков выше вероятность развития астмы. Хотя это гендерное неравенство уменьшается с возрастом, большинство исследователей сообщают, что у мужчин более высокая распространенность специфических IgE-антител, положительный результат кожных тестов и более высокий общий уровень IgE, чем у женщин. Однако при некоторых атопических заболеваниях, по крайней мере, при астме, распространенность заболевания, по-видимому, меняется в молодом возрасте.

Возраст

Возраст влияет на вероятность аллергической сенсибилизации и атопических заболеваний. Аллергическая чувствительность высока у детей, особенно у детей с атопическим анамнезом. Уровни IgE в младенчестве максимальны и быстро снижаются в возрасте от 10 до 30 лет, после этого снижение постепенно замедляется. Астма чаще встречается у детей младше десяти лет, а сенная лихорадка чаще всего встречается у молодых взрослых. Экзема – детское заболевание, которое начинается в возрасте до пяти лет у 87% взрослых пациентов с экземой и имеет частую ремиссию до совершеннолетия. Распространенность желудочно-кишечных аллергических заболеваний выше у малышей и младенцев.

Факторы окружающей среды

Иммунная модуляция происходит в результате изменений среды проживания, что провоцирует развитие аллергических ответов у восприимчивых групп населения. Значительные изменения влияют на иммунную сенсибилизацию, приводя к атопии.

Пассивное курение

Имеются данные о том, что пассивное курение повышает общий уровень IgE в сыворотке крови и увеличивает риск аллергических заболеваний, таких как аллергический ринит, астма и атопический дерматит. Пассивное курение, несомненно, является значительным фактором риска развития астмы. Связанные с курением аллергические состояния были оценены в нескольких исследованиях.

Загрязнение окружающей среды

Все исследования на людях, животных и эпидемиологические исследования показывают, что загрязнители воздуха играют значительную роль в этиологии аллергических заболеваний, таких как астма, с точки зрения обострения и развития. Сюда входят газообразные элементы, такие как твердые частицы (ТЧ), озон (O₃) и диоксид азота (NO₂), образующиеся в промышленности.

Согласно исследованиям контролируемого воздействия на астматиков, NO₂ может значительно усилить аллергическую реакцию на вдыхаемые аллергены. Воздействие O₃ также было связано с ухудшениями симптомов, респираторными инфекциями, госпитализацией и потребностью в экстренных медикаментах, с приступами астмы.

Ученые наблюдали большую вероятность развития астмы у детей в районах с высоким содержанием O₃, NO₂ в жилых помещениях и на открытом воздухе. Многие исследователи изучали взаимосвязь между загрязнителями, переносимыми воздушно-капельным путем, и астмой в мегаполисах. Дети-астматики чаще встречаются в районах с пролегающим рядом интенсивным дорожным движением.

Пищевые привычки

Избыточный вес, некачественное питание, ожирение и высокое потребление калорий у детей являются важными факторами, ответственными за развитие аллергии. У большинства детей с респираторной аллергией, особенно астматиков, неправильно организовано питание, нарушен режим приема пищи.

Сокращение потребления овощей и фруктов, обладающих противовоспалительными и антиоксидантными свойствами, отрицательно сказывается на распространенности / лечении астмы. Результаты исследований показывают, что потребление фаст-фуда в значительной степени связано с аллергическим ринитом (пыльцевой лихорадкой) и астмой.

Диеты с высоким содержанием овощей, злаков и крахмала связаны с более низким риском развития аллергического конъюнктивита и астмы. Фактические данные показывают, что диеты и продукты с высоким содержанием жиров часто связаны с ринитом, астмой, респираторным заболеванием и аллергией.

Инфекции

Бронхиальная астма и аллергическая сенсибилизация связаны с респираторными инфекциями, особенно вирусными. Детская аллергическая сенсибилизация, сопровождающаяся заболеваниями дыхательных путей, вызванными респираторными патогенными инфекциями, является воспроизводимой и последовательной среди различных факторов риска окружающей среды, связанных с развитием детской астмы. Заболевания у детей дошкольного возраста, вызванные как вирусными, так и бактериальными патогенами, также связаны с повышенным риском астмы. Роль бактериальных и вирусных инфекций в развитии аллергических заболеваний будет обсуждаться в следующем нашем обзоре.

Механизм аллергии и иммунная система

Роль иммунной системы заключается в защите организма от проникновения патогенов, вызывающих различные заболевания. Когда иммунная система ошибочно идентифицирует безвредный чужеродный антиген как патоген, возникает аллергическая реакция. Для защиты организма от преувеличенных сигналов стимуляции от безвредных антигенов, таких как антигены окружающей среды и собственные антигены, необходимо тщательно контролировать иммунную систему. У генетически предрасположенных лиц дисбаланс в регуляторных механизмах иммунной системы может привести к аллергическим заболеваниям или аутоиммунным нарушениям, в зависимости от природы антигена.

Во время аллергической реакции иммунная система должна обнаруживать патогенные раздражители и генерировать устойчивый иммунный ответ. Требуется специфическая сенсибилизация к антигену: наивные Т- и В-клетки идентифицируют специфические участки антигенов, которые называются эпитопами.

Во-первых, специфические антигены класса II MHC (major histocompatibility complex), синтезируемые на поверхности антигенпрезентирующих клеток (APC), обнаруживают аллергены и доставляют их наивным Т-лимфоцитам. Активация Т-клеток вызывает пролиферацию и дифференцировку Т-хелперных клеток 2-го типа (Th 2). Интерлейкин IL-5, IL-4 и IL-13 и врожденные (ILC-2) лимфоидные клетки, которые могут поддерживать и усиливать местное воспаление Th 2, вызванное секрецией цитокинов Th 2 (IL-13 и IL-5), являются первичными цитокинами, ответственными за аллергическую реакцию.

Эти ILS воздействуют на В-клетки, заставляя их переключаться на Ig класса E (IgE). Аллерген-специфические IgE-антитела связываются с высокоаффинными IgE-рецепторами (FcRI) на базофилах и тучных клетках. Повторное воздействие аллергена вызывает перекрестную связь IgE, связанного с FcRI, усиливая высвобождение других медиаторов и гистамина, которые вызывают симптомы аллергического заболевания. Аллерген-специфические клетки увеличиваются и реактивируются локально после 6-12 ч воздействия аллергена, что приводит к поздней фазе аллергической реакции.

Эффекторные клетки (в частности, базофилы, тучные клетки и эозинофилы) выделяют цитокины и медиаторы воспаления, продлевая провоспалительный ответ. Симптомы аллергических расстройств вызваны этой фазой, а постоянное воздействие аллергена приводит к переходу заболевания в хроническую форму.

Для развития аллергических заболеваний необходима специфическая сенсибилизация к антигену. Воспалительные цитокины (IL-13, IL-4 и IL-5) вырабатываются в результате клеточной экспансии и дифференцировки до 2 подтипов клеток. Они регулируют активацию и привлечение провоспалительных клеток (тучных клеток и эозинофилов) в слизистых оболочках органов-мишеней, а также переключение классов IgE в В-клетках.

Аллергия и микробиота

Микробиота (микрофлора кишечника) представляет собой совокупность микроорганизмов, в первую очередь бактерий, которые образуют сложную экосистему в пищеварительном тракте человека.

На микробиоту влияет широкий спектр факторов окружающей среды и питания, и она играет сложную роль в аллергических заболеваниях. Согласно недавним исследованиям, микробиота кишечника оказывает существенное влияние на развитие иммунной системы. Кишечная микробиота играет важную роль в формировании органов иммунной системы и помогает выявить закономерности иммунного ответа хозяина.

Обнаружены взаимосвязи между кишечной микробиотой и иммунными заболеваниями, модификации комменсальных бактерий могут вызывать изменения иммунной системы, которые влияют на ее созревание, развитие толерантности к пероральному приему и регуляцию метаболизма хозяина.

Возможные риски развития аллергии

В связи с тем, что иммунная система регулируется нормальной кишечной экосистемой, риск аллергии или атопии, вероятно, возрастет по мере ухудшения дисбактериоза желудочно-кишечного тракта. Дисбиоз описывается как нарушение гомеостаза кишечника, вызванное изменением функции и состава микробиоты. Многочисленные исследования показывают, что дисбактериоз кишечника или количественные и качественные нарушения в составе микрофлоры могут быть фактором патогенеза различных заболеваний, включая воспалительные заболевания кишечника, некротический энтероколит у новорожденных (NEC), целиакию, синдром раздраженного кишечника, атопический дерматит, аллергические расстройства, рак, депрессию,и другие. У многих пациентов с атопией и аллергией изменена микробиота, о чем свидетельствует, в первую очередь, анализ микробиоты кала. Дисбиоз также был обнаружен в микробиоте нижних и верхних дыхательных путей у пациентов с астмой, а также в микробиоте кожи у пациентов с атопическим дерматитом и в желудочно-кишечном тракте у людей, страдающих пищевой аллергией.

Согласно когортным исследованиям при рождении, отсутствие определенных видов бактерий в кишечной микробиоте у младенцев в возрасте 1-3 месяцев было связано с более высоким риском развития рецидивирующих хрипов при дыхании, астмы или атопии в более позднем возрасте. Такие изменения были связаны со снижением уровня или отсутствием противовоспалительных полиненасыщенных жирных кислот.

Протеобактерии, особенно Haemophilus spp., более распространены в легких взрослых астматиков, чем в контрольной группе, у которых доля Bacteroidetes выше. Кроме того, дети с астмой имеют более высокое содержание протеобактерий, чем здоровые контрольные группы. Дисбиоз кишечника у детей с аллергией на яйца был отмечен увеличением числа родов Lachnospiraceae и Streptococcaceae, а также уменьшением числа семейств Leuconostocaceae по сравнению с контрольными группами, не страдающими пищевой аллергией. Ученые сравнили микробиологические данные около 500 детей школьного возраста из сельских и городских районов и обнаружили ряд бактерий, включая Lactobacillus, Staphylococcus и Acinetobacter, которые были обратно пропорционально связаны с астмой и сенной лихорадкой.

Когда детей с аллергическими заболеваниями дыхательных путей сравнивали с детьми из аналогичной окружающей среды, например, из городских районов, наблюдалось умеренное снижение разнообразия микробиоты, а микроорганизмы из типа Firmicutes были значительно менее выражены, чем у здоровых детей.

Грудное молоко обеспечивает иммунные факторы, такие как антитела IgA, которые защищают от различных проблем со здоровьем в младенчестве, включая ожирение и избыточный вес, некротический энтероколит, диабет, инфекции и аллергические заболевания, а также снижают риск заболеваний в более позднем возрасте.

С другой стороны, грудное вскармливание было предметом дискуссий в среде ученых относительно его способности защищать детей от развития астмы и аллергических заболеваний. Эпидемиологические исследования в рамках дискуссии о том, может ли грудное вскармливание защитить от аллергических заболеваний и астмы в раннем детстве, дают противоречивые результаты. Но грудное вскармливание рекомендуется всем младенцам, независимо от аллергического анамнеза, при защитном воздействии грудного вскармливания на астму.

Согласно недавним исследованиям, дисбактериоз может начаться еще раньше, поскольку меконий новорожденных из группы риска демонстрирует измененный метаболом, полученный из микробиоты, и замедленное микробное разнообразие кишечника, характеризующееся главным образом недостатком противовоспалительных липидов в кале. Этот дисбактериоз в значительной степени связан с болезнью родителей, что означает, что здоровье матери во время беременности может оказывать влияние на вертикальную передачу микробов, которые влияют на раннее развитие микробиоты. Изменения в составе кишечной микробиоты могут вызывать устойчивость к пищевой аллергии или уязвимость через микробиологически чувствительную подгруппу клеток FOXP3 + RORt + T reg, которая, как известно, имеет решающее значение для поддержания пищевой толерантности.

Исследования на мышах, в частности эксперименты с мышами без микробов, предоставляют экспериментальные доказательства связи микробиомов с развитием аллергии. У мышей без микробов перепрограммирован профиль адаптивного иммунного ответа. Они особенно предрасположены к развитию клеток Th 2. Мыши, лишенные микробов, могут быть реконструированы специфическими штаммами микроорганизмов, а защита от аллергии индуцируется клостридиями и другими видами, связанными с защитой от аллергии, посредством выработки IgA, индукции клеток T reg и других иммунологических эффектов.

Недавно было продемонстрировано, что мыши, колонизированные комменсалами здоровых младенцев, защищены от анафилактических реакций на аллергены коровьего молока. Представитель клостридий, Anaerostipes caccae, также был обнаружен в этой модели в качестве защиты от аллергической реакции на пищу. В другой модели пищевой аллергии колонизация семью видами консорциума Bacteroidales или консорциума Clostridiales подавляла пищевую аллергию в мышиной модели. Дальнейшие исследования показали, что комменсалы активировали путь MyD88–RORt, что приводило к развитию Т-reg-клеток. Эти важные эксперименты помогают лучше понять функциональное значение дисбактериоза у пациентов с пищевой аллергией.

Вирусные инфекции при аллергических ответах

Вирусные патогены способны влиять на развитие аллергиеских ответов и астмы. В зависимости от обстоятельств вирусы либо защищают от аллергических расстройств, либо вызывать их. В течение 1 года жизни ИС (иммунная система) и дыхательные пути быстро созревают, а послеродовое развитие легких зависит от реакции на вирусную инфекцию и влияет на нее.

Тип вируса, возраст, интенсивность, сроки и локализация инфекции, а также взаимодействие с загрязнителями или аллергенами – все это связано с развитием аллергических заболеваний, особенно астмы (в отношении вирусных инфекций). Связываясь с определенными рецепторами на поверхности эпителиальных клеток дыхательных путей, вирусы вызывают противовирусные и воспалительные реакции, что ведет к активации врожденных иммунных ответов, привлечению мононуклеарных и нейтрофильных клеток в эту область и высвобождению медиаторов — хемокинов и цитокинов. Такие события могут изменить иммунологические и эпителиальные реакции на гиперактивное состояние.

Вирусные инфекции дыхательных путей и аллергены могут взаимодействовать различными способами, в том числе через нарушение барьерной функции эпителия. Вирусные инфекции дыхательных путей связаны с нарушением врожденного иммунитета, подавлением антиоксидантных свойств и нарушением герметичных соединений, что может привести к повышенной чувствительности к аллергенам и инфекциям.

Развитие астмы также связано с вирусными инфекциями

Возникновение астмы в детском возрасте и обострения астмы у взрослых и детей старшего возраста связаны с вирусными инфекциями дыхательных путей. Респираторные вирусы, связанные с астмой, включают те, которые вызывают гриппоподобные заболевания, простуду и бронхиолит, а также одышку у детей.

У детей школьного возраста и взрослых респираторные вирусы составляют примерно 85% обострений астмы. Респираторно-синцитиальный вирус (RSV), риновирусы человека и вирусы гриппа входят в число вирусов, связанных с обострением астмы. Инфекции, вызванные RSV, могут не только вызывать астму, но, согласно эпидемиологическому исследованию, они также могут привести к аллергической сенсибилизации и развитию астмы.

Вирусы парагриппа, коронавирусы, аденовирусы и недавно открытые бокавирусы и метапневмовирусы также имеют влиянеие, но встречаются реже.

Механизм, вызывающий аллергию с участием вирусов

Хотя механизмы, лежащие в основе ассоциации астмы и вирусной инфекции дыхательных путей, до конца не изучены, недавние сообщения указывают на то, что вирусная инфекция эпителиальных клеток может продуцировать цитокины, такие как IL-33 и IL-25, которые взаимодействуют с аллергическим воспалением, индуцируя как антигенспецифические, так и врожденные пути, связанные с клетками Th 2 и приводит к выработке муцина, усилению воспаления, связанного с Th 2, усилению IL-13, IL-4 и IL-5 и эозинофилии. У пациентов с атопической астмой цитокины Th 2 (IL-13, IL-5 и IL-4) хорошо известны как эффекторные молекулы.

Вирусная инфекция разрушает эпителиальный барьер, в результате чего вырабатывается тимусный стромальный лимфопоэтин и цитокины pro-Th 2 IL-25 и IL-33. Эти цитокины действуют на клетки Th 2, DC и ILC2, вызывая выработку цитокинов Th 2 IL-13, IL-5 и IL-4. Эти цитокины важны при астме: IL-13 и IL-4 способствуют переключению класса антител на IgE в В-клетках, IL-13 также может воздействовать на клетки гладкой мускулатуры дыхательных путей, вызывая сужение бронхов и способствуя ремоделированию дыхательных путей, а IL-5 стимулирует выработку эозинофилов.

IL-4, IL-13 и действия вируса на эпителиальные клетки дыхательных путей могут вызывать эотаксины, которые привлекают эозинофилы, а также регулируемые активацией хемокины (TARC), хемокины макрофагального – хемокин (MDC) и тимус, которые привлекают клетки Th 2 в дыхательные пути. Перекрестная связь IgE с аллергенами в тучных клетках высвобождает лейкотриены, гистамин и простагландины PGE2 и PGD2, что способствует сужению бронхов.

PGD2 активирует ILC2s, клетки Th 2 и базофилы путем связывания с CRTH2, молекулой, гомологичной рецептору хемоаттрактанта, экспрессируемой на клетках Th 2. Окислительный стресс также может быть вызван вирусами, а образование молекулярных паттернов, ассоциированных с патогеном (PAMP), и молекулярных паттернов, ассоциированных с повреждением (DAMP), может привести к выработке провоспалительных цитокинов, таких как IL-6, TNF и IL-1a / b. Вырабатываются распространяющиеся цитокины. Обычно это приводит к активации макрофагов и нейтрофильному воспалению. Индуцируемый аллергеном IL-1a также может стимулировать реакцию PROTH2, что приводит к активации ILC2 и выработке IL-33.

Аллергия и COVID-19

COVID-19, вызываемый SARS-CoV-2, имеет много общих симптомов с аллергическими заболеваниями, такими как кашель, обоняние, одышка, заложенность носа и нарушение вкуса. Некоторые аллергические заболевания, такие как хронический риносинусит с полипами носа (CRSwNP), аллергический ринит и астма, могут имитировать симптомы COVID-19: пациенты с астмой испытывают кашель и одышку, тогда как пациенты с аллергическим ринитом и CRSwNP испытывают насморк и головные боли.

Множественные патофизиологические процессы указывают на то, что аллергия может увеличить риск заражения SARS-CoV-2. Респираторный вирус запускает местный воспалительный каскад, приводящий к выработке цитокинов, что может усугубить симптомы астмы и аллергии.

Кроме того, у пациентов с аллергией нарушена врожденная секреция интерферона, что повышает их восприимчивость к респираторным вирусным инфекциям. Кроме того, эта пандемия началась весной, когда страдающие сезонной аллергией, скорее всего, испытывают некоторые из тех же симптомов. Хронические заболевания дыхательных путей и пандемия COVID-19 связаны с тревогой, что следует учитывать при интерпретации субъективных симптомов обоих состояний. У пациентов с COVID-19 были зарегистрированы кожные симптомы и признаки экземы и крапивницы, которые похожи на острую крапивницу или лекарственные реакции, что создает трудности для диагностики аллергологов и дерматологов. По этой причине важно обращать внимание на специфические для COVID-19 симптомы, такие как, в основном, лихорадка, а также чрезмерная усталость и снижение чувства вкуса или запаха, чтобы поставить точный диагноз.

COVID-19 и аллергены независимо связаны с проблемами психического здоровья. Карантин COVID-19 в большей степени психологически повлиял на пациентов с аллергическими заболеваниями, чем на пациентов без аллергии, поскольку у людей с аллергией риск симптомов депрессии был выше.

Пациенты с аллергией чаще прибегали к различным мерам профилактики COVID-19, включая поддержание дистанции, избегание людных или общественных мест, ношение маски для лица, отсрочку или отмену мероприятий, избегание контактов с людьми высокого риска, а также дезинфекцию или мытье рук. Большая приверженность профилактическим мероприятиям COVID-19 показала значительное влияние пандемии на психическое здоровье этой группы, поскольку социальная изоляция может вызвать безнадежность и депрессию. Сообщалось о взаимодействии COVID-19 с воспалительными психическими расстройствами, связанными с аллергией, такими как тревога, посттравматическое стрессовое расстройство (ПТСР) и депрессия. Таким образом, стресс, вызванный пандемией COVID-19, может усилить психиатрическую реакцию у тех, у кого уже были аллергические состояния.

Эпидемия COVID-19 стала тяжелым бременем для специалистов-аллергологов. Поскольку у COVID-19 схожие симптомы аллергического заболевания, пандемия может вызвать проблемы с определением приоритетов у людей с аллергией, очной оценкой и дальнейшими опасениями по поводу потенциальной диагностики COVID-19. Для пациентов с аллергическими заболеваниями следует свести к минимуму личные визиты и посещения больниц, а также уделять больше внимания социальному дистанцированию, дезинфекции рук, адаптации к консультациям с пациентами и достаточному количеству СИЗ для медицинских работников. Телеконсультации для пациентов с аллергией во время COVID-19 являются очень многообещающими, а платформы телемедицины могут предоставить надежные услуги.

Бактериальные инфекции при аллергии

Бактерии играют двойную роль в аллергии. В основном они касаются защиты, хотя некоторые виды бактерий стимулируют аллергическое воспаление. Воздействие бактерий уже давно связано с профилактикой аллергии. Например, микобактерии являются мощными индукторами ответов Th1, в частности высвобождения IFN, которые противодействуют воспалению 2-го типа и вызывают регуляторные ответы Т-клеток (Treg), основной противоаллергический иммунологический механизм. Заражение микобактериями туберкулеза и вакцинация другими микобактериями или Bacillus Calmette-Guérin снижают распространенность аллергии. Кроме того, существует множество доказательств того, что бактериальные соединения влияют на врожденную иммунную систему. TLR4 и другие врожденные рецепторы распознавания образов играют важную роль в антиаллергенных эффектах.

В последние десятилетия гигиеническая теория получила поддержку благодаря открытию значительного снижения инфекционных заболеваний, связанного с резким увеличением частоты аллергии: Снижение заболеваемости инфекционными заболеваниями в промышленно развитых странах на протяжении последних трех десятилетий является основным объяснением увеличения распространенности аллергических заболеваний. По мере того как роль комменсальной микробиоты в иммунной регуляции и воспалительном гомеостазе становилась все более очевидной, эта гипотеза позже была модифицирована.

С другой стороны, эпидемиологические данные свидетельствуют о том, что инфекция или колонизация определенными видами бактерий могут вызывать или усугублять аллергию. Бактерии, например, могут усугублять симптомы астмы сами по себе или в сочетании с вирусами, такими как респираторно-синцитиальный вирус или риновирус человека. Исследования, проведенные в 1970-х и 1980-х годах, показали, что бактериальная колонизация связана с аллергическими расстройствами. Атипичные бактерии, такие как микоплазменная пневмония, Chlamydia pneumoniae и Chlamydia trachomatis, были связаны с обострениями астмы, ремоделированием легких и увеличением частоты эпизодов хрипов. Эти патогены также были обнаружены в промывках носа, сыворотках и жидкости для бронхоальвеолярного лаважа (BAL) у пациентов с астмой.

Инфекция или колонизация Streptococcus pneumoniae, золотистым стафилококком, катаральной моракселлой и гемофильной палочкой, среди распространенных бактерий дыхательных путей человека, связана с рецидивирующим хрипом у детей, обструктивным заболеванием легких и возникновением и обострением астмы. Кроме того, бессимптомная колонизация M. catarrhalis или S. pneumoniae новорожденных связана с развитием астмы и рецидивирующим хрипом дыхания в более позднем возрасте.

Механизм, вызывающий аллергию с участием бактерий

Было обнаружено, что бактерии проявляют различную проаллергенную активность (неантигенспецифическую и антигенспецифическую). Эпителиальные клетки дыхательных путей могут быть инфицированы бактериями, вызывая гибель клеток, воспаление и разрушение эпителиального барьера. Порообразующие токсины, такие как бактериальные протеазы и токсины S. aureus (Hla), также играют роль в разрушении эпителиального барьера. Микробной инвазии способствует повышенная проницаемость эпителия, которая подвергает иммунную систему воздействию аллергенов и загрязнителей окружающей среды.

Некоторые бактерии могут вызывать высвобождение гистамина из тучных клеток и базофильных лейкоцитов человека через независимые или IgE-зависимые механизмы. Несколько исследований показали, что бактерии могут вызывать как дифференцировку наивных Т-клеток в клетки Th 2 или Th 17, так и высвобождение цитокинов Th 2.

Индукция цитокинов 2-го типа, вероятно, приведет к переключению класса Ig на IgE. Были описаны антитела IgE, направленные против C. pneumoniae, C. trachomatis, H. influenzae, S. aureus, M. pneumoniae, M. catharralis или S. pneumonia. Несмотря на то, что антибактериальный IgE можно измерить, имеются доказательства защиты от аллергии при воздействии S. pneumonia или H. influenzae. Было обнаружено, что специфические антитела IgE обратно пропорционально связаны с риском развития астмы у подростков в различных белках этих видов микроорганизмов. Кроме того, они подчеркивают важность механистической и эпидемиологической валидации прогнозирования аллергена.

Клещи домашней пыли (HDM) являются переносчиками антигенов для бактерий, колонизирующих дыхательные пути, кожу или кишечник, таких как E. coli или S. aureus. Следовательно, HDM может вызывать или способствовать сенсибилизации к бактериальным антигенам. Это может помочь объяснить, почему реакция IgE на бактериальные антигены так часто встречается при кожных и респираторных симптомах аллергии.

Следовательно, бактерии контролируют общие пути, вызывающие аллергию, и могут стать мишенями для иммунных реакций 2 типа, определяемых антителами IgE и специфическими клетками Th 2.

Выводы

Бактериальные токсины и протеазы разрушают эпителиальный барьер, обеспечивая проникновение обычных аллергенов и микробную инвазию. Это вызывает высвобождение мощных иммунных медиаторов (TSLP, IL-33 и IL-25) и местное воспаление.

Этот путь помогает рекрутировать и дифференцировать наивные Т-клетки в эффекторные Т-клетки (Th 17 и Th 2), что приводит к высвобождению проаллергенных цитокинов Th2. Секреция цитокинов 2-го типа также вызывается тканевыми резидентными ILC2s.

В-клетки дифференцируются в IgE-секретирующие плазматические клетки после перехода на класс Ig.

IgE способствует активации и привлечению базофилов, тучных клеток и эозинофилов.

Бактериальные компоненты потенциально могут вызывать IgE-независимую дегрануляцию этих эффекторных клеток, усиливая аллергическое воспаление.

Методы лечения аллергии

Достижения в области исследований аллергии оказали значительное влияние на лечение аллергических расстройств средней и тяжелой степени. Сейчас доступны многочисленные методы лечения различных симптомов аллергических расстройств, а также несколько препаратов, которые эффективно контролируют и лечат атопические состояния. Доступны инъекции адреналина при анафилаксии, в то время как другим людям обычно назначают противовоспалительные и антигистаминные препараты для облегчения симптомов.

Лечение аллергических заболеваний у детей проводится по той же схеме, что и у взрослых. Варианты лечения включают избегание аллергенов с помощью контроля окружающей среды, фармакотерапии и иммунотерапии. Основная цель лечения – контролировать симптомы, не влияя на функционирование ребенка. Вторая, но не менее важная цель – предотвратить развитие последствий аллергических заболеваний. В настоящее время наилучшим подходом к ребенку с высоким риском развития аллергии является раннее внедрение мер диетического и экологического контроля, чтобы уменьшить сенсибилизацию, а также распознавать и лечить признаки и симптомы аллергического заболевания по мере их появления.

Были разработаны различные методы диагностики, основанные на источниках аллергенов, и стратегии терапии, основанные на методах диагностики, разработанных для решения проблем, связанных с аллергическими реакциями.

Избегание аллергенов

Основным направлением лечения аллергии всегда должно быть строгое избегание специфических аллергенов, вызывающих аллергическое заболевание. Самое лучшее руководство по снижению аллергических реакций у чувствительных людей – избегать воздействия аллергена. Пищевая аллергия и некоторые виды аллергии на жалящих насекомых лечатся главным образом путем избегания, что может быть весьма полезным, если пациенты хорошо обучены профилактическим мерам. Однако невозможно избежать определенных аллергенов, которые переносятся по воздуху и легко вдыхаются без контроля или предупреждения. В этих обстоятельствах избежать невозможно, и для преодоления трудностей необходимы дополнительные терапевтические процедуры.

Фармакотерапия

Фармакотерапия может облегчить симптомы, вызванные аллергеном, когда профилактика и отслеживание аллергенов невозможны, а воздействие аллергии неизбежно. Разработано много лекарств, которые являются антагонистами и блокируют действие аллергических медиаторов. Антилейкотриены и антигистаминные препараты являются двумя распространенными лекарственными средствами-мишенями, которые предотвращают появление аллергических симптомов и подавляют действие медиаторов воспаления.  Одобрен и адреналин, антигистаминные препараты, глюкокортикостероиды и теофиллин, которые в первую очередь действуют как противовоспалительные молекулы. Противоотечные средства, стабилизаторы тучных клеток и эозинофильные хемотоксины наряду с антилейкотриенами, такими как зафирлукаст (Accolate) или монтелукаст (Singulair), обычно используются в качестве лекарств для мониторинга и профилактики хронических и острых аллергических заболеваний.

Иммунотерапия

Аллерген-специфическая иммунотерапия предполагает введение пациенту возрастающей дозы аллергенов с течением времени для обеспечения иммунологической и клинической переносимости. Иммунотерапия с инъекцией аллергена индуцирует толерантность к Т-клеткам с помощью различных методов, включая изменение секретируемых цитокинов, снижение пролиферации, вызванной аллергеном, стимуляцию апоптоза и продукцию Т-регуляторных клеток.

Это приводит к уменьшению медиаторов воспаления и клеток в пораженных тканях, выработке блокирующих антител и подавлению IgE. Эффективность такого рода иммунотерапии была продемонстрирована в исследованиях, а длительное применение показало, что иммунотерапия может помочь избежать развития атопии.

Вторым типом иммунотерапии является внутривенное введение моноклональных антител против IgE. Они связываются как с B-клетками, так и со свободными IgE, передавая сигналы и нейтрализуя их.

Сублингвальная иммунотерапия – это третий вид терапии, который проводится перорально и основан на иммунной толерантности к непатогенам, таким как резидентные бактерии и пищевые продукты.

Инъекции от аллергии могут стать наиболее эффективным методом лечения аллергии в будущем. Для успешного индивидуального лечения при этой терапии требуется тщательное наблюдение и долгосрочные курсы.

Неэффективные и недоказанные методы лечения

Экспериментальное лечение десенсибилизации, вызванной ферментами (EPD), было протестировано в некоторых исследованиях, но никаких обнадеживающих результатов обнаружено не было. Тот же метод в настоящее время используется во многих гипоаллергенных пищевых продуктах. Подход к лечению, однако, не был убедительным и не был признан эффективным. EPD использует разведения аллергена с ферментами бета-глюкуронидазы для поляризации Т-регуляторных лимфоцитов и изменения природы аллергена, что снижает индукцию IgE, способствует десенсибилизации и предотвращает аллергические реакции.

Роль биоинформатики в лечении аллергических заболеваний

В современную эпоху приложения биоинформатики используются для прогнозирования аллергенов и их аллергенности. Биоинформатика дополняет исследования в лабораторных условиях, предоставляя инструменты для управления этой лавиной данных. Несмотря на то, что управлять большим объемом биологических данных сложно, для обработки данных имеются специальные инструменты и базы данных. Несколько инструментов, баз данных и серверов содержат широкий спектр информации об аллергенах и других потенциальных побочных эффектах.

Цель баз данных, связанных с аллергией, — упростить поиск, сбор и анализ данных. Кроме того, методы биоинформатики могут быть использованы для систематизации аллергенов и выявления областей, которые могут быть причиной общих паттернов связывания IgE и перекрестной реактивности. Эти результаты могут быть использованы, чтобы помочь людям, страдающим аллергией, выбрать наилучшие варианты лечения.

Таким образом, возникла дисциплина биоинформатики аллергии, которая включает в себя ресурсы / базы данных, специфичные для аллергенов, а также вычислительные инструменты / методы. Многие исследовательские работы по биоинформатике аллергенов и иммуноинформатике были опубликованы различными группами исследователей.

Биоинформатика аллергенов имеет дело с инструментами / алгоритмами для прогнозирования аллергенности / аллергена, прогнозирования перекрестной реактивности аллергенов, баз данных аллергенов и прогнозирования эпитопов аллергенов.

Прогнозирование перекрестной реактивности аллергенов

Перекрестная реактивность играет важную роль в клинических и иммунологических аллергических реакциях. Поэтому прогноз перекрестной реактивности при аллергии считается важным.

В большинстве случаев прогноз аллергенности связан с прогнозом перекрестной реактивности аллергенов. Это связано с тем, что антигенные детерминанты, которые вызывают перекрестную реактивность аллергена, также ответственны за аллергенность. Следовательно, многие алгоритмы / инструменты, предназначенные для прогнозирования аллергена / аллергенности, могут также предсказывать перекрестную реактивность.

Критерии, установленные экспертами ВОЗ, помогают в выявлении перекрестной реактивности аллергенов.

AllerTool – это веб-сервер перекрестной реактивности, основанный на рекомендациях ВОЗ и последовательности аминокислот. В нем также графически показаны опубликованные и прогнозируемые модели перекрестной реактивности аллергенов.

AllerHunter – это веб-сервер, который эффективно анализирует перекрестную реактивность аллергенов в белках. Недавно разработанный алгоритм прогнозирования аллергенности, основанный на системе нечеткого вывода, также может предсказать перекрестную реактивность аллергена.

Аллергены: базы данных

В последние годы произошли значительные технологические достижения в области протеомики и геномики, а также значительные усовершенствования аналитических методов. В результате был достигнут значительный прогресс в исследованиях аллергии. Следовательно, число выявленных белковых аллергенов в последние годы неуклонно растет. В результате постоянного накопления клинических и молекулярных данных, связанных с аллергенами, эффективное хранение и управление данными стали критически важными. Таким образом, базы данных об аллергии являются очень важными ресурсами для фундаментальных исследований аллергии, поскольку они используются для архивирования имеющихся знаний об аллергенах.

Вычислительный прогноз аллергена / аллергенности

Аллергены – это в первую очередь белки, содержащиеся в пыльце, продуктах питания и других биологических объектах окружающей среды. В результате рисков для здоровья, связанных с аллергическими реакциями на эти белки, возникла необходимость оценить их потенциальную аллергенность. В последние годы для модификации существующих или новых белков часто используются методы обработки пищевых продуктов и генной инженерии.

Анализ аллергенности таких продуктов / белков и биофармацевтических препаратов имеет решающее значение для предотвращения переноса аллергенных молекул. Наиболее распространенным методом оценки аллергенности является компьютерное прогнозирование или оценка, и для этой цели эффективно использовался ряд методов / инструментов биоинформатики. Большинство из этих стратегий основаны на аминокислотных последовательностях и их различных свойствах, и лишь несколько подходов основаны на структурной информации.

Вычислительное предсказание эпитопов аллергенов

Эпитопы являются отличительными аминокислотными остатками на антигенах и являются значимыми предикторами иммунных реакций. Идентификация эпитопов считается ключевым шагом в создании эффективных мультисубъединичных вакцин, а также эффективных терапевтических и диагностических процедур аллергии. Эпитопы, связывающие IgE, также известные как эпитопы В-клеток, представляют собой белки, которые распознают сайты связывания IgE в аллергенах. Они играют важную роль во взаимодействии между аллергеном и антителом IgE.

IgE-связывающие эпитопы обладают отличными характеристиками, которые отличают эпитоп антитела от других эпитопов. Комплексные аллергены и антитела широко используются в иммунотерапии аллергенов и помогают в понимании явлений аллергии. В базах данных имеется большое количество эпитопов, которые могут быть использованы в качестве шаблона для прогнозирования новых эпитопов.

Антиген содержит Т-клеточные эпитопы, он также известен как антигенная детерминанта, которая взаимодействует с Т-клеткой через Т-клеточные рецепторы. Было обнаружено, что эпитопы Т-клеток аллергена играют важную роль в аллергических реакциях. В результате выявление аллергических расстройств было бы излечено путем разработки новой иммунотерапии на основе эпитопов, что позволило бы производить эффективные вакцины.

Хотя экспериментальные методы доказали свою эффективность в обнаружении эпитопов, их применение ограничено из-за их высокой стоимости и временных требований, а также их неспособности справиться с крупномасштабным выяснением эпитопов. Поэтому вычислительные подходы считаются весьма полезными, поскольку они экономически эффективны и экономят время. На протяжении многих лет был разработан широкий спектр высокоэффективных алгоритмов и методов для прогнозирования эпитопов. С помощью этих подходов прогнозируются как Т-клеточные, так и В-клеточные эпитопы, включая прерывистые (конформационные) и последовательные (линейные) эпитопы.

Выводы и перспективы на будущее

Аллергия – это серьезная проблема, от которой страдают миллионы людей во всем мире. Может быть трудно избежать нежелательного воздействия аллергена, если вызывающий аллерген редкий или неизвестный. Однако пациенты с аллергией могут минимизировать симптомы, избегая воздействия аллергена.

В настоящее время доступные методы диагностики и лечения направлены на облегчение симптомов, однако медикаментозное лечение не обеспечит долгосрочного облегчения аллергических расстройств. Исследователи проводят новые исследования, чтобы найти решения для лечения аллергии.

Достижения в области аналитических, протеомных и геномных подходов привели к появлению огромного количества данных, касающихся аллергенов и аллергий.

Структурные свойства аллергена значительно влияют на аллергенность. Эти знания используются для разработки эффективных методов прогнозирования перекрестной реактивности аллергена и аллергенности / аллергена. Недавние достижения в области прогнозирования эпитопов были сосредоточены на методах прогнозирования эпитопов, специфичных для антител. Использование этих методов для прогнозирования IgE-связывающих эпитопов будет иметь решающее значение для разработки лучших и более эффективных стратегий лечения и диагностики аллергических заболеваний.

Биоинформатика может сыграть значительную роль в разработке прорывных методологий AIT и в продвижении биоинформатики аллергенов. Это, безусловно, будет способствовать лучшему знанию аллергических заболеваний и окажет благотворное влияние на будущие исследования в этой области.