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本文编辑推荐：为探究环境因素如何影响过敏性疾病这一日益严峻的公共卫生问题，研究人员利用宠物店小鼠模型，开展了关于环境免疫刺激如何塑造适应性免疫记忆并影响过敏反应的研究。研究发现，早期生活环境中的广泛抗原暴露可诱导产生交叉反应性记忆，从而在后续接触过敏原时抑制II型免疫反应，降低过敏风险。该研究揭示了环境暴露与过敏易感性之间的免疫学机制，为理解“卫生假说”和开发过敏预防策略提供了新视角。
过敏性疾病，例如哮喘、特应性皮炎和食物过敏，被认为是机体对原本无害或轻微刺激产生的过度II型免疫反应。过去一个世纪以来，过敏性疾病的发病率显著上升，这强烈提示环境因素而非遗传因素是驱动这一变化的主要原因。尽管存在许多连接环境与过敏的假说，但环境介导的过敏保护作用的生物学机制尚不清楚。发表在《自然》杂志上的这项研究，通过小鼠模型揭示，早期生活环境中的免疫刺激能够产生交叉反应性的适应性免疫记忆，这种记忆能够阻碍后续接触过敏原时引发的II型免疫反应，从而起到保护作用。
为了回答环境如何影响过敏易感性这一关键问题，研究人员设计并开展了一系列精巧的实验。他们比较了在无特定病原体（SPF）条件下饲养的小鼠与从本地繁育者处获得的、生活在非SPF环境中的“宠物店小鼠”。这些宠物店小鼠携带多种病原体和共生细菌，其免疫状态更类似于经历过自然环境暴露的健康成年人。研究人员使用鸡卵清蛋白（cOVA）作为模型过敏原，通过皮下、肺部或肠道等不同途径对小鼠进行致敏，然后观察其全身性过敏反应（过敏反应）。结果发现，与SPF小鼠在过敏原攻击后出现严重的过敏性休克和体温过低不同，宠物店小鼠仅表现出轻微的反应。进一步分析表明，这种保护作用与宠物店小鼠体内预先存在的cOVA反应性IgG抗体和记忆T细胞有关，这些交叉反应性免疫记忆是在丰富的环境暴露中“偶然”获得的，即便小鼠从未接触过cOVA。研究人员还开发了一种基于eCPX系统的表位展示工具，证实了宠物店小鼠血清中存在针对多种cOVA表位的交叉反应性抗体。
研究的关键发现在于，这种保护作用可以通过免疫印记的机制实现。当在致敏前，用完全弗氏佐剂（CFA）——一种能驱动强烈I型免疫反应的佐剂——与cOVA或其来自鹌鹑（qOVA）、鸭子（dOVA）等禽类的同源蛋白对SPF小鼠进行免疫，可以使其在后续的cOVA致敏中受到保护，表现为过敏反应减轻，同时cOVA反应性IgG水平升高而IgE水平不变。更重要的是，即使在已经对cOVA致敏的小鼠中，后续再用CFA加cOVA或其同源蛋白（如qOVA）进行免疫，也能逆转其过敏状态，提供治疗性的保护效果。这表明，在I型免疫背景下接触抗原，能够将免疫反应偏向于产生保护性的IgG，从而抑制或覆盖原有的过敏倾向。
除了I型免疫印记，研究还探讨了口服耐受的交叉保护作用。让小鼠通过饮水摄入cOVA诱导口服耐受后，这些小鼠不仅对cOVA的致敏有抵抗力，对qOVA、dOVA等cOVA同源蛋白的致敏也同样受到保护，且保护程度与同源蛋白和cOVA的序列相似性相关。在更接近自然暴露的复杂抗原实验中，研究人员发现，饮食中摄入大豆（一种豆科植物）蛋白的小鼠，不仅对大豆提取物致敏有抵抗力，对同科的花生和豌豆提取物的致敏也表现出保护作用。这表明，通过日常饮食接触某种抗原所诱导的免疫耐受，可以扩展到抗原性相似的其他蛋白质上。
本研究主要应用了以下几类关键技术方法：1） 利用宠物店小鼠（非SPF环境来源）和不同品系SPF小鼠构建过敏模型，通过不同途径（皮下、肺、肠道）致敏并监测全身过敏反应（体温下降）；2） 采用酶联免疫斑点（ELISpot）和流式细胞术（检测CD4+CD154+T细胞）分析抗原特异性T细胞反应；3） 通过酶联免疫吸附试验（ELISA）定量检测血清中抗原特异性免疫球蛋白（IgE、IgG亚类）水平；4） 构建基于eCPX系统的细菌表位展示库，用于高通量分析血清抗体的表位反应谱；5） 采用被动血清转移、交叉致敏与耐受诱导（如使用完全弗氏佐剂CFA或口服抗原）等实验策略验证免疫记忆的保护机制。
宠物店小鼠免受过敏
研究首先确认，与SPF小鼠相比，宠物店小鼠对通过肠道、肺部或皮肤途径致敏后cOVA攻击引发的过敏反应有显著抵抗力。尽管通过皮肤致敏后，宠物店小鼠能产生与SPF小鼠相当甚至更高的cOVA反应性IgE，但它们并不发生严重的过敏反应。这表明保护机制并非简单地由于IgE产生减少，而是可能发生在肥大细胞激活的上游。进一步实验排除了宠物店小鼠在肥大细胞激活或其下游信号应答方面存在全局性缺陷的可能性。相反，宠物店小鼠在致敏后产生了更高比例的过敏原反应性IgG与IgE，特别是IgG2亚类，这与I型免疫反应相关的细胞因子干扰素-γ (IFNγ) 的驱动作用一致。
宠物店小鼠具有预先存在的免疫记忆
令人惊讶的是，从未接触过cOVA的宠物店小鼠体内存在可检测到的cOVA反应性IgG抗体。利用表位展示技术进行的精细分析表明，宠物店小鼠血清能富集多种多样的cOVA衍生肽段，而其SPF对照则不能。这提示宠物店小鼠体内存在一个针对cOVA表位的“随机组合”式的交叉反应性抗体库。在T细胞方面，宠物店小鼠的脾细胞在体外经cOVA或锁孔虫血蓝蛋白（KLH，另一种模型抗原）刺激后，能产生大量的IFNγ，而 naive SPF小鼠则不能。流式细胞术也证实了宠物店小鼠体内存在cOVA反应性记忆CD4+T细胞。这些数据表明，丰富的环境暴露使宠物店小鼠的免疫系统处于一种“准备就绪”的状态，即使面对全新的抗原（如cOVA），也能通过交叉反应迅速启动以I型反应为特征的免疫记忆。
过敏发生的围产期窗口
为了确认环境的关键作用，研究人员将宠物店新生鼠交由SPF母鼠抚养。这些在SPF环境中长大的宠物店后代，其血清免疫球蛋白水平变得与SPF小鼠相似，并且对成年后的过敏致敏变得高度敏感。反之，将SPF小鼠与宠物店小鼠共同饲养或由宠物店母鼠抚养，则能使其免疫反应偏离IgE，从而获得对过敏的保护作用。更重要的是，对宠物店小鼠自身发育过程的研究发现，其在围产期（生命早期）对cOVA致敏是敏感的，会导致严重的过敏反应；而等到成年后再进行致敏，则由于此前积累的环境暴露已诱导产生交叉反应性记忆，反而表现出保护作用。甚至，对在围产期已致敏（过敏）的宠物店小鼠，在成年后给予额外的cOVA/CFA免疫，也能逆转其过敏状态，增加保护性IgG而不改变IgE水平。这表明过敏易感性并非不可改变的免疫设定点。
交叉反应性记忆可限制过敏
为在SPF小鼠中验证交叉反应性I型记忆的保护作用，研究人员在致敏前，用CFA与cOVA或其来自鹌鹑（qOVA）、鸭（dOVA）的同源蛋白对小鼠进行免疫。结果显示，预先接触cOVA、qOVA或dOVA均能保护小鼠免受后续的cOVA致敏攻击，而仅接触CFA则不能。这种保护同样伴随着cOVA反应性IgG水平的升高。此外，用cOVA反应性单克隆抗体进行表位筛选，发现其能识别数千种不同的肽段，远超出其原始表位，揭示了单克隆抗体也具有广泛的交叉反应潜力，这为环境暴露如何塑造一个广泛交叉反应的抗体库提供了线索。更重要的是，在已致敏的小鼠中，后续给予CFA加cOVA或qOVA的免疫，也能提供治疗性的保护，逆转已建立的过敏反应。
交叉耐受同样限制过敏
研究还探讨了在耐受性背景下（如口服耐受）的交叉保护。诱导小鼠对cOVA产生口服耐受后，这些小鼠不仅对cOVA致敏有抵抗力，对qOVA、dOVA等cOVA同源蛋白的致敏也受到保护。保护效果与同源蛋白和cOVA的相似性大致相关。在更复杂的豆科植物抗原实验中，饮食中含有大豆蛋白的小鼠，其对同科的花生和豌豆提取物的致敏也表现出抵抗力，体现了在自然饮食暴露背景下存在的交叉耐受现象。
研究结论与讨论
本研究阐明了环境驱动的免疫印记通过诱导交叉反应性适应性免疫记忆来预防过敏的机制。这种保护作用主要体现在两个层面：一是在I型免疫背景下接触抗原（包括交叉反应性抗原），可引导后续针对该抗原或相似抗原的免疫反应偏向于产生保护性的IgG抗体，从而抑制IgE介导的过敏反应；二是在耐受性背景下（如口服暴露）接触抗原，可诱导产生调节性反应，削弱后续致敏的强度。研究结果表明，免疫系统在生命早期接触的抗原多样性，会塑造其后续对新型抗原（包括过敏原）的反应模式。丰富的环境暴露所建立的广泛交叉反应性记忆库，犹如一套“预存免疫力”，能够降低对常见环境蛋白产生过度II型免疫反应（过敏）的可能性。这为解释“卫生假说”提供了具体的免疫学机制，也提示在生命早期通过安全的方式增加抗原暴露的多样性，或有可能为预防过敏性疾病开辟新的策略。同时，研究发现在成年期通过特定方式的抗原再暴露甚至可能逆转已建立的过敏状态，这为过敏性疾病的免疫干预提供了新的思路。
