血清生物標記物在炎症性腸病的診斷價值和新進展

健康 05-22

炎症性腸病(inflammatory bowel disease,IBD)包括潰瘍性結腸炎(ulcerative colitis,UC)、克羅恩病(Crohn"s disease,CD)和未定型腸炎(indeterminate colitis,IC)，是一種發病機制尚未完全明確的胃腸道慢性炎症。目前認為是在一定遺傳和環境背景下的個體在腸道菌群生態紊亂時，腸黏膜對腸內抗原發生的異常免疫反應，最終導致腸黏膜屏障及其功能發生損害，在臨床上表現為腹痛、腹瀉、黏液血便以及消瘦等癥狀[1-2]。近年來這一疾病在亞洲的發病率不斷升高。診斷手段主要依賴於臨床表現、內鏡下表現、影像學和病理學結果，排除其他腸道疾病後確立診斷，缺乏診斷的金標準。療效判斷的可靠指標主要是內鏡檢查，缺少迅速、簡便且無創的指標用於鑒別診斷和評估疾病的活動性和療效，給臨床醫生帶來很大的困惑，也給患者造成極大的心理壓力和經濟負擔。

隨著對IBD發病機制的深入研究，發現IBD是一個多因素參與的疾病。輔助性T細胞(T-helper cell,Th)相關的細胞因子(如TNF-α,IFN-γ) 和Th17相關的細胞因子(如 IL-17A)在IBD患者炎性腸黏膜中的表達明顯升高，在IBD的發病機制中發揮了十分重要的作用[3]。促炎因子和抗炎因子的失衡參與了IBD的發病過程，如IBD患者炎性腸黏膜中IL-23的過表達可促進Th17細胞的分化並抑制IL-10產物產生[4]。但IL-25在IBD患者炎性腸黏膜表達明顯下降則可促進IL-10的產物產生，並抑制TNF-α、IFN-γ和IL-17 A的分泌[5]。

IBD發病過程中腸黏膜的炎症使大量來自腸道菌群和食物的抗原釋放入血循環導致血中抗體的產生。目前血清抗體分為兩類，即靶向自身抗原的自身抗體和靶向腸道微生物外來抗原的抗體。發病機制的進展推動了臨床診治水平的提高。也迫切需要無創、操作簡單、易於被患者接受的生物標記物。理想的生物標記物應具有準確、可重複性、易於臨床醫生進行解釋、有較高敏感性和特異性及易被患者接受的特點[6]，其應可區別IBD和非IBD疾病、協助鑒別CD、UC和未定型腸炎，預測IBD疾病進程和併發症(如疾病類型、嚴重程度、療效評估、疾病複發、預後轉歸、手術後複發)以及治療方案的選擇和轉歸等。本文就近年來血清生物標記物在IBD診斷方面的運用和進展作以下述評。

1血清自身抗體

IBD患者由於存在自身免疫反應，因此可產生靶向自身抗原的抗體，包括抗中性粒細胞胞漿抗體(anti-neutrophil cytoplasmic antibody,ANCA)、抗糖蛋白2(anti-glycoprotein 2,anti-GP2，抗GP2)和抗粒細胞巨噬細胞集落刺激因子(anti-granulocyte macrophage colony-stimulating factor,anti-GM-CSF，抗GM-CSF)。

1.1 ANCA

ANCA是抗中性粒細胞(PMN)蛋白的抗體。經間接免疫熒光(indirect immunofluorescence,IIF)法檢測可分為 2種類型，即胞漿型ANCA(cytoplasmic ANCA,cANCA)和核周型ANCA (perinuclear ANCA,pANCA)[7]。cANCA主要是靶向絲氨酸蛋白酶3(serine protease proteinase-3,PR3)的抗體, pANCA主要是靶向髓過氧化物酶(myeloperoxidase,MPO)[8]、乳鐵蛋白、彈性蛋白酶、溶菌酶和組織蛋白酶的抗體[9]。另還報道了一種與IBD相關的非典型pANCA[10]。這種亞型的pANCA是IBD時與帶有核組蛋白1(nuclear histone 1,H1)的分支杆菌產生交叉反應的結果[11]。IBD患者中血清pANCA的陽性率在CD為6%～38%，UC為41%～73%，其他胃腸道疾病為8%，正常人為0%～8%，表明UC患者與pANCA更相關[12]。用pANCA鑒別UC和CD的敏感性和特異性分別為52%和91%[12]。

由於pANCA診斷IBD的敏感性較低(17.2%)，且 pANCA與IBD疾病活動性、病程長短、病變部位與範圍、是否需要手術以及治療效果間均無相關性，因此其在臨床診斷上的價值有限。但與pANCA陰性的患者相比，pANCA陽性患者對抗-TNF治療的反應較差, 表明pANCA在重症UC患者中可以預測患者對英夫利昔單抗的臨床反應[13]。

1.2抗GP2

抗GP2是一種胰腺自身抗體[14], 也是一種重要的血清生物標記物,與UC患者和正常人相比，其在CD患者出現更普遍[15]。GP2是外分泌胰腺自身抗體(pancreas auto-Ab,PAB)的主要抗原, 在腸道集合淋巴結(Peyer"s patches,PP)M細胞表面出現, 主要表達在CD患者的炎性腸黏膜。抗GP2指抗-GP2 IgG和抗-GP2 IgA[16]。抗GP2 抗體在21%～45%的CD患者和2%～19%的UC患者中檢出[17]。抗GP2也和臨床表型，尤其是早期臨床表現、儲袋炎及儲袋手術有關[18]。因此，抗GP2能協助IBD的診斷和分層。

1.3抗GM-CSF

粒細胞單核細胞集落刺激因子(GM-CSF)是固有層免疫細胞產生的一種細胞因子，在骨髓細胞成熟過程和抗菌作用中發揮重要功能[19], 同時也參與了組織損傷時自我平衡的調節[20]。近來的研究報道GM-CSF治療可以誘導活動期CD患者的臨床緩解, 其機制可能是參與了IBD的免疫病理過程，調節了腸道損傷的修復過程[21]。

與UC患者和正常人相比，抗GM-CSF主要在CD患者中明顯升高。在迴腸受累的CD患者中，血清抗GM-CSF升高與疾病更快向複雜表現變化有關[22]。升高的抗GM-CSF抗體與中性粒細胞功能受損有關(如殺滅細菌和吞噬作用)，並增加腸道的通透性[23]。因此，血清高表達的抗GM-CSF可用於區分CD和UC，並評估CD的嚴重程度。

2抗腸道微生物成分的抗體

血清抗體的另一種類型是靶向腸道細菌微生物成分的抗體，包括靶向細胞壁抗原成分的抗體[如抗多糖抗體(anti-glycan antibodies)]和靶向微生物抗原成分的抗體。

2.1抗多糖抗體

抗多糖抗體包括抗釀酒酵母菌抗體 (anti-Saccharomyces cerevisiae mannan antibodies,ASCA)、ACCA(anti-chitobioside carbohydrate IgA antibodies)、ALCA(anti-laminaribioside carbohydrate IgG antibodies)、AMCA(anti-mannobioside carbohydrate IgG antibodies)、Anti-L(anti-laminarin Ab) 和 Anti-C(anti-chitin Ab IgA)。

2.1.1ASCA:ASCA是對釀酒酵母菌細胞壁甘露聚糖的血清反應性抗體，是第一個在IBD中檢測的抗多糖抗體，已被廣泛研究[24]。ASCA是具有遺傳敏感性的CD患者的一種特異性的血清標記物，IgA和IgG抗體均可在血清中出現。與UC患者(13.2%)、非IBD對照患者(10.8%)和正常人(3.2%)相比，CD患者(59.7%)具有更高的陽性率[25]。ASCA檢測CD的敏感性和特異性分別是72%和82%[26]。聯合檢測pANCA和ASCA具有更高的診斷價值, 對UC和CD的特異性幾乎達到90%[27], 並對從CD中區分UC的敏感性和特異性也較高。

ASCA代表了一定的遺傳和環境因素對CD發病的影響，因此ASCA的水平可以作為一些CD臨床特徵的免疫標記物。與低ASCA水平和無ASCA的患者相比，高ASCA的CD患者的癥狀出現更早，並且ASCA水平高同時ANCA陰性的CD患者100%發展為纖維狹窄，79%發生腸穿透性併發症，76%需接受腸道手術，但僅有14%出現UC樣的表現[28]。纖維狹窄、腸道穿透和需接受外科手術是疾病嚴重性和CD進展的表現，因此ASCA的水平在某種程度上反映了CD的疾病表型和嚴重性。

ASCA和pANCA聯合檢測有助於區分CD和UC，ASCA+/pANCA-對診斷CD的敏感性和特異性分別為56%和92%；ASCA-/pANCA+對UC診斷的敏感性和特異性分別為44%和98%[25]。但兩者聯合診斷的敏感性為中度，具有一定的局限性。pANCA在膠原性腸炎、嗜酸粒細胞性腸炎和自身免疫性肝病均可表達，而ASCA也出現在自身免疫性肝炎和乳糜瀉患者中，因此兩者均不能用以排除IBD的診斷。

2.1.2ACCA, ALCA和AMCA:ACCA,ALCA和AMCA是三種新的抗細菌細胞壁多糖的抗體，用以診斷IBD時的血清生物標記物[29]。這三種抗原均可出現在真菌、酵母和細菌的細胞壁上。IBD患者出現AMCA、ALCA或ACCA任一陽性診斷CD的敏感性為77.4%，特異性為90.6%[30]。聯合任兩種抗體均可使疾病診斷的特異性提高到 99.1%[30]。高水平的ALCAs 和AMCAs與CD的小腸病變有關[30]。

2.1.3 Anti-L和Anti-C:近來另兩種新的抗多糖抗體anti-L和anti-C也用於對IBD診斷的評估[31]。與ASCA和pANCA的敏感性相比, anti-L和anti-C對診斷IBD的敏感性相對較低 (分別為17.99和10.25%), 但特異性較高(分別為96.68%和97.67%)。因此，聯合anti-L、 anti-C 和 ASCAs及pANCAs有助於區分CD和UC。並且anti-C是與CD穿透和肛周變現有關的獨立因素，並與IBD的相關手術密切相關[32]。

2.2抗細菌抗原抗體 (anti-microbial antigens)

包括抗大腸桿菌外膜蛋白C抗體(antibody to the Outer Membrane Protein of Escherichia coli, anti-OmpC，抗OmpC)、抗克羅恩病相關的細菌序列I2 (anti-I2, anti-CD-related bacterial sequence I2)和抗鞭毛蛋白CBir1抗體(flagellin related antibody)。

2.2.1抗OmpC：抗OmpC是靶向大腸桿菌(Escherichia coli,E.coli)外膜蛋白的抗體，從E.coli中分離而得，是在IBD患者中廣泛研究的血清標記物。其在CD的出現率為24%~55%，在UC為2%~24%，其他胃腸道疾病為5%，在正常志願者中為5%～20%[12,33]。抗OmpC診斷CD的敏感性和特異性分別為20%～50%和81%～88%[34]。抗OmpC可能有助於診斷ASCA陰性的CD患者。儘管抗OmpC的臨床實用性仍在研究中並需進一步驗證，一些研究已表明抗OmpC陽性與纖維狹窄、腸道穿透和小腸手術有關[35]，三種抗體(ANCA,anti-OmpC,anti-12)均陽性的患者更易發展為穿透型疾病[12] 。因此，抗OmpC是評價IBD診斷、疾病活動性和預後的有效生物標記物。

2.2.2抗鞭毛蛋白CBir1抗體 (anti-CBir1)：在細菌抗原中，鞭毛蛋白CBir1是一種在多個品系小鼠結腸炎中發揮明顯作用的蛋白[33]。anti-CBir1陽性出現在50%～56%的CD患者、小於6%的UC患者、14%的其他胃腸道疾病患者和8%的正常對照[36]。在血清不典型pANCA陽性的CD患者中抗-CBir1陽性的出現率為40%~44%；而在不典型pANCA陽性的UC患者中僅4% [34]。anti-CBir1區分CD和UC的敏感性和特異性分別為29%和81%。anti-CBir1對CD的診斷和區分CD和UC有價值。Anti-CBir1與CD患者的狹窄表現以及長病程有關[37]。此外，ASCAs,抗OmpC 和anti-CBir1均陽性的患者有更快進展為手術的傾向[12]。因此，anti-CBir1聯合其他血清生物標記物對區分CD和UC以及評價疾病進展有幫助。

2.2.3抗克羅恩病相關的細菌序列I2(anti-I2)：作為一種新的與ptxR和texR細菌轉錄因子家族的同源物，序列I2作為一種細菌序列，在CD患者的結腸中可檢測到, 表明序列I2在細菌表達與CD的進展有關[38]。

3總結

綜上所述，IBD是一類臨床表現多樣、疾病進展多元化發展和治療棘手的慢性複發性疾病。鑒別IBD和非IBD、CD和UC等常需結合多次內鏡、病理和影像學結果，患者常不願接受多次有創檢查並承擔較大的經濟負擔。非侵入性的血清生物標記物的檢測對協助診斷和鑒別診斷、評估疾病進展、疾病類型、預測併發症和預後轉歸等具有重要作用。在現有的血清標記物中，以聯合檢測pANCA和ASCA最常用，但敏感性和特異性仍不高，臨床價值有限。其餘新發現的標記物多數以診斷和預測CD的臨床行為為主，用於UC的生物標記物較少。這些新的標記物的臨床實用性、檢測方法的穩定性以及費用均有待進一步的驗證和確定，才能最終為臨床所用。而深入研究IBD的發病機制，探索新的標誌物，並使其能在臨床得以廣泛應用仍是今後不斷努力的方向。

參考文獻
[1]CADER M Z,KASER A.Recent advances in inflammatory bowel disease:mucosal immune cells in intestinal inflammation[J].Gut,2013,62(11):1653-1664.
[2]KOSTIC A D,XAVIER R J,GEVERS D.The microbiome in inflammatory bowel disease:current status and the future ahead[J].Gastroenterology,2014,146(6):1489-1499.
[3]SUN M,HE C,CONG Y,et al.Regulatory immune cells in regulation of intestinal inflammatory response to microbiota[J].Mucosal Immunol,2015,8(5):969-978.
[4]LIU Z,FENG B S,YANG S B,et al.Interleukin (IL)-23 suppresses IL-10 in inflammatory bowel disease[J].J Biol Chem,2012,287(5):3591-3597.
[5]SU J,CHEN T,JI X Y,et al.L-25 downregulates Th1/Th17 immune response in an IL-10-dependent manner in inflammatory bowel disease[J].Inflamm Bowel Dis,2013,19(4):720-728.
[6]PAPP M,LAKATOS P L.Serological studies in inflammatory bowel disease:how important are they?[J].Curr Opin Gastroenterol,2014,30(4):359-364.
[7]KALLENBERG C G,HEERINGA P,STEGEMAN C A.Mechanisms of disease:pathogenesis and treatment of ANCA-associated vasculitides[J].Nat Clin Pract Rheumatol,2006,2(12):661-670.

[8]DOTAN I.New serologic markers for inflammatory bowel disease diagnosis[J].Dig Dis,2010,28(3):418-423.
[9]ROOZENDAAL C,KALLENBERG C G.Are anti-neutrophil cytoplasmic antibodies (ANCA) clinically useful in inflammatory bowel disease (IBD)?[J].Clin Exp Immunol,1999,116(2):206-213.
[10]SAXON A,SHANAHAN F,LANDERS C,et al.A distinct subset of antineutrophil cytoplasmic antibodies is associated with inflammatory bowel disease[J].J Allergy Clin Immunol,1990,86(2):202-210.
[11]DUBINSKY M,BRAUN J.Diagnostic and prognostic microbial biomarkers in inflammatory bowel diseases[J].Gastroenterology,2015,149(5):1265-1274.
[12]PRIDEAUX L,DE CRUZ P,NG S C,et al.Serological antibodies in inflammatory bowel disease:a systematic review[J].Inflamm Bowel Dis,2012,18(7):1340-1355.
[13]NGUYEN D L,NGUYEN E T,BECHTOLD M L.pANCA positivity predicts lower clinical response to infliximab therapy among patients with IBD[J].South Med J,2015,108(3):139-143.
[14]ROGGENBUCK D,HAUSDORF G,MARTINEZ-GAMBOA L,et al.Identification of GP2,the major zymogen granule membrane glycoprotein,as the autoantigen of pancreatic antibodies in Crohn"s disease[J].Gut,2009,58(12):1620-1628.
[15]BOGDANOS D P,RIGOPOULOU E I,SMYK D S,et al.Diagnostic value,clinical utility and pathogenic significance of reactivity to the molecular targets of Crohn"s disease specific-pancreatic autoantibodies[J].Autoimmun Rev,2011,11(2):143-148.
[16]WERNER L,PACLIK D,FRITZ C,et al.Identification of pancreatic glycoprotein 2 as an endogenous immunomodulator of innate and adaptive immune responses[J].J Immunol,2012,189(6):2774-2783.
[17]BONNEAU J,DUMESTRE-PERARD C,RINAUDO-GAUJOUS M,et al.Systematic review:new serological markers (anti-glycan,anti-GP2,anti-GMCSF Ab) in the prediction of IBD patient outcomes[J].Autoimmun Rev,2015,14(3):231-245.

[18]WERNER L,STURM A,ROGGENBUCK D,et al.Antibodies against glycoprotein 2 are novel markers of intestinal inflammation in patients with an ileal pouch[J].J Crohns Colitis,2013,7(11):e522-e532.
[19]JUNG H C,ECKMANN L,YANG S K,et al.A distinct array of proinflammatory cytokines is expressed in human colon epithelial cells in response to bacterial invasion[J].J Clin Invest,1995,95(1):55-65.
[20]DABRITZ J.Granulocyte macrophage colonystimulating factor and the intestinal innate immune cell homeostasis in Crohn"s disease[J].Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol,2014,306(6):G455-G465.
[21]EGEA L,MCALLISTER C S,LAKHDARI O,et al.GM-CSF produced by nonhematopoietic cells is required for early epithelial cell proliferation and repair of injured colonic mucosa[J].J Immunol,2013,190(4):1702-1713.
[22]HAN X,UCHIDA K,JURICKOVA I,et al.Granulocyte-macrophage colony-stimulating factor autoantibodies in murine ileitis and progressive ileal Crohn"s disease[J].Gastroenterology,2009,136(4):1261-1271.
[23]JURICKOVA I,COLLINS M H,CHALK C,et al.Paediatric Crohn disease patients with structuring behaviour exhibit ileal granulocyte-macrophage colony-stimulating factor (GM-CSF) autoantibody production and reduced neutrophil bacterial killing and GM-CSF bioactivity[J].Clin Exp Immunol,2013,172(3):455-465.
[24]DUBINSKY M.What is the role of serological markers in IBD? Pediatric and adult data[J].Dig Dis,2009,27(3):259-268.
[25]PEETERS M,JOOSSENS S,VERMEIRE S,et al.Diagnostic value of anti-Saccharomyces cerevisiae and antineutrophil cytoplasmic autoantibodies in inflammatory bowel disease[J].Am J Gastroenterol,2001,96:730-734.
[26]ANNESE V,ANDREOLI A,ANDRIULLI A,et al.Familial expression of anti-Saccharomyces cerevisiae Mannan antibodies in Crohn"s disease and ulcerative colitis:a GISC study[J].Am J Gastroenterol,2001,96(8):2407-2412.
[27]REESE G E,CONSTANTINIDES V A,SIMILLIS C,et al.Diagnostic precision of anti-Saccharomyces cerevisiae antibodies and perinuclear antineutrophil cytoplasmic antibodies in inflammatory bowel disease[J].Am J Gastroenterol,2006,101(10):2410-2422.

[28]VASILIAUSKAS E A,KAM L Y,KARP L C,et al.Marker antibody expression stratifies Crohn"s disease into immunologically homogeneous subgroups with distinct clinical characteristics[J].Gut,2000,47(4):487-496.
[29]LI X,CONKLIN L,ALEX P.New serological biomarkers of inflammatory bowel disease[J].World J Gastroenterol,2008,14(33):5115-5124.
[30]DOTAN I,FISHMAN S,DGANI Y,et al.Antibodies against laminaribioside and chitobioside are novel serologic markers in Crohn"s disease[J].Gastroenterology,2006,131(2):366-378.
[31]SEOW C H,STEMPAK J M,XU W,et al.Novel anti-glycan antibodies related to inflammatory bowel disease diagnosis and phenotype[J].Am J Gastroenterol,2009,104(6):1426-1434.
[32]RIEDER F,SCHLEDER S,WOLF A,et al.Association of the novel serologic anti-glycan antibodies anti-laminarin and anti-chitin with complicated Crohn"s disease behavior[J].Inflamm Bowel Dis,2010,16(2):263-274.
[33]KUNA A T.Serological markers of inflammatory bowel disease[J].Biochem Med (Zagreb),2013,23(1):28-42.
[34]PAPP M,NORMAN G L,ALTORJAY I,et al.Utility of serological markers in inflammatory bowel diseases:gadget or magic?[J].World J Gastroenterol,2007,13(14):2028-2036.
[35]MOW W S,VASILIAUSKAS E A,LIN Y C,et al.Association of antibody responses to microbial antigens and complications of small bowel Crohn"s disease[J].Gastroenterology,2004,126(2):414-424.
[36]LAU D C,DHILLON B,YAN H,et al.Adipokines:molecular links between obesity and atheroslcerosis[J].Am J Physiol Heart Circ Physiol,2005,288(5):H2031-H2041.
[37]ELKADRI A A,STEMPAK J M,WALTERS T D,et al.Serum antibodies associated with complex inflammatory bowel disease[J].Inflamm Bowel Dis,2013,19(7):1499-1505.

[38]SUTTON C L,KIM J,YAMANE A,et al.Identification of a novel bacterial sequence associated with Crohn"s disease[J].Gastroenterology,2000,119(1):23-31.