细胞因子检测在自身免疫性疾病诊断与临床治疗监测及预后评估中的意义

作者:秦晓松 张悦
作者单位:中国医科大学附属盛京医院检验科 2023-01-13

秦晓松,教授、医学博士、博士/博士后导师。现任中国医科大学附属盛京医院检验科主任,辽宁省医学检验临床医学研究中心主任。曾于日本德岛大学医学部留学、美国哈佛大学医学院、意大利圣·乔万尼医院(San Giovanni di Dio Hospital)进修学习。主要从事生化与分子生物学及抗感染免疫、疾病诊断标志物筛选、实验室质量管理等领域的研究。沈阳市高级人才,主持和参与了多项国家及省部级课题,获经费近500余万元。获辽宁省自然科学学术成果奖二等奖1项,发表论文60余篇,其中SCI收录22篇。多次受邀在国内外学术会议上进行报告。主要学术兼职:中华医学会检验分会委员,辽宁省医学会检验分会副主任委员,辽宁省医师协会检验医师分会副会长,中国中华检验医学教育学院辽宁分院秘书长,中华医学会检验专业委员会临床免疫学组委员,中国医师协会检验医师分会甲状腺疾病专委会副主任委员,中国中西医结合学会检验医学专业委员会常务委员,中国医促会风湿免疫病学分会常务委员,中国分析测试协会标记免疫分析专业委员会常务委员,妇幼健康研究会检验医学专业委员会副主任委员,世界华人检验与病理医师协会委员,老年医学学会检验分会委员,中国微生物学会临床微生物学专业委员会委员,辽宁省免疫学会临床病原生物与免疫分会候任主任委员,辽宁省中西医结合学会检验医学专业委员会副主任委员,临床化学(中文版)编委。


张悦,博士后、讲师。现任职于中国医科大学附属盛京医院检验科,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,国家自然科学基金资助项目。以第一作者发表SCI论文2篇,总影响因子12.884分。


细胞因子是一类低分子量(≈6-70kDa)的可溶性蛋白质,可由各种细胞(淋巴细胞、巨噬细胞、自然杀伤细胞、肥大细胞和基质细胞)分泌[1, 2]。不同类型的细胞可以分泌同一种细胞因子,同时一种细胞因子也可作用于多种细胞类型,并产生多种生物活性[3]。它们通过自分泌、旁分泌和内分泌作用发挥各种功能,如调节免疫力、组织损伤、促进细胞生长和组织修复[2]。近年来研究发现,多种体液如血清、血液、粪便、唾液和汗液中的细胞因子水平的变化有助于疾病的诊断,并为预测疾病的预后提供了宝贵的信息。


自身免疫性疾病(autoimmune diseases,AID)最早在1963年由Ian Mackay和Macfarlane Burne报道,其特点由于正常免疫自稳失衡,机体免疫系统对自身组织成分产生免疫反应,导致淋巴细胞和/或抗体的异常免疫反应[4]。这造成了以自我免疫反应为目标的组织的病理性损伤和功能障碍,最终可能导致各种临床症状。自身免疫性疾病可以是全身性的,也可以影响特定的器官或身体系统,包括内分泌、胃肠道和肝脏、风湿病和神经系统等,主要包括I型糖尿病、类风湿关节炎、桥本氏甲状腺炎、系统性红斑狼疮、重症肌无力等一系列免疫性疾病[5, 6]。


根据研究发现,许多自身免疫性疾病的发生和发展与人体内的免疫细胞和细胞因子的不平衡密切相关。细胞因子是关键的免疫介质,它能激活和分化免疫反应,使宿主防御和恢复平衡状态。另一方面,过量或持续的细胞因子产生会导致免疫激活失调,并在免疫病症的启动和扩大阶段发挥作用[7]。失调的细胞因子在自身免疫中的关键作用,因此用生物制剂治疗细胞因子的靶点显得尤为重要,这种方法在治疗类风湿关节炎和银屑病[8]等疾病方面取得了重大成功。同时,细胞因子的准确量化在临床上提供了宝贵的信息,以监测患者的免疫状态和调整不同疾病的治疗方法,包括哮喘、获得性免疫缺陷综合征、类风湿关节炎和其他疾病[9-11]。


大多数细胞因子是机体免疫应答的产物,对机体免疫系统具有强大的调节作用,是机体发挥免疫功能,清除病原体不可缺少的成分,这与疾病的发生、发展有着密切的关系,细胞因子在疾病的诊断、治疗和预防等方面有着极为广阔的应用前景。本文主要讨论细胞因子检测在常见自身免疫性疾病中器官损伤关联,活动性关联,治疗监测及预后,预测对生物制剂治疗反应。


一、细胞因子与器官损伤


自身免疫性疾病以自身免疫应答反应导致组织器官损伤和相应功能障碍为主要特征,这一病理过程伴随着细胞因子的变化。系统性红斑狼疮(Systemic Lupus Erythematosus,SLE)是一种病因目前未明、全身器官受累病情反复迁延的慢性自身免疫性疾病。在SLE患者体内主要表现为促炎因子升高,而相比较抑制炎症的因子出现了下降,最终导致机体内炎症反应出现,疾病的发生。IL-6在SLE中具有重要作用,IL-6的基因多态性与SLE的易感性和活动性相关[9, 10],同时与SLE神经受累有关。IL-10被发现与SLE患者的抗dsDNA滴度的升高相关,活动期的SLE患者IL-10较非活动期升高,IL-10分泌减少与狼疮肾炎的发生有关[12]。有学者认为IL-18,CCL17,CXCL16,CX3CL1可能也是SLE患者肾脏受累的一个预后标志[13]。Munroe等[14]发现IL-5、IL-6与抗核抗体(Antinuclear Antibody,ANA)的联合检测对于SLE疾病进展的预测效能要明显好于单一细胞因子的检测;ANA阴性但IL-5、IL-6升高的患者发生狼疮性肾炎的可能性更高。这一结果提示我们多种细胞因子与自身抗体谱同时检测可以提供预测临床疾病表型和病情严重程度的准确度。


类风湿关节炎(Rheumatoid Arthritis,RA)是一种骨和关节的慢性炎症性疾病,以滑膜增生和进行性骨和软骨破坏为特征,其病因至今尚不清楚[15]。IL-1和RA之间的联系可以追溯到1977年,从那时起,IL-1家族细胞因子在RA中的作用得到了广泛的研究,使人们对其在RA发病机制中的作用有了更好的了解,并开发了新的治疗方法[16]。抑制IL-1与控制重要的RA并发症有关,如加速动脉硬化和2型糖尿病[17]。在动物模型中,IL-35可延缓骨关节炎并抑制滑膜增生,增加血浆IL-10含量,最终缓解关节炎症状并减少骨关节炎破坏程度[18]。


二、细胞因子与疾病活动


细胞因子在疾病的诊断、治疗和预防等方面有着极为广阔的应用前景。研究发现,与健康志愿者相比,RA患者的血清IL-35水平明显降低;与非活动性RA相比,活动性RA患者的血清IL-35水平进一步降低。因此,IL-35有望成为监测和预测RA发病和严重程度的指标[18]。


IFN-α在SLE患者中表达升高,与SLE的疾病活动度、皮肤炎性反应及组织损伤有一定相关性[19],Galil[20]也发现TNF-α与SLE疾病活动评分呈显著正相关。另有研究发现在SLE患者中TNF-α的血清水平升高,并与疾病活动和某些系统性表现有关[21]。虽然IL-6在活动性SLE中增加,但是IL-6与SLE疾病活动性并不总是相关的。这可能部分是由于IL-6的半衰期相对较短和昼夜节律,对于SLE来说,它与(炎症)疾病活动的联系不够紧密,不可能常规使用。昼夜变化的问题必须克服,这在常规情况下也很困难[13]。TNF是一种强烈的促炎症细胞因子,在活动性SLE中含量很高,并与疾病活动有很好的相关性。因此,TNF可能仍构成该组中最好的炎症标志物。TNF是由免疫复合物直接诱导的,也被证明在SLE炎症中高度表达[22]。根据细胞因子谱能够将SLE患者根据疾病活动度进行分组:疾病活动期患者IL-10、IL-17、IL-21、IFN-α、BAFF相较于静止期明显升高[23]。SLE患者外周血单个核细胞在体外表现出增强的自发性IP-10升高。连续的IP-10水平与系统性红斑狼疮活动的纵向变化相关,甚至在抗dsDNA抗体和补体水平保持不变的低水平上也是如此。这些数据表明,IP-10水平在系统性红斑狼疮中增加,血清IP-10可能代表一种比标准血清学测试更敏感的监测疾病活动的标志物[24]。同时,IL-18的血清水平与SLE的严重程度相关疾病的指标有关,如dsDNA、24小时尿蛋白和血小板计数[25]。

特发性血小板减少性紫癜(Idiopathic Thrombocytopenic Purpura,ITP)是一种血液系统的自身免疫性疾病,以持续的血小板破坏和功能障碍为特征,最终影响到凝血功能[26]。研究发现,与健康人相比,ITP患者外周血IL-35水平显著下降,并与血小板计数呈明显正相关,与缓解期ITP患者相比,活动期ITP患者的血清IL-35降低,IL-35有望成为ITP发病及严重程度的监测及预测指标[27]。


三、细胞因子与治疗监测及预后


研究发现细胞因子一方面可以治疗包括自身免疫性疾病在内的多种疾病,另一方面在疾病的发生发展中发挥着不可替代的作用。因此,细胞因子在疾病的诊断和治疗监测及预后中发挥着重要的作用,获得了较为明显的效果。


特发性炎症性肌病是一组异质性的自身免疫性疾病,以近端肌肉无力和肌肉及其他器官的炎症为特征。皮肌炎和多发性肌炎是两个主要类型,皮肌炎患者肌肉和血清中IL-18上调,与疾病活动度联系紧密,应用免疫抑制剂治疗后患者肌肉组织中IL-18上调明显减少,说明IL-18对于皮肌炎预后和治疗有着较大预测价值[28]。

Graves病(Graves Disease,GD)是一种器官特异性的自身免疫性疾病,伴有甲状腺激素的分泌增加,具有遗传倾向,是一种复杂的多基因疾病[29]。有研究发现,GD患者无论是否应用抗甲状腺药物治疗,TNF-α的水平均明显高于对照组,但随着治疗时间的延长,FT3、FT4和TNF-α的水平随着时间逐渐下降,到6个月时FT3和FT4水平已恢复至正常,而血清TNF-α的水平仍高于正常对照组,但较治疗前降低。另一组应用131I治疗的GD患者中,治疗前TNF-α水平升高,治疗后TNF-α水平下降至正常水平。这些结果说明抗甲状腺药物或131I治疗后,病情缓解越明显,TNF-α下降程度越大,虽然治疗后血清甲状腺素水平恢复正常,患者无甲亢症状,但仍有TNF-α异常高表达,推测可能是由于血清细胞因子的变化滞后于临床症状的缓解,同时可能预示着有必要进一步应用药物干预治疗。另有研究发现在GD患者中,IL-8也呈现出相同的趋势,在经过131I治疗后,随着时间延长及患者症状的缓解,IL-8水平逐渐降低,在治疗6个月后,FT3、FT4已恢复正常,但IL-8的水平仍高于正常对照组。而18个月后IL-8已降至正常水平[30]。这些结果说明TNF-α及IL-8可以作为疗效评价、GD的“痊愈”状态以及临床用药终点的指标。


四、预测对生物制剂治疗反应


由于TNF-α、IL-1、IL-6、IL-17等炎症细胞因子广泛参与免疫细胞功能紊乱和自身免疫性疾病的发生发展。因此以细胞因子作为治疗靶点的靶向生物制剂,近年来获得较快发展。研究发现细胞因子能够与细胞表面受体结合,触发JAK家族蛋白的磷酸化,启动JAK/STAT信号通路,参与炎症免疫应答,生物制剂能够通过阻断关键炎症性细胞因子或细胞表面分子而发挥其重要的治疗作用,如靶向IL-1、IL-6、TNF-α和IL-17的单克隆抗体,抗CD20单抗、BAFF抑制剂、T细胞抑制剂、整合素单克隆抗体、选择性黏附分子抑制剂等[31]。

利妥昔单抗,商品名为美罗华,是一种嵌合单克隆抗体,针对B细胞表面表达的CD20分子。它首先用于治疗非霍奇金淋巴瘤,后来被批准用于治疗对改变病情的抗风湿药物,包括TNF生物制剂反应不充分的RA。通过重复使用利妥昔单抗的疗程,可以实现对RA的持续疗效[32]。随着RA发病机制研究的不断深入,B淋巴细胞的作用在侵蚀性疾病和产生类风湿因子和抗瓜氨酸肽抗体的类风湿患者中,IL-33水平较高;这种关联至少可以部分解释为什么对利妥昔单抗有反应的患者中IL-33水平较高[33]。在接受甲氨蝶呤和来氟米特有效治疗的RA患者中,外周血中Th22和Th17细胞的频率以及血浆中IL-22、IL-17和IFN-γ的水平下降,但在无反应的RA患者中没有观察到明显的变化[34]。TNF-α抑制剂包括英夫利昔单抗、阿达木单抗、依那西普、戈利木单抗等。尽管TNF有潜在的负面免疫调节作用细胞因子,但用英夫利西单抗和依那西普阻断TNF的作用已被证实。依那西普已显示出疗效。虽然测量测定TNF是可能的,而且可以用各种检测方法进行,但不同检测方法之间存在明显的差异。测定方法之间的差异很大,而且还没有发现足够可靠的测定方法用于常规目的,这可能部分是由于复杂TNF动力学[13]。

炎症性肠病(Inflammatory Bowel Disease,IBD)通常被分类为溃疡性结肠炎和克罗恩病,一般以胃肠道的慢性炎症为特征。细胞因子在疾病的进行和复发(急性)阶段的重要作用被广泛研究,针对关键细胞因子(如TNF)的单克隆抗体被越来越多地用于治疗对皮质激素或免疫抑制剂无反应的IBD,同时CCL2,TNF-α,IL-12,IL-8,IL-2,IL-5,IL-1β,IFN-γ被发现能够预测对生物制剂的治疗反应[35]。


五、存在的不足与展望


细胞因子作为特异性生物标志物已经被应用于自身免疫性疾病相关器官损伤、疾病活动性、治疗监测、预后及预测对生物制剂治疗反应等多个方面。随着细胞因子检测技术的不断发展,其在自身免疫性疾病中发挥越来越重要的作用,能有效弥补传统方法的不足。自身免疫性疾病还包括系统性硬皮病、皮肌炎、强直性脊柱炎、系统性血管炎等疾病,但关于细胞因子和它们的研究较少,同时存在相互矛盾的结果,可能有以下因素引起:(1)研究多为病例对照研究,横断面的研究设计限制了对疾病预后的了解等,这就需要前瞻性研究设计,尤其是大样本的前瞻性研究;(2)种族人群上的差异及环境因素的影响;(3)随着科学技术发展,更多的检测技术被研究出来,由于前后试验方法的差异,造成了前后结果矛盾的情况。 但值得我们注意的是,我们对自身免疫性疾病的细胞因子的研究还远远不够,需要我们进一步进行深入的研究探索。


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2022年12月:自身免疫性疾病实验诊断