本研究由 Amanda Agyemang、Maria Suprun、Mayte Suárez-Fariñas、Alexander Grishin 与 Hugh A. Sampson(来自美国纽约西奈山伊坎医学院,Icahn School of Medicine at Mount Sinai)以及 Faouria Boina、Rihane Arif-Lusson 和 Jean-Marc Busnel(来自法国马赛 Beckman Coulter Life Sciences Research)共同完成,以 Letter to the Editor 的形式发表于 Allergy 期刊,2021 年在线发表,DOI 为 10.1111/all.14752。
该研究属于过敏性疾病体外诊断技术开发领域。研究背景是:嗜碱性粒细胞活化试验(basophil activation test,BAT)已被报道能够提高花生过敏诊断的准确性,并减少对口服食物激发试验(oral food challenge)的需求。然而,传统 BAT 在临床应用上受到很大限制,因为嗜碱性粒细胞在体外不稳定,活化试验最好在样本采集后 3–4 小时内完成。如果能够在临床环境中方便地完成活化步骤,再将样本送至中心实验室进行流式细胞术检测,BAT 将具有更广泛的临床应用前景。因此,本研究的目的是评估一种新型花生 BAT 方法(peanut-BAT,p-BAT)的可行性,该方法的核心理念是在样本采集后早期完成嗜碱性粒细胞活化,并保持活化状态的稳定性,使其在数日内仍可进行流式细胞术检测。
研究的核心设计是一项前瞻性初步研究,其工作流程主要包含以下几个步骤。第一步是受试者入组与样本采集。研究共纳入 30 例花生过敏患者,中位年龄为 11.8 岁,花生特异性 IgE(sIgE)中位水平为 22.9 kUA/L,同时纳入 1 例非过敏对照受试者。所有受试者均提供全血样本。第二步是在样本采集当天(定义为第 0 天)使用 Beckman Coulter 开发的新型 p-BAT 方法刺激全血。该方法的特别之处在于无需立即进行流式细胞术,而是以一种相对简单的全血处理流程在采集后 4 小时内完成嗜碱性粒细胞活化。活化刺激使用六种浓度的花生提取物,浓度范围从 0.0001 μg/mL 到 10 mg/mL。第三步是将已活化的样本在室温条件下保存,并在第 0、1、3 和 5 天分别通过流式细胞术检测嗜碱性粒细胞活化标志物 CD63+CD203c+ 的表达,从而评估活化信号是否能够在数日内保持稳定。第四步是同时检测花生及其主要致敏组分 Ara h 1、Ara h 2、Ara h 3 的表位特异性 IgE 和表位特异性 IgG4,以评估抗体多样性与嗜碱性粒细胞活化反应之间是否存在关联。第五步是数据分析,主要采用剂量-反应曲线下面积(area under the curve,AUC)和 CD-max(即最大 CD63+CD203c+ 细胞百分比)作为活化结果的量化指标。此外,研究还使用了功能主成分分析(functional principal component analysis,FPCA)和功能主成分聚类(FPC clustering)来评估同一患者在不同检测日之间剂量-反应模式的一致性。数据分析中还计算了组内相关系数(intra-class correlation coefficient,ICC)以评价检测结果在不同时间点之间的可重复性。
研究的主要结果显示,p-BAT 在花生过敏患者中能够诱导出稳定的嗜碱性粒细胞活化反应。在 30 例花生过敏患者中,26 例(87%)为 BAT 应答者,其定义为在花生提取物刺激下 CD63+CD203c+ 嗜碱性粒细胞比例超过 5%。这一比例与其他研究报道的应答率相近。4 例非应答者的花生特异性 IgE、Ara h 1 特异性 IgE 和 Ara h 2 特异性 IgE 水平均较低,其中 3 例患者的嗜碱性粒细胞对抗 IgE 刺激也无反应,提示这些患者可能存在嗜碱性粒细胞本身的功能缺陷或信号转导异常。对照组的非过敏受试者在任何时间点均未表现出嗜碱性粒细胞活化。
对于应答者,第 0 天在各个花生浓度下均观察到明显的嗜碱性粒细胞活化,并且该活化反应在第 1、3 和 5 天无需再次刺激即可维持,活化结果的中位变异系数为 9.7%。AUC 在第 0 天与第 1 天、第 3 天之间无显著差异,说明活化反应在前 3 天内保持稳定。第 5 天的 AUC 虽然比第 0 天略低且差异具有统计学意义(p = 0.004),但仍保持正向的平均活化水平。ICC 分析显示各检测指标在不同时间点之间具有非常高的一致性,ICC 均大于 0.9,尤其是第 0 天到第 3 天之间。FPCA 和 FPC 聚类分析进一步支持了 p-BAT 的稳定性,结果表明同一患者在不同时间点的样本几乎都被分配到相同的剂量-反应模式聚类中。在全部 103 次反应中,只有 4 次被错误分类,且这 4 次被分配到相邻的聚类中。这说明 p-BAT 方法不仅能维持总体活化水平的稳定,还能保持个体化的剂量-反应曲线形状的一致性。
研究还分析了表位特异性 IgE 和 IgG4 多样性与嗜碱性粒细胞活化强度之间的关系。所有受试者的 IgE 多样性中位数为 36%(四分位距 13%–54%),IgG4 多样性中位数为 88%(四分位距 73%–95%)。p-BAT 非应答者的 IgE 多样性水平与总体水平相似。在应答者中,随着 CD-max 的增加,IgE 多样性(p = 0.029)和花生特异性 IgE 水平(p = 0.056)反而呈下降趋势,而 IgG4 多样性与 CD-max 之间未观察到显著关联。这一结果提示,较高的表位特异性 IgE 多样性和花生特异性 IgE 水平并不一定意味着更强的嗜碱性粒细胞活化反应,在部分高致敏患者中可能存在其他调控机制限制了嗜碱性粒细胞的最大活化程度。
本研究的结论是,新型 p-BAT 方法能够使嗜碱性粒细胞在全血中被激活后,在室温条件下保持数天的稳定性,从而无需在样本采集现场立即进行流式细胞术检测。这一特性消除了传统 BAT 对即时流式细胞术的依赖,使活化步骤可以在临床环境中简便完成,然后将样本运送至专业实验室进行检测。该流程避免了临床端复杂的样本前处理步骤,使 BAT 作为一种诊断工具更具现实可行性。研究也指出,未来仍需纳入更多过敏患者、诊断标志物以及运输条件和运输时间等控制变量来进一步验证 p-BAT 的可靠性和普适性。
该研究的主要亮点在于提出了一种能够“先活化、后检测”的嗜碱性粒细胞活化试验策略。传统 BAT 的技术瓶颈在于嗜碱性粒细胞离体后不稳定,必须在短时间内完成检测,而 p-BAT 通过将活化步骤与流式检测步骤在时间和空间上进行分离,显著提高了 BAT 在临床诊断中的可操作性。此外,研究通过 ICC 和 FPCA 等统计学方法从多个维度验证了活化结果的稳定性,不仅证明了总体活化水平的可重复性,也证明了剂量-反应曲线形态在个体内的一致性。研究还初步探讨了 IgE 多样性与嗜碱性粒细胞活化之间的关系,为理解花生过敏患者中特异性 IgE 反应异质性提供了新的数据。
在应用价值方面,p-BAT 有望使 BAT 技术从研究工具转变为可在临床常规使用的诊断方法。对于花生过敏的诊断,尤其是当临床病史和特异性 IgE 检测结果不足以明确诊断时,p-BAT 可以作为一种体外辅助手段,减少对口服食物激发试验的需求,从而降低患者发生严重过敏反应的风险和医疗成本。此外,由于 p-BAT 无需在采样现场配备流式细胞仪和专业操作人员,该技术也适用于基层医疗机构或资源有限地区的过敏诊断。其科学价值在于,该研究验证了嗜碱性粒细胞在特定活化条件下可以在体外维持功能信号的稳定性,为后续基于全血样本的过敏诊断流程优化提供了方法学基础。