92 结核病与胸部肿瘤2012年第2期Tuber&Thor Tumor,June 2012,No.2 结核分枝杆菌RDI区编码蛋白ELISPOT 辅助诊断活动性结核病的应用价值 杜凤娇【摘要】 目的傅瑜吴雪琼李亮 高静韬张宗德 比较E/c联合Rv3879c蛋白作为抗原的ELISPOT和T—SPOT.TB试剂盒,探讨其在活动性结核病诊断中的应用价值。 T—SPOT.TB和ELISPOT在结核病组中的敏感 方法 选取初治结核病患者106例作为结核组,43例肺部其它疾病患者做为疾病对照组和48例健康者做为健康对照组,应用T SPOT.TB 和ELISPOT检测受试者外周血单个核细胞的斑点形成细胞数量,同时对受试者行TST。结果度分别为92.5 和93.4%。TST阴性对照组中的特异度均为91.5%,在健康者中的阳性率分别为18-8%和16.7%,且两种方法差异无统计学 意义(均P>O.05)。结论E,C联合Rv3879c蛋白作为抗原的ELISPOT能够诊断活动性结核病,并为结核感染诊断提供一定的依据。 【关键词】 结核分枝杆菌;酶联免疫斑点技术;辅助诊断 The Diagnostic Value of Enzyme—linked Immunosorbent Assay by RDI of Mycobacterium tuberculosis Encoded Protein in Detection of Active Tuberculosis Du Fengjiao,Fu Yu,Wu Xueqiong.Li Liang,Gao Jingtao,Zhang Zongde Beijing Tuberculosis and Thoracic Tumor Research Institute,Beijing 101 149,China 【Abstract】Objective To comp ̄e T—SPOT.TB and Enzyme—linked immunosorbent assay(ELISPOT)using ESAT一6/CFP一10 fusion proteinas (E/C)and Rv3879c as antigens,and explore their roles in the auxiliary diagnosis of active tuberculosis.Methods Totally 106 patients with initial pulmonary tuberculosis(tuberculosis group)and 48 healthy person(healthy control group)and 43 patients with non—tuberculosis pulmonary disease (disease control group)were enrolled.The peripheral blood mononuclear cells of all participants were detected by ELISPOT and T—SPOT.TB,Then enumeratedthe spotforming cells(SFCs).All participantswere alsoperformedTST simultaneously.Results The sensitivity ofELISPOTandT-SPOT. TB were 90.6%and 93.4 in tuberculosis group and specificity were 91.5%in TST negative control group.The positive rate were 18.8 and 16.7% in healthy person by these two methods.There were not statistically signiifcance difference between two methods(P>O.05).Conclusions Enzyme— linked immunosorbent assay(ELISPOT)using ESAT一6/CFP一10 fusion proteinas(E/C)and Rv3879c as antigens can be a assistant to diagnosis active tuberculosis.It offers certain diagnostic evidences for latent tuberculosis infection. 【Key words】Mycobacterium tuberculosis;Enzyme—linked immunosorbent assay;Auxiliary diagnosis 酶联免疫斑点检测(enzyme—linked immunospot assay,ELISPOT)技术是通过检测特异性抗原刺激 tuberculosis,MTB)复合群基因RDI区域(Rv3871一 Rv3879c)中编码的早期分泌抗原靶(early secreting antigen target 6 KD,ESAT一6)和培养滤液蛋白 (culture filtrate protein 10 KD,CFP.10)的肽段库作 为抗原,价格昂贵,限制了其在结核病高流行国家 中的应用。有研究表明,ESAT一6/CFP一10融合蛋 后分泌细胞因子的细胞数量评价细胞免疫功能的方 法,具有灵敏度高、准确性强、结果稳定等特点, 得到广泛研究,目前已经上市的T.SPOT.TB M(T— S POT.TB,Oxford Immunotech,Abingdon, UK)试剂盒以结核分枝杆菌(MYCobtiCterium 白(E/C)可能等同于多肽的效果。这种蛋白能够 摹金项目:结核病防治关键技术研究(zO9O507o0940904);国家重大专项(2008ZX10003—005) 作者单位:101149北京,北京市结核病胸部肿瘤研究所(杜风娇、傅瑜、李亮、高静韬、张宗德) 100091北京,解放军第三0九医院全军结核病研究所(吴雪琼) 结核病与胸部肿瘤2012年第2期Tuber&Thor Tumor,June 2012,No.2 大规模生产且使结核感染检测更加便宜有效…,另 外,Rv3879c也被证实在结核病诊断中具有高特异 性口3】。因此,本研究将E/C.ELISPOT与T SPOT. TB进行比较,并评估辅加Rv3879c蛋白抗原后的 影响,探讨其在活动性结核病诊断中的价值。 1对象和方法 1.1对象 1.1.1结核组为2009年9月至2010年10月在首 都医科大学附属北京胸科医院住院的初治结核病患 者106例,入选标准:(1)菌阳肺结核:痰抗酸杆菌 涂片连续2次(+),或1次(++),或1次培养阳性; (2)菌阴肺结核:痰抗酸杆菌3次涂片阴性及1次培 养阴性,具有典型的肺结核临床症状和胸部x线表 现,抗结核治疗有效,临床可排除其他非结核性肺 部疾患;(3)结核性胸膜炎:具有典型的结核病临床 症状,淋巴细胞性胸腔渗液,抗结核治疗有效,排 除其他疾病所引起的胸腔积液。所有患者抗结核治 疗少于2周。 1.1.2对照组(1)健康者:为无临床症状、X线胸片 无异常表现、无结核病接触史的护士学校学生和体 检新职工;(2)非结核疾病(肺部疾病)患者包括33 例肺癌(19例腺癌,9例小细胞癌,5例鳞癌)患者 均经组织病理学证实,既往无结核病史和结核接触 史、结核菌素皮肤试验(tuberculin skin test,TST)均 为阴性,未经放化疗和手术治疗、2例气管扩张和8 例非分枝杆菌性肺炎患者。 所有入选者均无人免疫缺陷病毒感染、急性病 毒感染、妊娠和应用免疫抑制剂等病史。见表1。 表1受试者基本情况 1.2方法 1.2.1酶联免疫斑点试验(ELISPOT)在96孔 IFN.Y预包被板孔中分别加入阳性对照植物血凝素 50 ul;E/C融合蛋白50 ul,Rv3879c蛋白50 ul, 阴性对照不加抗原仅加培养基,各检测孔和对照孔 均设置复孔。每孔加入100 ul含有2.5 X 105个外周 血单个核细胞(peripheral blood mononuclear cells, PBMC)的悬液,5%CO,培养18~24小时。弃细胞 悬液1×PBST(含0.05%土温.20的PBS)洗涤6遍 后,加入100 ul用PBS稀释的生物素标记抗体(1: 200稀释),置37℃孵育1小时;弃去液体,用1 X PBST洗板6次,加入100 ul用PBS稀释的酶结合 物(1:200稀释),置37℃孵育30 min;弃液同上洗 涤后,每孔加入平衡至室温的显色液100 ul。置37 ℃避光显色7~15 min至斑点显示出合适大小;加 入双蒸水或去离子水终止反应,将板放在37℃烘 箱中干燥半小时;应用ELISPOT自动分析仪计数检 测 。 诊断界值(cut off)根据受试者工作曲线(receiver operating curve,ROC)确定(本研究选取TST阴 性健康对照25例和菌阳肺结核49例做出ROC曲 线):每批实验阴性孔的斑点形成细胞(spot forming cell,SFC)为0~10个、且阳性对照SFC数>20个 者作为入选病例。当E/C融合蛋白检测孔SFCs 数量一阴性孔SFCs数量 11个,且各检NTL SFCs 数量均为阴性孔2倍时,结果判断为阳性;当 Rv3879c蛋白的检NTL SFCs数量一阴性孔SFCs数量 ≥8个,且各检测孔SFCs数量均为阴性孔2倍时, 结果判断为阳性。 1。2.2 T—SPOT.TB检澳0(OxfordImmunote Ltd., Oxford,UK) 依据试剂盒说明书操作,其中单孔 加入50 ul细胞培养基作为空白对照,50 ul植物血 凝素作为阳性对照,以50 ul结核分枝杆菌特异性 ESAT一6和CFP一10肽段库作为刺激原。 诊断标准:空白对照孔内斑点数<10且阳性对 照孔内斑点数>20时视为实验有效。当空白对照孔 内斑点数<6时,任一实验孔斑点数减去空白对照 后 6,结果判为阳性;当空白对照孔内斑点数>6 时,任一实验孔斑点数大于空白对照的2倍,结果 判为阳性。 1-2_3结核菌素皮肤试验(TST)受试者前臂皮内注 射0.1 ml的纯化蛋白衍生物,72 h后由2位医生共 同查验结果及卡痕。 1.3统计学处理 采用SPSS l3.0软件进行统计学分析,应用 GraphPad Prim 4软件绘制散点图。非正态分布的 数据用中位数(四分位间距)表示。计数资料采用 连续性校正的Pearson 检验;计量资料两组问比 较采用Mann—Whitney U检验,多组问比较采用 Kruskal—Wallis H检验。 0.05为差异有统计学意 义。 2结果 2.1各抗原在结核组和对照组斑点形成情况本研 究用E/C融合蛋白和Rv3879c蛋白的ELISPOT 和T—SP0T.TB试剂盒进行了比较。这四种 结核病与胸部肿瘤2012年第2期Tuber&Thor Tumor,June 2012,No.2 抗原ESAT一6、CFP一10、E/C和Rv3879c蛋 白在结核组SFC的中位数(四分位间距)分别为 148(64 ̄285)、208(71~413)、150(76~332)和 144(52~396)/10。PBMC;在疾病对照组分别 为:0(0~12)、0(0~4)、0(4~6)和0(0~12)/ 10。PBMC;在健康对照组分别为:0(8~20)、0 (4~68)、24(0~112)和8(0 ̄26)/10。PBMC。经 Mann—Whitney U检验四抗原在结核组中的SFCs 数量均高于疾病对照组(U值为251.0 ̄440.5,均 P<0.01)和健康对照组(U值为754.0~1099.0,均 P<0.01),差异有统计学意义。四种抗原在结核组内 (菌阳、菌阴和胸膜炎)和健康对照组和疾病对照组 的SFC数量见表2,经Kruska1.Wallis H检验差异 无统计学意义(均P>0.05)。 2.2四抗原在结核组和对照组中的敏感度和特异度 比较本研究中的四种抗原ESAT 6、CFP一10、E/ C融合和Rv3879c蛋白在结核组中总的敏感度为: 91.5 (97/106)、91.5 (97/106)、90.6%(96/ 1061和8O.2%(85/106),其中Rv3879c蛋白的敏感 度80.2%(85/106)最低,但经两两比较差异无统 计学意义(Pl<0.05);我国结核感染率高,因此在TST 阴性对照组中的特异度分别为:93.2%(55/59)、 91.5%(54/59)、91.5%(54/59)和93.2%(55/59) 均较高,经Kruska1.Wallis H检验差异无统计学意义 (均P>0.05)。 表2四种抗原在结核组和对照组SFC数量的比较 注:ESAT一6:早期分泌抗原靶6KD;CFP一10:培养滤液缮自10 KD;E/C:ESAT一6/CFP一10融合蛋白;斑点形成细胞为中位数 (四分位间距);ESAT一6(多肽库)、CFP 10(多肽库)、E/C(蛋白)、 Rv3879c(蛋白)组内比较x 值为2.050~7.592,均P>0.05 2.3 T—SPOT.TB和ELISP0T两种方法的诊断效 果评价在结核组106例患者和TST阴性对照组59 例中评价T—SPOT.TB和ELISPOT的诊断效果(表 3)。两种方法的诊断敏感度和特异度高,且差异无 统计学意义(均尸>O.05),提示ELISPOT用于辅助 诊断结核感染价值高。另外,本研究采用T—SPOT. TB、E/C联合Rv3879c蛋白的ELISPOT方法检测 了48例健康对照的阳性率分别为16.7%(8/48)、 18.8 (9/48)和18.8%(9/48)且差异无统计学意 义(尸>0.05),提示我国结核潜伏感染率显著低于TST 报道的结果 。 表3 T—SPOT.TB和E/C联合Rv3879c 蛋白的ELISPOT方法诊断效果评价 注:T-SOPT.TB:以ESAT 和CFP-10的多肽厍作为抗原;ELISPOT: Ec融合蛋白联合Rv3879c蛋白作为抗原,括号内是阳性数,例数 3讨论 1999年。Behr等[6 应用比较基因组学将卡介苗 与结核分枝杆菌H37Rv全基因组进行对比发现16个 丢失区,即RDI ̄RDI6(共含129个开放读码框), 其中RDI包含9个开放读码框(Rv387 1 ̄Rv3879c), 仅存在于致病性分枝杆菌中,而在BCG及多数环 境分枝杆菌中均缺失,因此最具有编码特异性抗原 的潜质。当人体初次感染结核菌后使T淋巴细胞致 敏转化为记忆T淋巴细胞,当再次接触结核菌特异 性抗原时,能迅速活化增殖,释放IFN.Y 。综合 以上原理,英国学者Lalvani 开发出了以ESAT一 6(Rv3875)和CFP一10(Rv3874)肽段库为刺激原,检 测外周血中释放IFN.Y特异性T淋巴细胞,从而诊 断结核感染的T—SPOT.TB M试剂盒。 本研究中4种抗原ESAT一6多肽库、CFP一10多 肽库、E/C融合蛋白和Rv3879c蛋白在结核组中 总的SFC数量高于疾病对照组和健康对照组,表明 这4种抗原可以使机体产生高水平的IFN—Y,能够 判断机体是否受到MTB感染。ESAT一6是由RD1区 域rv3875编码的一个包含约96个氨基酸的小分子 量蛋白;CFP.10是由RDI区域rv3874编码的一个 包含约100个氨基酸的小分子量蛋白,它们均是T 淋巴细胞最主要的靶抗原之一。E/C因存在更多的 抗原表位,理论上也能获得更强烈的免疫反应 ; rv3879c基因编码的Rv3879c蛋白已被证实在细菌 毒力、新疫苗的构建及开发新型诊断试剂方面均有 重要作用,联合E/C蛋白作为抗原的ELISPOT在 本研究中的敏感度提高到92.5%,提示其是结核 菌感染检测潜在新抗原;但较T—SPOT.TB敏感度 93.4%低,且差异无统计学意义,可能由于多肽库 抗原表位聚集程度较蛋白高 ]。 菌阴肺结核和结核性胸膜炎因找不到细菌学确 结核病与胸部肿瘤2012年第2期Tuber&Thor Tumor,June 2012,No.2 95 诊依据而成为临床诊断的难点,但就细菌学而言, infection by ex vivo enzyme—linked immunospot assay in the Gan]bia.J Clin Microbiol,2o05,43:207O一2(】74. 真正的“菌阴肺结核”是不存在的,无结核分枝杆 菌的侵入,感染和发病也就无从谈起[1们。目前所指 的菌阴肺结核患者体内同样存在结核分枝杆菌,只 是采用常规的方法未能从痰标本中检测阳性结果而 已。本研究显示四种抗原在结核组内(菌阴、菌阳和 胸膜炎)的SFC数量均较高且差异无统计学意义, 2.Liu XQ,Dosanjh D,Varia H,et a1.Evaluation of T—cell responses to novel RDI—and RD2一encoded Mycobacterium tuberculosis gene products f0r speciic detfection of human tuberculosis infection.Infect lmmun, 2004,72:2574.2581. 3.Dosanih DP,HinksTS,Innes JA,et a1.Improved diagnostic evaluation of suspected tuberculosis.Ann Intem Med,2008,148:325 336. 4.李峤珂,吴雪琼,阳幼荣,等.CFPIO/ESAT6融合蛋白一ELLSPOT 提示其不依赖于痰中结核分枝杆菌的数量,只要机 体已感染结核分枝杆菌,就可通过检测机体的细胞 免疫功能判断结核感染情况。 TST是目前诊断结核潜伏感染的唯一方法,它 建立在机体对结核菌素纯蛋白衍生物(puriifed protein derivatives,PPD)迟发型超敏反应基础上。PPD是 200多种蛋白的混合物,其中很多是非结核分枝杆 菌及卡介苗(Bacille Calmette—Guerin,BCG)的共同 抗原成分,在普遍接种BCG的地区造成非常高的 “假阳性”率;在免疫抑制人群、近期感染者、年 幼儿童及营养不良者中又缺乏足够的灵敏度。而 INF—Y释放试验因使用结核菌特异性抗原呈现出巨 大的优势并被推荐为替代TST的检测方法 】,但 价格昂贵。本研究中E/C联合Rv3879c蛋白作为 抗原的ELISPOT和T—SPOT.TB在健康对照组中的 阳性率为18.8%和16.7 ,提示我国结核潜伏感染 率并没有TST检测的那样高,如能开发较廉价国产 试剂盒用于健康人筛查,能为LTBI诊断提供一定 的依据,并对结核感染控制有一定的意义。 参考文献 1.Hil1 PC,Jackson—Sillah D,Fox A.et a1.ESAT一6/CFP.10 fusion protein and peptides for optimal diagnosis of Mycobacterium tuberculosis 方法的建立及其在结核分枝杆菌感染诊断中的应用价值.中国人兽共 患病学报,2010,26(6):551-554. 5.中华人民共和国卫生部.2000年全国结核病流行病学抽样调查报告.中 国防痨杂志,2002,24:65.108. 6.Mahairas GG,Sabo PJ,Hickey MJ.et a1.Molecular analysis of genetic differences between Mycobacterium bovis BCG and viurlent M.bovis. 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