SIMOA应用案例解读: 鞘内多细胞增生和IgG合成与多发性硬化症早期轴索损伤的相关性分析
导读
神经系统疾病在其发生和发展的过程中，有多种特定的蛋白质（如NfL、Aβ40、Tau、GFAP）会被释放进入脑脊液（CSF）中，成为临床辅助诊断阿尔兹海默病（AD）、帕金森病（PD）、多发性硬化病（MS）等神经系统疾病的重要生物标志物。然而，抽取CSF会伴随巨大的痛苦和较低的患者依从度。从外周血中检测又面临新的困难，这些蛋白质会在外周血中被不同程度地清除，丰度降低数百倍，造成ELISA等常规技术很难在外周血中实现检测。
Simoa（Single molecular Array）平台是目前唯一的一种超高灵敏度单分子蛋白质检测技术，其灵敏度为ELISA技术的1000倍以上，检测下限达到fg/mL，为血清/血浆中实时监控神经系统疾病标志物提供技术支撑，改变了脑损伤和神经退行性疾病的诊断方式。
来自德国约翰内斯谷登堡大学和的研究人员基于Simoa技术检测112例新确诊并未经治疗的孤立综合征（CIS）和早期复发缓解型多发性硬化症（RRMS）患者和62名健康志愿者的血清神经丝轻链（sNfL）蛋白水平，探讨sNfL蛋白水平与脑脊液（CSF）中各项参数的关系。最终在活动期的多发性硬化症（MS）研究中证实：sNfL水平与鞘内多细胞增生和IgG合成相关，轴突损伤与急性和慢性的中枢神经系统炎症相关。
First published February 4, 2020，
研究背景
经丝轻链蛋白（NfL）亚基是神经元细胞骨架的主要成分之一，主要被释放到CSF中，在轴突损伤之后，会有一少部分被释放到外周血中。Simoa技术利用其超高的灵敏度可以检测到外周血中NfL浓度的微小变化。近期研究表明，血清和CSF中的NfL水平高度相关，利用Simoa技术，sNfL已成为一种易于检测的神经轴突损伤的生物标志物。
发表期刊：Neurol Neuroimmunol Neuroinflamm；IF=7.5
原文链接：https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/32019769
样本
研究方法
采用免疫比浊法测定CSF白蛋白（CSF Alb）、免疫球蛋白（Ig）A（CSF IgA）、IgG（CSF IgG）、IgM（CSF IgM）的浓度。上述物质在CSF中与在血清中的浓度比值称为白蛋白商值（QAlb)、IgA商值（QIgA）、IgG商值（QIgG）和IgM商值（QIgM）。通过琼脂糖凝胶等电聚焦法检测OCBs，随后使用IgG特异性抗体染色OCB法进行免疫印迹。
采用Simoa技术检测CIS或MS患者和健康对照组的sNfL。使用Simoa HD-1仪器和NF-Light Advantage Kit试剂盒（Quanterix）检测sNfL浓度。样本两重复检测，所有样本的批内CV值为4.5%。
结论
1.RRMS患者的sNfL水平明显高于相应性别和年龄的健康对照组和CIS患者 (图1 b)。
Qalb、QIgG、QIgA和QIgM的检测结果分别为5.0（3.8-6.1）、4.0（2.8-5.4）、1.5（1.1-5.4）和0.4（0.2-0.9）。此外，90.2%的患者存在OCBs，MS组中几乎全部（98.9%）患者均存在OCBs。
2.NfL水平升高与脑和脊髓复发相关
临床复发患者的sNfL水平高于临床稳定患者，但未显示显著差异。当将患者根据复发情况进行分组时，发现脊髓或大脑复发患者的sNfL水平高于无复发患者和视神经炎患者（图1 c）。
图1：患者特征及CSF参数分析
3.sNfL水平升高与T2病变负荷和MRI中颅内增强病灶（CELs）的存在相关性
本研究发现，当MRI中出现CELs时，sNfL水平显著升高（图2A）。此外，sNfL水平与T2病变数量（图2B）和CELs数量（图2C）相关。病变MRI的存在与sNfL水平之间无相关性。根据脑T2病变的数量对患者进行分类后，发现有10个及以上T2病变的患者的sNfL水平明显高于T2病变数量小于10个的患者的sNfL水平。实验结果还表明超过1个CEL病变的患者sNfL水平高于0或1个CEL 病变的患者。
图2：sNfL水平与T2病变负荷和MRI中CELs存在的相关性数据分析
4.sNfL水平与急性炎症的CSF标志物有关
复发患者的CSF白细胞数量高于临床稳定患者，且与sNfL水平相关（图3A）。本研究还证明了CSF中白细胞数量与T2病变数量及MRI中CELs数量之间存在相关性。
5.sNfL水平与慢性炎症的CSF标志物有关
sNfL与CSF IgG（图3B）和QIgG（图3C）呈中度相关，OCBs的存在与sNfL水平的升高间存在呈显著相关性（图3D）。
图3：sNfL水平与急性炎症和慢性炎症的CSF标志物相关性数据分析
6.通过CSF白细胞数和MRI中的CELs来预测sNfL水平
采用前向选择法选取CSF参数和疾病活动的临床和放射学参数进行的多元回归分析表明，最终的sNfL水平预测模型中总共保留了2个参数，分别是MRI中CELs的数量和CSF中白细胞数量，两者结合预测sNfL水平最佳。反向验证也得出相同结论。得出主要结论：该模型显示当每个细胞的白细胞数量增加1 ，sNfL水平即上升0.434 pg / mL；MRI CEL数量每增加1，sNfL水平上升3.390 pg /mL。
小结
对于MS，不同的病理过程与神经轴突损伤有关，具体表现为CSF和血清中的NfL水平升高。研究结果表明了急性和慢性中枢神经系统固有免疫反应与CSF参数之间的相关性，证实了sNfL水平升高与急性局灶性炎症活动和慢性弥漫性神经退行有关。
与疾病稳定期相比，sNfL水平在疾病复发期上升，并与MRI中CELs的数量相关，这表明急性局灶性炎症的恶化是sNfL水平上升的潜在原因。实验结果表明sNfL水平与CSF白细胞数量之间具有明显的相关性。CSF炎症细胞水平可预示轴突损伤。而对于进展型MS，CSF NfL与CSF中白细胞数量无关。Qalb是血脑屏障完整性的稳定标志物。在本研究中，Qalb与sNfL浓度无关。然而，sNfL水平只会受到血脑屏障完整性被严重破坏的影响。急性炎症的标志物、CSF白细胞数量和MRI中CELs的数量这三者在sNfL水平方面的预测性更好。此外，实验数据表明，急性炎症的病灶位置会影响sNfL水平。
综上所述，本研究结果在概念上支持了轴突损伤是由急性炎症活动和弥漫性慢性神经炎症引起的假说，这两种损伤都反映在sNfL水平的增加上，从而加深了对MS中神经退行性过程的理解。
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