Allergiediagnostik – Zunehmend spezifisch

Fast ein Drittel der Menschen in Deutschland reagiert allergisch (Basis: 22.563 Befragte in Deutschland; April 2019 bis September 2020 [1]). Noch höher ist die Prävalenz der nachweisbaren Sensibilisierungen. Hier können IgE-Antikörper gegen bestimmte, meist typische Allergene nachgewiesen werden, aber die Betroffenen zeigen keine entsprechende Symptomatik. Das kann bedeuten, dass der Antikörper tatsächlich klinisch nicht relevant ist, aber es kann auch bedeuten, dass bisher nur ein erster Kontakt mit dem Aller­gen erfolgt ist, der zur Antikörperbildung geführt hat, aber kein zweiter Kontakt, der die Symptome hätte auslösen können. Diese Diskussion hat nicht nur akademischen Wert, sondern ist gerade in der zunehmenden Multiplex-Testung interessant. Findet man z. B. hochtitrige Antikörper gegen Bienen- und/oder Wespengift, so stellt sich die Frage, was man mit diesem Ergebnis anfängt. Sollen die Betroffenen prophylaktisch einen Adrenalin-Pen mitführen? Soll das Ergebnis überhaupt an diese übermittelt werden, wenn es sich um einen Zufallsbefund handelt? Die Diskussion hierzu ist noch nicht abgeschlossen – wichtig ist aber, sich vor dem Test mit den jeweiligen Betroffenen zu überlegen, welche Konsequenzen so ein Ergebnis haben soll [2]. Eine Konsequenz ist der Verzicht auf „kritische“ Allergene, z. B. gegen Insektengifte in einigen Multiplex-Tests.

Sehr erfreulich ist, dass es in den letzten Jahren weitere Fortschritte und Entwicklungen in der Allergiediagnostik gegeben hat, woraus auch neue Behandlungsmöglichkeiten resultieren.

Dazu zählt die Weiterentwicklung verschiedener Arten von Blutuntersuchungen einschließlich spezifischer IgE-Tests. Bei letzteren führt die Erweiterung des Testspektrums durch rekombinante, gut charakterisierte Allergene oft zu einer genaueren und spezifischeren Diagnose als der Einsatz traditioneller Allergen-Extrakte [3]. Insbesondere bei den klassischen Allergenextrakten ist zu befürchten, dass durch die neue IVDR viele Substanzen vom Markt verschwinden werden. Damit wird die Diagnose v. a. von seltenen Allergien deutlich behindert.

Eine exponentielle Entwicklung gibt es bei den Smartphone-Apps: Mittlerweile sind viele Apps verfügbar, die es Patient:innen ermöglichen, den Pollenflug erstaunlich genau räumlich und zeitlich zu verfolgen. Ebenso können Symptome systematisch erfasst und die Medikamente verwaltet werden. So stehen schnell Informationen zur Verfügung, um z. B. durch Pollenvermeidung prophylaktisch aktiv zu werden. Ebenso einfach lässt sich die ausreichende Verfügbarkeit von Medikamenten verfolgen und es werden automatisch Hinweise gegeben, wenn der Vorrat zur Neige geht.

Für die Therapie gibt es mehrere Studien zur Sublingualen Immuntherapie (SLIT). Dies ist eine für Betroffene, insbesondere für Kinder angenehmere Form der desensibilisierenden Immuntherapie. Im Gegensatz zur traditionellen subkutanen Immuntherapie (SIT) werden die Allergene in Form von Tabletten oder Tropfen unter die Zunge gegeben und von der Schleimhaut aufgenommen. SLIT konnte in einigen Studien für diverse Allergene als eine wirksame Alternative bestätigt werden [4].

Pathophysiologie

Wichtige pathophysiologische Aspekte in der Genetik und der Umgebung der Betroffenen zeigt Abb. 1.

Wie ist der genetische Hintergrund? Eine Atopie – also eine angeborene Suszeptibilität zur Entwicklung von Allergien – ist allgemein anerkannt. Wie sind die zusätzlichen Parameter in der Umgebung des Patienten oder der Patientin? Ernährung, Umwelt, Familie? Eine anerkannte Hypothese ist die „Schmutzhypothese“: Kinder in Großfamilien, die mit vielen Geschwistern z. B. auf einem Bauernhof aufwachsen, haben ein deutlich geringeres Allergierisiko als Einzelkinder in der Stadt. Und wie wird das Immunsystem in verschiedenen Phasen der Entwicklung geprägt [5]?

Auch die Allergene selbst verdienen unsere Aufmerksamkeit: Was macht ein Antigen zum Allergen? Auch hier gibt es eine Reihe von Hypothesen dazu, welche Eigenschaften Proteine haben müssen, damit sie besonders allergen wirken. Während manche Allergene wie Ambrosia-Pollen oder Birkenpollen bei sehr vielen Personen schon bei wenigen Kontakten Allergien auslösen, lösen andere Pollen nur ganz selten Allergien aus. Das Hauptallergen von Birkenpollen ist das Protein Bet v1.

Eine aktuelle Arbeit hat eine ganz andere „Schmutzhypothese“ untersucht [6]: In der Arbeit wurden Birkenpollen von mindestens drei Bäumen (Betula pendula) an sieben Standorten mit unterschiedlicher Luftqualität ausgewertet. Die Orte verteilten sich über ein Stadtgebiet (Krakau in Polen) und drei kleinere Städte. Ein Waldgebiet diente als Referenz für wenig verschmutzte Luft. Als ein wichtiger Befund konnte gezeigt werden, dass die Konzentration von Bet v1 in Proben von Orten mit mehr Luftverschmutzung höher war und das Protein eine veränderte Struktur aufwies. Das Hauptallergen von Birken-pollen ist das Protein Bet v1. Dies könnte Auswirkungen auf die Funktion haben und Bet v1 allergener machen. Leider gibt es in der Studie keine Daten, die diese Hypothese untermauern würden, da keine Versuche in vitro (Immunoblots mit Patienten-Seren, Basophilen-Aktivierungstest), im Mausmodell oder an Birkenpollen-Allergikern (nasale Provokation, Haut-Pricktest, Expositionskammer) mit den Pollenproben durchgeführt wurden. Es muss auch bedacht werden, dass Bet-v1-Konzentrationen innerhalb eines Tages deutlich variieren können und stark vom Reifungsprozess abhängen. Wichtig ist also auch der Sammelzeitpunkt.

Man kann die Studie aber schon zum Anlass nehmen, auch über die Reduktion hochallergener Pflanzen nachzudenken. So sind z. B. die Pollen der Beifußblättrigen Ambrosie (Ambrosia artemisiifolia), auch Beifußblättriges Traubenkraut oder Ragweed genannt, hochallergen. Die Ambrosia ist in Deutschland ein Neophyt und wird auch deswegen so weit wie möglich reduziert. Birken wurden dagegen wegen ihres Aussehens und der Stabilität gegenüber Umweltfaktoren oft in städtischen Wohngebieten angepflanzt. Birken sind die am stärksten allergenen Bäume in kühlen und gemäßigten Klimazonen und lösen bei 10 bis 30 % der Bevölkerung allergische Rhinitis und Asthma aus. Birken an Stellen mit hoher Belastung mit Luftschadstoffen zu pflanzen sollte also vermieden werden.

Labordiagnostik

Auch die allergologische In-vitro-Dia­gnostik zeigt in den letzten Jahren vielversprechende Entwicklungen und Fortschritte. In der Allergie-Labordiagnostik kommen verschiedene Methoden zum Einsatz, um Allergien bei Patient:innen zu identifizieren und zu untersuchen.

Der wichtigste Labortest ist weiterhin der Nachweis spezifischer IgE-Antikörper gegen Allergene. Hier gewinnt die sog. komponentenbasierte Diagnostik (CRD) immer mehr an Bedeutung.

Die ersten rekombinanten Allergene wurden Ende der 1980er-Jahre gentechnisch hergestellt. Seither wurden über 1.000 Allergenkomponenten entschlüsselt. Die molekularen Komponenten der verschiedenen Allergene, die für die Diagnostik zur Verfügung stehen, werden kontinuierlich erweitert. Es können z. B. nicht mehr nur Antikörper gegen „Milbenkot“ erkannt werden, sondern inzwischen kann sehr gut differenziert werden, gegen welche Proteine im Milbenkot die Antikörper gerichtet sind.

Damit kann eine deutlich genauere Risikoabschätzung und Stratifizierung von Betroffenen erfolgen, was außerdem eine individuell optimierte Auswahl der Allergene zur spezifischen Immuntherapie ermöglicht. Des Weiteren konnte die Differenzialdiagnose von Nahrungsmittelunverträglichkeiten gegenüber Nahrungsmittelallergien und anderen Erkrankungen verbessert werden. Ebenso ist eine bessere Standardisierung der Diagnostik im Sinne der Reproduzierbarkeit und Vergleichbarkeit gegenüber traditionellen Allergenextrakten möglich [3].

CCDs

Ein wichtiger Aspekt und großer Fortschritt durch die CRD ist die Reduktion von falsch-positiven Reaktionen von IgE-Antikörpern gegen sog. „Cross-reactive Carbohydrate determinants“ (CCDs) in der Diagnostik. CCDs sind Zuckerketten, die auf verschiedenen Proteinen zu finden sind und aus einem Protein damit ein Glykoprotein machen. Diese finden sich auch auf vielen Proteinen, die das Immunsystem als Allergene erkennt. Interessanterweise kommt es bei bis zu 30 % der Betroffenen in Allergietests zu Reaktionen gegen diese Zuckerseitenketten. Vor über 40 Jahren wurde diese Kreuzreaktivität erstmals beschrieben [7] und seitdem beforscht.

Aufgrund vieler Studien ist heute allgemein anerkannt, dass gegen CCDs gerichtetes IgE in aller Regel keine allergischen Symptome verursacht. In der Allergiediagnostik spielt Anti-CCD-IgE wie beschrieben jedoch eine relevante Rolle.

Die in der komponentenbasierten Diagnostik verwendeten, rekombinant hergestellten Allergene besitzen keine Zuckerseitenketten und reduzieren damit erheblich die falsch-positiven Reaktionen in In-vitro-Allergietests. Des Weiteren können CCDs selbst als Substrat in einem gesonderten Ansatz mitgeführt werden und damit auch bei klassischen Allergenextrakten auf falsch-positive Reaktionen hinweisen. Es gibt Hinweise darauf, dass CCDs in In-vitro-Diagnostiktests mit Zellulosematrix als Festphase vorkommen und in seltenen Fällen zu Kreuzreaktivitäten führen können [8]. Mittlerweile gibt es auch kommerziell erhältliche artefizielle CCD-Inhibitoren, die in Tests eingesetzt werden können [9].

Viele Hersteller der komponentenbasierten Allergiediagnostik kombinieren heute mehrere Allergene in einem einzigen Assay. Meist wird dabei auch ein Reaktions­feld mit CCDs mitgeführt, sodass Reaktionen gegen CCDs sofort erkannt werden können. Dieser Multiplex-Ansatz ist prinzipiell auch mit nativen Allergenextrakten möglich, dort aber aufgrund der geringen Spezifität nicht so sinnvoll.

Ein klinisch wichtiges Beispiel ist die durch CCDs ausgelöste Kreuzreaktivität gegen natürliche Wespen- und Bienengift-Extrakte. Bei diesen potenziell lebensbedrohlichen Insektengiftallergien benötigen die Ärztinnen und Ärzte eine klare Aussage, ob die Betroffenen gegen Bienen- oder Wespengift reagieren. Oder ob, wie in ganz seltenen Fällen, eine kombinierte Überempfindlichkeit gegen Biene und Wespe besteht. Gentechnisch hergestellte Wespengift- und Bienengiftallergenkomponenten wie rVes v5 und rApi m1 ermöglichen in Kombination mit weiteren spezifischen Komponenten eine eindeutige Unterscheidung. Damit kann die Hyposensibilisierung zielgerichtet erfolgen und der oder die Betroffene wirksam geschützt werden.

Multiplex- und zelluläre Tests

Neben der schnellen Differenzierung und damit der Möglichkeit, das Hauptallergen in einem Ansatz zu erkennen, besteht ein weiterer großer Vorteil der Mehrkomponenten-Kits darin, dass mit geringsten Serummengen zahlreiche Allergene in einem Analysengang getestet werden können. Dies ist vor allem in der Pädiatrie mit ihren geringen Blutvolumina ein großer Vorteil. Auch in der Tiermedizin ist die Blutmenge, die man für die Labordiagnostik gewinnen kann, insbesondere bei Kleintieren oft sehr gering. Wie in der Pädiatrie ist auch hier eine möglichst komplette Abklärung in einem Ansatz wichtig, um wiederholte Blutabnahmen zu vermeiden.

Auch die zelluläre Allergiediagnostik, z. B. der Basophile Aktivierungstest (BAT), wurde weiterentwickelt. Hierbei werden basophile Granulozyten der Patient:innen Allergenen ausgesetzt, um die Aktivierung zu untersuchen. Dieser Test hilft u.  a. dabei, allergische Sensibilisierungen zu erkennen, für die kein spezifischer IgE-Assay zur Verfügung steht [3].

Ausblick

Auch für die spezifische Allergen-Immun-Therapie (AIT) sollten rekombinante Allergene im Vergleich zu Allergenextrakten Vorteile bringen. Therapierelevante Allergene können biotechnologisch in hoher definierter Qualität hergestellt werden.

Die Identifizierung von therapierelevanten Allergenen sowohl für die Diagnostik als auch für molekulare Therapieansätze bringt erhebliche Fortschritte auch im Sinne einer personalisierten Medizin.

Trotz einer Vielzahl klinischer Studien, die Vorteile aufzeigen konnten, stehen rekombinante Allergene bisher nicht als zugelassene Therapeutika zur Verfügung. Fortschritte zeigen sich aber für die i. d. R. besser verträgliche sublinguale Verabreichen der klassischen Präparate (SLIT). Einen Überblick über die in Deutschland zugelassenen Präparate für SLIT findet man beim Paul-Ehrlich-Institut [11].

Die derzeit zugelassenen, in der klinischen Versorgung routinemäßig eingesetzten AIT-Präparate werden weltweit ausschließlich aus natürlichen Allergenquellen meist durch Extraktion des Gesamtproteinanteils gewonnen. Neben den therapiewirksamen allergenen Proteinen befinden sich also viele weitere, i. d. R. nicht benötigte oder evtl. sogar schädliche Proteine. Aufgrund des natürlichen Ausgangsmaterials unterliegen diese AIT-Präparationen auch Schwankungen in ihrer Komposition. Für die Standardisierung sind daher hohe Ansprüche notwendig, um eine möglichst konsistente Qualität der Allergenchargen zu erreichen [10].

Die gentechnische Modifikation der Allergene, z. B. Hybridstrukturen, und die direkte Integration von Carrier-Systemen können zu optimierten allergenen und immunogenen Eigenschaften führen. Beispiele sind die rekombinante Kombination mehrerer Allergene, der Einbau adjuvant wirkender Strukturen und die Verwendung von Virus-like Particles (VLP) (Abb. 2).

Bis dato werden diese AIT-Ansätze ausschließlich in klinischen Studien eingesetzt. Das Ziel ist die Entwicklung besser verträglicher AIT-Präparate, die hochwirksam sind und damit zu einer verbesserten Akzeptanz durch die Patient:innen führen können.