免疫球蛋白亚类检测与临床诊疗价值

作者:晏颂欣 李永哲
作者单位:北京协和医学院北京协和医院检验科 2022-01-11

李永哲北京协和医院研究员,教授,博士/博士后研究生导师。北京协和医院检验科副主任。主要从事自身免疫病生物标志物发掘筛选与临床转化、发病机制探究及实验诊断技术临床应用等研究工作。现任中华医学会检验分会委员、中国医师协会检验医师分会常委、中国研究型医院学会检验专业委员会副主任委员、中国分析测试协会标记免疫分析专业委员会副主任委员、中国医疗保健国际交流促进会风湿病学分会副主任委员、中国免疫学会临床免疫分会常委、中华医学会微生物与免疫学分会委员、北京医学会检验分会常委、中华检验医学杂志等多种核心期刊任编委等。以课题负责人承担国家重点研发计划1项,国家自然科学基金项目8项,首都卫生发展科研专项重点攻关项目1项,北京市科委项目1项。获发明专利15项。以第一作者或通讯作者在NEJM、Nat Genet、Ann Rheum Dis、Signal Transduct Target Ther、Arthritis Rheumatol、ACS central sci等国际著名学术期刊发表SCI论文125篇(总IF530分,单篇最高IF=74.609分)。以第一完成人获中华医学会中华医学科技奖、北京市科学技术奖、中国医疗保健促进会华夏医学科技奖等奖励。


晏颂欣中国医学科学院北京协和医院直博生,临床检验诊断学专业,师从李永哲教授。研究方向为IgG4相关疾病发病机制及生物标志物发掘。参与国家重点研发计划,北京市科委项目等科研课题。以第一/共同第一作者发表文章7篇,其中SCI文章四篇,总IF:31.296。


免疫球蛋白(Immunoglobulin,Ig),是一种主要由浆细胞分泌,被免疫系统用来鉴别与中和外来物质如细菌、病毒等病原体的大型Y形蛋白质[1]。免疫球蛋白是由两条相同的轻链和两条相同的重链通过链间二硫键连接而成的四肽链结构。哺乳动物的免疫球蛋白轻链有两种(λ、κ),重链有5种(α、δ、ε、γ、μ),根据重链的不同,抗体被分为不同的种型,分别为免疫球蛋白A(IgA)、免疫球蛋白D(IgD)、免疫球蛋白E(IgE)、免疫球蛋白G(IgG)以及免疫球蛋白M(IgM)。根据重链氨基酸残基的组成和抗原差异性以及连接重链的二硫键数目和位置的不同,人体内IgA可分为IgA1和IgA2两个亚类,血清IgA2占血液中总IgA含量的6-35%,但占分泌型IgA含量的40-60%。这说明调节IgA1和IgA2产生和分泌的机制可能有所不同[2]。IgG可分为IgG1、IgG2、IgG3和IgG4 4个亚类,IgG亚类根据其血清浓度排序进行编号。正常情况下IgG1占总IgG的60%-70%,IgG2、IgG3和IgG4的浓度逐渐降低[3]。临床实验室对IgA、IgD、IgE、IgG以及IgM的检测对于患者免疫系统功能的检测和疾病的诊断起到了重要的作用,近年来关于Ig亚类的研究越来越多,其临床价值也逐渐被发掘,本文现就Ig亚类的研究进展进行总结,进一步展示其临床检测的价值及意义。


一、免疫球蛋白亚类缺乏


Ig缺乏常见于原发性体液免疫缺陷病,原发性体液免疫缺陷属于以抗体为主的缺陷。其特征为存在B细胞固有异常,通常导致B细胞数量减少和/或免疫球蛋白生成受损。由于IgA、IgM、IgG三种Ig在人体内的含量最高,而IgE和IgD的含量较低,目前关于Ig缺乏的研究常集中在IgA、IgM、IgG三种免疫球蛋白上。以上五种Ig都可出现体内表达低下的情况,包括单独出现和联合出现。其中在无丙种球蛋白血症表现为血清IgA、IgD、IgE、IgG以及IgM水平非常低,且循环中没有B细胞,无法产生Ig。选择性IgA缺陷(selective IgA deficiency,sIgAD)是最常见的人类免疫缺陷病,患者血清IgA<7mg/dL,多数sIgAD患者没有症状,通常对健康献血者开展血液检查来估算患病率[4]。只有不到1/3的患者就诊,常表现为反复发生呼吸道感染, 并可伴发过敏、自身免疫性疾病、胃肠道疾病和恶性肿瘤[5, 6]。而IgA1和IgA2在人体内分别由两个不同的基因α1和α2编码。日本研究人员对sIgAD患者的α1和α2基因表达水平进行检测后,发现α1基因表达的抑制可能与sIgAD的发病机制有关,可能说明IgA1亚型的缺乏在sIgAD患者的发病机制发挥了更显著的作用[7, 8]。由于血清IgG1亚类占总IgG的绝大部分,故IgG1缺乏通常会导致整体低丙种球蛋白血症,而其他IgG亚类缺乏时总IgG可检测为正常水平。目前的研究发现最常见的IgG亚类缺陷是IgG3[9]。IgG2主要参与荚膜多糖抗原的抗体应答,IgG2缺陷患者更易感染肺炎链球菌、b型流感嗜血杆菌[10]。近期研究也发现降低的IgG2水平是支气管扩张恶化的独立预测因子,并增加了疾病进展[11]。有症状的IgG亚类缺陷患者最常表现为反复性呼吸道感染,还可伴发其他原发性免疫缺陷、特应性疾病、慢性气道疾病和自身免疫病[12]。IgG亚类的正常水平与研究人群年龄、有无疾病以及分析方法相关,目前不同的人群和年龄关于正常水平的判定不同。本课题组前期也建立了第一个中国成人和儿童的血清IgG亚类的参考范围[13, 14]。当患者一种或多种血清IgG亚类低于同龄健康人正常均值2个标准差以上,常被认为可能存在IgG亚类缺陷。然而部分IgG亚类水平较低的患者并无任何临床表现,这也进一步表示IgG亚类的正常范围仅有一定的参考价值,对患者的进一步的评估和诊断需密切依靠患者的临床症状。近期IgG亚类缺乏也被发现可作为COVID-19患者疾病严重程度的指标,主要为IgG1、IgG2和IgG4亚类,IgG缺陷患者的疾病严重程度比IgG水平正常的患者更差[15]。重症COVID-19患者可出现IgG2亚类缺乏症,淋巴细胞减少和IgG2缺乏与需要机械通气之间存在潜在关联[16]


二、免疫球蛋白亚类升高


Ig升高常见于多种炎症性疾病,自身免疫性疾病以及过敏性疾病等。在强直性脊柱炎患者血清中发现IgA1亚类水平升高是总IgA升高的关键原因[17]。作为世界上最常见的原发性肾小球肾炎,IgA肾病的发病机制与IgA1密切相关。由于IgA1分泌细胞过度产生异常糖基化的IgA1,在某些O-聚糖中缺乏半乳糖,导致循环半乳糖缺陷型IgA1的水平增加,进而诱导了特异自身抗体的产生,这些抗体随后结合半乳糖缺陷型IgA1铰链区,导致免疫复合物的形成。其中一些复合物沉积在肾脏中,激活系膜细胞并引起肾小球损伤[18]。半乳糖缺陷型IgA1是非常有潜力的IgA肾病的生物标志物,其临床意义仍在评估中。研究人员进一步发现IgA2对中性粒细胞和巨噬细胞具有促炎作用,而IgA1没有明显作用。IgA1和IgA2具有不同的糖基化特征,IgA1比IgA2具有更多的唾液酸,去除唾液酸会增加IgA1的促炎能力[19]。在四种IgG亚类中,IgG4水平的升高具有重要的临床价值,尤其是在IgG4相关疾病(immunoglobulin G4-related disease,IgG4-RD)中。IgG4-RD是一种免疫介导的纤维炎性疾病,累积全身多个器官,标志性特征是受累组织中以IgG4+浆细胞为主的致密淋巴浆细胞性浸润,常伴有一定程度的纤维化、闭塞性静脉炎和嗜酸性粒细胞增多,患者血清IgG4水平常异常升高[20]。一项纳入了23项研究的荟萃分析研究表明血清IgG4对于IgG4-RD的诊断敏感性为85%,特异性为93%[21]。虽然IgG4并不仅在IgG4-RD中升高,但IgG4血清学检测对于IgG4-RD的诊断非常重要,IgG4越高,患者发生多种器官受累的可能性越高[22]。基线时较高水平的血清IgG4被发现与IgG4-RD的复发相关,治疗期间血清IgG4水平的重新升高提示了疾病复发,故对血清IgG4水平进行检测对于确定早期的复发是非常必要的[23]。本课题组近期发表的研究成果表明IgG4-RD患者血清IgG4表现出不同的糖基化水平,并可作为多器官受累的潜在诊断指标,并可以反映IgG4-RD的炎症程度[24]。IgG4升高在IgG4-RD中的作用仍未完全阐明,但目前认为IgG4亚型在疾病中主要是发挥抑制炎症的作用,而不是促进病情的发展。此外,研究人员发现自身免疫性胰腺炎、阿司匹林加重性呼吸系统疾病、鼻息肉、嗜酸性粒细胞增多症和乳糜泻与IgG4的孤立升高显著相关,丙型肝炎和单克隆丙种球蛋白病与IgG1的孤立升高显著相关,类风湿关节炎与IgG1和IgG3的孤立升高有关。甲状腺功能减退症和肠易激综合征与IgG2的孤立升高显著相关[25]


三、检测方法的变迁


目前,临床实验室Ig亚类的检测主要用于检测IgG亚类,检测方法包括免疫扩散法、酶联免疫吸附法、免疫层析法、化学发光法和免疫比浊法。目前,国内外厂商根据以上的几种检测技术推出了多种检测试剂和设备。放射免疫扩散法是最早用于检测血清IgG亚类的方法,但由于血清消耗量大、检测时间长和灵敏度低,已经被淘汰。酶联免疫吸附法和免疫层析法可用于定性或半定量分析,但试剂稳定性差。目前,血清IgG亚类通常使用免疫比浊法进行检测。免疫比浊法具有操作自动化、准确度好的优点。然而,IgG亚类的实验室检测现在仍然没有国际公认的标准。WHO67/97和ERM-DA470k是现行的两种检测IgG亚类的参考物质,不同的厂商分别选择了两种中的一种用于校准。然而,研究人员发现这两种参考物质在检测结果上出现了巨大的差异[26]。IgG1和IgG2的校准结果在使用这两种参考物质的方法中具有可比性,但对于IgG3和IgG4亚类的校准结果有显著差异[27]。液相色谱-串联质谱法也被报道可用于检测定量血清IgG亚类[28]。这种方法可以避免出现抗原过量的问题,分析测量范围与免疫比浊法相似。然而,质谱法复杂的样本预处理步骤以及较为繁琐的操作程序对进一步的临床推广造成了困扰。近期我国研究人员开发了一种基于磁性微球的IgG4时间分辨荧光免疫分析方法[29]。该检测技术显示出了灵敏度高、检测范围广、分析时间短等优点,但是否能进一步实际运用于临床实验室工作当中仍需进一步验证。此外,一项针对三种检测血清IgG4试剂的比对研究报道了三种试剂测量的值之间存在着显著的差异[30]。故当使用不同的试剂进行检测时,结果的差异将可能对于患者疾病的诊断和预后造成困扰。因此,临床实验室应注意不同试剂商仪器和试剂之间的结果差异。


四、总结与展望


Ig亚类的检测在多种疾病的诊断和预后中发挥了作用。目前,有关Ig亚类的研究越来越多,特别是半乳糖缺陷型IgA1在IgA肾病中的致病作用,以及IgG4亚类在IgG4-RD中的诊断和预后价值。然而,目前在检测Ig亚类的方法学上仍存在着一定的问题,包括如何在未来推进常规临床实验室对半乳糖缺陷型IgA1检测,从而帮助改善IgA肾病的诊断和预后。并且,对IgG亚类检测方法的标准化对于临床工作而言也是十分必要的。因此,仍需进一步的研究和工作来改善Ig亚类的检测现状和深挖临床检测价值。