科學家開發出一種嶄新、可靠的過敏原測試法

科學家開發出一種嶄新、可靠的過敏原測試法

2022年3月21日美國每日科學網站引用瑞士伯恩公立大學(University of Bern)官網上的資訊,報導了由伯恩大學附設醫院風濕、過敏、免疫科埃格爾醫生(Alexander Eggel)和該校藥理學研究所考夫曼教授(Thomas Kaufmann)共同的研究成果,他們開發出一種嶄新的過敏原測試法(直接觀察肥大細胞註1的功能性反應),除了過程簡單快速,可信度高外,更可以預測所給予的減敏治療是否已經有效果,該研究論文已經刊登在2022年3月份《過敏和臨床免疫學雜誌》的國際期刊上。

據估計,世界上有近1/3的人口對一種或多種的物質過敏,且仍在持續增加中(近30年來,過敏性疾病的發生率已經增加了3倍),其中80%的病人集中在城市,70%患者為兒童。過敏會導致患者身體和心理的健康狀況下降,並嚴重影響生活品質,醫學界為了提供病患有效和個人化的精準治療,就必須先擁有可靠的診斷工具。

過敏在體內產生的過程

而過敏在體內產生的大致過程為:當身體第一次接觸過敏原後,體內就會產生針對此過敏原的特殊免疫球蛋白EIgE,而這個專一性的IgE會和肥大細胞上的IgE 受體緊緊抓在一起,當再次接觸到同一種過敏原時,過敏原會被專一性的IgE抓住,然後把肥大細胞活化,從而導致大量的發炎物質釋放出去(例如組織胺或白三烯),這些發炎物質就會造成過敏(異位性皮膚炎、過敏性鼻炎或甚至氣喘)。 

目前過敏原診斷是一個複雜且費時費力的多步驟過程

目前,過敏原診斷是一個複雜且費時費力的多步驟過程,它涉及詳細詢問患者的病史,接著測定血清中免疫球蛋白IgE總和水平(定性測驗),然後再進行血清中專一性過敏原檢驗(一次可以驗數10種),最終找出病患的專屬過敏原。

當然也有所謂的皮膚點刺試驗(The Skin Prick Test,也就是將過敏原用針扎送進去皮膚一點,然後觀察有無紅腫過敏的反應,但因為會痛(小朋友更不喜歡),再加上有可能產生過敏性休克(Anaphylaxia的危險性(縱然很低),且每次檢查的種類不能太多,不像血清檢驗,一次可以驗10幾種過敏原,所以目前仍是以抽血檢驗過敏原的方式比較普遍和安全。

血清中IgE數目可了解有無過敏反應,但和臨床症狀嚴重性無直接關聯

歷史上,防止敵人入侵(免疫系統),有所謂的烽火台(肥大細胞),用火把(IgE)點著後,放出狼煙(發炎物質),就可以呼叫軍隊過來救援(白血球)。而過敏則是來了個灰塵(根本不是敵人,大驚小怪),而身體卻煞有其事地針對灰塵造出了一大堆火把(IgE)。

因此檢測血清中IgE的數目,確實可以了解身體有沒有對過敏原做出了反應,但這個數值和患者的臨床症狀嚴重性並無直接關聯,原因是血清中還有其他因素會加重或抑制患者的過敏反應,例如各式各樣的火把(IgE多樣性),所能夠點燃烽火台(與肥大細胞的親和力)的速度和效率都不一樣,此外,血清中是否存在有保護性的IgG,這些都會影響狼煙的大小與能見度(過敏的嚴重度)。

因此醫學界期望直接使用〈肥大細胞活化測試法〉來做過敏原診斷測試(即直接觀察烽火台的狼煙大小),而不是只看火把的多寡(IgE 數目),顯而易見的,這種新的測試想法肯定相當吸引科學家,不過,如何才能有源源不絕的良好肥大細胞,可以隨時取用,才是挑戰的重點,因為正常情況下,每次都需要超過2個月的培養時間,才能擁有足夠良好的肥大細胞可供測試,所以到目前為止這種直接使用人類肥大細胞的活化測試法仍然沒有上市。 

另外,過敏患者通常可以接受減敏治療Allergen-Specific Immunotherapy; AIT,也就是將已確定的罪魁禍首過敏原直接讓患者長期從低劑量,逐漸增加的接觸下,藉以誘導患者體內的免疫系統產生耐受性,最終不要再有過敏反應。在AIT的療程中,患者需要每個月接受過敏原注射,長達3~5年,但是,醫生若想要評估減敏治療是否有效時,IgE血清測試法派不上用場,所以只能用土方法,也就是再次把過敏原用針扎入皮膚,來看看反應。用針扎,當然對患者來說是不愉快的,同時也可能在假設患者已經對過敏原不再有反應的情況下,意外誘發出嚴重過敏反應的風險。

僅為情境配圖,取自Shutterstock

圖/僅為情境配圖,取自Shutterstock

科學家決心開發展出一套嶄新,且省時的功能性肥大細胞活化測試法

綜上所述,埃格爾醫生和考夫曼教授於是決心開發展出一套嶄新且省時的功能性肥大細胞活化測試法(Functional mast cell assay)來克服目前使用IgE診斷法的局限性,他們首先利用基因工程科技,從老鼠骨髓細胞中生產出永生(可以無限次複製)且具備反應功能之肥大細胞的祖細胞,同時在這些肥大細胞的膜上崁入人類高親和性的IgE接受體,放在冰庫備用,這些祖細胞可以在使用的5天前,將其誘導分化成可用於過敏原測試的成熟肥大細胞,且不限次數取用(永生)。由於這些肥大細胞在其表面含有 IgE 受體,因此當它們暴露於患者血清中的IgE以及過敏原時,其反應就會與人體中的肥大細胞非常相似,大量放出發炎物質。此外,這種新的肥大細胞活化測試法,也有助於評估減敏治療的效果,甚至包括新一代抗過敏研發藥物的效果測試。

埃格爾醫生在受訪時說道,他們相當驚訝和高興,基因工程製造出的肥大細胞竟然可以 100% 被患者血清中的IgE和過敏原所活化,據了解,目前世界上沒有其它的人造細胞系(Cell Line)可以如此完美的被活化,為了能夠進行大量測試,研究人員也開發出了使用一個血清測試多種過敏原,以及多個血清檢測同一個過敏原的方法,因此,該實驗室隨機找一個訓練有素的研究生,一天就可以進行大約 200 次測試,相當簡單、快速、省時,更重要的是可信。

除了過敏原的診斷外,此測試法也能夠在減敏治療開始後的幾個月內,測量該療法是否已經開始生效,以及有效到何種程度,這將是過敏科醫生治療患者過程中的重要信息,甚至決定是否應該繼續治療。另外,該測試還可用於評估臨床試驗中新的過敏藥物之效益和藥物有效的持續時間,也可用來確定可能的過敏反應和不含過敏原的食物品質控制,前途不可限量。這項研究是由瑞士國家科學基金會 SNSF 和瑞士創新機構 Innosuisse所資助完成的。

1:肥大細胞(mast cell)是廣義免疫系統的一份子,當肥大細胞被過敏原透過IgE活化後,會釋放大量的發炎物質(例如:組織胺等),這時候就會出現過敏症狀。肥大細胞粗分為兩種,黏膜肥大細胞(mucosal mast cell)與結締組織肥大細胞(connective tissue mast cell)。 

參考期刊: 

Noemi Zbären, Daniel Brigger, Daniel Bachmann, Arthur Helbling, Lukas Jörg, Michael P. Horn, Johannes M. Schmid, Hans Jürgen Hoffmann, Jean-Pierre Kinet, Thomas Kaufmann, Alexander Eggel. A novel functional mast cell assay for the detection of allergies. Journal of Allergy and Clinical Immunology, 2022; 149 (3): 1018 DOI: 10.1016/j.jaci.2021.08.006 

(本文作者為陽明大學醫學院藥理學研究所兼任教授)

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