FSHW | 外源性组胺对关键免疫细胞的免疫干扰作用

健康   2024-11-21 17:36   北京  
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Abstract
食物中的组胺因其潜在的毒性和相关的健康风险而引起广泛关注。然而,它对免疫成分的影响,特别是关键免疫细胞的功能,仍然知之甚少。在这项工作中,探讨了外源性组胺对肠上皮细胞、树突状细胞和T细胞等关键免疫细胞功能的影响。结果显示,组胺在高剂量组胺下可影响CMT93细胞中过敏相关基因的表达。此外,研究发现组胺可能导致树突状细胞和T细胞分泌的相关免疫因子水平失衡,尤其是与过敏有关的免疫因子。同时,组胺刺激后,MHC II.类阳性树突状细胞的比例和CD4+ T细胞中辅助性T细胞2(Th2)的比例增加。食物中一定水平的组胺可能会影响过敏相关细胞因子的表达,破坏免疫稳态的平衡,并可能导致不良的免疫反应。这项工作表明,在水产品中包括组胺免疫安全性的估计,而不仅仅是考虑食物中毒的潜在风险的重要性。

Introduction
近年来,食品安全受到广泛关注。生物胺是产生食品安全问题的主要因素。生物胺是具有生物活性和低分子量的碱性含氮化合物。生物胺广泛存在于日常生活中的食物中,如调味品、奶酪和发酵食品、肉类和水产品。生物胺通过两种途径在食物中产生:酮和醛的胺化和转氨,或含有氨基酸脱羧酶的受污染微生物对游离氨基酸进行脱羧。组胺、尸胺、亚精胺、酪胺、腐胺、精胺和色胺是食品变质过程中产生的典型生物胺。其中,组胺是毒性最强的一种,大量摄入会引起头痛、呼吸困难和腹泻。由于食物中的组胺存在潜在的健康风险,以及低温冷藏或高温蒸煮不能有效抑制食物中生物胺的产生,越来越多的国家已立法限制食物中的组胺含量。根据欧盟委员会关于食品微生物标准的第2073/2005号条例,与组氨酸水平升高有关的物种的鲜鱼中组胺含量限值低于100 mg/kg。
目前对食物中高剂量组胺毒性的研究比较透彻。将HT29肠上皮细胞暴露于不同剂量的组胺,发现用5 mmol/L组胺处理的细胞增殖谱没有改变。然而,10.8 mmol/L或以上的剂量被发现具有细胞毒性。同时,发现组胺显著增加了细胞DNA片段化。研究还报告说,食用组胺浓度为8~40 mg的膳食可能导致轻度毒性,而40~100 mg或更高的值与中度和重度中毒有关。组胺在摄入0.75 mg/kg体质量的组胺或含有50 mg/kg组胺的食物后对敏感个体具有毒性。组胺也被证明与细胞凋亡的触发和进展密切相关。这些关于组胺毒理学的研究主要是研究其毒性。对组胺潜在免疫风险的研究相对较少。组胺被认为在几种免疫过程中起二分作用,例如过敏的效应阶段。外源性组胺促进了小鼠的镍过敏并影响了免疫系统的稳态。已经探索过组胺促进了引起小鼠过敏的其他物质。然而,组胺如何影响关键免疫细胞的功能在很大程度上仍然未知。
在这项工作中,探讨了组胺在消费者在饮食中容易暴露的水平(0~5 mmol/L)对关键免疫细胞的影响(图1)。使用模型肠上皮细胞CMT93肠细胞来检查组胺对肠道免疫防御的第一线的影响。还仔细评估了组胺对树突状细胞的影响,树突状细胞被认为是最关键的抗原呈递细胞,是诱导T细胞衍生为T辅助性(Th)1和Th2细胞的关键。此外,还研究了组胺刺激对Th1和Th2细胞分化平衡的影响,这对于维持免疫平衡至关重要。本研究旨在增加对组胺免疫毒理学的了解,这可能有助于确保食品的食用安全。
图1  组胺对关键免疫细胞的免疫作用

Results
组胺对肠上皮细胞细胞因子基因表达的影响

肠上皮细胞作为肠道免疫系统的第一道防线,在维持免疫稳态、发挥免疫防御功能、平衡损伤修复等方面起着至关重要的作用。从这个意义上说,选择CMT93肠道细胞作为研究对象,研究外源性组胺对肠道免疫防御系统第一道防线的影响。首先用不同浓度的组胺处理细胞。结果发现,与对照组相比,用0~5 mmol/L组胺处理的细胞活力没有变化。因此,选择这些浓度水平的组胺进行进一步研究,以消除组胺的细胞毒性作用的影响。采用RT-qPCR检测CMT93分泌的胸腺基质淋巴细胞生成素(TSLP)、IL-25和IL-33等上皮免疫细胞因子的表达。如图2所示,高剂量组胺刺激后TSLP、IL-25和IL-33的表达均上调。IL-33在1.00 mmol/L组胺刺激下显著增强(图2B),而IL-25和TSLP在5.00 mmol/L组胺刺激下显著上调(图2A和C)。这可能是由于不同细胞因子对组胺浓度的敏感性不同。这些结果表明,外源性组胺可以影响结肠上皮细胞中免疫相关转录因子的表达。

图2  CMT93细胞用指定浓度的组胺或PBS处理,通过RT-qPCR测定(A)TSLP,(B)IL-33和(C)IL-25的表达

组胺对免疫细胞亚群的影响

树突状细胞和Th细胞等免疫细胞亚群在免疫反应中起重要作用,特别是在食物过敏反应中。为研究组胺对免疫细胞亚群分化的影响,获取小鼠脾脏单细胞悬浮液,用不同浓度的组胺(0.45、1.00、5.00 mmol/L)刺激。如图3A所示,当组胺剂量高于1.00 mmol/L时,CD11c+MHC Ⅱ+树突状细胞的百分比显著增加。此外,组胺剂量为5.00 mmol/L时,CD4+CD183+ Th1细胞的百分比显著降低,而CD4+ST2+ Th2细胞的百分比急剧增加(图3B和C)。这些结果表明,外源组胺对树突状细胞和Th细胞的分化有一定作用,并能显著提高CD4+ T细胞中Th2细胞的比例。
图3  不同浓度的组胺对免疫细胞亚群的影响

组胺对树突状细胞和T细胞细胞因子的影响

采用小鼠脾脏单细胞悬液研究组胺对树突状细胞和T细胞分泌的免疫细胞因子的影响。将细胞暴露于指定浓度的组胺(0.45、1.00、5.00 mmol/L)或等剂量的PBS。通过ELISA评估免疫细胞因子(IFN-γ、IL-10和IL-6)的浓度。如图4A-C所示,用指定浓度的组胺(0.45、1.00和5.00 mmol/L)处理细胞后,IFN-γ、IL-10和IL-6的浓度降低。当组胺浓度达到0.45 mmol/L时,观察到显著变化。此外,通过RT-qPCR研究了免疫转录因子的表达,包括OX40配体(OX40L)、GATA结合蛋白-3(GATA3)、IFN-γT-box在T细胞中表达(T-bet)和IL-10(图5A-E)。IFN-γT-betIL-10的mRNA表达表现出显著的下调。其中,IFN-γ的mRNA表达在0.45 mmol/L时发生显著变化,T-bet的表达在1.00 mmol/L时发生显著变化。此外,IL-10的表达在5.00 mmol/L时显著降低。相比之下,GATA3OX40L的mRNA表达显著上调。例如,在组胺浓度为5.00 mmol/L时,转录因子OX40LGATA3的mRNA表达显著增加。这些结果表明组胺对免疫相关转录因子有一定影响。
图4  在细胞培养上清液中测量的(A)IFN-γ、(B)IL-10和(C)IL-6的浓度
图5  通过RT-qPCR测定(A)OX40L、(B)GATA3、(C)IFN-γ、(D)IL-10和(E)T-bet的表达

Discussion
生物胺广泛存在于日常生活中的食物中。不适当的环境卫生、食品加工工艺、食品贮藏,可能导致大量生物胺的产生,对人们的健康造成严重损害,造成巨大的经济损失。食品中的生物胺大多以组胺、腐胺、尸胺等二胺的形式存在,约占生物胺总量的60%~80%。组胺是毒性最强的二胺之一,过量摄入可导致一系列中毒表现。因此,评估含有组胺的食物的毒理学风险是当前的研究热点。最近的一系列研究强调了组胺对细胞和小鼠的毒性作用。在这项工作中检测到组胺的细胞毒性阈值约为10.00 mmol/L。该结果支持了先前的研究,即浓度高于10.8 mmol/L的组胺可以抑制细胞增殖。相比之下,关于组胺对免疫系统功能影响的研究仍然相当有限。研究低于细胞毒性阈值的组胺对免疫系统的影响至关重要,以确保食品的食用安全。
免疫反应涉及免疫系统中的许多关键免疫细胞,它们在此过程中发挥着不同的作用。本研究首先研究了组胺对CMT93细胞的影响。研究发现,CMT93细胞中上皮过敏性细胞因子TSLP、IL-33和IL-25的表达在高剂量组胺治疗后上调。例如,IL-33在1.00 mmol/L组胺刺激下表达显著上调,而IL-25和TSLP在5.00 mmol/L组胺刺激下表达显著上调。组胺活性浓度的差异可能源于细胞因子对组胺的不同敏感性。肠道免疫系统是维持免疫稳态和减少食物中有害成分引起的不良免疫反应的重要组成部分。因此,由肠上皮细胞组成的肠上皮屏障被认为是肠道免疫防御系统的第一线。据报道,肠上皮屏障与食物过敏最密切相关。当肠道炎症发生时,肠上皮屏障对抗原的通透性会增加。同时,一旦肠上皮细胞释放TSLP和IL-33以及IL-25,就会激活后续的免疫细胞,加重食物过敏等不良免疫反应。在这项工作中发现的组胺刺激后这些细胞因子的上调意味着高剂量的外源性组胺可能会增加免疫紊乱的倾向,这可能会加重某些免疫疾病的症状,例如食物过敏。因此,组胺对免疫系统的潜在干扰不容忽视。
众所周知,树突状细胞是免疫系统的关键细胞,在过敏反应等不良免疫反应的发病机制中起着重要作用。树突状细胞最重要的功能是抗原呈递和诱导T细胞分化为各种亚型,例如Th1和Th2细胞。在本研究中,它表明共刺激分子MHC II.类的表达在组胺刺激剂量后增加。这表明树突状细胞的成熟,这可能会提高CD4+ T细胞活化的效率并诱导免疫活化。还发现,OX40L的表达在一剂组胺治疗后增加。OX40/OX40L是一对共刺激信号。它可以激活T细胞并介导其增殖和迁移到炎症部位,从而促进细胞因子的产生以增加炎症反应。
此外,发现组胺处理后IL-10的表达和IL-6的浓度降低。IL-10是体内重要的免疫调节因子,具有广泛的生物活性功能。主要生物学功能包括抑制炎症反应,调节多种免疫细胞的增殖和分化,以及诱导获得性免疫反应中的免疫耐受。研究发现IL-10可以抑制Th2细胞增殖,抑制细胞因子分泌,减少IgE分泌。IL-6是介导体内炎症反应的主要细胞因子,在一些疾病的病理学中起着重要作用。例如,IL-6在急性肝损伤期间产生高水平,并参与炎症和修复过程的调节。IL-6在促进T细胞的增殖和分化、启动抗菌炎症反应、抑制某些肿瘤细胞的生长方面也起着重要作用。因此,随着树突状细胞的成熟,组胺刺激下关键免疫因子表达的显著变化表明,组胺可能破坏免疫稳态的平衡,进而可能影响T细胞的分化。外源性组胺可引起小鼠免疫功能失调。因此,组胺对免疫系统的潜在干扰不容忽视。
T细胞是适应性免疫系统的重要组成部分。它们在自身免疫性疾病、过敏反应和抗病原体感染中起着重要作用。其中Th1细胞亚群主要介导细胞免疫,Th2细胞亚群主要介导体液免疫,与过敏反应、自身免疫性疾病等不良免疫反应的发生密切相关。本研究采用流式细胞术和RT-qPCR法测定小鼠脾淋巴细胞中Th1/Th2细胞的比例及相关转录因子的表达。结果表明,外源组胺可显著增加CD4+ T细胞Th2细胞数量和脾淋巴细胞相关转录因子GATA3水平。相比之下,组胺显著降低了实验组胺浓度下的Th1细胞数量和IFN-γ和T-bet的水平。这些结果表明,CD4+ T细胞主要偏向Th2型细胞。大量研究发现,Th2型细胞及其GATA3的产生在不良免疫反应中起着重要作用。同时,据报道,Th1细胞比例的增加及其分泌的细胞因子IFN-γ和T-bet的表达可以抑制Th2型细胞的分化并减轻炎症反应。

Conclusion
在这项研究中,仔细研究了外源性组胺对关键免疫细胞的影响。研究发现,外源组胺处理后,CMT93细胞中TSLP、IL-25和IL-33的表达显著增加。此外,外源性组胺的添加显著增加了树突状细胞中MHC II分子的表达以及极化为Th2型细胞的CD4+ T细胞的数量。它还深刻影响了树突状细胞和T细胞的免疫细胞因子分泌,OX40L和GATA3显著增加,IFN-γ、IL-10、IL-6和T-bet显著降低。其中,OX40L和IFN-γ的变化最大,与未用组胺处理的细胞相比,变化最大为2倍以上。鉴于组胺对关键免疫细胞分化和免疫因子分泌的影响,在评价水产品的食用安全性时,不应忽视组胺的免疫干扰作用,因为它可能诱发或加剧食物过敏等疾病的严重程度。因此,制定相关措施来控制食品中的组胺含量,从而确保食品的食用安全至关重要。


Immunological disturbance effect of exogenous histamine towards key immune cells


Yanan Liua, Huan Lia, Chong Wanga, Shanjun Chena, Renjie Lianb, Weiqiang Wangc, Linglin Fua, Yanbo Wanga,d,*

a Food Safety Key Laboratory of Zhejiang Province, School of Food Science and Biotechnology, Zhejiang Gongshang University, Hangzhou 310018, China

b Jinghai Group Co., Ltd., Rongcheng 264307, China

Jinhua Jinnian Ham Co., Ltd., Jinhua 321041, China

d School of Food and Health, Beijing Technology and Business University, Beijing 100048, China

*Corresponding author.

Abstract

Histamine in food has attracted widespread attention due to the potential toxicity and associated health risk. However, its influences on immunological components, especially the function of key immune cells, are still poorly known. In this work, we explored the effects of exogenous histamine on the function of key immune cells such as intestinal epithelial cells, dendritic cells, and T cells. The results showed that histamine could affect the expression of allergy-related genes in CMT93 cells at a high dose of histamine. Moreover, it’s found that histamine could cause an imbalance in the levels of relevant immune factors secreted by dendritic cells and T cells, especially those related to allergy. At the same time, the proportion of MHC class Ⅱ-positive dendritic cells and the proportion of T helper 2 (Th2) cells in CD4+ T cells increased after histamine stimulation. We concluded that the presence of a certain level of histamine in food may affect the expression of allergy-related cytokines, disrupt the balance of the immune homeostasis, and potentially lead to adverse immune reactions. This work demonstrated the importance of including the estimation of histamine’s immune safety in aquatic products rather than merely considering the potential risk of food poisoning.  

Reference:

LIU Y N, LI H, WANG C, et al. Immunological disturbance effect of exogenous histamine towards key immune cells[J]. Food Science and Human Wellness, 2024, 13(4): 1856-1863. DOI:10.26599/FSHW.2022.9250154.

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翻译:林安琪(实习)
编辑:梁安琪;责任编辑:孙勇
封面图片来源:图虫创意




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