Czy zmiany w DNA mogą wyjaśnić alergię na mleko u niemowląt?

Badanie przeprowadzone przez naukowców z Fundación Jiménez Díaz w Madrycie ujawnia, że zmiany epigenetyczne w DNA mogą odgrywać kluczową rolę w rozwoju alergii na białko mleka krowiego u niemowląt. Zespół przeanalizował profile metylacji DNA u 19 dzieci poniżej pierwszego roku życia, porównując niemowlęta z alergią IgE-zależną (10 dzieci), nie-IgE-zależną (6 dzieci) oraz zdrowe dzieci kontrolne (3 osoby). Wyniki pokazują wyraźne różnice w wzorcach metylacji między tymi grupami, co może mieć istotne znaczenie dla przyszłej diagnostyki i monitorowania leczenia.

Metylacja DNA to proces biologiczny polegający na przyłączaniu grup metylowych do określonych fragmentów materiału genetycznego, który wpływa na aktywność genów bez zmieniania ich sekwencji. W kontekście alergii na mleko badacze zidentyfikowali specyficzne regiony DNA, które były różnie metylowane u dzieci alergicznych w porównaniu ze zdrowymi rówieśnikami. Co istotne, profil metylacyjny różnił się również między dwoma typami alergii – IgE-zależną, charakteryzującą się natychmiastowymi reakcjami skórnymi i oddechowymi, oraz nie-IgE-zależną, manifestującą się głównie objawami przewodu pokarmowego.

U dzieci z alergią IgE-zależną stwierdzono 15 znacząco zróżnicowanych regionów metylacji w obszarach promotorowych genów oraz 2 w samych genach, w porównaniu do grupy kontrolnej. U dzieci z alergią nie-IgE-zależną różnice były mniejsze – 4 regiony w promotorach i 2 w genach. Te odkrycia sugerują, że mechanizmy epigenetyczne mogą być odmienne w zależności od typu alergii, co może mieć znaczenie dla przyszłych strategii terapeutycznych i diagnostycznych.

Najważniejszym odkryciem było jednak to, że zmiany w metylacji DNA mogą przewidywać, które dzieci osiągną tolerancję wobec alergenu po zastosowaniu diety wykluczającej. Badacze zidentyfikowali 57 regionów metylacji w promotorach i 71 w genach, które uległy zmianom u dzieci rozwijających tolerancję po sześciu miesiącach diety. Te zmiany dotyczyły genów związanych z regulacją odpowiedzi immunologicznej, w tym TCF7, EVL i BCL11B, które mogą służyć jako potencjalne biomarkery sukcesu terapeutycznego.

Jak metylacja DNA wpływa na układ odpornościowy dziecka?

Metylacja DNA to jeden z fundamentalnych mechanizmów epigenetycznych regulujących ekspresję genów poprzez dodawanie grup metylowych do cytozyny w sekwencjach CpG, szczególnie w regionach promotorowych. Proces ten ogranicza dostęp czynników transkrypcyjnych, prowadząc do zmniejszenia aktywności genu. W kontekście alergii na mleko te zmiany epigenetyczne mogą wpływać na funkcjonowanie kluczowych komórek układu immunologicznego.

Badacze przeprowadzili analizę składu komórkowego krwi obwodowej metodą bioinformatyczną i stwierdzili istotne różnice w proporcjach poszczególnych populacji komórek odpornościowych. U dzieci alergicznych zaobserwowano zwiększoną liczbę naiwnych limfocytów B w porównaniu do grupy kontrolnej. Ta ekspansja może odzwierciedlać ciągłą ekspozycję na antygen i aktywację immunologiczną, potencjalnie przyczyniając się do utrzymywania się uczulenia alergicznego.

Przeciwnie, komórki natural killer (NK) były znacząco zredukowane w obu grupach alergicznych w porównaniu do kontroli. Zmniejszenie poziomu tych komórek może wskazywać na ich istotną rolę w modulowaniu odpowiedzi immunologicznej typu 2. Redukcja komórek NK była wcześniej raportowana u osób z alergią na mleko i może być związana z rozwojem lub nasileniem choroby alergicznej.

Dodatkowo częstości monocytów różniły się między grupami CMAIE i CMANIE. Monocyty są kluczowymi regulatorami zarówno odporności wrodzonej, jak i nabytej – mogą różnicować się w makrofagi lub komórki dendrytyczne, wpływając tym samym na polaryzację limfocytów T. Badania wykazały, że monocyty niemowląt z alergią pokarmową wykazują prozapalny fenotyp, co sugeruje, że wczesny początek alergii może być związany z dysregulacją wrodzonej odpowiedzi immunologicznej.

Czym różnią się profile epigenetyczne w alergii IgE i nie-IgE?

Badanie ujawniło wyraźne różnice w profilach metylacji DNA między dwoma głównymi typami alergii na mleko. W grupie z alergią IgE-zależną zidentyfikowano zmiany w genach wcześniej kojarzonych z odpowiedzią alergiczną. Gen LDHC (dehydrogenaza mleczanowa C) był hipometylowany w limfocytach CD4+ dzieci z alergią pokarmową. Podobnie gen kodujący białko TRAF3IP3 wykazywał zmiany metylacji – to białko odgrywa znaczącą rolę w funkcjonowaniu regulatorowych limfocytów T i jest zaangażowane w szlak Th2 odpowiedzi alergicznej.

W przypadku alergii nie-IgE-zależnej kluczowym odkryciem była hipometylacja genu BCL11B. Ten gen jest znany ze swojej roli w różnicowaniu limfocytów T i funkcjonowaniu komórek limfoidalnych wrodzonej odporności typu 2. Zróżnicowany stan metylacji BCL11B może sugerować tendencję do odpowiedzi zapalnej typu 2, głównie poprzez zwiększoną produkcję cytokin, takich jak IL-5 i IL-13. To odkrycie jest zgodne z badaniami sugerującymi znaczenie szlaku eozynofilowego w rozwoju alergii nie-IgE-zależnych.

Porównanie bezpośrednie między obiema grupami alergicznymi ujawniło dodatkowe różnice. Wśród promotorów, które były różnie metylowane, należy wyróżnić RUFY1 i S100A1 w grupie CMAIE. Gen RUFY1 był hipometylowany, a wcześniejsze badania wykazały zmiany w metylacji DNA tego genu u dzieci uczulonych na alergeny wziewne. Z kolei S100A1 był hipermetylowany, co potwierdzają również inne badania u młodzieży z wielopokarmową alergią oraz dzieci z atopowym zapaleniem skóry.

W jaki sposób dieta wykluczająca zmienia profil epigenetyczny?

Jednym z najważniejszych aspektów badania było monitorowanie zmian epigenetycznych u dzieci po sześciu miesiącach stosowania diety wykluczającej białko mleka krowiego. W grupie z alergią IgE-zależną 40% pacjentów osiągnęło tolerancję po interwencji dietetycznej, co zostało potwierdzone negatywnymi wynikami doustnego testu prowokacyjnego. Analiza porównawcza między dziećmi tolerującymi i nietolerującymi ujawniła znaczące różnice w profilach metylacji.

U dzieci, które rozwinęły tolerancję, zidentyfikowano liczne modyfikacje metylacyjne – 57 znaczących regionów w promotorach i 71 związanych z genami. Wśród nich znalazły się geny związane z alergią, odpowiedzią immunologiczną i stanem zapalnym, takie jak LCK, BACH2, SATB1, LIME1, KSR1, BCL11B, TCF1 i EVL. Co interesujące, niektóre z tych genów były wcześniej powiązane z odpowiedzią tolerancyjną związaną z regulatorowymi limfocytami T.

Szczególnie istotny jest gen TCF7, który był hipermetylowany u dzieci tolerujących po zakończeniu diety i wykazywał negatywną korelację z poziomami swoistych IgE przeciwko mleku i beta-laktoglobulinie. TCF7 koduje czynnik TCF1, który został opisany jako kluczowy regulator zmian epigenetycznych zależnych od Foxp3, działając jako pozytywny regulator dostępności chromatyny w komórkach Foxp3+. To może sugerować, że Foxp3 kształtuje tożsamość epigenetyczną regulatorowych limfocytów T głównie w sposób pośredni, poprzez modulację aktywności innych kluczowych czynników transkrypcyjnych.

Innym znaczącym genem jest EVL, który jest regulowany przez IL-13. Wcześniejsze badania wykazały, że ten gen jest hipometylowany u pacjentów z alergią na mleko w porównaniu do kontroli, prawdopodobnie z powodu wysokich poziomów IL-13. W obecnym badaniu EVL był hipermetylowany po diecie u pacjentów tolerujących. Te odkrycia sugerują, że metylacja genu EVL może odgrywać kluczową rolę w nabywaniu tolerancji w CMA i może służyć jako potencjalny biomarker remisji alergii.

Czy zmiany epigenetyczne mogą służyć jako biomarkery diagnostyczne?

Badanie zidentyfikowało szereg potencjalnych biomarkerów epigenetycznych, które mogą mieć zastosowanie w diagnostyce i monitorowaniu leczenia alergii na mleko. Analiza korelacji między poziomami metylacji a parametrami klinicznymi ujawniła istotne zależności, szczególnie w kontekście poziomów swoistych przeciwciał IgE i IgG.

U dzieci nietolerujących intensywność metylacji związana z promotorem HOXA2 wykazywała silne pozytywne korelacje z poziomami sIgE do pełnego mleka, kazeiny, alfa-laktoalbuminy i beta-laktoglobuliny zarówno na początku badania, jak i po leczeniu. Te korelacje pozostawały stabilne w czasie, co może sugerować trwałe epigenetyczne powiązanie z uczuleniem alergicznym, które nie uległo poprawie po leczeniu.

W przeciwieństwie do tego, u dzieci tolerujących zaobserwowano dynamiczny wzorzec korelacji. Na początku badania stwierdzono silne pozytywne korelacje między poziomami IgG a intensywnością metylacji promotorów ADGRG3, DYRK4 i KSR1, ale nie obserwowano korelacji z sIgE. Po leczeniu te korelacje przesunęły się w kierunku silniejszego związku z poziomami sIgE dla tych samych genów, wraz z TCF7, który wykazywał negatywną korelację z poziomami sIgE do mleka i beta-laktoglobuliny. Te zmiany mogą sugerować przeprogramowanie krajobrazu epigenetycznego towarzyszące rozwojowi tolerancji immunologicznej.

Jakie perspektywy otwiera badanie dla leczenia alergii na mleko?

Badanie dostarcza istotnych dowodów na to, że zmiany epigenetyczne w postaci metylacji DNA odgrywają kluczową rolę w patogenezie alergii na mleko u niemowląt. Zidentyfikowano wyraźne różnice w profilach metylacyjnych między dziećmi z alergią IgE-zależną, nie-IgE-zależną oraz zdrowymi rówieśnikami, co wskazuje na różne mechanizmy molekularne leżące u podstaw tych typów alergii. Najważniejszym odkryciem jest identyfikacja specyficznych zmian epigenetycznych związanych z nabywaniem tolerancji wobec alergenu po zastosowaniu diety wykluczającej. Geny takie jak TCF7, EVL i BCL11B wykazują charakterystyczne wzorce metylacji u dzieci, które rozwinęły tolerancję, co czyni je obiecującymi kandydatami na biomarkery prognostyczne. Wyniki te otwierają nowe perspektywy dla diagnostyki i leczenia alergii na mleko – potencjalne zastosowanie biomarkerów epigenetycznych może przyczynić się do wcześniejszej i dokładniejszej diagnozy, lepszego monitorowania odpowiedzi na leczenie oraz identyfikacji pacjentów z większym prawdopodobieństwem rozwoju tolerancji.

Pytania i odpowiedzi