精准医疗背景下自身免疫性疾病生物标志物检测:从实验室诊断到临床个体化诊疗

作者:吴子燕 李永哲
作者单位:北京,中国医学科学院北京协和医院检验科 2023-01-13

李永哲,研究员、教授、博士,博士后研究生导师。现任中国医学科学院北京协和医院检验科副主任,主要从事自身免疫性疾病发病机制及实验诊断技术临床应用等研究工作,对国内自身免疫病实验诊断新技术临床应用、推广普及及规范检测作出贡献。在国内率先将多项新自身抗体应用于临床;在全国开展针对自身抗体等风湿免疫病实验诊断技术的检测方法、质量保证、临床意义和临床应用等的“风湿免疫病实验诊断技术全国培训项目”系列巡讲百场。以课题负责人承担国家自然科学基金项目8项、国家重点研发计划重点专项1项、首都卫生发展科研专项重点攻关项目1项、北京科委项目1项。获发明专利15项。以第一作者或通讯作者发表SCI论文120余篇(总IF>500分,单篇最高IF 70 分),中文核心期刊100余篇。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。现任中国医师协会检验医师分会常委、中国免疫学会临床免疫分会常委、中华医学会检验分会委员、中华检验医学杂志等多种核心期刊编委等。


吴子燕,中国医学科学院北京协和医院检验科,医学博士,师从李永哲教授。近年来一直在从事自身免疫性疾病的发病机制及实验室诊断等研究工作。主持一项国家自然科学青年基金(81801631)。近年来,以第一作者或共同第一作者发表SCI 论著19篇。


【摘要】免疫相关疾病是一类发病机制与临床表现复杂的疑难疾病。在精准医学的时代背景下,免疫相关疾病的生物标记物也从单一的自身抗体拓展到基因标志物、细胞因子、免疫细胞及相应的特种蛋白,临床应用范围亦从单一的自身免疫病拓展到神经免疫、消化免疫等多个系统受累的各种疾病。随着检测技术的发展和分子生物学技术的发展,越来越多的特异性的生物标记物将进入临床应用。


【关键字】免疫相关疾病;生物标记物;临床应用


免疫相关疾病是一类发病机制与临床表现复杂的疑难疾病,常常涉及自身免疫、神经免疫、消化免疫、肾脏免疫、炎症免疫、生殖免疫等多个领域,在人群中发病率可达10%,并呈逐年上升的趋势,造成沉重的医疗、经济和社会负担[1]。2015年美国总统奥巴马提出“精准医学计划”,随后全球各国都争相追逐相应的产业和概念。不少免疫相关疾病,如自身免疫病等,均是慢性疾病,不同患者不仅临床表现迥异,对药物的治疗反应及预后等也可能存在较大的不同之处[2]。因此,在精准医学的时代背景下,现有诊疗技术难以满足日益增长的临床需求,亟需筛选新型生物标志物进入常规应用,以提高免疫相关疾病精准诊疗水平[3]。免疫相关疾病的生物标记物也从单一的自身抗体拓展到基因标志物、细胞因子、免疫细胞及相应的特种蛋白,临床应用范围亦从单一的自身免疫病拓展到神经免疫、消化免疫等多个系统受累的各种疾病。本期《临床实验室》刊录免疫相关疾病生物标记物的应用进展的相关文章,以飨读者。


一、新型标志物检测项目的临床应用


生物制剂是免疫相关疾病治疗领域的研究热点,相较于传统的糖皮质激素和免疫抑制剂等,生物制剂是更为靶向,更为精准的治疗手段。伴随诊断是一种与靶向药物相关的体外诊断技术,主要通过测量人体内蛋白、变异基因的表达水平,了解不同患者对特定药物的治疗反应,筛选出最合适的用药人群并有针对性地进行个体化治疗,从而改善其治疗预后和降低患者的就医成本[4]。本期周传景等[5]的文章:“生物制剂伴随诊断实验诊断技术临床应用进展”,不仅深入浅出的介绍了伴随诊断的概念及免疫相关疾病中的生物制剂的种类和应用,特别重点阐述了伴随诊断的实验诊断技术,主要包括药物浓度、抗药物抗体和抗免疫原性抗体三大内容。国外的Quest实验室等,已可以常规开展利昔单抗的药物浓度及抗药抗体。国外的部分公司已有针对用于治疗炎症性肠病的常用生物制剂的抗药抗体的商业化试剂盒[6]。随着国内经济水平的提高,越来越多的患者使用生物制剂。但是目前国内公立医院受限于检测试剂、试剂是否有注册证及临床报告解读等多重因素,生物制剂相关伴随诊断技术尚未在临床广泛应用。本期李佳等[7]的文章:“强直性脊柱炎实验诊断技术临床应用进展”,不仅详细介绍强直性脊柱炎的临床诊疗标准、HLA-B27检测的不同方法学的优劣势,还涉及血管内皮细胞生长因子、肿瘤坏死因子α、IL-17、IL-23等细胞因子和新的自身抗体抗CD74 IgG抗体等。同时,生物制剂(主要包括肿瘤坏死因子α抑制剂及IL-17抑制剂)已批准用于强直性脊柱炎的治疗[8-9]。未来,药物浓度、抗药物抗体和抗免疫原性抗体等伴随诊断技术也会进入部分强直性脊柱炎的临床诊疗之中。


药物基因组学是基于功能基因组学与分子药理学的一门科学,旨在应用大规模、系统的基因组研究方法和技术,更准确地预测患者的治疗反应,根据个体的遗传背景优化治疗方案,实施“个体化”合理用药,即个体化医疗[10-11]。本期邓必舜[12]等的文章:“自身免疫病药物基因组学实验诊断技术临床应用进展”,涵盖了治疗自身免疫病的各种常见药物的基因组学研究进展,如常用非甾体抗炎药、糖皮质激素、免疫抑制剂、生物制剂等。涉及编码细胞色素酶P450、糖皮质激素受体、亚甲基四氢叶酸还原酶、肌苷单磷酸脱氢酶、二氢乳酸脱氢酶、硫嘌呤甲基转移酶、肿瘤坏死因子α、IL受体拮抗剂及HLA-5801等基因的单核苷酸多态性位点。目前不少分子生物学实验室,已常规开展编码HLA-5801、细胞色素酶P450、硫嘌呤甲基转移酶基因的单核苷酸多态性位点检测项目,同时还可开展硫嘌呤甲基转移酶活性检测等。


细胞因子是一类能在细胞间传递信息、具有免疫调节和效应功能的蛋白质或小分子多肽,其在免疫细胞的发育分化、免疫应答及其免疫调节中有着重要的作用。本期张悦等[13]的文章:“细胞因子检测在自身免疫病诊疗中的临床应用进展”,分别从细胞因子与器官损伤、疾病活动性、治疗反应及预后等方面系统阐述了细胞因子在自身免疫病中的重要作用。目前一些自身免疫病,如大动脉炎、白塞病等缺乏特异性的自身抗体作为诊疗标记物,传统的血沉和C反应蛋白又特异性不足,新型的细胞因子可以作为此类疾病活动程度评估的重要生物标记物之一。而对已有标志性的自身抗体的自身免疫病,如系统性红斑狼疮、类风湿关节炎等,细胞因子谱可和自身抗体谱一起联合检测,作为评价机体免疫功能的指标,为患者的临床诊疗及预后提供更有价值的线索。


二、自身抗体在免疫相关疾病中应用


患者血液中出现针对自身组织器官、细胞及细胞内成分的抗体,称为自身抗体。一些自身免疫病通常伴有特征性的自身抗体谱。病人血液中存在高效价自身抗体是自身免疫病的特点之一,也是临床诊疗的重要依据之一。国内自身抗体检测从上个世纪80年代起开始起步,检测方法学也从间接免疫荧光法逐步过渡到特异性的酶联免疫吸附法、化学发光法再到液相芯片法、多重免疫微球法等,适用疾病也从单一的自身免疫病延伸到神经免疫、肾脏免疫、消化免疫、炎性免疫、生殖免疫等多种疾病。


对于经典的自身抗体,随着检测技术及研究人员认知的不断发展,一些自身抗体的检测策略都有了新的变化。如目前对于需要检测抗中性粒细胞胞浆抗体(anti-neutrophil cytoplasmic antibody,ANCA)的目标人群—ANCA相关血管炎患者,首先可以通过特异性的ELISA法或化学发光法检测抗PR3抗体、抗MPO抗体;如仍有需要,方使用通过另一种检测方法检测相关的自身抗体[14-15]。刚刚举行的2022年美国风湿病年会更新了抗磷脂综合征的分类标准。在实验室检测方面,不再强调间隔12周重复检测出中高滴度的抗磷脂抗体谱,同时不同亚型的不同种类的抗磷脂抗体的诊断权重不尽相同。同时最新的指南只认可ELISA法检测的抗磷脂抗体检测结果,而不是其他的检测方法学[16]。本期吴子燕等[17]的文章:“系统性血管炎相关自身抗体谱实验室检查和临床应用进展”,可以帮助我们一方面梳理ANCA检测的临床适应症、对ANCA相关性血管炎的临床诊疗价值及ANCA检测方法学的探究。笔者系统回顾了1999年版的ANCA检测国际共识,2003年版ANCA检测补充说明,2017年版ANCA检测国际共识,2020年版嗜酸性肉芽肿性多血管炎中ANCA检测共识及2020年版ANCA在非系统性血管炎中的应用共识;另一方面,对于缺乏特异性诊疗标记物的系统性血管炎,如大动脉炎、白塞病等,学界对于这类疾病的生物标记物的发掘,又有一些新的进展。本期马美晨等[18]的文章:“神经精神系统性红斑狼疮实验室诊断技术进展”,重点聚焦神经精神性系统性红斑狼疮的生物标记物,从全身性的自身抗体,如抗核抗体、抗核糖体P蛋白抗体、抗磷脂抗体等,到脑部特异性的自身抗体,如抗N-甲基-D天冬氨酸受体抗体、抗神经节苷脂抗体、抗微管相关蛋白2抗体等及细胞因子等。但是,目前尚无特异性生物学标志物可用于诊断神经精神性系统性红斑狼疮及判断预后情况,因此,我们亟需使用高通量蛋白芯片等蛋白组学工具,来进一步发掘神经精神性系统性红斑狼疮的特异性的生物标志物。


对于儿童自身免疫病,这一特殊又复杂的慢性疾病,本期刘晨曦等[19]的文章:“儿童自身免疫病实验室检查及临床应用进展”,重点聚焦自身抗体在儿童自身免疫病临床应用。成人的自身抗体,如抗核抗体、抗环瓜氨酸肽抗体、抗中性粒细胞胞浆抗体等也可出现在儿童自身免疫病患者体内。但是一些自身抗体的临床意义及阳性率等可能和成人体内出现的自身抗体又存在一定的不同之处。如与成人类风湿关节炎不同,大多数幼年特发性关节炎患者RF为阴性。抗环瓜氨酸肽抗体主要在多关节型幼年特发性关节炎患者中发现,而幼年特发性关节炎的其他亚群很少出现。

神经免疫疾病是累及神经系统的自身免疫病。虽然此类疾病发病率不及脑血管病及神经退行性疾病,但是其可致残、致死且易复发。重症肌无力作为一种神经肌肉接头突触后膜的器官特异性自身免疫病。其中乙酰胆碱受体抗体是经典的致病性抗体,是重症肌无力发病的关键因素之一。另外,一部分重症肌无力患者也可出现其他的伴随抗体等。本期宋佳星等[20]的文章:“重症肌无力相关实验诊断技术临床应用进展”,重症肌无力发病机制与突触后膜上的相关组分的自身抗体功能异常有关,包含乙酰胆碱受体抗体(AChR-Ab)、低密度脂蛋白受体相关蛋白4抗体(LRP4-Ab)、肌肉特异性受体酪氨酸激酶抗体(MuSK-Ab)、连接素抗体(Titin-Ab)及其他自身抗体等,重症肌无力自身抗体检测在疾病诊断治疗及预后方面具有重要意义。


膜性肾病是成人肾病综合征最常见的病理表现之一,为我国原发性肾小球疾病的第二大病因。本期秦艳等[21]的文章:“膜性肾病相关自身抗体谱临床应用进展”,70-80%原发性膜性肾病患者的靶抗原为抗磷脂酶A2受体,2-5%的患者为1型血小板反应蛋白7A结构域。此外,新型体内外检测技术的发展及更多膜性肾病相关抗原如神经表皮生长因子样蛋白1和信号素3B等的鉴定进一步提高了膜性肾病的分类与诊断。除了传统的间接免疫荧光法及免疫印迹法,一些新的检测方法,如定位激光免疫分析法,也可用于抗磷脂酶A2受体抗体的检测。这些自身抗体的临床应用,使膜性肾病的特异性分子诊断成为可能,并引发了膜性肾病患者诊断、预测结果和监测治疗的思维模式的转变,为临床诊断、治疗及预后监测提供了新思路。


麦胶敏感性肠病是在遗传易感个体中由环境因素触发的一种慢性自身免疫性肠道疾病。本期王翀等[22]的文章:“麦胶敏感性肠病相关实验诊断技术临床应用进展”,介绍了麦胶敏感性肠病相关的自身抗体,主要包括抗麦胶蛋白抗体、抗肌内膜抗体、抗组织谷氨酰胺转移酶抗体和抗去酰胺麦胶蛋白肽抗体。抗组织谷氨酰胺转移酶IgA型抗体检测是检测成人麦胶敏感性肠病的首选方法。对于IgA缺乏患者,我们会进行基于抗去酰胺麦胶蛋白肽抗体检测。对于麦胶敏感性肠病高风险患者,另一种方法是同时进行基于IgA和IgG型自身抗体的检测。IgA型抗肌内膜抗体特异性高,但检查昂贵、耗时长且结果主观性强,仅用于抗组织谷氨酰胺转移酶抗体检测结果为边界阳性或可能为假阳性的确认。抗麦胶蛋白抗体因其敏感性和特异性均不高,已不再作为麦胶敏感性肠病血清学检查的必要项目。


心血管疾病是否并发自身免疫病是临床十分关注的问题之一,合并自身免疫病的心血管疾病患者常存在机体免疫功能状态及凝血系统异常,并时常会影响原有心血管疾病的用药及疗效。另外,自身免疫病患者的心血管系统受累也一直是值得临床关注的急重症之一。因此,早期的自身抗体检测及心血管系统的相关检查对于早期识别、诊断及治疗自身免疫病合并心血管系统受累,具有重要的价值和意义。本期达布西力特等[23]的文章:“心血管疾病相关自身免疫实验室检查临床应用价值”,不仅系统阐述了系统性红斑狼疮、抗磷脂综合征、干燥综合征合并心脏受累的临床表现及相关的自身抗体,还包括一些别具特色的临床病例。同时作者还综述了自身免疫病与心血管疾病之间的相互作用。虽然目前其具体机制尚不完全清楚,但已有很多研究表明自身免疫病患者心血管合并症更加常见,心血管疾病的患病风险更高,自身免疫病与心血管疾病之间存在关联。本期陈思等[24]的文章:“心肌病相关自身抗体研究进展”,扩张性心肌病患者体内存在抗心脏蛋白特异性自身抗体,比其他心脏病患者常见;其中α-和β-心肌肌球蛋白重链亚型是特发性扩张型心肌病患者的主要自身抗原。致心律失常性右心室心肌病患者体内可检出抗桥粒蛋白-2、桥粒结合蛋白-2和N-钙粘蛋白抗体,尤其是抗桥粒蛋白-2抗体可能是致心律失常性右心室心肌病的敏感和特异性生物标志物之一。


据世界卫生组织预测,21世纪不孕不育症将成为仅次于肿瘤和心脑血管病的第三大疾病。而免疫因素在不孕不育症的发生和发展中有着不可忽略的作用。目前涉及女性不孕因素的相关免疫检查,得到了越来越多的临床关注和重视。其中较为经典自身免疫相关的实验室检查包括狼疮抗凝物等抗磷脂抗体谱。本期李静等[25]的文章:“狼疮抗凝物的检测及临床应用进展”,系统的回顾了狼疮抗凝物,这一抗磷脂抗体谱家族一员的检测方法学、筛选实验、混合实验、确证实验及临床应用等。由于狼疮抗凝物本身的异质性和受到抗凝药物的影响,目前其检测方法的标准化程度较低。临床实验室多依据国际血栓与止血学会、英国血液学标准委员会以及临床实验室标准化协会等相关指南进行检测。狼疮抗凝物持续阳性是动静脉血栓以及不良妊娠结局等不良事件的重要危险因素之一。本期奉福泰等[26]的文章:“免疫性复发性流产相关实验诊断技术临床应用进展”,推荐对免疫性复发性流产患者进行抗磷脂综合征筛查的同时,进行其他自身免疫病的初步筛查,如抗核抗体、抗双链DNA抗体、抗核抗体谱等,以排除其他自身免疫病。同时,新的指标如封闭抗体、免疫细胞、甲状腺相关的自身抗体及细胞因子等被提出,其对免疫性复发性流产的诊断有一定的价值,但仍然缺乏足够的临床证据。


三、特种蛋白在免疫相关疾病诊断中应用


我国是世界范围内的肝炎大国。随医疗水平的不断提升、国家针对乙肝病毒的免疫规划的推广,病毒性肝炎的发病率及死亡率已逐步下降。但是非病毒性肝病主要指酒精性脂肪性肝病和非酒精性脂肪性肝病,近年患病人群快速上升。因此,临床应用早期预测肝纤维化的血清学指标,对国内肝炎的防控具有重要意义。本期陈倩倩等[27]的文章:“肝纤维化标志物检测及临床应用”,肝纤维化的血清学指标可分为直接指标和间接指标。直接指标包括透明质酸、层粘连蛋白、纤维连接蛋白、IV型胶原、III型前胶原N末端前肽。间接指标包括APRI、FIB-4、Fibrotest、Forns指数等。壳酶蛋白、Mac-2结合蛋白等新项目也逐渐崭露头角,尤其是壳酶蛋白,是机体内一种糖基水解酶,在炎症和组织重塑中起重要作用。其具有肝脏特异性、是在肝脏高度富集表达的肝纤维化的血清学指标之一。


肺间质病变是一种肺间质受累的炎性状态,如不干预,晚期可进展成肺纤维化,表现为呼吸困难,时常伴发肺部感染。此时,疾病病程往往难以逆转,病人死亡率及致残率较高。本期李柳冰等[28]的文章:“特发性炎性肌病相关间质性肺疾病的实验诊断技术临床应用进展”,特发性炎性肌病相关间质性肺疾病的血清标记物包括抗合成酶抗体、抗黑色素瘤分化相关蛋白5抗体、抗Ro52抗体、抗Ku抗体、抗PM-Scl抗体。另外一些特种蛋白,如涎液化糖链抗原-6和表面活性蛋白等,也对肺间质病变有着一定的诊疗价值。涎液化糖链抗原6是区分肺间质病变与其他肺部疾病的无创血清生物学指标,对肺间质病变监测和评估有一定临床意义。虽然涎液化糖链抗原6在肺间质病变的诊断中具有一定的临床价值,但不能明确鉴别各类肺间质病变的具体病因。


四、免疫性疾病生物标志物检测应注意的问题


综上所述,精准医学下的免疫相关疾病生物标记物,早已不再单单是自身抗体,还包括其他的免疫分子、免疫细胞、基因分子标记物及特种蛋白等。史无前例的新型冠状病毒肺炎的疫情,使得核酸检测和免疫功能状态被越来越多的大众所熟悉和了解。不仅仅是经典的自身免疫病,多个其他系统受累的疾病发病、诊疗及预后中,机体的免疫功能状态得到越来越多的临床关注。随着检测技术的发展和分子生物学技术的发展,越来越多的特异性的生物标记物进入临床应用。未来免疫相关疾病生物标记物的检测,首先要严格把控检测质量(实验室的生命线),主要工作包括实验室室内、室间质控、标准品及质控品溯源、检测方法标准化、检测试剂盒及检测系统评估等;其次要主动和临床沟通,让检测结果不再是一个个数字或符号;最后要积极和国内外权威实验室沟通,一方面,根据最新的国际指南,及时更新检测策略及经典自身抗体的临床意义,另一方面,及时开展新项目,满足日益增长临床需求[29]。最终方可实现免疫相关疾病的生物标记物的检测的标准化、自动化及智能化。


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