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临床诊断实验室免疫学。1999年1月;6(1): 89–95.
数字对象标识:10.1128/cdli.6.1.89-95.1999
预防性维修识别码:PMC95666型
PMID:9874670

影响血浆细胞因子和可溶性激活标记物分析的变量

摘要

反映体内细胞因子活性的细胞因子和可溶性免疫激活标记物越来越多地在血浆、血清和其他体液中进行检测。它们提供了有用的诊断和预后信息以及对疾病发病机制的深入了解。使用人类免疫缺陷病毒(HIV)阳性和HIV阴性受试者的血清和血浆样本评估新喋呤、β2-微球蛋白、可溶性白细胞介素-2受体和可溶性肿瘤坏死因子受体II型以及细胞因子肿瘤坏死因子α和γ干扰素(IFN-γ)的检测。发现许多因素会影响这些测定的结果。使用不同制造商的酶联免疫吸附测定(ELISA)试剂盒时,经常会发现分析物的表观水平存在显著差异。在某些情况下,不同制造商提供的标准存在差异。此外,单个制造商提供的不同批次ELISA试剂盒的分析结果差异高达50%。定量分析标准的一致性需求得到了明确说明。国际参考标准适用于细胞因子,但不适用于可溶性细胞因子受体或可溶性激活标记物。血清或血浆中的标记物水平相似,但IFN-γ标记物除外。大多数分析物在几种储存条件下是稳定的。因此,对冻存样品进行批量测试是可行的。研究结果表明,对于纵向研究,血浆或血清中的细胞因子和免疫激活标记物水平应使用一家制造商预先验证的试剂进行测量。实验室性能的质量会对临床相关性产生影响。能力测试和外部质量保证计划有助于达成必要的共识。

细胞因子参与多种疾病的病理学(2). 作为细胞因子活性产物的细胞因子和/或免疫激活可溶性标记物水平的测量(,24,26,46,49,51)有助于了解许多疾病的发病机制,并作为诊断和预后指标,包括由人类免疫缺陷病毒(HIV)感染引起的疾病(15,16,18,19,25,36,42,45,56). 使用适当收集和储存的体液测试样品以及灵敏准确的方法对这些分析至关重要(14,30,48,54). 然而,这些检测中的并发症和困难已被报道(7,21,33,55,58)研究表明,许多因素都会影响测量的质量和有效性(4,10,37,38,57). 在比较主要技术、酶联免疫吸附测定(ELISA)、放射免疫测定(RIA)和生物测定的研究中发现了水平差异(,13). 导致差异的因素包括已知与细胞因子结合的化合物,如血清白蛋白和α2-微球蛋白(6,27,32,53)、自身抗体(11,23,31)和抑制细胞因子活性的可溶性受体,即TNF-α的可溶性肿瘤坏死因子(TNF)受体i型和II型(分别为sTNF-RI和sTNF-II)(1,,52).

目前,免疫分析是应用最广泛的技术,尽管该方法存在已知的缺陷(28)以及细胞因子测量的附加限制(43,44). 在免疫分析中,不同检测试剂盒中使用的抗体对对不同形式(单体或聚合物)或抗原分子的不同表位具有独特的识别模式(7,38,44). 研究表明,轮廓的差异导致相同样本的细胞因子水平差异高达100倍(12,29,39,40). 几个世界卫生组织赞助的细胞因子标准化合作研究表明,至少有一部分这种差异是由于分析中使用的标准不同所致(5,20,47,50). 此外,样品采集、处理和储存在影响生物流体中细胞因子测量值和水平的有效性方面的重要性也得到了证明(48,54).

本研究旨在确定影响七种细胞因子、可溶性细胞因子受体和可溶性免疫激活标记物免疫检测结果的因素。研究结果表明,试剂来源和使用的参考标准对结果有重大影响。此外,还研究了其他因素的影响,如血清与血浆中水平的测量以及样品储存条件。报告了我们实验室中这些分析物的正常参考范围。

材料和方法

样品。

血清和血浆样本取自加利福尼亚大学洛杉矶分校(UCLA)艾滋病自然史多中心艾滋病队列研究(MACS)或加州大学洛杉矶分校艾滋病临床研究中心艾滋病临床试验单元研究的健康志愿者和HIV阴性和HIV阳性受试者。按照我们制定的实验室协议采集和处理血液。通过静脉穿刺将血液收集到含有肝素或EDTA作为血浆样本抗凝剂或不含抗凝剂的15 ml无菌真空吸尘器中。用于测定血浆中细胞因子水平的抗凝剂是EDTA。如果使用肝素作为抗凝剂,则每批肝素均通过测试确认为无热原,以避免无意中刺激血细胞。此外,只使用了无热原收集管。采集的血液保存在4°C(血清)或室温(血浆)下。采集血液后1至3 h内从血液中分离血清和血浆样品:用500×离心法分离血清持续10min,血浆在350×在室温下保持15分钟。将分离的样品等分,并在−70°C下储存,以备后续批次测试。

血浆中细胞因子和可溶性激活标记物水平的定量。

β2-微球蛋白(β2M)通过微粒子酶免疫分析(MEIA)(伊利诺伊州雅培公园雅培实验室)和酶免疫分析试剂盒(瑞典乌普萨拉的法玛西亚AB和德国美因茨的ORGenTec Diagnostika GmbH)进行定量(见表表1)。1). 使用竞争性EIA试剂盒(ICN,Costa Mesa,Calif.)和RIA试剂盒测量新喋呤(IMMUtest Neopterin;BRAHMS,Berlin,Germany)。可溶性白细胞介素-2受体(sIL-2R)由EIA试剂盒(Endogen Inc.,马萨诸塞州剑桥市和Immunotech,法国马赛市)测定。使用EIA试剂盒(荷兰乌登HyCult和马萨诸塞州剑桥Genzyme)在1:20稀释的血浆中定量sTNF-RII。TNF-α通过EIA试剂盒进行测量(比利时Fleurus的Medgenix和比利时Zwijndecht的Innogenetics)。使用EIA试剂盒(Immunotech和Endogen)测量IL-10。γ-干扰素(IFN-γ)由EIA试剂盒测定,并对制造商的协议(免疫技术、T细胞诊断、Endogen、Biosource International、Genzyme和R&D Systems)进行CIDID修改。所有其他分析均按照制造商的说明进行。每个制造商方案的CIRD修改主要包括将培养时间增加到过夜,并将步骤之间的洗涤次数增加到10次。

表1

HIV阳性受试者血浆中细胞因子和可溶性激活标记物水平的试剂来源差异

分析物(conc单位)商用套件(类型)来自:n个平均水平±SDP(P)值(成对t吨测试)皮尔逊相关系数
β2M(mg/L)法玛西亚(EIA)143.00 ± 1.250.00040.66
雅培(MEIA)1.91 ± 0.700.0099b条0.58b条
ORGenTec(EIA)2.25 ± 1.000.0085c(c)0.91c(c)
新喋呤(nmol/L)ICN(EIA)1728.1 ± 13.20.000010.95
布拉姆斯(RIA)22.2 ± 10.9
sIL-2R(微微克/毫升)内毒素(EIA)208,708 ± 6,1180.000020.58
免疫技术(EIA)2,205 ± 1,295
sTNF-RII(纳克/毫升)HyCult(环境影响评估)424.59 ± 1.590.000010.96
基因酶(EIA)3.82 ± 1.97
肿瘤坏死因子-α(pg/ml)先天性(EIA)35335.8 ± 4350.10320.91
Medgenix(EIA)398.0 ± 638
干扰素-γ(单位/升)免疫技术(EIA)12532 ± 5980.01660.98
T细胞诊断(EIA)452 ± 532
IL-10(微微克/毫升)免疫技术(EIA)2349.8 ± 30.10.000040.03
内毒素(EIA)12.6 ± 9.3
法玛西亚β2M与雅培β2M
b条Pharmaciaβ2M与ORGentecβ2M的比较
c(c)ORGentecβ2M与Abbottβ2M的比较

统计分析。

通过计算皮尔逊相关系数并进行配对进行统计分析t吨使用Statview和SAS软件进行测试。图表使用了sigma图。

结果

不同试剂来源的影响。

使用来自两个或多个供应商的试剂评估来自CD4水平不同的HIV血清阳性患者的血浆样本中细胞因子和可溶性免疫激活标记物的含量(表(表1)。1). 用于TNF-α检测的两种商用试剂盒具有相当的可比性。然而,当使用来自不同制造商的测试试剂盒进行β2M、新喋呤、sIL-2R、sTNF-RII、IFN-γ和IL-10分析时,发现血浆中的水平存在显著差异。这些数据表明,比较试剂盒之间的主要差异可能在于提供的定量标准。除了标准差异外,两种试剂盒测定的IL-10水平相关性很差,这表明两种IL-10检测试剂盒中使用的抗体对可能存在显著差异。一般来说,在对HIV血清阴性献血者的血浆样本进行测试和分析时发现了类似的影响(数据未显示)。

不同制造商标准的比较。

用第二家供应商的试剂和标准品对一家供应商提供的标准制剂进行测试。表中总结了两种比较表2。2IFN-γ结果一致,但β2M和sIL-2R的结果大不相同。观察到的β2M浓度的标准品(NIBSC[美国国家生物标准与控制研究所]80123200标准品)在Abbott IMx测定中为1.00毫克/升,在ORGenTec测定中为1.36毫克/升。

表2

不同标准的比较

制备(conc单位)T细胞诊断校准器的列出浓度T细胞诊断校准品免疫技术分析中观察到的浓度
sIL-2R(微微克/毫升)2,159808
4,3181,954
8,1744,435
16,3458,264
干扰素-γ(单位/升)380393
720853
1,5401, 783
3,0903,338

每次从制造商处获得新批次时,都会使用内部质量保证参考标准直接与之前的批次进行比较。总的来说,双方意见一致。然而,对来自一家制造商的两批IFN-γ试剂盒进行了比较,发现存在显著差异。13份样品的平均水平(±标准偏差)为3099(±3201)pg/ml(批次A)和1465(±1303)pg/ml(批次B)。

在正常血浆中检测不到细胞因子。

一般来说,我们实验室提供的试剂盒无法在许多健康人的血浆中检测到细胞因子。分别有77%、45%和7%的健康受试者未检测到IFN-γ、IL-10和TNF-α。然而,我们对可溶性免疫激活标记物的研究结果表明,健康受试者的所有样本都具有可测量的β2M、新喋呤、sIL-2R和sTNF-RII水平。

血清与血浆测量。

对16至52名HIV血清阳性个体的血清和血浆样本进行β2M、新喋呤、sIL-2R、sTNF-RII、TNF-α、IFN-γ和IL-10检测(表(表3)。). 血清和血浆中所有分析物的平均水平非常接近(变异系数[CVs]小于10%),但IFN-γ的血浆水平高于血清(CV为39%),IL-10的血清水平高于血浆(CV是17%)除外。相关分析表明,除IL-10外,所有分析物的血浆水平和血清水平之间都存在较强的相关性,而IL-10的相关性较弱(表(表3)。). 这些数据表明,除了IFNγ和一定程度上的IL-10外,血浆和血清中的细胞因子和免疫激活标记物水平没有显著差异。因此,大多数水平可以通过使用两种样本类型中的任何一种来测量。

表3

血清和血浆细胞因子及可溶性激活标记物水平的测量

分析物(conc单位)受试者人数平均值单位:
%血清和血浆水平之间的变异系数相关系数
血清等离子
β2-M(mg/L)182.162.1020.987
新喋呤(nmol/L)5211.510.380.961
sIL-2R(单位/毫升)529189560.866
sTNF-RII(纳克/毫升)512.953.42100.914
肿瘤坏死因子-α(pg/ml)1732.733.520.913
干扰素-γ(单位/升)1622.139.1390.929
IL-10(微微克/毫升)1813.710.7170.715
所有这些比较的P值均<0.0001

冻融循环对血浆细胞因子和可溶性激活标记物水平的影响。

对五种分析物在−70°C下反复冷冻血浆和/或血清样品并在室温下解冻的影响进行了评估(图。(图1)。1). 对三名HIV血清阳性和四名HIV抗体阴性个体的血浆和血清样本各检测一毫升。将每个样品的一部分移到六个相同的1ml冷冻瓶中,在−70°C下冷冻,并保持冷冻20小时。将样品置于室温下,保持3至4小时以解冻,然后再冷冻。连续几天对每个受试者的样品进行1、2、3、4、5和10次此类冻融循环。在完成所有冻融循环后,在同一天用相同的平板和试剂对所有七名受试者的等分样品进行β2M、新喋呤、sIL-2R、sTNF-RII和TNF-α的测试。结果(图。(图1)1)表明在重复10次冻融循环后,血浆和血清中这些分析物的平均水平没有显著差异。每个分析物重复循环的平均值之间的CV低于4%。

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反复冷冻和解冻对血浆中新喋呤、β2-微球蛋白、TNF-α、sTNF-RII和sIL-2R水平的影响。数据是七名受试者(四名健康献血者和三名HIV血清阴性受试者)每个分析物的平均值±标准误差。

储存温度对血浆中细胞因子和可溶性激活标记物水平的影响。

在室温(24°C)、冷藏(4°C)或冷冻(-70°C)下保存20天后,评估了6名HIV血清阳性和5名HIV抗体阴性个体的血浆和/或血清样本中细胞因子和可溶性激活标记物的稳定性。将每个受试者的样品放入三个1ml冰瓶中,并在三个温度下保存。20天后,对所有样品进行了β2M、新喋呤、sTNF-RII、sIL-2R、IFN-γ和TNF-α的批量检测。前五种分析物在三个储存温度下的平均水平之间没有显著差异(图。(图2)。2). 三种储存温度下的水平之间的CV低于14%。然而,在室温下保存的样品中,TNF-α的平均水平比在4或−70°C下保存的样本中的平均水平低55%(CV为38%)。

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储存温度对血浆β2M、sIL-2R、新喋呤、IFN-γ、sTNF-RII和TNF-α水平的影响。11名受试者(6名艾滋病毒血清阳性患者和5名艾滋病毒血清阴性供体)的血清和血浆样本中的分析物水平的箱线图显示,这些样本在室温(24°C)、冷藏(4°C)和冷冻(-70°C)下储存20天。对于TNF-α和IFN-γ,数据是针对五名捐赠者和五名HIV血清阳性受试者的。每个框内的线代表中间值;每个方框的下边缘和上边缘分别表示第25个和第75个百分位;垂直线在第10个和第90个百分位点开始和结束;上下圆圈分别表示第5个和第95个百分位点。

血浆中细胞因子和可溶性激活标记物水平的参考范围。

供体特征可能影响血浆细胞因子和免疫激活标志物水平的参考(正常)范围。表中列出了两个HIV血清阴性人群的数据表4。4在主要为高加索血清学阴性的同性恋男性(年龄范围为30至54岁)中,一些标记物的平均水平高于医疗中心员工人群(年龄范围24至65岁;32%男性和68%女性),其中包括亚裔、西班牙裔、非裔美国人和高加索捐赠者。然而,在这五个参数中,只有β2M和TNF-α水平存在显著差异(P(P)<0.05)。

表4

血浆中细胞因子和可溶性激活标记物水平的参考范围

含量测定(浓度单位)医疗中心员工水平
白人血清阴性同性恋男性的水平
N个平均值标准偏差分析物范围N个平均值标准偏差分析物范围
新喋呤(nmol/L)785.743.163.56–8.45305.9423.86–8.58
β2M(mg/L)1381.270.340.94–1.611321.590.721.09–2.15
sIL-2R(单位/ml)29548255320–72016663223460–1080
sTNF-RII(纳克/毫升)391.870.801.13–2.74372.492.021.30–3.20
肿瘤坏死因子-α(pg/ml)5511.59.74.8–20.5941611.46.04–28.8
不同科目的数量。 

讨论

本研究的目的是确定各种因素对血浆细胞因子和可溶性激活标记物测定的影响。CD4计数反映的不同人群样本中细胞因子水平的测量试剂盒之间的可比性通常良好,这些样本来自不同人群,包括艾滋病毒阳性受试者,他们患有不同阶段的艾滋病毒。这可能与许多细胞因子都有国际标准有关(5,9,20,41,47,50).

免疫激活可溶性产物的测量提供了与血浆中细胞因子水平测量不同的信息。细胞因子水平反映了这些分子的产生、清除和保留。然而,免疫激活的可溶性标记物表明细胞因子的生物效应。不幸的是,当使用不同制造商的商用试剂盒时,发现可溶性活化标记物的测量值存在显著差异。这对于sIL-2R和β2M尤其值得注意。此处报告的研究强调了制造商提供的参考标准之间的差异。在某些情况下,它们是相似的,但并非在所有情况下都是相似的。然而,对于可溶性受体,如sTNF-RII和sIL-2R,或其他细胞因子活性产物,如新喋呤或β2M,没有国际标准。

另一个问题是制造商对试剂进行了更改,这可能会产生不同的定量结果,或者可能会改变分析的灵敏度水平。不幸的是,当结果发生变化时,该领域的许多工作人员都发现了这些变化,而制造商或供应商没有发出预警。

其他报告指出,一些单克隆抗体只识别单体,而不是天然存在的聚合物,这一事实可以解释一种试剂盒和另一种试剂盒之间的差异(38,44). 血浆和/或血清样本中的可溶性细胞因子受体可能影响免疫分析对细胞因子的识别(,52,58). 与可溶性受体结合的细胞因子可能通过或不通过任何特定的免疫分析检测,而EIA、RIA和生物检测等方法可能会提供不同的结果(,13,37).

收集和储存程序可能会影响细胞因子和可溶性标记物的可检测水平。为了避免某些细胞因子的分解,建议将血液收集到无内毒素的试管中,并在储存前迅速处理,如−70°C的无细胞血浆或血清,尤其是TNF-α(14,30,33,55). 总的来说,这里研究的细胞因子和可溶性标记物在冷藏或冷冻时相当稳定。然而,在室温下保存20天的样品的TNF-α水平明显低于保存在4°C和−70°C的样品的平均值。血浆和血清细胞因子和可溶性标记物水平几乎相同。在我们的实验室中,血清和血浆新喋呤水平的比较相关系数为0.961(表(表3)。). 只有血浆中IFN-γ的平均水平高于血清中的水平(77%)。

几项研究表明,使用相同试剂盒进行可溶性标记物测量的实验室之间存在显著差异(参考4和未发表的观察结果)。因此,与检测性能相关的因素可能会导致细胞因子和免疫激活标记物的观察值差异。此外,实验室数据的质量在临床评估预后或预测疾病进展方面也很重要。我们研究了一组594份来自加州大学洛杉矶分校的血浆样本,并在加州大学洛杉矶学院和其他地点进行了新喋呤水平测试。数据之间的相关性不强(第页为0.614)。回归模型的对数似然(17)根据加州大学洛杉矶分校的新喋呤数据,这些患者在抽样后3年内艾滋病发病率为-248,而根据第二个实验室的数据,艾滋病发病率则为-264。第二组数据中的对数似然数越大,表明预测精度越低。因此,很明显,实验室数据的质量会对临床相关性产生影响。此外,在新喋呤Kaplan-Meyer曲线的最低和最高四分位数中,受试组在3岁时患艾滋病的比例差异,加州大学洛杉矶分校为0.58,其他实验室为0.38。早期CD4 T细胞测量的类似经验(8,22)表明卓越的实验室表现与临床结果相关,而来自实验室的数据显示出更不稳定的测试,则与临床结果的关系较差。此外,实验室表现的差异可能是CD4水平相对于HIV病毒载量的预后价值差异的原因,其中CD4水平被发现没有价值(34)和实质价值(35).

研究实验室和服务实验室在进行临床研究的方法和能力方面可能存在显著差异。研究实验室可能没有资源或不适应测定分析内、分析间、受试者内变异和实验室间差异、CV计算、常规质量控制程序、连续获得样品测试相关因素的需要,或在适当的参考(正常)人群中进行测量。

一些服务实验室可能需要修改预先存在的程序或试剂选择,以满足临床试验中要求的在多个地点进行统一测试的需要。样品的长期冷冻储存和受试者内变异性的测定不是大多数服务实验室的常规工作。此外,临床试验的既定费用可能超出临床研究的预算津贴。

需要注意本报告中提到的问题,以避免得出错误信息的结论,即不恰当的声明和未能检测到免疫变化与临床事件之间的重要关系。测量细胞因子和可溶性活化标记物并不像从目录中订购试剂盒并遵循制造商的说明那么简单。通过仔细注意质量控制程序进行分析,可以避免潜在的问题(4)以及此处报告的问题。表中总结了ELISA试剂盒的建议评估步骤以及不同试剂供应商的比较表5。5.

表5

环境影响评估工具包的建议评估步骤和两个不同供应商的比较

步骤程序
1.评估分析灵敏度或最低可检测水平从10份重复的标准样品中测定,不含任何数量的分析物(零校准品)(A)。以净p、速率、吸光度或每分钟计数计算10个重复零标准的平均值。零标准的平均值绘制在绘图纸上。最低值(B)标准的平均重复值也绘制在图表上。在点A和B之间画一条线。计算零标准10次重复的标准偏差的两倍,并将该值加到10次重复平均值上。从图中读取该数字,得出浓度,根据定义,该浓度是最低检测限。
2.分析内可变性根据同一分析中至少两份血浆样品的10次重复的平均值、标准偏差和%CV测定,一份在正常范围内,另一份在异常(高)范围内。
3.批间变异性根据两份血浆样品的平均值、标准偏差和%CV(至少三份不同的样品)进行测定,其中一份在正常范围内,另一份在异常高范围内。
4.不同供应商的化验对比用两种或两种以上不同的EIA试剂盒检测10个或更多正常样品和10个或多个异常样品;计算相关系数和P(P)值并执行配对t吨-测试。
5.确定参考范围、中位数、平均值、标准差以及第5和第95个百分位为此,对年龄、性别和种族分布代表受疾病影响人群的参考人群中的30份或更多血清和/或血浆样本进行检测。

外部能力验证和/或质量保证计划的建立可以帮助正在进行细胞因子和可溶性激活标记物测量的实验室。该领域将受益于可溶性细胞因子受体和其他免疫激活产品的国际参考标准的建立。也可以建议使用现有资源,例如细胞因子的国际参考标准。

致谢

我们感谢加州大学洛杉矶分校成人艾滋病临床试验组和先进技术实验室的参与者和工作人员,以及美国国立卫生研究院药物开发和临床科学分院、TRP、DAIDS、NIAID的Jonathan Kagan和Daniella Livnat,他们使这些研究成为可能。本手稿中讨论的一些样本是由多中心艾滋病队列研究收集的,研究中心(主要研究人员)位于以下机构:约翰·霍普金斯公共卫生学院(约瑟夫·马戈利克和阿尔瓦罗·穆尼奥斯);霍华德·布朗健康中心和西北大学医学院(约翰·菲尔);加州大学洛杉矶分校(Roger Detels和Janis V.Giorgi);匹兹堡大学(查尔斯·里纳尔多)。我们感谢苏珊·斯特恩的组织支持、赫里皮·尼沙尼亚的技术支持、琼妮·钟的统计工作以及黛博拉·马蒂森的手稿编写。

美国国立卫生研究院(National Institutes of Health)的拨款AI-36086、AI-38858、AI-35040和AI-27660提供了支持。

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文章来自临床和诊断实验室免疫学由以下人员提供美国微生物学会(ASM)