FSHW | 花生过敏相关化学物质、蛋白质和途径的数据驱动分析：从分子网络到生物学解释

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Introduction

与过敏有关的疾病因其日益流行而被认为是主要的世界卫生问题之一。花生是最常见的食物过敏诱因之一。它是由针对花生蛋白的特殊免疫反应引起的。已知脂肪酸（FA）在多个层面上影响和影响免疫系统。花生和许多其他过敏原已知含有大量的甘油三酯，这会影响抗原的吸收，但对致敏和过敏反应的影响尚不清楚。在本研究中，整理了几项膳食干预研究和膳食数据库中与花生、坚果和大豆相关的过敏数据，为花生过敏性评估的新研究方向提供了新的科学知识。电子实验结果表明，多不饱和脂肪酸（花生成分的内在因素）可能通过下调重要的调节途径来促进过敏反应的敏化和诱导。此外，本研究对花生中的非蛋白质成分在花生过敏中的重要作用有了新的认识，花生的过敏性评估应考虑其脂肪酸（膳食脂）的化学组成及其在免疫反应中的作用。

Results

花生、坚果和大豆的化学数据驱动分析

脂肪酸

为了确定与类似食物相比，花生中主要存在哪些脂肪酸，比较了花生、五种不同的坚果和生大豆的成分。总饱和脂肪酸（SFA），花生（19.3%）与腰果（20%）并列第一。对单一脂肪酸浓度的研究揭示了花生的一个独特特征，即与其他被考虑的坚果相比，二十二酸和泡麻酸的相对量较高（图1）。

使用内部靶点预测工具“SuperPred”的预测结果（表1）证实了泡桐酸和二十二酸通过Toll样受体4（TLR4）在过敏中的相互作用，通过与半胱氨酰白三烯受体2（CySLTR2）的相互作用在哮喘中的相互作用，在细胞色素P450 3A4的特应性皮炎（CYP 3A4）中的相互作用，以及在一般炎症中通过甲酰肽受体1（FPR1）的相互作用。

表1 与坚果中存在的化学物质相关的AOPS和分子目标的计算预测

此外，还分析和比较了花生和其他坚果中存在的ω-6和ω-3脂肪酸的比例。总体而言，核桃的ω-6和ω-3脂肪酸比例最好，花生最差（表2）。

表2 各坚果的脂肪酸含量

维生素

考虑到基于维生素的分析，花生含有特别高的胆碱和烟酸（图2）。花生还含有大量的总生育酚，主要是由于α-和γ-生育酚含量较高。使用ProTox II的预测表明，烟酸具有潜在的肝脏毒性，但急性毒性较低（毒性等级5，LD50：3720 mg/kg）。利用SuperPred（表1），烟酸被预测通过与M胆碱受体M5（CHRM5）相互作用而参与变应性鼻炎，并通过细胞周期蛋白依赖性激酶1（CDK1）/细胞周期蛋白B参与过敏性炎症。

加工花生的化学成分

烤花生比生花生或煮花生更容易引发过敏反应，比较了不同加工形式花生的化学成分。因此，研究了生花生、煮花生和干烤花生之间的差异。除了腌制的煮花生外，还分析了纯花生（图3）。根据本研究中的化学成分分析，与所有其他不同加工形式的花生相比，煮花生的能量、蛋白质和脂肪（总、饱和、单不饱和、多不饱和）含量都有所下降。初步分析表明，与生花生相比，干烤花生的SFAs含量更高，但PUFAs含量更低（图3）。此外，γ-亚麻酸的含量甚至增加了约10倍。此外，花生四烯酸和芥酸是干烤花生中存在的两种化合物，而生花生中没有（图3）。在饮食材料方面，加工花生的钙、铁、锌、铜和钾的含量较低。与此形成对比的是，干烤花生的硒含量高于生花生。生花生和干烤花生中磷和镁的含量基本相同。由于添加了盐，煮熟的花生再次显示出所有考虑的膳食矿物质中最低的含量，唯一的例外是钠（图3）。

花生化合物的蛋白质相互作用

考虑花生的所有化合物（化学成分），它们与蛋白质（分子靶标）和相应途径（靶标）的相互作用进行了分析（图4）。该图显示了使用网络图确定的与花生化合物相互作用的顶级人类蛋白质。PPAR及其异构体被认为具有最高数量的相互作用。根据数据，这些受体只与九种脂肪酸组成的基团相互作用。五种脂肪酸也与酪氨酸蛋白磷酸酶非受体1型相互作用。本分析还揭示了另一种感兴趣的蛋白质-醛酮还原酶家族1成员B1，因为它与五种不同的花生成分相互作用，主要是芳香酸。这些从网络中识别的簇表明，特别是PPAR和某些脂肪酸的关联可能会为花生过敏相关的机制提供更深层次的见解。

脂肪酸对变态反应的影响

根据分析，烤花生中棕榈油酸含量特别丰富，之前的研究表明，特应性疾病和成年女性花粉热的致敏作用呈正相关。γ-6亚麻酸（ω-6 PUFAs）的含量也因烘焙过程而增加，已知它会部分转化为花生四烯酸（ω-6 PUFAs），后者只存在于烘焙花生中。由于它是前列腺素E2（PGE2）的前体，它可能反过来通过抑制干扰素γ的形成而促进过敏性致敏。与其他坚果相比，山毛酸（二十二酸）和泡麻酸可能在花生中含量更高，而芥酸只存在于烤花生中，而不存在于生花生中。因此，如果他们与食物过敏有关，那么发现他们与食物过敏的关系就特别有意义了。

脂肪酸与PPAR的相互作用

如图4所示，花生中的脂肪酸对PPARα具有最高的抑制潜力。然而，通过单独观察脂肪酸的IC50值，可以观察到更细微的差异（图5和图6）。有很好的证据表明，花生中的脂肪酸对PPARα有抑制作用，但在一定程度上也对PPARδ和γ有抑制作用。

通过脂肪酸抑制PPAR亚型可能会增强对花生的过敏反应

PPARγ可促进辅助性T细胞2（Th2细胞）、2型固有淋巴样细胞、M2巨噬细胞和树突状细胞的功能。花生中的某些脂肪酸能够抑制PPARγ信号转导，导致PPARγ途径下调。Toll样受体途径1是先天免疫系统的一部分。通过不同的TLR，识别来自不同微生物的病原体相关分子模式，导致MyD88、含TIR结构域的TIR结构域诱导干扰素β（TRIF）、Toll-IL-1受体域含适配器蛋白（TIRAP）或转位链相关膜蛋白（TRAM）的募集，导致致炎细胞因子（IL-12、IL-1、肿瘤坏死因子-α）的释放，从而导致转录因子NF-κB的激活，从而引起天然免疫反应。

脂肪酸可能通过这一途径在花生过敏反应中发挥作用的假说是，PPARα或其他亚型受体通过抑制核因子NF-κB p105亚单位（NFKB1）发挥抗炎作用，导致过敏反应增强。图7显示了脂肪酸与PPARα受体的相互作用和免疫调节的系统演示。与生花生相比，烤花生中的γ-亚麻酸（ω-6）和棕榈油酸含量大大增加。已知它们能以较低的IC50值抑制PPARα。棕榈酸和肉豆蔻酸在这一途径中的作用似乎不明确，因为它们可以抑制TLR2受体（IC50值为5000nmol/L），这可能导致免疫反应的下调。这些发现与上述分析的观察结果相吻合，因为这两种脂肪酸在烤花生中的含量都低于生花生，从而降低了它们潜在的积极免疫调节作用。

Conclusion

这项数据驱动的研究的目的是调查和突出花生、坚果和大豆中存在的化学成分，以阐明它们在过敏反应的发展和管理中的潜在作用。除了营养价值，脂肪酸还具有显著的免疫调节功能。对花生和其他坚果中的脂肪酸组成和ω-6/ω-3的比值进行了研究。并对煮花生、生花生和干烤花生的维生素、脂肪酸等营养成分进行了比较分析。计算分析表明，ω-6脂肪酸，如γ-亚麻酸，在干烤花生中大量存在，可能是PPARγ和其他亚型的拮抗剂，导致途径和其他相关内源基因的下调。这种对PPARγ的抑制可以在加剧过敏反应方面发挥积极作用。为了更好地了解食物过敏，这项研究中进行的数据外推可以支持解开新的途径和相互作用。由于这是一种数据驱动的方法，进一步的实验和/或临床证实是必要的。

Data-driven analysis of chemicals, proteins and pathways associated with peanut allergy: from molecular networking to biological interpretation

Emmanuel Kemmlera,b, Julian Braunb,c,d, Florent Fauchèreb,c,d, Sabine Dölle-Bierkeb,e, Kirsten Beyerb,f, Robert Preissnera,b, Margitta Wormb,e, Priyanka Banerjeea,b,*

a Institute for Physiology, Charité – University Medicine Berlin, Berlin 10115, Germany

b Member of the KFO339, FOOD@, Berlin 10115, Germany

c Si-M / “Der Simulierte Mensch” a science framework of Technische Universität Berlin and Charité-Universitätsmedizin Berlin, Berlin 10115, Germany

d Charité -Universitätsmedizin Berlin, corporate member of Freie Universität Berlin, Humboldt-Universität zu Berlin, and Berlin Institute of Health, Berlin 10115, Germany

e Division of Allergy and Immunology, Department of Dermatology, Venerology and Allergy, Charité-Universitätsmedizin Berlin, corporate member of Freie Universität Berlin and Humboldt-Universität zu Berlin, Berlin 10115, Germany

f Pediatrics, Campus Virchow, Charité – University Medicine Berlin, Berlin 10115, Germany

*Corresponding author.

Abstract

Peanut allergy is majorly related to severe food induced allergic reactions. Several food including cow’s milk, hen’s eggs, soy, wheat, peanuts, tree nuts (walnuts, hazelnuts, almonds, cashews, pecans and pistachios), fish and shellf ish are responsible for more than 90% of food allergies. Here, we provide promising insights using a large-scale data-driven analysis, comparing the mechanistic feature and biological relevance of different ingredients presents in peanuts, tree nuts (walnuts, almonds, cashews, pecans and pistachios) and soybean.Additionally, we have analysed the chemical compositions of peanuts in different processed form raw, boiled and dry-roasted. Using the data-driven approach we are able to generate new hypotheses to explain why nuclear receptors like the peroxisome proliferator-activated receptors (PPARs) and its isoform and their interaction with dietary lipids may have signif icant effect on allergic response. The results obtained from this study will direct future experimental and clinical studies to understand the role of dietary lipids and PPAR-isoforms to exert pro-inflammatory or anti-inflammatory functions on cells of the innate immunity and influence antigen presentation to the cells of the adaptive immunity.

Reference:

KEMMLER E, BRAUN J, FAUCHÈRE F, et al. Data-driven analysis of chemicals, proteins and pathways associated with peanut allergy: from molecular networking to biological interpretation[J]. Food Science and Human Wellness, 2024, 13(3): 1322-1335. DOI:10.26599/FSHW.2022.9250111.

翻译：管勤昊（实习）

编辑：梁安琪；责任编辑：张睿梅

封面图片来源：图虫创意

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