《Food Bioscience》：Structural and allergenic changes of cashew allergen Ana o 3 induced by non-epitope binding of perfluorooctanoic acid
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摘要全氟辛酸是一种普遍存在且难以降解的有机污染物，它能够与多种蛋白质相互作用，进而影响其结构完整性和功能活性。为探究全氟辛酸对腰果主要过敏原Ana o 3结构和致敏性的影响，本研究结合了计算模拟与实验方法。通过分子对接和分子动力学模拟来分析全氟辛酸与Ana o 3的结合模式，光谱
摘要
全氟辛酸是一种普遍存在且难以降解的有机污染物，它能够与多种蛋白质相互作用，进而影响其结构完整性和功能活性。为探究全氟辛酸对腰果主要过敏原Ana o 3结构和致敏性的影响，本研究结合了计算模拟与实验方法。通过分子对接和分子动力学模拟来分析全氟辛酸与Ana o 3的结合模式，光谱分析则用于验证全氟辛酸引发的Ana o 3构象变化。竞争性ELISA实验和KU812细胞实验表明，全氟辛酸并未降低Ana o 3的IgE结合能力，反而显著促进了过敏细胞因子的分泌（如IL-1β、IL-4）。总体而言，全氟辛酸通过改变Ana o 3的结构，并借助免疫调节作用提升了其致敏潜力。与以往主要研究全氟辛酸对单一蛋白质结构影响的研究不同，本研究从分子和细胞层面系统探讨了在全氟辛酸暴露下Ana o 3的结构-活性关系及免疫反应特征。这项工作有助于深入理解环境污染物与过敏原之间的相互作用机制，也为评估污染物在食物过敏发病机制中的风险放大作用提供了依据。
引言
全氟辛酸是一种合成而成的持久性全氟化合物。由于其具有疏水性和拒油性，已被广泛应用于各类工业产品中，包括家具、涂料、纸质包装、炊具、化妆品以及油漆等[1]、[2]。由于C-F键具有极高的稳定性和化学惰性，全氟辛酸具备出色的热稳定性，难以被降解或代谢。因此，它会在环境和生物体内持续存在并逐渐积累[3]，在土壤、空气、地表水、沉积物、冰川以及野生动物体内均有发现[4]。人类接触全氟辛酸的主要途径包括饮用水、灰尘、母乳、食品包装、环境空气以及职业接触等[5]、[6]、[7]、[8]。通过这些途径进入人体的全氟辛酸可以与人类血清白蛋白（HSA）[9]、[10]以及血红蛋白（Hb）[11]等关键蛋白质结合。这类结构变化不仅会增强全氟辛酸的毒性作用，还可能通过生成新抗原或激活免疫反应来提升其致敏性。Yadav等人的研究表明，全氟辛酸会显著降低β-乳球蛋白的α-螺旋含量，破坏其IgE结合能力，同时还会形成新的结合位点[12]。这些实验结果为本研究提供了理论基础。
食物过敏已成为全球日益严重的公共卫生问题。它在遗传易感个体中，因环境因素触发而对食物蛋白产生异常免疫反应而出现。树坚果过敏是一种常见且往往较为严重的食物过敏类型，占过敏性休克病例的18%-40%[13]。其患病率因年龄和地区差异而有所不同，尤其是儿童群体的发病率呈上升趋势[14]。腰果过敏属于典型的IgE介导的I型超敏反应，在树坚果过敏中尤为突出，因其症状更为严重，风险也更高，且每年发病率都在上升[15]。其临床表现从轻微的口腔瘙痒到危及生命的过敏性休克不等。当敏感人群摄入腰果过敏原蛋白后，会激活肥大细胞等免疫细胞，促使组胺等炎症介质释放，进而引发涉及皮肤、胃肠道和呼吸系统的多系统症状，严重情况下甚至可能致命[16]。目前已鉴定出三种腰果过敏原：Ana o 1、Ana o 2和Ana o 3。在这三种主要腰果过敏原蛋白中，Ana o 3是一种分子量为12.6 kDa的2S白蛋白，是与临床腰果过敏关联最紧密的过敏原[17]、[18]、[19]。研究表明，重组Ana o 3在诊断腰果过敏方面的特异性可高达94.4%，远高于粗制腰果提取物的58.3%特异性[20]。此外，Ana o 3与儿童严重的过敏反应之间存在显著的正相关关系[21]，因此可被视为腰果过敏中的主要过敏原。
环境污染物，尤其是像全氟辛酸这类持久性有机污染物，越来越被认为是在食物过敏发病率上升和病情加重过程中起关键作用的因素。全氟辛酸可通过多种途径进入人体（饮食摄入、吸入、皮肤接触），并与蛋白质相互作用，破坏其结构稳定性及正常生理功能。作为具有特定功能的蛋白质，食物过敏原极易受到环境污染物引发的结构性改变影响。这类改变可能会改变它们的免疫学特性——包括IgE结合能力和致敏潜力——从而影响食物过敏反应的起始和发展过程。然而，目前对于环境污染物如何调控过敏原结构及其致敏性的分子机制仍了解有限。尤其不清楚全氟辛酸是否会导致腰果主要过敏原Ana o 3的构象发生变化，进而影响其免疫活性和致敏潜力。为填补这一研究空白，本研究从结构和功能层面系统研究了全氟辛酸与Ana o 3之间的相互作用。通过生物物理、免疫学和细胞学检测方法，我们分析了全氟辛酸引发的Ana o 3构象变化，量化了其IgE结合亲和力的变化，并评估了与之相关的后续过敏免疫反应。这些研究结果有助于揭示环境污染物如何影响食物过敏原的特性，为评估食物过敏发病机制中的环境风险因素提供了科学依据，同时也为制定针对腰果过敏的干预策略提供了参考。
章节节选
材料与试剂
全氟辛酸（PFOA，纯度96%，CAS编号：335-67-1，购自中国上海的上海麦克林生化有限公司）。原始腰果（学名：Anacardium occidentale，品种320）从当地市场购买后储存在4°C环境中。DEAE-Sepharose快速流式分离柱购自美国威斯康星州沃基肖的GE Healthcare公司。生物素标记的山羊抗人IgE抗体购自美国加利福尼亚州赫拉克勒斯的Bio-Rad公司。KU812细胞培养基（RPMI-1640）、胎牛血清（FBS）等。
全氟辛酸-Ana o 3复合物的结构稳定性与结合位点
分子对接和分子动力学模拟结果系统地阐明了全氟辛酸与Ana o 3之间相互作用的结构基础，以及该相互作用对过敏原构象特性的调控机制。如图1A-C所示，全氟辛酸主要结合在由Arg50、Gln53、Arg54和Leu99这四个残基形成的口袋中——这些残基与Robotham所确定的Ana o 3的实验定义的线性IgE表位区域（AA10-24、13-27、39-49、66-70、101-106、107-114以及115-122）并无重叠。
讨论
全氟辛酸是一种普遍存在且难以降解的有机污染物，在人体内具有较高的生物积累潜力。流行病学证据表明，血清中全氟辛酸浓度升高与青少年食物过敏发病率的上升存在密切关联[27]。然而，目前关于全氟辛酸引发的过敏炎症的毒理学研究大多局限于卵清蛋白诱导的小鼠哮喘模型以及永生化肥大细胞系中[28]、[29]。值得关注的是，目前还有很少研究探讨全氟辛酸是否能够加剧过敏反应的程度。
CRediT作者贡献说明
胡丽芳：监督工作、资金筹集、概念设计。 吴勇：监督工作、项目管理、资金筹集。 吕云娟：实验研究。 张新毅：方法设计。 陈洪兵：资源提供、概念设计。 郑双燕：监督工作。 邵慧敏：方法设计、概念设计。 罗六六：论文撰写与编辑、初稿撰写、数据可视化、方法设计、数据整理。 程友斗：数据整理、概念设计。 沈云鹏：数据可视化。
利益冲突声明
? 作者声明，他们不存在任何可能影响本文研究结果的已知财务利益冲突或个人关系。
罗六六|邵慧敏|沈云鹏|程友斗|张新毅|吕云娟|郑双燕|陈洪兵|胡丽芳|吴勇
中国江西省南昌市南昌大学食品科学与资源国家重点实验室，邮编330047
