高亞東,張珒珒,劉光輝
武漢大學(xué)中南醫(yī)院過敏反應(yīng)科(武漢 430071)
近年來,過敏性疾病的發(fā)病率不斷上升[1]。過敏原檢測是診斷過敏性疾病的重要手段,目前常用的方法包括體內(nèi)和體外檢測兩大類。體內(nèi)檢測包括皮內(nèi)試驗(yàn)、皮膚點(diǎn)刺試驗(yàn)(skin prick testing,SPT)、斑貼試驗(yàn)和過敏原激發(fā)試驗(yàn);體外檢測包括血清中過敏原特異性免疫球蛋白E(specific Immunoglobulin E,sIgE)檢測和嗜堿性粒細(xì)胞活化試驗(yàn)(basophil activation test,BAT)。皮膚試驗(yàn)操作簡便、快捷,但易受藥物和皮膚狀況的影響,出現(xiàn)假陰性和假陽性結(jié)果;過敏原sIgE檢測雖受藥物影響小,但可檢測范圍小,難以對藥物和食物過敏進(jìn)行檢測; 過敏原激發(fā)試驗(yàn)是診斷過敏性疾病的金標(biāo)準(zhǔn),但存在發(fā)生嚴(yán)重過敏反應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)[2]。BAT可在體外模擬速發(fā)型過敏反應(yīng)過程,對于診斷過敏性疾病以及評估過敏原特異性免疫治療(allergen specific immunotherapy,AIT)的療效具有較好的應(yīng)用價(jià)值。BAT 可部分替代SPT和過敏原激發(fā)試驗(yàn),從而減少不良反應(yīng)的發(fā)生[3]。隨著技術(shù)的進(jìn)步及過敏性疾病發(fā)病率的升高,BAT的臨床應(yīng)用趨于普及。本文就BAT的基本原理、評價(jià)指標(biāo)及臨床應(yīng)用作一綜述。
嗜堿性粒細(xì)胞屬于造血系統(tǒng)細(xì)胞,在骨髓發(fā)育成熟后進(jìn)入血液循環(huán)[4],其在外周組織分布較少,只在發(fā)生炎癥反應(yīng)時(shí)才進(jìn)入外周組織[5]。嗜堿性粒細(xì)胞表面表達(dá)高親和力IgE受體(the highaffinity IgE receptor,F(xiàn)cεRⅠ),受抗原等刺激后,釋放一系列炎癥介質(zhì),如組胺、半胱氨酸白三烯、前列腺素D2、白細(xì)胞介素(interleukin,IL)-4、IL-13、IL-6、胸腺基質(zhì)淋巴細(xì)胞生成素(thymic stromal lymphopoietin,TSLP)和B細(xì)胞活化因子等,參與IgE介導(dǎo)的過敏反應(yīng),如食物過敏、藥物過敏、昆蟲叮咬過敏和嚴(yán)重過敏反應(yīng)等[5-6]。
嗜堿性粒細(xì)胞參與了2型炎癥反應(yīng)過程[7]。對于過敏性鼻炎和過敏性哮喘,受塵螨等抗原刺激后,氣道上皮細(xì)胞分泌TSLP[8],促進(jìn)嗜堿性粒細(xì)胞分泌IL-4[9],IL-4通過促進(jìn)輔助性T細(xì)胞2(T helper 2 cell,Th2)或2型天然淋巴細(xì)胞(type 2 innate lymphoid cells,ILC2)分化,導(dǎo)致2型炎癥反應(yīng)[10]。嗜堿性粒細(xì)胞也參與了特應(yīng)性皮炎的發(fā)生[11]。此外,TSLP誘導(dǎo)嗜堿性粒細(xì)胞釋放IL-4,促進(jìn)食物過敏原的經(jīng)表皮致敏[12]。嗜堿性粒細(xì)胞還可通過胞啃機(jī)制,從樹突狀細(xì)胞獲得主要組織相容性復(fù)合體Ⅱ分子,獲得抗原遞呈功能,并參與Th2型反應(yīng)[7]。
BAT是一種體外過敏反應(yīng)檢測方法,可在體外模擬體內(nèi)I型超敏反應(yīng)過程,用于過敏原的體外檢測和AIT的療效評估。其利用流式細(xì)胞術(shù)檢測嗜堿性粒細(xì)胞表面活化標(biāo)志物的表達(dá)。當(dāng)抗原或抗IgE抗體誘導(dǎo)IgE受體FcεRI交聯(lián)后,這些活化標(biāo)志物的表達(dá)將上調(diào)[13]。通常采用外周靜脈全血或分離的外周血單個(gè)核細(xì)胞(peripheral blood mononuclear cells,PBMCs)進(jìn)行 BAT。PBMCs分離需密度梯度離心等程序,可能造成細(xì)胞丟失和背景活化,影響結(jié)果判斷。全血更接近嗜堿性粒細(xì)胞的體內(nèi)環(huán)境,更符合生理狀態(tài)。全血BAT 應(yīng)在采血后4 h內(nèi)進(jìn)行,以保持嗜堿性粒細(xì)胞最大活性和功能。隨著離體時(shí)間增加,嗜堿性粒細(xì)胞活性下降[14]。
應(yīng)根據(jù)患者的病史選用最可能的過敏原進(jìn)行BAT。SPT和(或)血清過敏原sIgE的檢測結(jié)果可為過敏原的選擇提供參考[4]。過敏原可采用粗提物、純化或重組的單一組分,相較粗提物,重組過敏原具有更好的穩(wěn)定性和一致性[4]。為便于不同實(shí)驗(yàn)室之間數(shù)據(jù)比較,建議采用標(biāo)準(zhǔn)化過敏原。試驗(yàn)需記載過敏原的來源、濃度及濃度單位、生產(chǎn)批號及生產(chǎn)廠家[4]。對于過敏原粗提物,應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)化的提取方法,并在不同濃度下測試嗜堿性粒細(xì)胞的反應(yīng)性,如嗜堿性粒細(xì)胞被激活,則應(yīng)使用該過敏原在1~3名健康個(gè)體中測試其特異性,排除假陽性[4]。
5%~10%的過敏患者在抗原或抗IgE刺激后,嗜堿性粒細(xì)胞不會(huì)出現(xiàn)組胺釋放反應(yīng),但對非特異性刺激如趨化肽N-甲酰-甲硫氨酰-亮氨酰-苯丙氨酸(N-formylmethionyl-leucyl-phenylalanine,fMLP)仍存在反應(yīng),這類患者被稱為無反應(yīng)者[15],其發(fā)生機(jī)制可能與細(xì)胞內(nèi)信號傳導(dǎo)途徑缺陷有關(guān)[16],但這些BAT或組胺釋放試驗(yàn)無反應(yīng)者仍可能出現(xiàn)過敏癥狀和SPT陽性(由肥大細(xì)胞介導(dǎo))[4]。因此,BAT的陽性對照應(yīng)包括IgE依賴(如抗FcεRI或抗IgE抗體)和非IgE依賴的刺激(如fMLP)[4],陰性對照只包含刺激緩沖液,以評價(jià)背景活化水平,如使用IL-3進(jìn)行預(yù)刺激,則需另增加一組含有IL-3的陰性對照[4,17]。
進(jìn)行BAT時(shí),需特異性表面標(biāo)志物來鑒定嗜堿性粒細(xì)胞,常用鑒定標(biāo)志物包括CCR3+、CD123+/HLADR-、CRTH2+和 CD193+等[4]。隨著研究的深入,越來越多的表面活化標(biāo)志物被發(fā)現(xiàn),包括 CD11b、CD13、CD63、CD69、CD107a、CD164、CD203c和 CD300c[4,18-21],其中 CD63、CD203c和CD69應(yīng)用最為廣泛,相關(guān)試劑盒已用于臨床檢測。根據(jù)表面標(biāo)志物活化的生物學(xué)機(jī)制可分為三類:①顆粒膜成分,脫顆粒時(shí)與細(xì)胞膜融合,從而表達(dá)在細(xì)胞表面,如CD63和CD107;②快速釋放型囊泡,對IL-3等刺激產(chǎn)生反應(yīng),但不一定有介質(zhì)釋放,如CD13、CD11b、CD164和CD203c;③新合成蛋白,需數(shù)小時(shí)完成轉(zhuǎn)錄、翻譯和轉(zhuǎn)運(yùn)過程,包括ST2和CD69[22]??筛鶕?jù)研究目的選擇不同活化標(biāo)志物或綜合判斷BAT結(jié)果。總體上,目前發(fā)現(xiàn)的活化標(biāo)志物表達(dá)對BAT特異性較高,但敏感性相對較低,因此需進(jìn)一步尋找較為敏感的其他表面標(biāo)志物或表面標(biāo)志物的組合,以提高BAT的敏感性和特異性。
BAT檢測嗜堿性粒細(xì)胞表面活化標(biāo)志物的表達(dá)水平,即CD63+和(或)CD203c+嗜堿性粒細(xì)胞的百分比,可采用反應(yīng)性和敏感性兩種指標(biāo)表示。反應(yīng)性可用某一抗原濃度刺激下CD63+嗜堿性粒細(xì)胞的百分比表示,也可用出現(xiàn)最大比例嗜堿性粒細(xì)胞活化時(shí)的抗原濃度(CD-max)表示;敏感性可用能引起50%最大比例嗜堿性粒細(xì)胞活化時(shí)的抗原濃度(EC50)表示,也可用嗜堿性粒細(xì)胞過敏原閾值敏感性(basophil allergen threshold sensitivity,CD-sens)表示,計(jì)算公式為CD-sens=1/EC50×100[4,22]。反應(yīng)性與嗜堿性粒細(xì)胞的預(yù)激狀態(tài)以及IgE信號的細(xì)胞內(nèi)傳導(dǎo)有關(guān),而敏感性是反應(yīng)性的函數(shù),與細(xì)胞表面過敏原sIgE、過敏原的親和力、血液中游離的競爭性免疫球蛋白親和力有關(guān)。檢測反應(yīng)性時(shí)需設(shè)置陽性對照,過敏原的陽性反應(yīng)也需在臨床背景下進(jìn)行解讀[4]。
敏感性檢測前通常先確定嗜堿性粒細(xì)胞的反應(yīng)性。根據(jù)6~8個(gè)濃度梯度過敏原的反應(yīng)性進(jìn)行劑量-效應(yīng)曲線擬合,分別計(jì)算EC50和CD-sens[4,17]。也可用劑量-效應(yīng)曲線的曲線下面積(area under curve,AUC)反映細(xì)胞活化狀態(tài)[4]。當(dāng)嗜堿性粒細(xì)胞活化狀態(tài)下降時(shí),劑量-效應(yīng)曲線右移,其反應(yīng)性可以不變,但敏感性下降,同時(shí)AUC下降[22]。綜合利用這些指標(biāo)有助于BAT結(jié)果的分析和評價(jià)。
食物過敏發(fā)生率不斷增加,兒童尤為明顯[23],根據(jù)其發(fā)生機(jī)制,大致可分為IgE介導(dǎo)和非IgE介導(dǎo)兩類[23-24]。食物過敏常用的診斷方法包括SPT、食物sIgE檢測以及口服食物激發(fā)試驗(yàn)(oral food challenge,OFC)。前兩種方法敏感性高,但特異性較低,雙盲安慰劑對照OFC是診斷食物過敏的金標(biāo)準(zhǔn),但操作復(fù)雜,有發(fā)生嚴(yán)重過敏反應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)[24-25]。BAT對食物過敏診斷的準(zhǔn)確性較高,且能夠區(qū)分單純食物致敏(食物sIgE升高但無癥狀)還是食物過敏[26]。有研究顯示BAT診斷花生過敏的特異性達(dá)100%[26],另有研究顯示BAT對花生過敏原組分如Ara h 2和Ara h 6具有較高的診斷準(zhǔn)確性[27]。此外,嗜堿性粒細(xì)胞的活化率也可反映食物過敏的嚴(yán)重程度[28]。BAT還可用于檢測食物過敏的進(jìn)程。對接受口服免疫治療(oral immunotherapy,OIT)的花生過敏患者進(jìn)行定期BAT檢測,發(fā)現(xiàn)停止治療后對花生過敏原呈現(xiàn)持續(xù)無反應(yīng)者,Ara h 2抗原誘導(dǎo)的BAT活性在脫敏治療早期明顯下降;相反,對花生過敏原短暫耐受者的BAT敏感性在OIT治療的早期和晚期均無變化,且嗜堿性粒細(xì)胞的AUC出現(xiàn)反彈,提示BAT可用于花生過敏者OIT療效的預(yù)測和評估[29]。
藥物引起的過敏反應(yīng)較為復(fù)雜,包括I型超敏反應(yīng)和其他類型的超敏反應(yīng)[30]。由于藥物的半抗原特性,常與其他蛋白結(jié)合引起過敏反應(yīng),因此表位難以確定,臨床上同時(shí)應(yīng)用幾種藥物時(shí)體內(nèi)的免疫反應(yīng)特點(diǎn)和臨床表現(xiàn)變化較大[31]。藥物激發(fā)試驗(yàn)是診斷藥物過敏反應(yīng)的金標(biāo)準(zhǔn),但耗時(shí)長,且存在發(fā)生嚴(yán)重過敏反應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn),限制了其應(yīng)用[32],因此BAT等體外診斷方法在藥物過敏反應(yīng)診斷和評價(jià)中的應(yīng)用逐漸增多[15]。目前BAT已用于神經(jīng)肌肉阻斷劑、β-內(nèi)酰胺類抗生素、非甾體類抗炎藥、放射造影劑、洗必泰、明膠和羥甲基纖維素等過敏的診斷[33]。研究顯示BAT對抗生素過敏的診斷特異性達(dá)92%,對非甾體類抗炎藥過敏的診斷特異性達(dá)100%[34]。另有研究顯示,BAT可減少對阿莫西林克拉維酸鉀過敏患者進(jìn)行不必要的藥物激發(fā)試驗(yàn)[35]。此外,BAT也可輔助判斷鉑類化療藥物過敏患者快速脫敏時(shí)發(fā)生嚴(yán)重過敏反應(yīng)的情況,若CD63+和CD203c+嗜堿性粒細(xì)胞比例高,則提示較高的嚴(yán)重過敏反應(yīng)發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)[36]。藥物過敏BAT的臨床應(yīng)用尚有以下關(guān)鍵問題待探索:①最佳藥物濃度;②BAT陽性閾值;③試驗(yàn)所需最少嗜堿性粒細(xì)胞數(shù)量;④藥物可溶性;⑤血液樣本的制備(全血或分離的PBMCs);⑥最佳處理?xiàng)l件(如IL-3預(yù)刺激、預(yù)溫、孵育時(shí)間等)[33]。對藥物過敏患者進(jìn)行詳細(xì)的病史采集同時(shí)結(jié)合BAT檢測結(jié)果,可減少開展藥物激發(fā)試驗(yàn)及其發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)[33]。除常規(guī)BAT外,也可進(jìn)行被動(dòng)致敏BAT來輔助診斷藥物過敏[33]。
3.3.1 過敏性鼻炎
BAT在過敏性鼻炎中的應(yīng)用尚存爭議。一項(xiàng)研究比較了塵螨和艾蒿過敏性鼻炎患者AIT治療前與治療24個(gè)月后嗜堿性粒細(xì)胞反應(yīng)性的變化情況,發(fā)現(xiàn)塵螨抗原的嗜堿性粒細(xì)胞反應(yīng)性前后無變化,艾蒿抗原的嗜堿性粒細(xì)胞反應(yīng)性則顯著下降,但兩種過敏原的嗜堿性粒細(xì)胞反應(yīng)性變化與過敏性鼻炎的臨床癥狀改善之間無相關(guān)性[37]。血清sIgE和SPT難以準(zhǔn)確診斷局部過敏性鼻炎[38],對于這類患者,盡管外周血中總IgE水平并無升高,但采用BAT仍可鑒定IgE介導(dǎo)的過敏反應(yīng),且敏感性較高。嗜堿性粒細(xì)胞的敏感性與鼻激發(fā)試驗(yàn)的抗原滴度和支氣管激發(fā)試驗(yàn)的陽性閾值呈正相關(guān),但BAT能否代替鼻激發(fā)試驗(yàn)診斷局部過敏性鼻炎仍存爭議[39]。目前研究多用嗜堿性粒細(xì)胞反應(yīng)性作為評價(jià)指標(biāo),但其敏感性和特異性較低,需采用CD-sens或多種活化指標(biāo)進(jìn)行綜合判斷。
3.3.2 過敏性哮喘
常用CD-sens對過敏性哮喘患者的BAT檢測結(jié)果進(jìn)行評價(jià)。CD-sens越高,表示對過敏原的敏感性越高[40]。CD-sens與過敏原支氣管激發(fā)試驗(yàn)時(shí)第1秒用力呼氣容積下降20%激發(fā)劑量呈相關(guān)性,提示可用CD-sens代替支氣管激發(fā)試驗(yàn)評價(jià)患者對過敏原的敏感性[41]。兒童重度哮喘患者中有明顯癥狀者的CD-sens顯著高于控制良好者,而CD-sens與哮喘控制測試(asthma control test,ACT)評分和呼出氣一氧化氮(fractional exhaled nitric oxide,F(xiàn)eNO)水平呈顯著負(fù)相關(guān),提示CD-sens可輔助評價(jià)哮喘患者的病情嚴(yán)重程度[42]。對于接受抗IgE單克隆抗體治療的過敏性鼻炎和(或)哮喘患者,CD-sens對于療效評價(jià)的敏感性高于反應(yīng)性[43]。
膜翅目昆蟲叮咬可引起局部或全身過敏反應(yīng),嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致過敏性休克[44]。一項(xiàng)研究對蜜蜂、黃蜂和大黃蜂蜂毒過敏者分別進(jìn)行SPT、血清sIgE和BAT檢測,結(jié)果顯示BAT的診斷敏感性接近sIgE檢測,但特異性明顯高于sIgE檢測,提示BAT對該類過敏患者診斷的陽性預(yù)測值較高[45]。對于昆蟲毒液脫敏治療(venom immunotherapy,VIT)患者,常規(guī)毒液SPT和sIgE檢測的臨床價(jià)值不大,有研究顯示在接受VIT 5年后,50%患者的sIgE檢測結(jié)果仍呈陽性,而SPT結(jié)果亦無顯著變化[46]。相對而言,BAT 對VIT患者的療效評價(jià)具有更大價(jià)值。VIT治療后耐受者BAT 敏感性顯著低于VIT治療后未耐受和未接受VIT治療的蜂毒液過敏者[47]。對VIT 患者進(jìn)行長期觀察發(fā)現(xiàn),以CD63為標(biāo)志物的BAT結(jié)果呈動(dòng)態(tài)變化,即在治療早期(1~3個(gè)月),嗜堿性粒細(xì)胞對毒液抗原刺激的反應(yīng)性下降,但3個(gè)月后出現(xiàn)上升,直到18個(gè)月后再次下降至較低水平或呈陰性并持續(xù)至治療結(jié)束,提示臨床應(yīng)用BAT評價(jià)VIT療效時(shí)要充分考慮患者的治療時(shí)長及個(gè)體差異[48]。
研究發(fā)現(xiàn)在發(fā)生嚴(yán)重過敏反應(yīng)時(shí),嗜堿性粒細(xì)胞水平下降,同時(shí)伴有趨化因子CCL2水平升高,提示在嚴(yán)重過敏反應(yīng)期間,嗜堿性粒細(xì)胞遷移至外周并參與了嚴(yán)重過敏反應(yīng)過程[49]。有嚴(yán)重過敏反應(yīng)史的患者,體內(nèi)試驗(yàn)如過敏原皮試引起不良反應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)增加。因此,sIgE和BAT等體外試驗(yàn)是相對安全的診斷方法。食物過敏、膜翅目昆蟲毒液過敏和藥物過敏所致嚴(yán)重過敏反應(yīng)都可以采用相應(yīng)抗原進(jìn)行BAT來輔助診斷,以降低皮試相關(guān)不良反應(yīng)風(fēng)險(xiǎn),并評估患者脫敏治療后的療效。一項(xiàng)研究測試了嚴(yán)重過敏反應(yīng)患者發(fā)作時(shí)的嗜堿性粒細(xì)胞活化水平,發(fā)現(xiàn)大部分患者的嗜堿性粒細(xì)胞CD203c表達(dá)水平無上升,經(jīng)抗IgE抗體刺激后其水平也未明顯上升,提示這些細(xì)胞可能已經(jīng)充分活化或多為不成熟嗜堿性粒細(xì)胞[50]。
BAT也可用于過敏性輸血反應(yīng)(allergic transfusion reactions,ATR)的診斷。ATR是輸注血漿和濃縮血小板時(shí)最常見的輸血反應(yīng)[51],目前認(rèn)為主要由肥大細(xì)胞和嗜堿性粒細(xì)胞介導(dǎo)[52]。血漿類胰蛋白酶水平雖然可以用于ATR的診斷,但無法鑒別因果關(guān)系,因此應(yīng)用價(jià)值有限[53]。對輸注甲基藍(lán)處理的血漿后出現(xiàn)過敏反應(yīng)的患者血液和殘留血漿進(jìn)行BAT時(shí),所有患者均出現(xiàn)了由甲基藍(lán)誘導(dǎo)、IgE 介導(dǎo)的嚴(yán)重過敏反應(yīng)[51]。同樣,引起ATR 的殘留血漿上清液也可激活健康人嗜堿性粒細(xì)胞和ATR 患者自身的嗜堿性粒細(xì)胞,提示ATR 與輸血有關(guān)[51]。有研究發(fā)現(xiàn),某些供血者存在抗IgE的IgG抗體,其血清會(huì)導(dǎo)致受血者出現(xiàn)嚴(yán)重過敏反應(yīng), 而BAT可能有助于鑒別此類供血者,從而減少ATR的發(fā)生[54]。血液腫瘤、再生障礙性貧血或?qū)嶓w腫瘤治療后骨髓抑制患者,由于體內(nèi)的嗜堿性粒細(xì)胞數(shù)量極低或缺乏,無法進(jìn)行BAT,對該類患者可進(jìn)行被動(dòng)致敏BAT來輔助診斷ATR[55]。其方法與前述藥物過敏者的被動(dòng)致敏BAT類似,以殘留的輸血制品作為過敏原以刺激嗜堿性粒細(xì)胞的活化。結(jié)果顯示,導(dǎo)致過敏的濃縮血小板上清液能夠活化患者IgE致敏的嗜堿性粒細(xì)胞,而無法活化正常個(gè)體IgE致敏的嗜堿性粒細(xì)胞,提示被動(dòng)致敏BAT用于ATR的診斷具有較高的特異性[55-56]。
如前所述,利用BAT檢測嗜堿性粒細(xì)胞對過敏原的敏感性是評價(jià)AIT療效的有效手段。CD-sens在AIT早期即可出現(xiàn)下降,且與血清IgG4 水平相關(guān),但嗜堿性粒細(xì)胞反應(yīng)性無變化,提示CD-sens是AIT療效評價(jià)的敏感指標(biāo),優(yōu)于嗜堿性粒細(xì)胞反應(yīng)性[4]。CD-sens 在多種氣傳過敏原(如樺樹花粉、梯牧草花粉等)AIT治療后都可出現(xiàn)下降,也可用于食物過敏OIT和昆蟲毒液VIT治療的療效評價(jià)和預(yù)測[46]。VIT治療后早期出現(xiàn)的嗜堿性粒細(xì)胞活性抑制可能與誘導(dǎo)嗜堿性粒細(xì)胞表達(dá)抑制性組胺H2受體相關(guān)[57]。有研究報(bào)道嗜堿性粒細(xì)胞表達(dá)的二胺氧化酶也可以作為AIT反應(yīng)的生物標(biāo)志物[58-59]。
BAT作為IgE介導(dǎo)的過敏原體外診斷方法之一,在過敏性疾病的診斷和AIT療效評價(jià)中具有重要應(yīng)用價(jià)值,但尚需對試驗(yàn)所需的過敏原(抗原)、操作過程和結(jié)果解讀進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化,以便于該方法的推廣和完善。