Aerogene Enzyme sind aggressive berufliche Inhalationsallergene

In den 60er Jahren, als eine Reihe von Asthma- und Rhinitis-Erkrankungen in der Waschmittelproduktion auftraten und diese auf die Exposition gegenüber der Protease Subtilisin zurückgeführt werden konnten, fiel erstmals das hohe Sensibilisierungspotential von konzentrierten Enzymen auf (21, 27).

Aktuelle Forschungen zeigen, dass weit verbreitete und seit langem bekannte Inhalationsallergene der Hausstaubmilben Enzymwirkungen aufweisen [52] . Eines der Hauptallergene der Spezies Dermatophagoides pteronyssinus konnte als Cysteinprotease (Der p 1) neben drei weiteren Enzymen (Trypsin = Der p 3; Chymotrypsin = Der p 6; α-Amylase = Der p 4), identifiziert werden. Auch verschiedene IgE-reaktive Proteine im Naturgummilatex von Hevea brasiliensis zeigen Sequenzübereinstimmungen mit Enzymen unterschiedlicher Substratspezifität [38]; dies sind Chitinase (EC 3.2.1.14), Lysozym (EC 3.2.1.17), Endochitinase B (EC 3.2.1.14), Enolase (EC 4.2.1.11), Triosephosphatisomerase (EC 5.3.1.1) und Superoxiddismutase (EC 1.15.1.1). Entsprechendes gilt für Bestandteile von Schimmelpilzsporen (Aspergillus, Penicillium, Mucor und Cladosporium) und für die Peroxidase im Weizenmehl [25].

Es ist davon auszugehen, dass sich Umwelt- und Berufsallergene in ihrem Pathomechanismus hinsichtlich Sensibilisierungen nicht wesentlich unterscheiden.

In dieser Arbeit sind die derzeitigen Kenntnisse über die Bedeutung enzymatischer Aktivitäten v. a. von staubförmigen Arbeitsstoffen für die Entstehung allergischer Atemwegserkrankungen zusammengetragen. Dabei wird auch auf die Notwendigkeit verbesserter Gesundheitsschutzregularien eingegangen. Auf die vielfältigen heutigen Anwendungsbereiche von Enzymen weist Tab.  [1] hin.

kurzgefasst: Eine Vielzahl umwelt- und berufsbedingter Atemwegsallergien geht auf Enzymbestandteile von Stäuben zurück. Es stellt sich die Frage, ob die Enzymaktivität mit der Allergenität zusammenhängt.

Die beruflich relevanten allergenen Enzyme werden nach ihrer Funktion klassifiziert. Ein Großteil der industriell verwendeten Enzyme, die im zunehmenden Umfang gentechnisch hergestellt werden (z. B. Xylanase), ist als allergenwirksam beschrieben.

Literatur

• 1 Aiken T C, Ward R, Peel E T, Hendrick D J. Occupational asthma due to porcine pancreatic amylase.  Occup Environ Med. 1997;  54  762-764
• 2 Anibarro B ausela B, Fontela J L. Occupational asthma in a cheese worker.  Allergy. 1996;  51 960-961
• 3 Baldo B A, Baker R S. Inhalant allergies to fungi: reactions to bakers¿ yeast (Saccharomyces cerevisiae) and identification of bakers¿ yeast enolase as an important allergen.  Int Arch Allergy Appl Immunol. 1988;  86 201-208
• 4 Baur X. Isolierte bakterielle, pflanzliche und mykotische Enzyme als aggressive Inhalations- und potentielle Ingestions-Antigene.  Allergologie. 1981;  4 87-89
• 5 Baur X, Chen Z, Sander I. Isolation and denomination of an important allergen in baking additives: alpha-amylase from Aspergillus oryzae (Asp o. II).  Clin Exp Allergy. 1994;  24 465-470
• 6 Baur X, Czuppon A B. Allergic reaction after eating α-amylase (Asp o II)containing bread Case report.  Allergy. 1995;  50 85-87
• 7 Baur X, König G, Bencze K, Fruhmann G. Clinical symptoms and results of skin test, RAST and bronchial provocation test in thirty-three papain workers: Evidence for strong immunogenic potency and clinically relevant »proteolytic effects of airborne papain«.  Clin Allergy. 1982;  12 9-17
• 8 Baur X, Sander I, Jansen A, Czuppon A B. Sind Amylasen von Backmitteln und Backmehl relevante Nahrungsmittelallergene?.  Schweiz Med Wochenschr. 1994;  124 846-851
• 9 Baur X, Sander I, Posch A, Raulf-Heimsoth M. Baker¿s asthma due to the enzyme xylanase - A new occupational allergen.  Clin Exp Allergy. 1998;  28 1591-1593
• 10 Baur X, Sauer W, Weiss W, Fruhmann G. Inhalant allergens in modern baking industry.  Immunol Allergy Pract. 1989;  11 13-15
• 11 Baur X, Wiessmann K J, Wüthrich B. Enzyme sind die allergenwirksamen Komponenten von inhalativem Pankreatin.  Dtsch med Wschr. 1984;  109 257-260
• 12 Bernstein D I, Bernstein J A, Reed P, Herd Z H, Korbee L, Stauder V, Bernstein I L, Cincinnati O H. Allergic sensitization to fungal lactase occurs in pharmaceutical workers but can be prevented by environmental controls.  J Allergy Clin Immunol. 1994;  93 265
• 13 Bernstein J A, Kraut A, Bernstein D I, Warrington R, Bolin T, Warren C P, Bernstein I L. Occupational asthma induced by inhaled egg lysozyme.  Chest. 1993;  103 532-535
• 14 Bufe A. The biological function of allergens: Relevent for the induction of allergic diseases?.  Int Arch Allergy Immunol. 1998;  117 215-219
• 15 Bufe A, Schramm G, Keown M B, Schlaak M, Becker W M. Major allergen Phl p Vb in timothy grass is a novel pollen RNase.  FEBS Lett. 1995;  363 6-12
• 16 Bufe A, Spangfort M D, Kahlert H, Schlaak M, Becker W M. The major birch pollen allergen, Bet v 1, shows ribonuclease activity.  Planta. 1996;  199 413-415
• 17 Colten H R, Polakoff P L, Weinstein S F, Strieder D J. Immediate hypersensitivity to hog trypsin resulting from industrial exposure.  N Engl J Med. 1975;  292 1050-1053
• 18 De Z otti R, Larese F, Bovenzi M, Negro C, Molinari S. Allergic airway disease in Italian bakers and pastry makers.  Occup Environ Med. 1994;  51  548-552
• 19 Drexler H, Beyer B. Berufsbedingtes allergisches Asthma einer Trichinschauerin durch Pepsinpuder.  Arbeitsmed Sozialmed Umweltmed. 1997;  32 145-147
• 20 Flindt M L. Allergy to alpha-amylase and papain.  Lancet. 1979;  1 1407-1408
• 21 Franz T, McMurrain K D, Brooks S, Bernstein I L. Clinical, immunologic, and physiologic observations in factory workers exposed to B subtilis enzyme dust.  J Allergy. 1971;  47 170-180
• 22 Gailhofer G, Teubl I, Wilders-Trusching M, Ludvan M. Allergisches Asthma bronchiale durch Bromelin.  Dermatosen. 1987;  35 174-176
• 23 Hashimoto M, Nigi H, Sakaguchi M, Inouye S, Imaoka K, Miyazawa H, Taniguchi Y, Kurimoto M, Yasueda H, Ogawa T. Sensitivity to two major allergens (Cry j I and Cry J II) in patients with Japanese cedar (Cryptomeria japonica) pollinosis.  Clin Exp Allergy. 1995;  25 848-852
• 24 Hassim Z, Maronese S E, Kumar R K. Injury to murine airway epithelial cells by pollen enzymes.  Thorax. 1998;  53 368-371
• 25 Houba R, Heederik D, Doekes G. Wheat sensitization and work-related symptoms in the baking industry are preventable An epidemiologic study.  Amer J Resp Crit Care Med. 1998;  158 1499-1503
• 26 Johnsen C R, Sorensen T B, Larsen S A, Secher A B, Andreasen E, Kofoed G S, Nielsen L F, Gyntelberg F. Allergy risk in an enzyme producing plant: a retrospective follow up study.  Occup Environ Med. 1997;  54 671-675
• 27 Juniper C P, How M J, Goodwin B F, Kinshott A K. Bacillus subtilis enzymes: A 7-year clinical, epidemiological and immunological study of an industrial allergen.  J Soc Occup Med. 1977;  27 3-12
• 28 Kämpe M, Stalenheim G, Edling C, Norbäck D, Almby B. Enzyme allergies in research laboratories.  Clin Exp Allergy. 1989;  19 120
• 29 Kurup V P, Kumar A, Kenealy W R, Greenberger P A. Aspergillus ribotoxins react with IgE and IgG antibodies of patients with allergic bronchopulmonary aspergillosis.  J Lab Clin Med. 1994;  123 749-756
• 30 Losada E, Hinojosa M, Moneo I, Dominguez J, Diez G omez ML, Ibanez M D. Occupational asthma caused by cellulase.  J Allergy Clin Immunol. 1986;  77 635-639
• 31 Losada E, Hinojosa M, Quirce S, Sánchez-Cano M, Moneo I. Occupational asthma caused by alpha-amylase inhalation: Clinical and immunologic findings and bronchial response patterns.  J Allergy Clin Immunol. 1992;  89 118-125
• 32 Madan T, Arora N, Sarma P U. Ribonuclease activity dependent cytotoxicity of Asp fl, a major allergen of A. fumigatus.  Mol Cell Biochem. 1997;  175 21-27
• 33 Merget R, Bergmann E M, Schärling B. Schweregradiges Berufsasthma durch Papain.  Allergo J. 1995;  4 365-369
• 34 Muir D C, Verrall A B, Julian J A, Millman J M, Beaudin M A, Dolovich J. Occupational sensitization to lactase.  Am J Ind Med. 1997;  31 570-571
• 35 Niinimaki A, Saari S. Dermatological and allergic hazards of cheesemakers (letter).  Scand J Work Environ Health. 1978;  4 262-263
• 36 Ohtsuki T, Taniguchi Y, Kohno K, Fukuda S, Usui M, Kurimoto M. Cry j 2, a major allergen of Japanese cedar pollen, shows polymethylgalacturonase activity.  Allergy. 1995;  50 483-488
• 37 Park H S, Nahm D H. New occupational allergen in a pharmaceutical industry: serratial peptidase and lysozyme chloride.  Ann Allergy Asthma Immunol. 1997;  78 225-229
• 38 Posch A, Chen Z, Wheeler C, Dunn M J, Raulf-Heimsoth M, Baur X. Characterization and identification of latex allergens by two-dimensional electrophoresis and protein microsequencing.  J Allergy Clin Immunol. 1997;  99 385-395
• 39 Quirce S, Cuevas M, Díez-Gómez M, Fernández-Rivas M, Hinojosa M, González R, Losada E. Respiratory allergy to Aspergillus-derived enzymes in bakers¿ asthma.  J Allergy Clin Immunol. 1992;  90 970-978
• 40 Robinson B W, Venaille T J, Mendis M H, McAleer R. Allergens as proteases: An Aspergillus fumigatus proteinase directly induces human epithelial cell detachment.  J Allergy Clin Immunol. 1990;  86 726-731
• 41 Sanchez-Monge R, Garcia-Casado G, Lopez-Otin C, Armentia A, Salcedo G. Wheat flour peroxidase is a prominent allergen associated with baker¿s asthma.  Clin Exp Allergy. 1997;  27 1130-1137
• 42 Sander I, Raulf-Heimsoth M, Baur X. α-Amylase from Aspergillus oryzae remains antibody binding capacity in bread crust.  Immunobiology. 1998;  199 (3-5) 544
• 43 Sander I, Raulf-Heimsoth M, Siethoff C, Lohaus C, Meyer H E, Baur X. Allergy to Aspergillus-derived enzymes in baking industry: Identification of β-xylosidase from Aspergillus niger as new allergen (Asp n 14).  J Allergy Clin Immunol. 1998;  102 256-264
• 44 Sandiford C P, Tee R D, Taylor A J. The role of cereal and fungal amylases in cereal flour hypersensitivity.  Clin Exp Allergy. 1994;  24 549-557
• 45 Shakib F, Schulz O, Sewell H. A mite subversive: Cleavage of cD23 and CD25 by Der p 1 enhances allergenicity.  Immunol Today. 1998;  19 313-316
• 46 Shen H, Lin W, Tam H F, Wang S, Tzean S, Huang M, Han S. Characterization of allergens from penicillium oxalicum and P notatum By immunoblotting and N terminal amino acid sequence analysis.  Clin Exp Allergy. 1999;  29 642-651
• 47 Shen H D, Lin W L, Tam M F, Wang S R, Tsai J J, Chou H, Han S H. Alkaline serine proteinase: A major allergen of Aspergillus oryzae and its cross-reactivity with Penicillium citrinum.  Int Arch Allergy Immunol. 1998;  116 29-35
• 48 Stewart G A, Thompson J P. The biochemistry of common aeroallergens.  Clin Exp Allergy. 1996;  26 1020-1044
• 49 Stewart G A, Thompson P J. the biochemistry of common aeroallergens.  Clin Exp Allergy. 1996;  26 1020-1044
• 50 Strassburger K, Bossert J, Baur X, Zober A. Sensibilisierungen durch die Enzyme Phytase und Xylanase. In: Hallier, E., J. Bünger Gesundheitsgefahren durch biologische Arbeitsstoffe 38. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Arbeitsmedizin und Umweltmedizin e.V 1999: 525-527
• 51 Tarvainen K, Kanerva L, Tupasela O, Grenquist-Norden B, Jolanki R, Estlander T, Keskinen H. Allergy from cellulase and xylanase enzymes.  Clin Exp Allergy. 1991;  21 609-615
• 52 Thomas W R. Mite allergens groups I-VII A catalogue of enzymes.  Clin Exp Allergy. 1993;  23 350-353
• 53 van d er Velden VH, Hulsmann A R. Peptidases: structure, function and modulation of peptide-mediated effects in the human lung.  Clin Exp Allergy. 1999;  29 445-456
• 54 Vanhanen M, Tuomi T, Hokkanen H, Tupasela O, Tuomainen A, Holmberg P C, Leisola M, Nordman H. Enzyme exposure and enzyme sensitisation in the baking industry.  Occup Environ Med. 1996;  53  670-676
• 55 Wiessmann K J, Baur X. Occupational lung disease following long-term inhalation of pancreatic extracts.  Eur J Respir Dis. 1985;  66 13-20
• 56 Wüthrich B, Baur X. Backmittel, insbesondere alpha-Amylase, als berufliche Inhalationsallergene in der Backwarenindustrie.  Schweiz Med Wochenschr. 1990;  120 446-450
• 57 Wymann D, Akdis C A, Blesken T, Akdis M, Crameri R, Blaser K. Enzymatic activity of soluble phospholipase A2 does not affect the specific IgE, IgG4 and cytokine responses in bee sting allergy.  Clin Exp Allergy. 1998;  28 839-849
• 58 Yasueda H, Mita H, Akiyama K, Shida T, Ando T, Sugiyama S, Yamakawa H. Allergens from Dermatophagoides mites with chymotryptic activity.  Clin Exp Allergy. 1993;  23 384-390
• 59 Zachariae H, Hoech-Thomsen J, Witmeur O, Wide L. Detergent enzymes and occupational safety Observations on sensitization during Experase production.  Allergy. 1981;  36 513-516
• 60 Zentner A, Jeep S, Wahl R, Kunkel G, Kleine-Tebbe J. Multiple IgE-mediated sensitizations to enzymes after occupational exposure: evaluation by skin prick test, RAST, and immunoblot.  Allergy. 1997;  52 928-934

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