グルテン免疫化学

コムギ科グルテンの免疫化学は、いくつかの炎症性疾患において重要である。これは、自然応答（免疫系の直接刺激）、クラス II媒介提示（HLA DQ）、クラス I媒介キラー細胞の刺激、および抗体認識に細分できる。グルテンタンパク質およびポリペプチド領域に対する応答は、グルテン過敏症のタイプに応じて異なる。応答は、ヒト白血球抗原遺伝子の遺伝子構成にも依存する。グルテン過敏性腸症では、自然免疫（細胞性免疫プライミングの一形態）、HLA-DQ、およびグリアジンおよびトランスグルタミナーゼに対する抗体認識の 4 種類の認識がある。特発性グルテン過敏症では、グリアジンに対する抗体認識のみが解決されている。小麦アレルギーでは、応答経路は、他の小麦タンパク質および他の形態のグリアジンに対する IgEを介して媒介される。

グルテンに対する自然免疫とは、T 細胞受容体または抗体による「自然」ペプチドの認識とは独立して機能する免疫反応を指します。このペプチドは、単球などの細胞に直接作用し、その成長と分化を刺激します。 ^[1]グルテンに対する自然免疫は、グルテンが腸内の通常の宿主防御機構とペプチド排除機構を回避する役割を果たしているように見えることから複雑になっています。完全に自然ではありませんが、これらの活動により、多くのリンパ球が集まる領域にグリアジンが入り込むことができます。これらのフィルターを回避する際に、グリアジンは腸管上皮細胞または上皮細胞と呼ばれる消化細胞とリンパ球の両方の正常な動作を変更します。これにより、過敏症を引き起こす可能性が高まります (基礎疾患を参照)。特定の人が過敏症になる理由の 1 つの可能性として、これらの個人は腸の一部の領域で十分なペプチダーゼを生成できず、これらのペプチドが生き残ることができることが挙げられます。他の理由としては、食品化学物質または薬物が防御を弱めている可能性があります。これは、サリチル酸過敏症を伴うω5-グリアジンアレルギーの場合に当てはまります。遺伝学からも、感受性のある個人に対する長期研究からも、これらの腸ペプチド制限が変化する理由については明確な根拠がありません。

一旦内部に入ると、α-9 グリアジン 31-55 は未分化免疫細胞を活性化する能力を示し、その後、これらの細胞は増殖し、炎症性サイトカイン、特にインターロイキン 15 (IL-15) を生成します。これにより、炎症を誘発する下流反応が多数発生します。生来の作用を持つ可能性があるもう 1 つのペプチドは、「CXCR3」受容体結合ペプチドです。受容体は腸管上皮細胞、刷子縁膜細胞に存在します。ペプチドは免疫因子を置き換え、細胞間の膜シール、タイトジャンクションの破壊を知らせます。

グルテンは、α-9グリアジンの31～43番目の位置とα-3、4、5、8、11番目のグリアジンに見られる自然反応ペプチド（IRP）を持っています。IRPは、膵臓プロテアーゼに耐性のある25アミノ酸長の領域内にあります。この25merは、セリアック病患者の小腸の刷子縁膜ペプチダーゼにも耐性があります。 ^{[3] IRPは、}インターロイキン15（IL15）やその他の因子の急速な発現を誘発しました。 ^[4]このように、IRPは免疫系を活性化します。^{[1] [5]} 研究によると、正常な人ではペプチドは時間の経過とともにトリミングされて不活性ペプチドを生成しますが、セリアック病患者では19merの片方の端から残基が失われる可能性があり、長時間の培養後も50％がそのまま残ります。

IL15の放出はセリアック病の主な要因であり、IL15はマーシュグレード1および2のセリアック病の特徴である上皮内リンパ球^{（IEL）を引き付けることがわかっている。 [6] IL-15に引き付けられたリンパ球は、通常の}ヘルパーT細胞ではなくナチュラルキラー細胞に濃縮されたマーカーで構成される。1つの仮説は、IL-15が高度に炎症性のTh1応答を誘導し、それがTヘルパー細胞（DQ2制限グリアジン特異的）を活性化し、それが破壊的な応答を調整するというものだが、炎症細胞がグリアジン特異的ヘルパー細胞より先に発達する理由はわかっていない。^[7] IRP応答は、ウイルス感染などのIL15放出を刺激する典型的な応答とは異なる。さらに、 Tヘルパー細胞の刺激に典型的に関連するIL12やIL2などの他のサイトカインは関与しない。これら2つの点で、セリアック病におけるT細胞の生来のペプチド活性化は奇妙である。IL-15はMICAとNKG2Dの増加を誘導し、刷子縁細胞の殺傷を増加させる可能性がある。^[1]

さらに、IRPペプチドに対する自然免疫は、セリアック病、疱疹状皮膚炎、そしておそらく若年性糖尿病に関係している。IRPは単球を標的とし、HLA-DQに依存しない経路によってIL-15の産生を増加させるが、その後の研究では、この領域と「33mer」の両方が、治療を受けたセリアック病患者と非セリアック病患者の両方の細胞で同じ反応を引き起こす可能性があることが示された。しかし、非セリアック病患者とは異なり、治療を受けたセリアック病細胞は、疾患マーカーである亜硝酸塩を生成する。^[8]これは、刺激が正常な健康状態を超えて進行することを可能にする、セリアック病患者の別の異常を示している。広範囲にわたる研究の後、現時点ではこれと際立った遺伝的関連性は知られておらず、欠陥には他の環境要因が関係していることが示唆されている。

一部のアルファグリアジンには、他の直接作用特性があります。他のグリアジンペプチド、1つはグルタミンに富む領域にあり、もう1つのペプチド「QVLQQSTYQLLQELCCQHLW」は、化学誘引物質受容体CXCR3に結合します。グリアジンは、この受容体に結合する因子I-TACに結合し、これをブロックして置換します。^[2]この過程で、グリアジンはCXCR3受容体をさらにリクルートし、MyD88とゾヌリンの発現を増加させます。^{[1] [9]}置換する因子I-TACはT細胞誘引物質です。このペプチドは、ゾヌリン産生も要因であるため、1型糖尿病のリスク増加にも関与している可能性があります。 ^[10]このゾヌリンの誘発は最終的にタイトジャンクションの分解をもたらし、タンパク質分解耐性グリアジン断片などの大きな溶質が刷子縁膜細胞の背後に入り込むことを可能にします。

ある研究では、 WD-EIAの主な原因であるω-5グリアジンの効果を調べ、腸細胞の透過性が増加することを発見しました。^[11]他の研究では、ω-5グリアジンに対するIgE反応は、脱アミド化またはトランスグルタミナーゼに架橋されると大幅に増加することを示しています。^[12]

HLAクラスIのグリアジンへの制限は十分に特徴付けられていない。HLA -A2の提示は調査されている。HLA-A抗原は自己免疫疾患でアポトーシスを媒介することができ、 HLA-DQ8ハプロタイプでのHLA A*0201が文書化されている。^[13]クラスI部位はグリアジンのカルボキシル末端の位置123〜131、144〜152、および172〜180に見出された。トランスグルタミナーゼに対する抗体は病因と相関しており、細胞外マトリックスと細胞表面トランスグルタミナーゼの認識はセリアック病における破壊を説明できるため、クラスI応答の関与は小さい可能性がある。このプロセスには抗体依存性細胞傷害が関与している。 FOS と呼ばれる受容体 (婉曲的に「デス レセプター」と呼ばれる) に関しては、腸管上皮細胞がセリアック病変でこの受容体を過剰発現しているように見えますが、グリアジン、tTG、またはシグナル伝達を引き起こすその他のペプチドのクラス I 提示が原因であると考えられています。細胞媒介プログラム細胞 (腸管上皮細胞) 死におけるクラス I 受容体の役割は不明です。

これらのタンパク質は、MHC クラス I ポリペプチド関連配列 A および B と呼ばれます。配列相同性分析によって発見されたこれらのタンパク質は、小腸の腸管上皮細胞の表面にあり、病気に関与していると考えられています。これまでの研究では、MICA のリスクを高める変異は発見されていません。

HLA-DQタンパク質は、約9アミノ酸以上のタンパク質のポリペプチド領域（グリアジンの場合、結合に関与する残基は10～14個が一般的）をTリンパ球に提示します。^{[16]グリアジンタンパク質は}APC に吸着されます。APCのリソソームで消化された後、グリアジンペプチドはDQに結合して細胞表面にリサイクルされるか、または細胞表面から直接結合して提示されます。^[17]炎症性グルテンの主な発生源は食事性グルテンです。グリアジンの最適な反応性は、タンパク質が小腸リゾチームとトリプシンによって部分的に消化されてタンパク質分解消化物になったときに発生します。これらのグルテンのポリペプチドは、その後、APCとT細胞が粘膜固有層に存在する上皮細胞層（膜）の背後に進むことができます。（「基礎疾患」を参照。）

表面に DQ-グリアジン ペプチドを持つ APC は、グリアジンと特異的に認識される DQ2.5という抗体様T 細胞受容体を持つ T 細胞に結合できます。複合体 (APC-DQ-グリアジン) は、こうしてグリアジン特異的 T 細胞の分裂を刺激します。これらの細胞は、グリアジンを認識する B細胞の増殖を引き起こします。B 細胞は成熟して形質細胞となり、抗グリアジン抗体を産生します。これはセリアック病の原因にはなりませんが、特発性疾患の未知の要因です。腸疾患は、組織トランスグルタミナーゼ(tTG) が腸絨毛の粘膜固有層に入るグリアジンペプチドに結合したときに発生すると考えられています。結果として生じる構造は、APC (同じグリアジンを認識する DQ アイソフォームを含む) によって T 細胞に提示され、B 細胞は抗トランスグルタミナーゼ抗体を産生できます。これは絨毛の破壊につながるようです。トランスグルタミナーゼによるグリアジンの放出は病気を軽減しません。tTG-グリアジンが加水分解されると、脱アミド化グリアジンが生成されます。脱アミド化グリアジンペプチドは、天然ペプチドに比べて炎症性が高いです。脱アミド化グリアジンは、小麦パン、食品ペーストなど、グルテンを添加した食品にも含まれています。

セリアック病に関係する主要なグルテンタンパク質は、α-グリアジンアイソフォームです。αグリアジンは、消化されるとHLA-DQ分子によって提示される繰り返しモチーフで構成されています。DQ2.5はグルテンタンパク質のいくつかのモチーフを認識するため、HLA-DQは各グリアジンの多くのモチーフを認識できます（右のDQハプロタイプとDQアイソフォームの理解を参照） ^{[18]しかし、イネ科の}Triticeaeのさまざまなタンパク質が、HLA DQ2.5とDQ8によって提示されるモチーフを運ぶことがわかっています。小麦には、そのゲノムに2種類のヤギイネ科植物と原始的な小麦種に由来する染色体が含まれているため、これらのタンパク質が多数含まれています。^{[19] [20]} 異なる種、株、アイソフォームでのこれらのモチーフの位置は、配列内の挿入と欠失のために異なる場合があります。小麦には多数の変異体があり、各変異体には多数のグリアジンが存在するため、潜在的な部位も多数あります。これらのタンパク質は、いったん特定され、配列が決定されれば、配列相同性検索によって調査することができます。

HLA-DQ によるグリアジンの認識はグルテン過敏性腸症の発症に極めて重要であり、特発性グルテン過敏症にも関与しているようです (右側の DQ ハプロタイプと DQ アイソフォームの理解を参照)。HLA -DQ2 は主に HLA-DQ アイソフォームDQ2.5 (DQ α5-β2) アイソフォームでグリアジンを提示します。DQA1*0202:DQB1*0201 ホモ接合体 (DQ α2-β2) も病原性グリアジン ペプチドを提示できるようですが、そのセットは小さく、結合親和性も低いようです。

これらのグリアジンモチーフの多くは組織トランスグルタミナーゼの基質であるため、腸内で脱アミド化によって修飾され、より多くの炎症性ペプチドが生成される可能性がある。最も重要な認識は、α-/β-グリアジンに向けられていると思われる。多くのタンパク質にわたるモチーフの繰り返しの例として、α-2グリアジン（57–68）と（62–75）は、α-4、α-9グリアジンにも見られる。^{[22]多くのグリアジンには、小麦やその他の}コムギ科の属に見られる「α-20モチーフ」が含まれている（ 「α-20」グリアジンモチーフも参照）。ライ麦の粘り気のあるタンパク質であるα-2セカリンは、位置（8–19）と（13–23）にある2つのアミノ末端重複T細胞部位から構成される。^[22]

セリアック病では多くのプロラミンに対するT細胞反応が見られるが、特定のグリアジンであるα2-グリアジンがT細胞の焦点となっているようである。^[23]これらの反応は、組織トランスグルタミナーゼによる事前処理に依存していた。α2-グリアジンは、特に14個のアミノ酸の挿入を含む点で、他のα-グリアジンと異なる。^[24]この特定の挿入により、最も類似したグリアジンでは2つ以下の部位がある6つのT細胞部位が形成される。これらの部位は、3つのエピトープグループ「α-I」、「α-II」、および「α-III」に属する。 ^[25]この挿入により、胃腸プロテアーゼに耐性のあるα-グリアジンのより大きな領域も生成される。この領域のトリプシンおよびキモトリプシンの最小消化物は33merである。^[1]この特定の領域には、3 つの組織トランスグルタミナーゼ部位があり、そのうち 2 つの部位は 14 アミノ酸挿入部内にあり、最大刺激領域が見つかり、その位置でのネイティブの非脱アミノ化配列に対する応答が 80% 以上減少しています。^[26]「33 量体」上の T 細胞部位の密度のため、脱アミド化グリアジンに対する親和性は、はるかに高い親和性を持つ単一の T 細胞部位として治療するのが最善であることを強く示唆しています。^[1]この部位だけで、一部のセリアック病における HLA-DQ2.5 の関与を伴う T ヘルパー細胞の適応免疫要件をすべて満たす可能性があります。

ガンマグリアジンはDQ2.5媒介疾患にとってα-2グリアジンほど重要ではないが、同定されたモチーフは多数ある。同定されたガンマエピトープは、DQ2-「γ-I」、「γ-II」（γ30）、-「γ-III」、「γ-IV」、「γ-VI」、-「γ-VII」である^{[27] [28]。} これらのエピトープの一部は、α-2グリアジンに対するT細胞反応性がない小児で認められる。^[29] γ-5グリアジンの位置26～51に、26残基のタンパク質分解耐性フラグメントが見つかっており、これには複数のトランスグルタミナーゼおよびT細胞エピトープがある。この部位には、DQ2-「γ-II」、「γ-III」、「γ-IV」、および「γ-グリア2」の5つの重複するT細胞部位がある。^[30] 156個のプロラミンとグルテリンをコンピューターで解析したところ、さらに多くの耐性断片が明らかになった。その1つであるγ-グリアジンは4つのエピトープを含み、長さは68アミノ酸であった。

DQ2 によって提示される Triticeae グルテリンは、一部のセリアック病患者に見られる。小麦では、低分子量グルテニンは、Triticeae の類似種のプロラミンと構造的に類似していることが多い。K1 様 (46–60)、pGH3 様 (41–59)、GF1 (33–51) の 2 つのモチーフが特定されている。高分子グルテニンも、潜在的に毒性のあるタンパク質として特定されている^[31] 。一部の HMW グルテニンは、トランスグルタミナーゼ処理で反応が上昇することから、その部位がアルファグリアジンおよびガンマグリアジン T 細胞部位に類似している可能性があることが示唆されている。^[32]

DQ2.2 は、DQ2.5 に比べて、より低い親和性部位の数が少ない。これらの部位のいくつかは、他のコムギ属のプロラミンに最も類似したグリアジンである γ-グリアジン上に見られ、このグリアジンは祖先に似ているように見える。DQ2.2 を持つ抗原提示細胞は、例えば「33mer」のアルファ II 領域などのアルファグリアジン部位を提示できるため、「33mer」は DQ2.2 を持つ個体で役割を果たしている可能性があるが、結合能力は大幅に低い。^[28]

HLA-DQ8 はセリアック病に対する感受性を付与しますが、その方法は DQ2.5 と多少似ています。^[33] DQ8、DQ2.5/DQ8、および DQ8/DQ2.2 のホモ接合体は、一般集団のレベルに基づいて予想されるよりも高いです (「DQ ハプロタイプと DQ アイソフォームの理解」を参照)。^[15] HLA-DQ8 は、一般的に最も重篤な合併症にそれほど関与しておらず、DQ2.5 と同じ程度には α-2 グリアジンの「33 量体」を認識しません。HLA-DQ8 によって提示されるグリアジン (プロラミン) ペプチドの数は少ないです。DQ8/DQ2- 個人の適応免疫応答に関する研究がいくつか行われています。DQ8 は、アルファ グリアジンのカルボキシル半分に対する適応免疫に大きく依存しているようです。^[34] さらに、ガンマグリアジンとDQ2.5に匹敵する程度に反応するようです。^[35]高分子量グルテニンに対するT細胞応答は、DQ2.5媒介性セリアック病よりもDQ8媒介性セリアック病でより重要である可能性があります。^[31]

グルテンの抗体認識は複雑です。抗グリアジン抗体などのグルテンへの直接結合は、セリアック病の病因としては不明瞭です。グリアジンと組織トランスグルタミナーゼの架橋により抗トランスグルタミナーゼ抗体が生成されますが、これは T 細胞によるグリアジンの認識を介して行われます。IgEの存在下でのマスト細胞、好酸球によるグリアジンのアレルギー認識は、運動誘発性アナフィラキシーなどの顕著な直接的な結果をもたらします。

セリアック病で検出されるような抗グリアジン抗体は、α-2グリアジンに結合します（57–73）。^[36] この部位は、DQ2.5によって提示されるT細胞反応性「33mer」内にあります。非グルテン性種子貯蔵glb-1（グロブリン）に対する抗体が、膵臓の島細胞を破壊する交差反応性自己抗原抗体に関与していることから、小麦が若年性糖尿病に関与しているという示唆があります。 ^{[37]抗グリアジン抗体は}シナプシンIに見つかっています。 ^[38]オメガグリアジンおよびHMWグルテニンサブユニット抗体は、運動誘発性アナフィラキシーおよびベーカーアレルギーの患者に最も一般的に見られ、強力なグルテンアレルゲンのクラスを表しています。小麦に含まれる非粘着性タンパク質もアレルゲンであり、これにはLTP（アルブミン/グロブリン）、チオレドキシン-hB、小麦粉ペルオキシダーゼが含まれます。^{[39] [40] [41] [42]}特定の5残基ペプチド、Gln-Gln-Gln-Pro-Proモチーフは、主要な小麦アレルゲンであることが判明しています。^[43]

ほぼ毎月、新しい免疫原性モチーフが文献に登場し、これらのモチーフを含む新しいグリアジンおよびTriticeaeタンパク質配列が登場しています。HLA DQ2.5制限ペプチド「IIQPQQPAQ」は、NCBI-Blast検索で約50件の同一配列ヒットを生成し、数十の既知のモチーフの1つです^[22]。一方、Triticeaeグルテンバリアントのごく一部のみが調査されています。このため、免疫化学はTriticeaeレベルで議論するのが最適です。タンパク質の特別な免疫学的特性がこの分類群に基本的な親和性を持っているように見えることは明らかであり、3つの異なるゲノムの結果として小麦に集中しているように見えるためです。いくつかの現在の研究では、小麦からグリアジンの毒性を取り除くことは妥当であると主張していますが^[44]、上記のように、問題は途方もなく大きいです。グルテンタンパク質は多数あり、アルファ、ガンマ、オメガグリアジンのそれぞれに多くの遺伝子を持つ3つのゲノムがあります。各モチーフには多くのゲノム座位が存在し、多くのモチーフがあり、その中にはまだ知られていないものもあります。

Triticeaeには、パスタや食品ペースト用のデュラム小麦、ビール用の 2 種類の大麦、生育条件の異なるさまざまな地域で使われるパン用小麦など、さまざまな産業用途向けにさまざまな株が存在します。これらのモチーフを置き換えることは、現実的な作業ではありません。グルテンフリーの食事で小麦が 0.02% 混入すると病原性があると考えられ、すべての既知の地域の品種でモチーフを置き換える必要があり、潜在的に数千の遺伝子改変が必要になるからです。 ^[44]クラス I 応答と抗体応答はクラス II 認識の下流にあり、変更しても治療価値はほとんどありません。自然応答ペプチドは、タンパク質ごとにこれらが 1 つだけあり、タンパク質を含むゲノム遺伝子座が数個しかないと仮定すると、特効薬になる可能性があります。グルテンに対する免疫応答を完全に理解するための未解決の質問は次のとおりです。なぜ遅発性グルテン過敏症の割合が急速に増加しているのか?これは本当に小麦の問題なのでしょうか、それとも小麦に対して、あるいは小麦を食べている人に対して行われていることなのでしょうか（例えば、伝染病が引き金となるのでしょうか？ 遺伝的に感受性が高い人もいますが（早期発症）、発症が遅いケースの多くは、別の引き金がある可能性があります。なぜなら、Triticeae に感受性がある可能性のある 30 ～ 40% の人々と、生涯のうちに何らかのレベルでこの病気にかかる約 1%の人々を遺伝的に隔てるものは何もないからです。

小麦の免疫原性を低下させるもう一つの方法は、より長いモチーフ（25 塩基および 33 塩基）にタンパク質分解部位を挿入し、より完全な消化を促進することです。