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过敏原体外诊断:tIgE、sIgE、sIgG4、BAT、CRD等临床意义及优缺点 ... ...

归去来兮 2021-8-27 96人围观 技术

本文编译整理自英文论著:China Consensus Document on Allergy Diagnostics(文章下载链接见文末)。


过敏概况


过敏性疾病很常见,根据世界卫生组织的数据,变应性鼻炎(Allergic rhinitis,AR)是过敏性疾病的一个关键亚群,影响着全球近40%的人口。中国流行病学调查数据显示,2005年至2011年,AR的患病率增加了6.5%,哮喘患者的数量也逐年增加。最近来自中国的调查数据显示,20岁或以上人群的哮喘患病率为4.2%。在过去的30年里,中国儿童的哮喘患病率增长了近150%,从1990年的约2%上升到2020年的3%以上。


AR与哮喘密切相关。近40%的AR患者患有哮喘。在中国,近一半的夏秋花粉诱导AR患者在9年内出现季节性过敏性哮喘;另外,90%的AR患者在11年内出现哮喘。2009年中国全国多中心流行病学调查显示,导致哮喘的主要过敏原是尘螨、蟑螂、花粉和霉菌。在这些过敏原中,霉菌诱发最严重的哮喘反应,通常进展为过敏性支气管肺曲霉菌病(ABPA),这是一种潜在的且容易误诊的疾病,可对患者的肺组织和功能造成不可逆的损害。


中国不同区域过敏原概况


食物过敏(Food allergy,FA)也随着日益丰富和多样的食物结构和环境因素而增加。中国研究人员的研究表明,FA占过敏性休克患者的77%。食物过敏原的诊断与空气过敏原的交叉敏化更加复杂。例如,水果和蔬菜与各种形式的花粉具有交叉致敏性。同样,虾和蟹与尘螨和蟑螂过敏原也表现出交叉致敏作用。这种高水平的交叉敏化使过敏敏感性的诊断更加复杂。


过敏原诊断是预防和治疗过敏性疾病的核心。早期诊断和治疗可以有效控制疾病进展,从而减轻患者的痛苦和经济负担。


中国过敏性疾病患者的数量正在增加。此外,各种诊断方法正在造成没有可用标准的混淆。过敏预防控制委员会、中国预防医学会和过敏医学委员会、中国研究型医院协会召集专家进行了讨论。这些协会在各个方面达成了共识,包括过敏诊断和使用体内和体外过敏原试验的一般原则;共识是基于欧洲过敏与临床免疫学会(EAACI)相关信息;世界过敏组织和最近国内和国际文献中获得的关于过敏诊断的最新证据。


过敏的病理机制

IgE介导的过敏
IgE介导的过敏是连续的反应,包括对过敏原的致敏、再遇到过敏原刺激,诱导潜在免疫反应。
在致敏阶段,过敏原被抗原递呈细胞,最主要的是树突状细胞(DCs)以主要MHCII-抗原-肽复合物的形式进行递呈。然后,抗原肽被初始CD4+T细胞上的特异性T细胞受体识别,分化为T辅助细胞(Th)细胞的各种亚群,包括Th2细胞。Th2细胞产生IL-4、IL-5和IL-13。同时,受刺激的DC释放出细胞因子和共刺激因子,后者的表达对于激活初始T细胞至关重要。在Th2细胞的帮助下,抗原特异性B淋巴细胞分化为能够产生IgE的浆细胞。分泌的IgE与肥大细胞和嗜碱性粒细胞表面的高亲和力IgE受体(也被称为FcεRI)结合,导致这些细胞对特定的过敏原敏感。

过敏及过敏原免疫治疗(Allergy. 2019;74(Suppl. 108):3–25.)

再次受到过敏原刺激,已致敏的免疫细胞暴露在相同的过敏原中,该过敏原与致敏细胞表面的IgE-FcεRI复合物交联。这些被激活的细胞会脱颗粒并释放血管活性物质(组胺和其他炎症化学介质),从而增加平滑肌收缩,刺激粘液分泌,降低血压,并导致组织损伤。这是早期阶段的反应(early phase response,EPR),发生在暴露于过敏原后的几分钟内,并持续30-60分钟。EPR之后是晚期反应,这发生在刺激后2-4小时,可持续1-2天或更长时间。除了肥大细胞和嗜碱性粒细胞外,各种其他炎症细胞也参与了这种反应。例如,中性粒细胞、嗜酸性粒细胞和巨噬细胞迁移到过敏原暴露的部位,分泌生物活性物质和酶,产生许多与过敏性疾病有关的症状。


非IgE介导的过敏

非ige介导的过敏的机制尚不明确。有人提出,补体的激活会导致过敏反应毒素的产生,如补体3a和补体5a。这些分子可以与相应的受体结合,促进平滑肌收缩,增加血管通透性。神经肽,包括P物质、血管活性肠肽和生长抑素,强烈诱导过敏介质的释放,特别是组胺。同样,非甾体抗炎药(non-steroidal anti-inflammatory drugs,NSAIDs如阿司匹林)引起的过敏反应的机制也不完全清楚。阿片类药物等能促使肥大细胞分泌介质,导致组胺的快速释放。IgG和FcγR也可能在这种过敏反应的发病机制中发挥作用。

还有一类,IgE和非IgE混合型。


过敏诊断的标准化


目前,过敏原检测主要集中在IgE介导的I型超敏反应和T细胞介导的IV型超敏反应上。过敏原试验分为两类:(1)体内过敏原试验,包括皮肤点刺试验(SPT)、皮内试验(IDT)、贴片试验和激发试验;(2)体外过敏原试验,包括血清过敏原特异性IgE(sIgE)、总IgE(tIgE)和嗜碱性粒细胞活化试验(BAT)。
在临床诊断和治疗过程中,通常有必要结合体内和体外试验,连同临床病史,以确定过敏原的类型和致敏程度以及与疾病症状的关系。

过敏诊断的标准流程
在验证患者的病史时,有两个关键方面很重要:(1)是否存在过敏性疾病,以及(2)哪些过敏原可能与该疾病的临床症状有关。

病史询问的关键点


疑似过敏性疾病患者的体格检查应集中在鼻黏膜、结膜、呼吸道等皮肤和粘膜上。一些特殊的辅助试验,如呼出的部分一氧化氮,对支气管和鼻黏膜的过敏性炎症有良好的诊断价值,对于过敏性呼吸道疾病(如哮喘和AR)应予以考虑。

过敏性诊断可以通过体内和体外试验来实现。体内试验方法包括皮肤试验、过敏原激发试验(APT)和贴片试验。体外试验主要包括过敏原sIgE和特异性IG4(sIgG4)试验,但也可以包括其他分析,如BAT。临床病史查询和体格检查是体内诊断的先决条件,而标准化的试剂和仪器是体内检测的基石。

体外过敏原检测

体外过敏诊断包括血清学和细胞学检测。前者主要检测对过敏原及其成分的tIgE和sIgE。血细胞被用作细胞学检测的检测样本,最常见的应用是BAT。

总IgE(tIgE)检测


IgE是I型超敏反应中产生的重要免疫分子。监测tIgE水平的增加不能用于诊断过敏性疾病,因为它只能预测I型超敏反应。此外,其他疾病可导致tIgE水平显著升高,如各种自身免疫性疾病和免疫系统缺陷以及寄生虫和微生物感染。此外,过敏性疾病患者的tIgE水平可能表现为正常。因此,仅依赖tIgE检测结果的临床意义有限。在临床实践中,检测结果必须与患者的病史和临床症状相结合,以提供全面的评价。

血清tIgE水平是ABPA(变应性支气管肺曲菌病)诊断和随访的一个有价值的标志物。诊断ABPA的基本标准之一是tIgE水平大于1,000IU/mL,该截止值的敏感性和特异性分别约为92%和40%。血清tIgE水平在ABPA患者的监测中也起着重要作用。在随访期间,tIgE水平的升高可能表明患者的病情发生了改变。

人血清中tIgE水平的分布是偏态的,因此很难确定参考区间。纵向研究表明,tIgE水平在出生后随着年龄的增长而逐渐升高,并在12岁时达到成人水平,青少年333IU/mL以上的水平被认为是异常升高的。儿童血清tIgE水平的参考区间如下:

两岁以下:< 12 IU/mL

2-4岁: < 33 IU/mL

4-15岁:< 85 IU/mL

成人: < 125 IU/mL

婴儿和儿童的血清tIgE水平较高,表明成年期发生过敏性疾病的风险较高。

特异性IgE(sIgE)

过敏原sIgE
过敏原的sIgE检测在过敏性疾病的体外诊断中起着关键作用。sIgE水平越高,其与过敏性疾病的相关性就越强。近年来,随着免疫标记技术的进步,过敏原的体外诊断技术已经发展出来。国内和进口国内也出现了不同的体外过敏原检测试剂。各种检测方法的优缺点,如下表:


对过敏原sIgE结果的解释如下表。sIgE浓度客观地反映了致敏状态,主要过敏原可通过阳性结果确定。此外,定量检测为AIT提供了指导和监测;然而,sIgE结果的分级并不一定与疾病的严重程度相关。此外,sIgE阳性并不总是与临床症状相一致。


过敏原成分sIgE


也许在过去的20年里,过敏诊断中最重要的进展是使用从提取物中的单个蛋白质(成分)来更明确地解决过敏性疾病。研究人员花了大量时间在提取物中识别单个过敏性物种,了解患者群体对这些蛋白质的反应性,从而提高了体外测试的保真度。迄今为止,已鉴定出900多种过敏性成分,并可以各种形式用于过敏诊断。

特定过敏原的命名法;该过敏原的前3个字母(拉丁名称),并有一个空格,然后是物种的第一个或2个字母,加入一个空格,后面是一个阿拉伯数字。这些数字是根据过敏原的识别顺序被分配给它们的,或者是根据它们所属的蛋白质家族中的编码。例如来自桃(Prunus persica)的主要过敏性脂质转移蛋白(LTP)的命名是Prup3。根据相似程度,物种内具有不同氨基酸序列的过敏原继续分为isoallergens(如Prup1.01)和variants(如Prup1.0101)

世卫组织和国际免疫学会联盟过敏原命名委员会成立于1984年,负责维持过敏原的系统命名,并在数据库中注册了930种过敏原成分(http://allergen.org/)。中国研究人员已经鉴定并提交了许多新的过敏原,包括螨成分(皮螨和皮螨)、青蒿成分(Art ar 2 and Art an 7)、蟹成分(Eri s 2)和蟑螂成分(Per a 11 and Per a 12)。

虽然根据其物种已经鉴定出数百种过敏原,但根据它们的蛋白质结构被分为20多个家族,这是过敏性交叉反应的重要理论基础。最近,在一个国际过敏免疫学家团队的支持下,美国健康和环境科学研究所启动了比较数据库(综合蛋白过敏原资源库,https://comparedatabase.org/),为过敏蛋白的识别、测序和命名提供科学和准确的信息。该比较数据库允许用户搜索过敏原成分的单个序列,并预测新的过敏原的过敏原性水平。

2016年初,EAACI发布了《分子过敏学用户指南》,提供了从基础研究到临床实验室分子过敏学实践的全面概述。本指南概述了在过敏诊断中使用重组或纯化的天然成分,导致许多国际临床实验室成分解析诊断(component resolved diagnostics,CRD)的出现。虽然传统的过敏原提取物通常含有低浓度或非常低浓度的过敏原成分,但CRD可以使用更高浓度的纯化材料,以提高sIgE的准确性和综合价值。为此,中国研究人员利用成分过敏原在诊断对尘螨、桦树花粉、青蒿花粉、桃和牛奶的过敏方面,取得了重要进展。

CRD在识别过敏原和主要过敏原蛋白之间的交叉反应方面非常有帮助;这有助于更好地理解与过敏性过敏反应相关的多种因素,并有助于提高诊断的准确性。例如,Derp1和Derp2以及Derp23是室内尘螨(house dust mites,HDM)中最常见的过敏原。Derp10与虾类和蟹类过敏原发生交叉反应。桃子(Prup3)、青蒿(Artv3)、花生(Arah9)和板栗(Cora9)中存在LTP;这些蛋白的交叉反应与严重的过敏反应有关。

CRD区分真正的阳性sIgE结果和交叉反应性。例如,桃的主要过敏原Prup1和Prup3分别与桦树花粉Betv1和青蒿菌花粉Artv3发生交叉反应。此外,CRD可用于预测疾病的潜在风险;对青蒿菌中多种成分敏感的患者表现出显著的哮喘风险。此外,使用CRD提高了诊断对牛奶成分过敏的准确性。


过敏原成分也可用于患者的过敏原免疫治疗(AIT),从而提高AIT的疗效。最近的一项研究表明,在AIT中使用Derp提取物时,对Derp1和Derp2敏感的患者比对其他HDM成分敏感的患者更有效。这可能用于AIT的HDM提取物通常只标准化Derp1和Derp2,其他过敏原成分含量较低;Derp1和Derp2具有较强的免疫原性,而过敏原提取物中的其他成分免疫原性较低,不诱导实质性的IgG反应。因此,作者认为,CRD可以帮助医生使用HDM提取物筛查最适合AIT的患者,以提高临床疗效。

过敏原成分的sIgE可以使用单倍(每个样本一个测定)或多重(每个样本多个测定)测定平台来确定。一个单一的平台允许医生选择必要的过敏原成分,以准确诊断定义的临床病原。多重方法允许表征独立于临床历史的过敏史。

1)单倍法检测过敏性成分
单倍法测量单个过敏原(提取物或成分)的sIgE。一般来说单倍方法的灵敏度优于阵列中涂有多个过敏原成分的芯片。然而,当涉及到许多过敏原成分时(如花粉和尘螨),每个患者的成本可能会很高,影响其使用。

2)多重检测方法
多重方法是通过微阵列芯片进行过敏诊断。这项技术同时测量单个样本的多个过敏原。使用的样本量相对较小,使用基于微阵列的多重复合方法,可以帮助识别交叉致敏物种以及潜在的高风险过敏原。

3个过敏原成分的多重复合平台
第一代(2000年):免疫固相过敏原芯片,sIgE。能够检测112个过敏原及其成分
第二代(2011年):MeDALL芯片,sIgE。能够检测151个过敏原及其成分,
第三代(2017年):ALEX平台、sIgE和tIgE。能够检测282种过敏原及其成分,以及抑制交叉反应性碳水化合物决定簇(carbohydrate determinant,CCD)。该多重检测方法适用于对食物和吸入性过敏原均敏感的患者。建议用于基于人群的流行病学研究,评估特定过敏原成分的频谱。

3)单倍检测和多重检测在临床使用
重组或天然纯化的过敏原成分可以用于CRD,sIgE可以使用单倍或多重平台进行测量。一般来说,对多种过敏原致敏的复杂病例和有严重过敏反应的患者,应采用多重CRD方法。该多重平台能够同时对200多个过敏原的少量血清(100µL)成分进行IgE检测,但与单一检测相比,敏感性不够。此外,利用具有不同CCDs的纤维素基作为固相过敏原载体的多重检测,可能导致假阳性。这些假阳性结果是由于患者样本中存在抗纤维素IgE;应该需要一个CCD抑制剂程序来解决这些问题。

sIgG4检测

IgG是血清中最丰富的抗体类型,约占血清免疫球蛋白的75%。IgG包括IgG1、IgG2、IgG3和IgG4等4个亚型。其中,IgG4含量最低,约0.5mg/mL,个体间差异在10µg/mL~1.4mg/mL之间波动。

AIT是目前唯一能改变过敏性疾病自然病程的病因治疗方法。在对昆虫 毒液过敏者的AIT治疗过程中,sIgE水平的下降往往伴随着sIgG4水平的相应升高。AIT诱导的sIgG4不仅可以作为“阻断”抗体,还可以阻止过敏原诱导的组胺释放。然而,sIgG4的测定只能反映患者对AIT的免疫反应,其增加并不等于AIT的成功。
食物过敏原的sIgG和sIgG4不被建议用于筛查和诊断FA或食物不耐受,因为它们在健康和患者中都可以检测到。因此,sIgG的阳性结果仅表明身体的免疫反应。


BAT


嗜碱性粒细胞是一种存在于外周血中的白细胞(WBC)。这些细胞极其罕见,约占血液中WBCs总数的0.2%。嗜碱性粒细胞是I型超敏反应的重要效应细胞。当患者的病史与sIgE或皮肤试验结果不一致,或患者在皮肤试验过程中出现全身过敏反应时,可进行BAT检测。


BAT可用于识别食物过敏原和过敏性交叉致敏作用,以及监测AIT和抗IgE治疗的有效性。BAT的原理是用疑似过敏原提取物刺激患者外周血,嗜碱性粒细胞通过IgE/非IgE依赖的过敏原激活后脱颗粒。


监测嗜碱性粒细胞脱颗粒有两种方法:一种是通过流式细胞术检测嗜碱性粒细胞膜标记物如CD63/CD203c的表达,另一种是基于酶联免疫吸附法测定组胺等炎症介质。这两种方法假定特异性过敏原通过上调的激活标志物的表达或组胺等介质的释放水平而使患者致敏。


BAT方法在适用性广泛、重复性好、安全性和过敏原检测时间方面优于体内试验。最重要的是,它可以保护患者免受体内试验引起的严重过敏反应。与血清sIgE相比,BAT的结果更准确地反映了患者目前对过敏原的敏感性;与sIgE试验相比,BAT的检测范围更大,甚至可以检测到一些小分子药物。


各类诊断方法的优缺点


简评:本文是过敏诊断的权威文献,节选部分内容做了编译,再次感谢所有作者。


参考文献:

期刊:Allergy Asthma Immunol Res. 2021 Mar;13(2):177-205

文章:China Consensus Document on Allergy Diagnostics

文章为中国19个单位大咖通力合作的结果,具体单位信息见下文。

作者单位:

1 Hao Chen,Jing Li ,Baoqing Sun(共同通讯作者)Department of Allergy and Clinical Immunology, State Key Laboratory of Respiratory Disease, National Clinical Research Center for Respiratory Disease, Guangzhou Institute of Respiratory Health, The First Affiliated Hospital, Guangzhou Medical University, Guangzhou, China

2 Lei Cheng,Department of Otorhinolaryngology & Clinical Allergy Center, The First Affiliated Hospital, Nanjing Medical University, Nanjing, China

3 Zhongshan Gao,Allergy Research Center, Zhejiang University, Hangzhou, China

4  Xiaoping Lin,Department of Allergy, Northern Theater General Hospital, Shenyang, China

5 Rongfei Zhu,Lin Yang,Guanghui Liu,Department of Allergy, Tongji Hospital, Tongji Medical College, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan, China

6 Ailin Tao,He Lai,Department of Allergy, The Second Affiliated Hospital, Guangzhou Medical University, Guangzhou, China

7 Ailin Tao,He Lai, The State Key Laboratory of Respiratory Disease, Guangdong Provincial Key Laboratory of Allergy & Clinical Immunology, The Second Affiliated Hospital, Guangzhou Medical University, Guangzhou, China

8 Haiyu Hong,Allergy Center, Department of Otorhinolaryngology, The Fifth Affiliated Hospital, Sun Yat-sen University, Zhuhai, China

9 Wei Tang,Department of Pulmonary and Critical Care Medicine, Ruijin Hospital, Shanghai Jiao Tong University School of Medicine, Shanghai, China

10 Yinshi Guo,Department of Allergy and Immunology, Renji Hospital, Shanghai Jiao Tong University School of Medicine, Shanghai, China

11 Huaiqiu Huang, Department of Dermatology and Venereology, The Third Affiliated Hospital, Sun Yat-sen University, Guangzhou, China

12 Jinlyu Sun,Department of Allergy, Peking Union Medical College Hospital, Peking Union Medical College & Chinese Academy of Medical Sciences, National Clinical Research Center for Dermatologic and Immunologic Diseases, Beijing, China

13 Cheng Lei,Department of Pediatrics, Kiang Wu Hospital, Macau, China

14 Guanghui Liu,Department of Allergy, Zhongnan Hospital, Wuhan University, Wuhan, China

15 Li Xiang,Department of Allergy, Beijing Children's Hospital, Capital Medical University, Beijing, China

16 Zhuanggui Chen,Department of Pediatrics and Department of Allergy, The Third Affiliated Hospital, Sun Yat-sen University, Guangzhou, China

17 Han Ma, Department of Dermatology and Venereology, The Fifth Affiliated Hospital, Sun Yat-sen University, Zhuhai, China

18 Alson Wai-ming Chan,Allergy Centre, Hong Kong Sanatorium and Hospital, Hong Kong, China

19 Chuangli Hao(共同通讯作者),Department of Respirology, Children's Hospital, Soochow University, Suzhou, China


来自: 闲谈 Immunology | 作者:挑食的喵
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