自身免疫性甲状腺炎实验诊断技术临床应用

作者:秦晓松 马美晨
作者单位:沈阳,中国医科大学盛京医院检验医学中心 2022-01-12

秦晓松医学博士,教授,博士生 / 博士后导师,现任辽宁省医学检验临床研究中心主任,中国医科大学附属盛京医院医学检验中心主任。曾赴日本德岛大学医学部留学,荣获博士学位;美国哈佛医学院、意大利San Giovanni di Dio 医院进修学习。主要从事肾病等自身免疫性疾病发病机制的研究,主持和参与多项国家及部省级科研课题,获辽宁省科学技术应急攻关创新团队奖1项,辽宁省自然科学学术成果二等奖1项,发表SCI等收录的论文共计70余篇。兼任中国妇幼健康研究会检验医学专业委员会副主任委员,中华医学会委员,辽宁省医师协会副会长、副主任委员等多项社会职务,并多次受邀在国内外学术会议上作专题报告。


马美晨中国医科大学附属盛京医院检验科,博士后,主治医师、讲师,免疫学专业,师从秦晓松教授。先后参与国家“十二五”重大科技专项、“十三五”重大科技专项、辽宁省基础临床紧密结合平台项目等课题研究。研究方向为褪黑素在特发性膜性肾病中的作用及其机制的研究。以第一作者发表SCI论文3篇,总影响因子16.82分。



自身免疫性甲状腺炎(Autoimmune Thyroiditis,AIT)又称慢性淋巴细胞性甲状腺炎(Chronic Lymphocytic Thyroiditis)或桥本甲状腺炎(Hashimoto Thyroiditis,HT),该病是在遗传因素、环境因素和免疫因素等的共同作用下,机体免疫耐受性丧失,导致的以甲状腺组织受损为主的一种自身免疫性疾病。其病理特征是淋巴细胞浸润、甲状腺滤泡细胞萎缩、甲状腺肿及间质纤维化[1]。目前公认的该病发病机制,是以T细胞为主的单个核细胞的浸润,自身抗体、趋化因子及细胞因子的大量分泌,导致了甲状腺滤泡上皮细胞的破坏。近年来,表观遗传学学者发现细胞间黏附分子-1(Intercellular adhesion molecules 1,ICAM-1)基因启动子的甲基化程度降低[2];CD4+单核细胞及CD11c+树突状细胞摄取患者的外泌体,并将抗原呈递给树突状细胞,结合Toll样受体通过NF-Kb通路激活树突状细胞,导致淋巴细胞分化失衡,在AIT发病中亦起到关键的作用[3]。人群中AIT的发病率高达0.3-1.5‰,女性高于男性4-10倍[4]。在整个病程中,患者的甲状腺实质细胞反复受损,导致亚临床或临床甲状腺功能异常,严重者可引起癌变,因此及时准确的对AIT做出诊断具有重要的价值,本文就AIT实验诊断技术的现状及未来发展趋势做一综述。


一、AIT的诊断标准与治疗及预后发展


AIT的诊断缺乏金标准,临床症状、血清学检查(自身抗体、甲状腺激素)、超声检查及组织学特征,是AIT临床诊断的主要依据。细针穿刺细胞学(Fine needle aspiration cytology,FNAC)和放射性碘(Radioactive iodine,RAI)吸收,因其具有创伤性及放射性而较少被使用[2]。AIT的临床症状主要包括局部的颈部受压、累积喉返神经会出现发音困难,肿大的甲状腺压迫气管导致呼吸困难、吞咽困难。当发展至甲状腺功能减低或亢进后会出现全身症状。甲状腺超声是AIT诊断的常规检查,甲状腺组织回声减弱对AIT的诊断具有一定的提示作用;目前,超声引导下的细针穿刺技术对AIT的诊断也具有重要作用,但因其为有创检查,故仅在甲状腺结节疑似恶性转化时使用。


血清学检查包括甲状腺自身抗体及甲状腺激素的检测,与AIT患者的临床症状、超声检查相比,其具有检测结果客观、灵敏的优势,故在AIT的诊断、治疗效果监测中发挥至关重要的作用。甲状腺过氧化物酶抗体(Thyroid peroxidase autoantibodies,TPOAb)及甲状腺球蛋白抗体(Thyroglobulin antibody,TgAb)是诊断AIT的重要指标。TgAb和TPOAb代表了针对甲状腺自身免疫反应的两个不同阶段。TgAb可以反映早期的固有免疫应答阶段,而TPOAb反应的是较晚的适应性免疫反应阶段,是一种免疫升级。根据这一假设,TgAb应该是疾病发生时较早出现的抗体。有研究报道,TPOAb存在于多数AIT患者的体内[5],而TgAb仅在60-80%的AIT患者中出现[6],故二者联合检测对AIT的诊断具有更大的价值。北京协和医院结合病理及临床表现,提出甲状腺自身抗体检测对AIT临床诊断的重要意义:1.具有典型的临床表现者,TPOAb或TgAb阳性即可诊断;2. 临床症状不明显者,两种抗体滴度显著增高;3.甲亢患者,两种抗体滴度增高持续半年以上;4. FNAC具有典型的AIT特征[7]


针对AIT的治疗最重要的是要控制甲状腺功能减退,出现甲减的患者需长期服用左旋甲状腺素,甲亢者可应用抗甲状腺药物短程治疗,但是否使用糖皮质激素仍存在一些争议,有学者认为使用糖皮质激素能够调节免疫状态并能显著改善甲状腺功能,但临床数据显示高剂量及长期使用的风险远大于益处,无甲减的患者只需定期复查即可[8, 9]


二、AIT实验诊断技术的现状


AIT的实验诊断技术主要为血清学检查,自身抗体的检测是诊断AIT的重要指标,甲状腺激素的检测则在评估AIT疾病的严重程度中更有价值。


1. AIT自身抗体:甲状腺自身抗体的检测主要包括TPOAb及TgAb,它们的靶抗原分别是甲状腺过氧化物酶(Thyroid peroxidase,TPO)与甲状腺球蛋白(Thyroglobulin,Tg)。Tg是甲状腺滤泡上皮细胞分泌的糖蛋白,经内质网合成后再通过胞吐的方式排到滤泡腔内储存,是合成甲状腺激素的主要原料;TPO作为甲状腺激素合成的关键酶,也由甲状腺滤泡上皮细胞合成,大量存在于甲状腺滤泡腔面微绒毛上。TPO将无机碘转化为有机碘,活化碘经碘化酶作用使Tg中酪氨酸残基碘化,生成一碘酪氨酸残基和二碘酪氨酸残基,再在缩化酶的作用下,将它们缩合成四碘甲状腺原氨酸(tetraiodothyronine,T4)及三碘甲状腺原氨酸(Triiodothyronine,T3)(图1)。



图1. T3、T4合成结构示意图


当甲状腺滤泡上皮细胞受损,或遗传易感性及环境因素导致免疫细胞活化,活化的免疫细胞对甲状腺细胞进行杀伤,储存在其中的Tg和TPO会释放到血液中,此时机体会产生针对两种蛋白的自身抗体:TPOAb及TgAb。同时,以IgG型为主的TPOAb,能够诱导NK细胞引起ADCC效应,导致甲状腺细胞萎缩及死亡,加剧甲状腺滤泡损伤;而TPOAb与TPO结合后可抑制TPO的酶活性,抑制了甲状腺激素的合成,导致甲状腺功能的改变;生理情况下,机体血清中的TgAb与Tg分子的抗原表位结合,抗原表位决定了抗原的特异性,AIT患者TgAb倾向于识别某些特定的抗原表位,Tg分子上部分限制性或致病性表位更容易被抗原呈递细胞加工处理,致使AIT的发生。TPOAb的水平与甲状腺细胞主要组织相容性复合体(Major histocompatibility complex,MHC)的表达和淋巴细胞的浸润程度有关。大约80-90%的患者血清中TPOAb水平增高[10],研究表明,TPOAb水平越高,发生AIT的几率越高,TPOAb为正常上限的2.11倍可作为诊断AIT的最佳临界值[11],但TPOAb水平升高程度与疾病进展无相关性[12]。与升高的TPOAb相比,单独的超声在诊断AIT时不是一种敏感的手段。一致性分析表明,AIT患者TPOAb水平升高与组织病理学的一致性显著高于超声与其的一致性。因此,TPOAb是诊断AIT至关重要的一项指标。


与TPOAb相比,TgAb在AIT诊断的灵敏度、特异性方面均较逊色。仅有60-80%的AIT患者出现TgAb,且高水平的TgAb亦出现于甲状腺癌症患者中。一项前瞻性研究表明,TgAb与TPOAb不同,不能用于预测亚临床甲状腺功能减退向显性甲状腺功能减退的转变[13]


已有报道证实甲状腺自身抗体与精神状态、情绪存在一定的关系,而非甲状腺激素,这能直接反映出体内的自身免疫过程对机体生活质量的不利影响。相关性分析表明Tg和TPOAb与AIT患者的生活质量评分呈负相关[14],但与甲状腺功能指标无相关性,还有研究调查显示TgAb及TPOAb与甲状腺功能减退症状评分存在一定的相关性,但与甲状腺激素水平并不相关[15, 16]。一些已经出现甲状腺功能低下的患者,治疗后甲状腺功能恢复正常,但影响生活质量的症状持续存在,说明在AIT整个病程中机体内的自身免疫过程对身体造成一定的负担[17]


2. 与甲状腺功能相关的激素:临床上常用于监测甲状腺功能的激素主要包括促甲状腺激素(Thyroid stimulating hormone,TSH)、T3和T4。TSH由腺垂体特异性嗜碱细胞产生,其合成释放受下丘脑分泌的促甲状腺激素释放激素(Thyrotropin-releasing hormone,TRH)及血中游离T4(Free Tetraiodothyronine,FT4)的调节,其中FT4极少量的降低或升高便可引起TSH水平的显著改变,故TSH是反映甲状腺功能变化最敏感的指标。T3、T4的合成过程,如图1所示,在TSH作用下甲状腺滤泡腔中的碘化Tg进入滤泡上皮细胞,在溶酶体蛋白水解酶的作用下被分解释放出T4和T3进入血液循环。血液中T4全部来源于甲状腺,故其是反映甲状腺功能的重要指标,其中99.97%的T4呈结合状态,仅0.03%以游离状态在机体发挥生物学活性。机体中20%的T3来源于甲状腺,80%由血浆FT4转化而来,与T4类似,血液中99.7%的T3呈结合状态,仅0.3%呈游离状态,T3活性是T4的5倍,反应甲状腺激素对周边组织的能力。T3、T4主要由肾脏代谢,游离状态的T3、T4可直接经肾小球滤出,结合状态的T3、T4则需在肝脏或肌肉组织内降解后经肾脏排出。


AIT起病隐匿,在早期仅发生自身抗体水平的改变,故在甲状腺功能正常的AIT患者中检测TSH及FT4对该病的诊断意义不大。然而,随着病程的延长,甲状腺滤泡上皮细胞被大量破坏,甲状腺激素的合成及分泌受到影响,甲状腺功能紊乱,患者由亚临床状态逐渐转变成临床状态。很多患者因甲功异常而出现全身症状前来就诊,此时甲状腺激素的测定能反映机体所处AIT的疾病病程,对临床诊断存在一定的意义。


目前针对以上指标的检测主要是化学发光法及放射免疫法,放射免疫分析法虽具有一定的诊断价值,但在诊断的过程中存在一定的辐射性且较易出现假阴性及假阳性,而化学发光法免疫检测技术的敏感性及特异性均高于传统的放射免疫分析方法,与临床诊断符合度高,该方法精度高、操作简便、耗时短,值得全面推广[18-20]


三、AIT实验诊断技术的未来发展


近年来,人们生活节奏的加快及工作压力的增加,使AIT的发病率出现上升趋势。尽管人群对健康管理的意识有所增强,但早期亚临床AIT的诊断仍存在极大的挑战,迫切需要简单、快速、准确的预防及早期诊断方式来降低发病率,防止AIT的进一步发展。


1. AIT的预防:碘元素作为甲状腺激素的重要成分,对甲状腺的健康有非常重要的作用。严重缺碘会导致甲状腺激素分泌减少,进而诱发甲状腺肿和甲状腺功能减退。轻度及中度缺碘会使毒性结节性甲状腺肿和甲亢的患病率增加,碘缺乏的人群较过量摄入碘的人群具有较高的TgAb、TPOAb水平,同时患病率也高于过量摄碘组[21]。然而,研究报道摄入过量的碘会增加AIT的患病率[22],其可能原因:(1)长期过量的碘元素增加了Tg的免疫原性;(2)碘能够诱导甲状腺细胞和树突状细胞抗原递呈活性;(3)通过抑制Treg细胞损害免疫耐受;(4)引起氧化应激反应导致甲状腺组织受损;(5)碘激活了自身反应性T细胞,增加细胞因子的分泌并触发了细胞凋亡信号通路引起甲状腺破坏[23-25]。所以适当摄取碘对甲状腺疾病的防治至关重要[26]

硒具有免疫调节作用,在人体内大量存在于甲状腺中,含硒蛋白包括谷胱甘肽过氧化物酶(Glutathione peroxidase,GPX)等能保护细胞免受氧化损伤,在未使用药物治疗的人群中,补充硒元素可降低血清TPOAb水平,TgAb滴度也降低[27],其原因可能是:(1)由硒元素构成的GPX具有抗氧化的保护能力[28, 29];(2)硒可以上调Treg细胞,导致免疫耐受增强[30];(3)硒元素具有抗炎作用[30, 31];(4)硒可以抑制甲状腺细胞表面的HLA-DR分子的表达[32],从而减少甲状腺自身免疫的发生。故硒元素水平的降低被认为是AIT的危险因素[27, 33, 34]


研究证明,与健康对照组相比,亚临床甲状腺功能减退的AIT患者血清铁浓度较低,AIT患者不仅缺铁的比例较高,缺铁还会进一步损害甲状腺激素的代谢[35]。横断面研究证实了血清铁水平低的儿童患甲状腺肿大的风险明显增高[35],说明充足的铁对甲状腺健康的重要性。临床数据提示持续6个月补充维生素D会降低TPOAb和TgAb水平[36, 37]。此外,压力应激会导致皮质醇释放异常,引起免疫细胞过度活化从而导致AIT的发生[22]


2. AIT实验室诊断的未来指标:氧化应激可能是AIT患者病理生理过程的重要事件。AIT患者的活性氧代谢产物显著增高、晚期糖基化终产物(Advanced Glycation End Products,AGEs)显著高于对照组,证实了患者体内氧化应激反应增强,血清中其含量可能是新的疾病预测因子[38, 39]


甲状腺募集的Th1淋巴细胞产生干扰素-γ(Interferon-γ,IFN-γ)和肿瘤坏死因子-α(Tumor necrosis factor-α,TNF-α),诱导甲状腺滤泡上皮细胞合成CXCL10及其他趋化因子并释放到外周血中,此类趋化因子在血液中含量的升高,进一步加重了甲状腺功能的受损,因此被视为更具侵袭性特征的甲状腺炎症的标志物,但由于趋化因子的特异性较差,故仍需进一步的研究来探索是否有较为高效且特异性强的趋化因子[40, 41],以期为未来AIT的诊疗提供新的思路。


半胱氨酸蛋白酶抑制剂——胱抑素 C(Cystatin C,Cys C)能自由经肾小球滤过,并在近曲小管全部重吸收降解,因此,血液中Cys C是反应早期肾脏受损较为灵敏的指标。有研究报道,TPOAb与血清Cys C水平有一定相关性[42];2021年的报道进一步发现,AIT患者的Cys C水平较高,与TPOAb和TgAb呈正相关,并通过分析Cys C在AIT中的诊断效能,证明了血清Cys C对AIT具有较好的诊断价值[43]


微生物在维持肠道内环境稳态起重要作用,近来年微生物群与一些疾病的关系也逐渐被阐明,目前有文献支持肠道微生物是甲状腺疾病的促发因素[44]微生物能够通过调节碘的摄取和肠肝循环来影响甲状腺素水平[45],还能够阻碍L-T4的摄取并影响治疗甲亢的药物——丙基硫氧嘧啶(PTU)的作用[45]。一些肠道微生物群与AIT相关的临床参数(TPOAb、TgAb、FT4和TSH)显著相关,表明肠道微生物群与AIT的发生关系密切,采用受试者工作特征曲线ROC评估多种肠道微生物联合预测AIT诊断模型的性能,结果显示AUC均大于0.75,表明肠道微生物有较高的诊断价值[46]


此外,病毒感染对甲状腺的健康也会造成一定的威胁,在慢性丙型肝炎患者中TPOAb升高的女性患病率增高[47],这可能是丙肝病毒进入了甲状腺细胞产生细胞因子风暴,增加了AIT的易感性。


如前所述,AIT的典型特征是促炎性细胞因子的释放,而血小板能够通过分泌免疫介质来参与凝血及炎症过程,相关性分析显示TPOAb与血小板分布宽(PDW)以及TgAb与血小板计数(PC)存在微弱的相关性[48],提示以上两种指标对AIT的诊断可能起到一定的提示作用[49]


小结:迄今为止,AIT的发现已经过多年的历史,但其具体的致病机制尚未被阐明,也缺乏诊断的金标准。实验室血清学诊断具有创伤小、速度快及采样方便等多个优点而被广泛应用于临床,尽管甲状腺自身抗体及激素的检测对AIT的诊断有重要的提示作用,但探索新的AIT相关特异性抗体或指标,辅助临床早期诊断、临床决策并通过新的特异指标判断患者的预后,仍然是我们亟需解决的问题。