蔣棟磊, 孫秀蘭*, 張銀志, 單曉紅,管 露, 尤繼明, 李紅梅
(1.江南大學(xué) 食品學(xué)院,江蘇 無(wú)錫 214122;2.食品科學(xué)與技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江南大學(xué),江蘇 無(wú)錫 214122;3.國(guó)家有機(jī)食品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心,江蘇 寶應(yīng) 225800)
小鼠過(guò)敏模型在食品過(guò)敏原分析中的研究與應(yīng)用
蔣棟磊1, 孫秀蘭*1, 張銀志2, 單曉紅1,管 露1, 尤繼明3, 李紅梅3
(1.江南大學(xué) 食品學(xué)院,江蘇 無(wú)錫 214122;2.食品科學(xué)與技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江南大學(xué),江蘇 無(wú)錫 214122;3.國(guó)家有機(jī)食品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心,江蘇 寶應(yīng) 225800)
建立牛乳蛋白、河蝦蛋白的ICR小鼠過(guò)敏模型,檢測(cè)食品過(guò)敏原體外激發(fā)小鼠致肥大細(xì)胞的組胺釋放率,探討食品過(guò)敏原鑒定并驗(yàn)證所建過(guò)敏原體外評(píng)價(jià)新方法。方法 以牛奶蛋白、河蝦蛋白,氫氧化鋁佐劑免疫ICR小鼠,建立IgE高反應(yīng)性食物過(guò)敏動(dòng)物模型。間接ELISA測(cè)定激發(fā)后第7、14、21 d血清中過(guò)敏原sIgE水平;并在激發(fā)第14 d分離小鼠腹腔肥大細(xì)胞,過(guò)敏原體外激發(fā),紫外分光光度法檢測(cè)類(lèi)胰蛋白酶定向釋放水平。①模型小鼠血清sIg E水平明顯高于對(duì)照組,且在過(guò)敏激發(fā)后第14 d sIgE效價(jià)最高,河蝦組和牛奶蛋白組的sIg E效價(jià)分別達(dá)到1/25 600和1/12 800。②牛奶組類(lèi)胰蛋白酶釋放率達(dá)38.5%;河蝦組的類(lèi)胰蛋白酶釋放率達(dá)47.1%,所有模型組與對(duì)照組間差異均達(dá)顯著水平(P<0.05)。建立了一種小鼠過(guò)敏模型,通過(guò)檢測(cè)過(guò)敏原體外激發(fā)類(lèi)胰蛋白酶釋放率可以作為一種鑒定與評(píng)價(jià)食品過(guò)敏原的有效方法。
sIgE;類(lèi)胰蛋白酶;肥大細(xì)胞;食品過(guò)敏原
食品過(guò)敏原的安全問(wèn)題已引起廣泛的關(guān)注,其潛在的過(guò)敏源性是急需研究的新課題。過(guò)敏癥是在全世界廣泛流行的一類(lèi)常見(jiàn)變態(tài)反應(yīng)性疾病,由于其癥狀復(fù)雜,種類(lèi)繁多,危害廣泛且難以根治,成為長(zhǎng)期以來(lái)醫(yī)學(xué)界的一大難題[1],食品過(guò)敏原或混合物的分布范圍非常廣泛,包括農(nóng)作物、畜禽產(chǎn)品、水產(chǎn)品、水果、蔬菜等。世界糧農(nóng)組織(FAO)1995年報(bào)告[2],90%以上的食物過(guò)敏是由牛奶、雞蛋、魚(yú)、貝殼海產(chǎn)品、花生、大豆、堅(jiān)果類(lèi)和小麥引起。
牛乳是母乳特別重要的替代品,也是新生兒最早接觸到的過(guò)敏原之一,因而牛乳過(guò)敏在嬰幼兒中最常見(jiàn)。通常引起牛奶過(guò)敏的過(guò)敏原主要有酪蛋白、β-乳球蛋和α-乳白蛋白,其中以β-乳球蛋白的過(guò)敏活性最高[3]。在發(fā)達(dá)國(guó)家 ,有2%~7.5%的嬰幼兒發(fā)生牛奶過(guò)敏癥這主要是由于其抗消化活性最高從而導(dǎo)致在腸內(nèi)不易失去過(guò)敏性的緣故。
蝦中過(guò)敏原組分有多種,2004年賴(lài)荷等研究發(fā)現(xiàn),蝦中存在12種過(guò)敏原組分[4],最主是相對(duì)分子質(zhì)量(M)為36 000左右的原肌球蛋白,由于不同過(guò)敏癥患者對(duì)不同過(guò)敏原組分的敏感度不同,同時(shí)獲得多種純化、單一過(guò)敏原組分較難,影響了蝦過(guò)敏癥診斷和過(guò)敏原檢測(cè)的靈敏度,導(dǎo)致蝦過(guò)敏原標(biāo)準(zhǔn)化的困難。
IgE介導(dǎo)的免疫應(yīng)答是食品過(guò)敏的主要效應(yīng),為I型超敏反應(yīng),由Th2型T淋巴細(xì)胞的活化介導(dǎo)體液免疫應(yīng)答。在小鼠體內(nèi),Th2反應(yīng)主要引起IgE和IgG1型抗體產(chǎn)生,而Th1反應(yīng)產(chǎn)生IgG2a型抗體[5]。脾臟是機(jī)體最大的免疫器官,當(dāng)血液中出現(xiàn)外源體時(shí),脾臟中的巨噬細(xì)胞、淋巴細(xì)胞會(huì)發(fā)生免疫反應(yīng),吞食外源體,結(jié)果造成脾臟腫大,因此可以把脾臟的外形變化作為鑒定致敏效果的指標(biāo)之一。
本研究用河蝦蛋白和牛奶蛋白免疫ICR小鼠,建立食物過(guò)敏癥動(dòng)物模型,間接ELISA檢測(cè)過(guò)敏原特異性IgE效價(jià),紫外法測(cè)定腹腔肥大細(xì)胞體外類(lèi)胰蛋白酶定向釋放,證實(shí)成功建立了河蝦和牛奶過(guò)敏的動(dòng)物模型,為建立體外過(guò)敏原評(píng)價(jià)體系奠定了基礎(chǔ),為食品過(guò)敏原的標(biāo)準(zhǔn)化及解決食品中過(guò)敏原表示等問(wèn)題提供技術(shù)支持。
山羊抗小鼠IgE抗體:Sigma公司產(chǎn)品;precoll分離液:上海源葉生物公司產(chǎn)品;ICR小鼠:無(wú)錫惠山實(shí)驗(yàn)動(dòng)物養(yǎng)殖中心;96孔8×12可拆酶標(biāo)板:上海春博生物實(shí)驗(yàn)儀器有限公司產(chǎn)品,Multiskan MK3酶標(biāo)儀:Thermo Labsystems公司產(chǎn)品;WFJ2000型722紫外分光光度計(jì):上海市三分析儀器廠生產(chǎn)。
ICR小鼠21只,雌性,6~8周齡,體重約16~18g,隨機(jī)分為3組:蝦蛋白致敏組、牛奶蛋白致敏組及PBS對(duì)照組,實(shí)驗(yàn)組各9只,對(duì)照組3只。用不含河蝦蛋白和牛奶蛋白的特種飼料喂養(yǎng)。
實(shí)驗(yàn)用過(guò)敏原參照《變態(tài)反應(yīng)學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)》[6]制備,過(guò)敏原蛋白經(jīng)過(guò)脫脂、浸提、冷凍離心后進(jìn)行硫酸銨分級(jí)沉淀和等電點(diǎn)沉淀,經(jīng)透析后獲得比較純凈的過(guò)敏原蛋白。用考馬斯亮藍(lán)法進(jìn)行蛋白質(zhì)定量,PBS稀釋到10 mg/m L,0.25μm微孔濾膜過(guò)濾除菌、分裝,-20℃貯存,備用。
小鼠飼養(yǎng)7 d后開(kāi)始免疫,取1 mg/m L過(guò)敏原蛋白提取液與2.5 mg/m L Al(OH)3佐劑等體積混勻后,按分組腹腔注射0.2 m L/只,對(duì)照組注射等體積0.01 mol/L,p H 7.4 PBS,每隔一周激發(fā)1次,一共激發(fā)3次,期間觀察激發(fā)后小鼠過(guò)敏癥狀。各實(shí)驗(yàn)組9只小鼠又分為3小組,分別在激發(fā)后第7、14、21 d各組分別眼球采血,分離血清,-20℃貯存?zhèn)溆?。小鼠處死后立即收集腹腔肥大?xì)胞用于體外組胺釋放測(cè)定。
腹腔肥大細(xì)胞的采集參照《肥大細(xì)胞體外脫顆粒的檢測(cè)方法》[7]中的方法加以改進(jìn)。小鼠眼球采血處死后,向小鼠腹腔注射5 m L HBSS液,按摩小鼠腹部5 min,抽取腹腔液。將其緩慢注入到體積比30%∶80%的percoll梯度分離液中。室溫下1 000r/min離心10 min,吸出中間層的細(xì)胞,即為肥大細(xì)胞。用HBSS液調(diào)至10 m L/管,充分混勻后,1 500 r/min離心10 min,重復(fù)兩次。沖洗后的細(xì)胞重新懸浮于3 m L HBSS液中,置于4℃,備用。
光鏡下計(jì)數(shù),調(diào)細(xì)胞濃度至105個(gè)細(xì)胞/m L。分別用臺(tái)盼藍(lán)和甲苯胺藍(lán)染色,鏡下觀察活細(xì)胞和肥大細(xì)胞純度比例。按常規(guī)制作標(biāo)本,觀察過(guò)敏原激發(fā)前后肥大細(xì)胞形態(tài)變化。
取血前稱(chēng)量小鼠的體質(zhì)量記作m1,解剖取脾臟稱(chēng)取其質(zhì)量,記作m2,比較致敏組和對(duì)照組的m1/m2值,即脾臟占體重的百分比,來(lái)評(píng)價(jià)致敏作用的效果。
用p H9.4碳酸鹽緩沖液稀釋過(guò)敏原包板,4℃過(guò)夜,PBS-T(含體積分?jǐn)?shù)0.05%Tween-20)洗板5次,每次3 min;5 g/d L脫脂奶粉200μL孔封閉,37℃,濕盒中溫育2 h后洗板;加待測(cè)血清和陰性對(duì)照血清,37℃反應(yīng)2 h,同上洗滌;加山羊抗鼠IgE抗體(1∶5 000稀釋?zhuān)?7℃反應(yīng)2 h,同上洗滌;加底物OPD,37℃顯色15 min;2 mol/L H2SO450μL孔終止反應(yīng),15 min內(nèi)在酶標(biāo)儀上測(cè)量OD值(A450)。
類(lèi)胰蛋白酶活力測(cè)定采用專(zhuān)一性底物[8]α-N-苯甲酰-DL-精氨酸-P-硝基苯胺(Na-benzoyl-DL-arginine-P-nitroanilide,BAPNA)。BAPNA以20 g/L溶于二甲基亞砜,取40μL加入含1 m L細(xì)胞上清的Tris-HCl(0.1 mol/L,p H7.4)反應(yīng)緩沖液1.5 m L中,37℃反應(yīng)30 min后,加入0.5 m L 300 m L/L乙酸終止反應(yīng)。相應(yīng)的細(xì)胞被1.5 m L反應(yīng)緩沖液重懸后,經(jīng)過(guò)細(xì)胞破碎儀徹底破碎,其他處理方式同上清。在405 nm測(cè)光吸收值。以反應(yīng)緩沖液做參比調(diào)零。根據(jù)制定的類(lèi)胰蛋白酶標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算細(xì)胞上清中的類(lèi)胰蛋白酶含量與細(xì)胞中的類(lèi)胰蛋白酶含量。釋放率=上清的類(lèi)胰蛋白酶/(上清類(lèi)胰蛋白酶+胞內(nèi)類(lèi)胰蛋白酶)×100%。校正類(lèi)胰蛋白酶釋放率=類(lèi)胰蛋白酶釋放率-空白對(duì)照組類(lèi)胰蛋白酶自發(fā)釋放率。
第一次免疫后,致敏組ICR小鼠出現(xiàn)明顯過(guò)敏癥狀,前爪頻繁搔撓口鼻處,體毛直立,身體顫抖,呼吸頻率加快,精神萎靡,活動(dòng)減少[9];對(duì)照組無(wú)過(guò)敏癥狀,說(shuō)明小鼠過(guò)敏癥模型建立成功。
經(jīng)染色后光鏡下計(jì)數(shù)觀察:分離純化的腹腔肥大細(xì)胞臺(tái)盼藍(lán)染色,細(xì)胞數(shù)為105個(gè)/m L,活細(xì)胞占總細(xì)胞的94%,甲苯胺藍(lán)染色,純度91%。正常肥大細(xì)胞核較大,胞內(nèi)有許多致密小顆粒。光鏡觀察可見(jiàn)正常細(xì)胞呈圓球形,輪廓清楚、完整(見(jiàn)圖1);牛奶、河蝦致敏組脫顆粒細(xì)胞形態(tài)變得不規(guī)則,表面出現(xiàn)一些空洞,輪廓模糊不清(如圖2、3)。
圖1 PBS對(duì)照組PMCFig.1 Peritoneal mast cell of PBS control group
圖2 牛奶致敏組PMCFig.2 Peritoneal mast cell of milk sensitized group
圖3 河蝦致敏組PMCFig.3 Peritoneal mast cell of shrimp sensitized group
激發(fā)后取小鼠脾臟,每周一次,連續(xù)3周,分別計(jì)算致敏組和PBS對(duì)照組脾臟占體質(zhì)量的比值(質(zhì)量百分比),發(fā)現(xiàn)致敏組小鼠脾臟占體重比值明顯大于對(duì)照組,說(shuō)明發(fā)生了脾臟腫大,結(jié)果如圖4:
圖4 不同致敏組小鼠脾臟質(zhì)量比較Fig.4 Comparison of mice splean weight in different sensitized groups
分別于初次免疫激發(fā)前(0 d)和激發(fā)后第7、14、21天檢測(cè)河蝦組、牛奶組及對(duì)照組小鼠血清過(guò)敏原slgE效價(jià)。結(jié)果判定以陽(yáng)性O(shè)D值為陰性2.1倍為準(zhǔn)。不同時(shí)間及不同組別小鼠血清sIgE效價(jià)如表1所示??梢?jiàn)各組血清sIgE效價(jià)均在激發(fā)后第7天已上升,第14天達(dá)到最高,第21天又有所下降。從表1中還可看出免疫河蝦蛋白組比免疫牛奶組致敏效果更佳。
表1 過(guò)敏原激發(fā)的sIgE效價(jià)Tab.1 Titer of sIgE sensitized by allergen
因各組小鼠均在激發(fā)后第14天sIgE效價(jià)最高,故選擇在激發(fā)后第14天測(cè)定腹腔肥大細(xì)胞組胺定向釋放,結(jié)果如圖5。圖5為免疫牛奶組定向釋放率達(dá)38.5%,免疫河蝦組達(dá)到47.1%,對(duì)照組為5.7%。數(shù)據(jù)均為每組測(cè)量3只小鼠取平均值,t檢驗(yàn),所有實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組比較呈顯著差異(P<0.05)。
圖5 不同致敏組類(lèi)胰蛋白酶釋放率Fig.5 Release rate of Trypsin in different groups
食物過(guò)敏主要是I型過(guò)敏反應(yīng)(速發(fā)性過(guò)敏反應(yīng)),具體作用機(jī)制是肥大細(xì)胞膜特異性受體結(jié)合Ig E抗體,經(jīng)過(guò)抗原的交聯(lián)作用,激活了肥大細(xì)胞,促使其脫顆粒,釋放出多種類(lèi)型的過(guò)敏介質(zhì)如組胺,而產(chǎn)生食物過(guò)敏癥狀,其中,全身性反應(yīng)(如血壓下降導(dǎo)致的休克)是最嚴(yán)重的反應(yīng)[10]。所以本研究選擇sIgE和組胺作為評(píng)價(jià)過(guò)敏狀態(tài)的指標(biāo)。
雖然Balb/c系小鼠受過(guò)敏原刺激后能產(chǎn)生高滴度的IgE,是常用于食物過(guò)敏性研究中的品系。但由于其價(jià)格昂貴,養(yǎng)殖要求比較高,死亡率較高,故本實(shí)驗(yàn)選用ICR小鼠進(jìn)行建模對(duì)象,據(jù)報(bào)道ICR果[14]表明類(lèi)胰蛋白酶占肥大細(xì)胞蛋白酶的25%,在細(xì)胞上清液中含量較高,易于檢出,此外類(lèi)胰蛋白酶的檢測(cè)方法簡(jiǎn)單,不需要形成熒光物質(zhì)參與反應(yīng),相比組胺的常規(guī)檢測(cè)有明顯優(yōu)勢(shì),它能夠更精確、更穩(wěn)定的反映肥大細(xì)胞脫顆粒的程度,因此更適合作為檢測(cè)肥大細(xì)胞脫顆粒時(shí)的標(biāo)志物。因激發(fā)后第14天過(guò)敏原sIgE水平最高,故測(cè)定了第14天腹腔肥大細(xì)胞的類(lèi)胰蛋白酶定向釋放率,實(shí)驗(yàn)組都明顯高于對(duì)照組,統(tǒng)計(jì)分析呈顯著性差異,且與sIgE檢測(cè)結(jié)果相對(duì)應(yīng)。
此外,由于脾臟是機(jī)體最大的免疫器官,可以制造免疫球蛋白、補(bǔ)體等免疫物質(zhì),發(fā)揮免疫作用。當(dāng)血液中出現(xiàn)病菌、抗原、異物、原蟲(chóng)時(shí),脾臟中的巨噬細(xì)胞、淋巴細(xì)胞會(huì)發(fā)生免疫反應(yīng),吞食外源體,結(jié)果造成脾臟腫大,因此可以把脾臟的外形及重量變化作為鑒定致敏效果的指標(biāo)之一。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,致敏組小鼠脾重占體重比值明顯大于對(duì)照組,且河蝦致敏組的脾臟比值最大,說(shuō)明致敏組小鼠體內(nèi)確實(shí)發(fā)生了較明顯的免疫反應(yīng),且河蝦蛋白致敏效果更為明顯。
綜上本研究用河蝦、牛奶蛋白皮下免疫ICR小鼠建立了過(guò)敏癥模型 ,腹腔肥大細(xì)胞體外定向組胺釋放率和特異性Ig E水平檢測(cè)可用于食品過(guò)敏原鑒定與評(píng)價(jià) ,對(duì)研究食物過(guò)敏癥的診斷和治療具有十分重要的意義。小鼠也是進(jìn)行免疫藥物篩選,復(fù)制病理模型較常用的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物,并且根據(jù)本研究結(jié)果看出,選用ICR作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象也能較好的得到需要的結(jié)果,小鼠經(jīng)過(guò)河蝦、牛奶蛋白的免疫體內(nèi)確實(shí)產(chǎn)生了較為強(qiáng)烈的免疫反應(yīng),并通過(guò)血清效價(jià)和肥大細(xì)胞組胺釋放率表現(xiàn)出來(lái)。建立過(guò)敏模型主要有經(jīng)胃腸道(口服)和非胃腸道(腹腔或皮下注射)這兩大類(lèi)途徑,雖前者更好模擬了食物引起人們過(guò)敏的途徑,但易導(dǎo)致免疫耐受;后者不但能避免口服耐受,且能引起更高滴度sIg E的產(chǎn)生[11]。本實(shí)驗(yàn)選用了河蝦和牛奶兩種致敏原,通過(guò)腹腔注射致敏途徑建立動(dòng)物模型。間接ELISA結(jié)果表明,無(wú)論注射河蝦組還是牛奶組均產(chǎn)生了較高滴度的sIgE抗體,分別在3個(gè)不同時(shí)間點(diǎn)檢測(cè)sIg E水平,激發(fā)后第14天IgE效價(jià)達(dá)到最高。比較河蝦組和牛奶組,結(jié)果顯示河蝦蛋白致敏效果要優(yōu)于牛奶蛋白。
肥大細(xì)胞在變態(tài)反應(yīng)性疾病發(fā)病機(jī)制具有核心作用,是連接變態(tài)反應(yīng)的誘導(dǎo)階段與效應(yīng)階段的紐帶,有將過(guò)敏原的信號(hào)放大的能力。組胺是經(jīng)典的過(guò)敏介質(zhì),以往主要用來(lái)標(biāo)記肥大細(xì)胞脫顆粒的程度[12],但是Schwartz等[13]曾報(bào)道組胺這種物質(zhì)在生理?xiàng)l件下半衰期很短,僅為幾分鐘,且釋放不夠穩(wěn)定,所形成的熒光物質(zhì)易分解,重復(fù)性差,從而導(dǎo)致檢測(cè)結(jié)果的不穩(wěn)定。而類(lèi)胰蛋白酶是肥大細(xì)胞內(nèi)預(yù)先合成的蛋白酶經(jīng)肥大細(xì)胞脫顆粒釋放出胞外與其他介質(zhì)一起參與過(guò)敏反應(yīng)。有研究結(jié)
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JIANG Dong-Lei1,SUN Xiu-Lan*1,ZHANG Yin-Zhi2,SH AN Xiao-h(huán)ong1,GUAN lu1,YOU Ji-ming3,LI Hong-mei3
(1.School of Food Science and Technology,Jiangnan University;2.State Key Laboratory of Food Science and Technology,Jiangnan University,Wuxi 214122,China;3 The National Center of Supervision and Inspection for Organic Food Quality;Bao YING 225800,China)
Objectives To establish allergic model with ICR mice for milk and shrimp protein,develop a novel technique based on determining histamine release from mouse sensitized cells stimulated in vitro for assessing and identifying food allergens.Methods The ICR mice were immunized by injection of river shrimp proteins or milk proteins with aluminum hydroxide as adjuvant.The sensitized mouse were challenged for one time at 7th day after sensitization.The sIgE of food allergens was measured by indirect ELISA at 7/14and 21days after challenge;and the peritoneal Mast cells were collected at 14th day and were stimulated by allergen in vitro.The liberation of tryptase was measured by ultraviolet spectrophotometry assay and was converted to releasing rate for statistical analysis with Student's system.Results①The levels of sIgE in the experimental groups were higher than on control at three different points.They reached the peak at14day after challenge,with a value of 1/25600 in river shrimp and 1/12800 in milk group.②The tryptase liberation ratio group was 38.5%in milk group and 36.14%in control group;The liberation ratio was 74.5%in river shrimp group and 47.1%in the control.All the model groups revealed significant difference compared with the control(P<0.05).Conclusion The present data indicated that tryptase release test with sensitized cells from mouse model challenged by food allergen in vitro maybe a prospective technique for assessing and identifying food allergens.
sIg E tryptase mast cell food allergy
TS 201.6
A
1673-1689(2012)05-0499-06
2011-06-21
國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(20806033);國(guó)家“十二五”科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2011BAK10B03);國(guó)家973計(jì)劃項(xiàng)目(2012CB720804);2010年度公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專(zhuān)項(xiàng)項(xiàng)目(201003008-08);江蘇省質(zhì)監(jiān)局立項(xiàng)項(xiàng)目(KJ122704)。
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孫秀蘭(1976-),女,山東聊城人,工學(xué)博士,教授,博士研究生導(dǎo)師,主要從事食品安全檢測(cè)方面研究。E-mail:sxlzzz@yahoo.com.cn