Проучванията показват, че около 1,5 милиона американци страдат от фъстъчени алергии и всяка година около 30 000 пациенти са хоспитализирани поради симптоми на анафилактичен шок, от които между 150 и 200 случая са фатални. Алергичната реакция към фъстъци може да бъде незабавна (анафилактичен шок или може да възникне няколко часа след консумация. В повечето случаи се наблюдават алергични реакции след консумация на фъстъци, въпреки че в някои случаи реакцията може да бъде предизвикана от слюнка (целувки, прибори) или чрез вдишване на алергена Основният фъстъчен алерген, Ara h 1, е доказано относително лесен за почистване от ръцете и покрит с общи почистващи препарати и не изглежда широко разпространен в училищата.
Алергията към фъстъци се причинява от протеини в семето. Както всички семена, фъстъците са богати на протеини, особено на така наречените протеини за съхранение, които служат като резервен материал по време на растежа на ново растение. Доказано е, че някои от тези протеини за съхранение са най-важните алергени: вицилини и албумини.
Досега са идентифицирани 10 алергена в фъстъците. Основният алерген е Ara h 1, който е вицилин; другият основен алерген е Ara h 2 (2S албумин). Тези два алергена са причина за 95% от алергичните реакции към фъстъците. Малките алергени в фъстъците са арахина (легумин) –Ara h 3 и Ara h 4-, профилин –Ara h 5-, 2S албумини –Ara h6 и Ara h 7-, олеозин, аглутинин и Ara h 8 (семейство Bet v 1). Сенсибилизацията на фъстъците обикновено се проявява през детството и често продължава през целия живот; В този смисъл алергията към фъстъци се различава от другите често срещани хранителни алергии (като алергия към яйчни или млечни протеини), които са разпространени в детска възраст, но обикновено изчезват в зряла възраст.
Използвайки серумен IgE от популация индивиди, свръхчувствителни към фъстъци, 23 свързващи епитопи са картографирани към IgE от Ara h 1. Намерените имунодоминантни епитопи са: Ara h 1 25–34 (KSSPYQKK), Ara h 1 65–74 (EYDPRLVY), Ara h 1 89–98 (ERTRGRQP) и Ara h 1 498–507 (RRYTARLKEG). Останалите идентифицирани IgE епитопи са: Ara h 1 48–57 (QEPDDLKQKA), Ara h 1 89–98 (ERTRGRQP), Ara h 1 97–105 (GDYDDDRR), Ara h 1 107–116 (RREEGGRW), Ara h 1 123–132 (EREEDWRQ), Ara h 1 134–143 (EDWRRPSHQQ), Ara h 1 143–152 (PRKIRPEG), Ara h 1 294–303 (PGQFEDFF), Ara h 1 311–320 (YLQEFSRN), Ara h 1 325–334 (FNAEFNEIRR), Ara h 1 344–353 (QEERGQRR), Ara h 1 393–402 (DITNPINLRE), Ara h 1 409–418 (NNFGKLFEVK), Ara h 1 461–470 (GNLELV), Ara h 1 525–534 (ELHLLGFGIN), Ara h 1 539–548 (HRIFLAGDKDA), Ara h 1 551–560 (IDQIEKQAKDA), Ara h 1 559–568 (KDALAFPGSGE), Ara h 1 578–587 (KESHFVSARP) и Ara h 1 597–606 (EKESPEKED). Използвайки масив от 213 20 аминокиселинни пептида с 5 припокриващи се остатъка от последователностите Ara h1, Ara h2 и Ara h3, беше установено, че Ara h1 съдържа 13 известни IgE свързващи области, включително нов епитоп, съдържащ остатъците 361-385, които не може да бъде намерен със серума.
Друг значим алерген, идентифициран в фъстъците, е Ara h 2, който е гликопротеин с молекулна маса 17-19 kDa и изоелектрична точка 5,2. В момента са идентифицирани 2 изоформи на Ara h2. Ara h 2 съответства на делта конглутин, член на семейството 2S албумин. Базираното на хомология молекулярно моделиране на Ara h 2 и други 2S албуминови алергени показа, че те споделят обща триизмерна структурна рамка, състояща се от 5 α-спирали, подредени в дясно въртящ се суперхеликс и свързани с повече или по-малко удължени къдрици. Триизмерната структура се стабилизира от дисулфидни мостове, които са запазени сред всички членове на албумин 2S суперсемейството. Ara h 2 се различава от другите 2S албумини, съответно с 2 допълнителни къдрици в N-крайния и С-крайния край на полипептидната верига, съответно.
Дефинирани са 10 линейни епитопи на Ara h 2, както следва: 15-HASARQQWEL-24, 21-QWELQGDR-28, 27-DRRCQSQLER-36, 39-LRPCEQHLMQ-48, 49-KIQRDEDS-56, 59-RDPYSP-64, 65-SQDPYSPS-72, 118-LQGRQQ-122, 127-KRELRN-132 и 143-QRCDLDVE-150.
Епитопите показват доста добра експозиция на молекулярната повърхност на триизмерния модел, но конформационният анализ на линейните епитопи не показва структурна хомология на Ara h 2 със съответните области на други алергени в орехите. Предполага се, че наблюдаваната алергенна кръстосана реактивност между фъстъчени и ядкови алергени зависи от друг вездесъщ протеин за съхранение на семена, вицилин. Въпреки това, скорошни проучвания, използващи рекомбинантния Ara h 2 алерген, показват, че IgE-специфичният фъстъчен алерген кръстосано реагира с протеините, открити в бадемите и бразилските ядки. Като in vitro корелат на клиничната реактивност, беше използван тест за активиране на базофилите, за да се демонстрира, че Ara h2 споделя общи IgE свързващи епитопи с някои ядкови алергени. Почти сигурно има пространствени епитопи, които преди това не са били разглеждани. Наличието на тези често срещани IgE-свързващи епитопи може да допринесе за преобладаването на ко-сенсибилизация на фъстъци и дървесни ядки при лица с алергия към фъстъци.
Ara h 3 и Ara h 4
Останалите алергени, които се появяват в фъстъците, са по-малко значими. Две от тях са Ara h 3 и Ara h 4, чиито последователности са 91% идентични, но са били именувани независимо (обикновено те биха се наричали изоалергени). Тези алергени са протеини за съхранение на семена, които принадлежат към суперсемейството 11S cupina.
Глобулинът за съхранение на фъстъци 11S, наречен арахин, е олигомер с молекулна маса 360 kDa. Подобно на други бобови растения и глицинини, той се синтезира като полипептидни вериги с около 60 kDa, които образуват тримери. При разделяне на 40 kDa N-крайни киселинни субединици и 20 kDa C-терминални основни субединици, които остават дисулфидно свързани, тримерите образуват хексамер. Киселинна и основна верига в субединицата се разделят чрез пептидна връзка Asn-Gly. Araquine, подобно на други глобулинови протеини за съхранение, може да бъде топлоустойчив.
Ara h 3 първоначално е идентифициран като глицинин. Оказа се обаче, че този 14 kDa протеин е обработена форма на Ara h 3, след транслация на очаквания цял протеин. Понастоящем се приема, че Ara h 3 съдържа няколко полипептиди, които на SDS-PAGE на екстракт от орехов протеин са видими в обхвата на молекулните маси от 14-45 kDa. Триизмерните модели, изградени от рентгеновите координати на соевия глицинин A3B4 (PDB код 10D5), направени за Ara h 3 и други бобови алергени в орехите (Ana o 2, Bre e 1, Cor a 9 и Jug r 4) имат показа, че всички тези алергени съдържат купинален мотив, направен от 2 модула, подредени в тандем, свързани с псевдосиметрична ос. Във всеки модул две стени от антипаралелни β-нишки, образуващи централната структура на модула, са свързани с удължен контур, съдържащ три α-спирали. И двата модула са свързани чрез свързваща област, образувана от 2 удължения на α-спирала, за да образуват промотора на легумина. Трите мотиви за купина образуват хомотример с форма на призма, подобен на този на други бобови растения.
Съобщени са четири критични IgE свързващи епитопи (IETWNPNNQEFECAG 33–47, GNIFSGFTPEFLEQA 240–254, VTVRGGLRILSPDRK 279–293, DEDEYEYDEEDRRRG 303–317), всички в N-крайния регион на Ara субединица 3 и следователно в киселинната киселина. Неотдавнашно проучване показа, че основна субединица на Ara h 3 съдържа доминираща имунореактивност. Ara h 3 показва 62% -72% идентичност на последователността с хомолози от соя и грах. Установено е, че Ara h 3 има по-висока хомология на аминокиселинната последователност спрямо соята и други LegA протеини, отколкото към G4 и други 11S соеви глобулини. Епитопът, който кръстосано свързва IgE от фъстъци и соя, е докладван като SGFTPEFLEQAFQVD (Ara h 3 244–258).
Конформният анализ показа, че експонираните на повърхността IgE-свързващи епитопи в Ara h 3 проявяват известна структурна хомология, която може да обясни кръстосаната реактивност, свързана с IgE, наблюдавана между алергени от фъстъци и ядки (Jug r 4 de Castilla walnut, Cor a 9 лешник и Ана или 2 ореха). IgE-свързващи епитопи, подобни на тези, открити в 11S глобулиновите алергени, очевидно не се появяват при други вицилинови алергени с купината гънка от фъстъци (Ara h 1) или орехи (Castil-walnut Jug r 2, Cor a 1 de лешник и Ana или 3 кашу).
Ara h 5 е фъстъчен алерген с молекулна маса 14 kDa и висока термостабилност. Този незначителен алерген е цитоскелетен актин-свързващ протеин и съответства на добре познатия растителен алерген профилин, проявяващ до 80% от аминокиселинната последователност, идентифицирана в други профилини. Установено е, че фъстъченият профилин реагира кръстосано с черешов профилин (Pru a 4) и по-слабо с профилини на круша и целина, докато профилинът от брезов прашец (Bet v 2) не е способен да инхибира свързването на IgE с фъстъчен профилин. Последователността Ara h 5 показва 83% идентичност, подобна на тази на Gly m 3 от соя. Рекомбинантен фъстъчен профилин се пречиства от Е. coli, като се използва поли-L-пролин сефарозна колона.
Ara h 6 и Ara h 7
Два други незначителни фъстъчени алергена, Ara h 6 и Ara h 7, принадлежат, като Ara h 2, към семейството 2S албумин. Докато хомоложният Ara h 2 се счита за основен алерген, Ara h 6 се счита само за незначителен, разпознат от 38% от алергичния серум на фъстъци, докато Ara h 7 се разпознава от 43% от алергичния серум към фъстъци.
Ara h 6 е приблизително 60 и идентичен с Ara h 2 и следователно се третира като различен алерген, а не като изоалерген. Въпреки това може да се получи известна кръстосана реактивност с IgE. Ara h 6 дава ядро, устойчиво на протеаза при храносмилане с трипсин и химотрипсин. Ara h 7 може да е по-малко стабилен от Ara h 2 и Ara h 6, тъй като са запазени само 2 дисулфидни моста. Ara h 2 и Ara h 6 са 40% -50% идентични на Ara h 7 до 80% от последователността. Не е ясно дали има кръстосана реактивност към IgE.
Последният алерген, идентифициран в фъстъците, е олеозинът с молекулна маса 16-17 kDa. Олеозините са белтъчните компоненти на телата за съхранение на липиди на растенията, известни като "маслени тела". Олеозините са амфипатични протеини с ниско молекулно тегло (15-26 kDa) с дълга хидрофобна сърцевина, фланкирани от хидрофилни домени в N-терминала и С-края, които действат като емулгатори за съхранение на липиди в семената. Чрез усъвършенстване на фъстъчения олеозин е разкрито преобладаването на структурата на α-спиралата, която може да бъде отнесена към централния регион. Нормално е да се говори за олеозин като скрит алерген, който може да е причина за свръхчувствителност след консумация на рафинирано фъстъчено масло или продукти, съдържащи това масло. Реактивността на Олеозин с IgE се увеличава в печените фъстъци.
Технологичната обработка, приложена по време на преработката на храни, може да доведе до промени в алергенните свойства на същата. Термичните реакции като печене, втвърдяване и различни видове готвене могат да причинят множество не-ензимни биохимични реакции в храната. Една от най-честите реакции по време на термична обработка е групата, наречена Реакции на Maillard; крайният продукт от тези реакции играе съществена роля за образуването на аромата и вкуса на хранителните продукти. Фъстъците често се пекат, което допринася за увеличаване на алергенността на основните им алергени.
Както Ara h 1, така и Ara h 2 от печени фъстъци се свързват с по-високи нива на IgE. Установена е корелация между нивото на повишено свързване на IgE и повишени модификации на карбоксиметил-лизин на повърхността на протеина. Екстрактът, получен от печени фъстъци, реагира със серума на алергичните субекти на ниво 90 пъти по-високо от това, наблюдавано при суровите фъстъци. Печенето води до образуването на силно стабилни тримери на Ara h 1. Пречистеният Ara h 1 от печени фъстъци е много по-малко разтворим от Ara h 1 от сурови фъстъци. Смята се, че Ara h 2 образува вътрешномолекулни омрежвания поради печене, без да образува структури от по-висок ред.
Ara h 2 е известно от години като слаб инхибитор на трипсин. Инхибиторната активност на трипсина в Ara h 2 се увеличава 3,5 пъти при печене. Процесът също така увеличава устойчивостта на Ara h 2 към храносмилането чрез трипсин. Самородният Ara h 2, но не и редуцираният, е устойчив на протеази, оставяйки 10 kDa фрагмент. Наблюдавано е също, че Ara h 2 защитава Ara h 1 срещу действието на трипсина, в допълнение към факта, че интензивността на защитата се увеличава след изпичане. Структурата на протеина обаче е променена, вероятно с вътрешномолекулни кръстосани връзки. Свързването на Ara h 2 с IgE също оцелява при печене по-добре от варене или пържене. Свързването на профилин (Ara h 5) с IgE също преживява печенето.
Ara h 8 има ниска устойчивост на потъмняване, но не е напълно инактивирана от топлина. Такава частична термична устойчивост е демонстрирана за други хранителни алергени, които са хомоложни на Bet v 1, като Cor a 1 от лешник или Gly m 4 от соя.
Фъстъченото масло се използва широко във фармацевтични продукти (наред с други за производството на мехлеми и витамини) или като костно лепило за ортопедични операции. Резултатите от ELISA показват, че само суровото фъстъчено масло съдържа значителни количества протеин, докато в рафинираните масла и фармацевтичните продукти няма откриваем протеин (под 0,3 ng/ml); при имуноблоти със серум от лица, алергични към фъстъци, не е установена реактивност. Въпреки това се появява нова тенденция в производството на хранителни масла. Като цяло суровите растителни масла съдържат множество биоактивни съединения, които се отстраняват при рафинирането, а новите технологии са насочени към увеличаване на хранителната стойност на хранителните масла. Времето ще покаже последиците от тази и други тенденции в популацията с алергии към фъстъци и други храни.