Diagnostisk effekt av laboratorietester för ärftlig sfärocytos: En jämförande studie av 150 patienter grupperade enligt molekylära och kliniska egenskaper
Bakgrund Laboratoriediagnosen av ärftlig sfärocytos bygger vanligen på NaCl-baserade eller glycerolbaserade osmotisk fragilitetstester för erytrocyter. På senare tid har det föreslagits ett test som är direkt inriktat på den molekylära defekten vid ärftlig sfärocytos (eosin-5′-maleimidbindande test). Inget av de tillgängliga testerna identifierar alla fall av ärftlig sfärocytos.Utformning och metoder Vi jämförde prestandan hos eosin-5′-maleimidbindningstestet, NaCl-osmotiska fragilitetsstudier på färskt och inkuberat blod, glycerollysetestet, det sura glycerollysetestet och Pink-testet på en serie av 150 patienter med ärftlig sfärocytos, grupperade enligt klinisk fenotyp och det defekta proteinet, med det slutgiltiga målet att hitta den kombination av tester som är förknippad med den högsta diagnostiska förmågan, även i de mildaste fallen av ärftlig sfärocytos.Resultat Eosin-5′-maleimidbindningstestet hade en känslighet på 93 % och en specificitet på 98 % för att upptäcka ärftlig sfärocytos. Känsligheten var oberoende av typen och omfattningen av den molekylära defekten och av den kliniska fenotypen. Det sura glycerollysetestet och Pink-testet uppvisade en jämförbar känslighet (95 % och 91 %). Känsligheten hos NaCl-testet för osmotisk fragilitet, som vanligen anses vara den gyllene standarden för diagnos av ärftlig sfärocytos, var 68 % på färskt blod och 81 % på inkuberat blod, och minskade ytterligare i kompenserade fall (53 % respektive 64 %). Kombinationen av eosin-5′-maleimidbindningstestet och syrat glycerollysetestet gjorde det möjligt att identifiera alla patienter med ärftlig sfärocytos. Det eosin-5′-maleimidbindande testet uppvisade den största sjukdomsspecificiteten.Slutsatser Varje typ av test misslyckas med att diagnostisera vissa fall av ärftlig sfärocytos. Kombinationen av ett eosin-5′-maleimidbindande test och ett syrat glycerollysetest gjorde det möjligt att identifiera alla patienter med ärftlig sfärocytos i denna serie och utgör därför en för närvarande effektiv diagnostisk strategi för ärftlig sfärocytos, inklusive lindriga/kompenserade fall.
Introduktion
Härdig sfärocytos är den vanligaste medfödda hemolytiska anemin hos kaukasier och drabbar ungefär 1 av 1000-2000 individer.1,2 Den molekylära defekten är mycket heterogen och involverar generna som kodar för spectrin, ankyrin, band 3 och protein 4.2,3 och graden av hemolys varierar kraftigt, från fullt kompenserad till transfusionsberoende anemi.
Det typiska laboratoriemärket för ärftlig sfärocytos, även om det inte är specifikt, är närvaron av sfärocyter på en perifer blodutstrykning, som kan påvisas hos 97 % av patienterna.4 Det kan dock finnas mycket få sfärocyter hos vissa patienter4,5 och det krävs därför skickliga operatörer för att upptäcka dem; dessutom är mikroskopisk undersökning av erytrocyter alltmer utelämnad i en tid av laboratorieautomatisering. Laboratoriediagnosen av ärftlig sfärocytos bygger därför vanligen på tester som utnyttjar förhållandet mellan yta och volym, som vanligtvis är reducerat i sfäriska erytrocyter, särskilt osmotisk bräcklighetstest av erytrocyter vid olika natriumkloridkoncentrationer (NaCl) på färskt och inkuberat blod6 och tester som mäter omfattningen av eller hastigheten för lysering av erytrocyter som är suspenderade i buffrade glycerollösningar, dvs.Glycerollysetest (GLT)7 , syrat glycerollysetest (AGLT)8 och Pink-testet9. Dessa tester upptäcker dock inte en varierande andel av fallen av ärftlig sfärocytos, särskilt inte de lindrigaste,6,10-12 och skiljer inte heller ärftlig sfärocytos från sekundär sfärocytos som är förknippad med andra tillstånd, främst autoimmuna hemolytiska anemier.13-15
Nyligen har kryohemolysetestet16,17 , som bygger på observationen att röda blodkroppar från patienter med ärftlig sfärocytos är särskilt känsliga för nedkylning vid 0 °C under hypertoniska förhållanden, och flödescytometrisk analys av eosin-5′-maleimid-märkta intakta röda blodkroppar (EMA-bindningstest)18 föreslagits som nya metoder för att identifiera ärftlig sfärocytos19 . Särskilt den sistnämnda metoden har visat sig vara ett känsligt och specifikt diagnostiskt test för ärftlig sfärocytos12,18,20-29 som är direkt inriktat på den strukturella skadan i denna sjukdom, eftersom den fluorescerande sonden, eosin-5′-maleimid, interagerar med proteinkomplexet band 3.30
Den tillgängliga direkta eller indirekta diagnostiska testens prestanda har oftast utvärderats individuellt och på ett begränsat antal fall. Testens känslighet varierar kraftigt och varje metod misslyckas med att identifiera flera patienter med ärftlig sfärocytos.4,6,12 I den här studien jämförde vi prestandan hos EMA-bindning, NaCl-inducerad osmotisk fragilitet hos färskt och inkuberat blod, GLT, AGLT och Pink-testet på en serie av 150 patienter med ärftlig sfärocytos grupperade enligt den kliniska fenotypen och den molekylära lesionen, med det slutliga målet att hitta den kombination av test som är förknippad med den högsta diagnostiska kraften för ärftlig sfärocytos, även för de lindrigaste fallen som vanligen är svåra att diagnostisera.
Design och metoder
Subjekt
Etthundrafemtio konsekutiva patienter med ärftlig sfärocytos (79 män och 71 kvinnor, medianålder 26 år, intervall 0-79 år) som tillhörde 128 obesläktade familjer undersöktes. Vid tidpunkten för studien var 22 patienter splenektomerade och 128 inte splenektomerade.
Alla patienter genomgick en klinisk och fysisk utvärdering och följande laboratorietester: komplett blodstatus, blodutstrykning, retikulocytantal, analyser av bilirubin- och haptoglobinkoncentrationen, bedömning av järnstatus, direkt antiglobulintest (DAT), screening för onormala eller instabila hemoglobiner, NaCl-osmotisk fragilitetstest på färskt och inkuberat blod, GLT, AGLT, Pink-test och EMA-bindningstest. I vissa fall undersöktes aktiviteten hos de viktigaste glykolytiska enzymerna och enzymerna i pentosfosfatvägen. Hos några få patienter utfördes även mitogenstimulerad DAT31 för att utesluta diagnosen DAT-negativ hemolytisk anemi.
Hereditär sfärocytos diagnostiserades på grundval av kliniska och laborativa tecken på kronisk hemolys, förekomst av sfärocyter vid perifer blodutstrykning, positivitet av minst ett fragilitetstest för erytrocyter, familjehistoria av ärftlig sfärocytos i förekommande fall, och uteslutande av andra orsaker till sekundär sfärocytos19. Anemi definierades som svår (Hb<8 g/dL), måttlig (Hb 8-10 g/dL), mild (Hb>10 och <11,5 g/dL för kvinnor och Hb>10 och <13,5 g/dL för män) och kompenserad (Hb>11,5 g/dL för kvinnor och >13,5 g/dL för män).
Prover från alla patienter genomgick natriumdodecylsulfatpolyakrylamidgelelektrofores (SDS-PAGE) för analys av de röda cellmembranproteinerna och delades upp efter om det fanns brist på band 3, spektrin eller ankyrin, kombinerad spektrin/ankyrinbrist och ingen påvisbar defekt.4
Femhundrasjuttiofem friska blodgivare och 84 fall med annan hemolytisk anemi än ärftlig sfärocytos (17 med autoimmun hemolytisk anemi, 10 med störningar i enzymerna i de röda blodkropparna, 10 med ärftlig elliptocytos, 15 med medfödd dyserytropoetisk anemi, 9 med paroxysmal nattlig hemoglobinuri, 3 med stomatocytos, 3 med mekanisk anemi och 17 med anemi av okänd orsak) studerades också.
Hematologiska analyser
Perifert blod samlades in från patienter och kontroller under diagnostiska förfaranden efter att ha erhållit informerat samtycke och godkännande från Institutional Human Research Committee. De förfaranden som följdes var i enlighet med Helsingfors internationella etiska normer för experiment på människor. Den stora majoriteten av proverna samlades in vid vårt institut; prover som samlades in från andra centra skickades med bibehållen temperatur på 4 °C och behandlades alltid inom 24 timmar. Ingen av patienterna hade transfusionerats under de tre månaderna före studien. Hematologiska parametrar bestämdes på en automatiserad hematologianalysator (Automatic Beckman Coulter LH-750, CA, USA). Rutinmässiga hematologiska undersökningar utfördes enligt Dacie & Lewis.32 Bilirubin-, haptoglobin- och ferritinnivåerna bestämdes med Integra 800 (Roche, Mannheim, Tyskland). Antalet sfärocyter i perifert blod bedömdes av två oberoende och sakkunniga operatörer. Röda blodkroppars osmotiska bräcklighet utvärderades genom att utföra NaCl-testet för osmotisk bräcklighet på både färskt och inkuberat blod,6 standard GLT,7 AGLT8 och Pink-testet9 på prover från varje patient.
Testet för EMA-bindning utfördes enligt beskrivningen av King et al.18 med smärre modifieringar. I synnerhet bestämdes fluorescensintensiteten, uttryckt som medianfluorescens i kanalen, för 10 000 händelser i FL-1-kanalen med hjälp av en Becton Dickinson FACSCanto II flödescytometer (Becton Dickinson, San Jose, CA, USA). EMA-färgämnenas stamlösning förvarades i små alikvots vid -80° C under en period av 6 månader. Testet utfördes en gång i veckan och grupperade alla fall under samma dag25 efter att ha bekräftat reproducerbarheten av resultaten på blodprover som förvarats upp till 6 dagar vid 4°C.
För att minska variationen inom testet jämfördes patienternas prover med proverna från sex normala kontroller. Resultaten uttrycktes som den procentuella minskningen av fluorescensen i patientprovet jämfört med medelfluorescensen hos de sex normala kontrollerna enligt Girodon et al.25 En ROC-kurva (receiver operating characteristic) baserad på logistisk regressionsanalys användes för att fastställa det optimala gränsvärdet mellan värden från patienter med hereditär sfärocytos och värden från normala individer. Enligt ROC-kurvanalysen var den optimala minskningen av fluorescensen för att skilja normala personer från patienter med ärftlig sfärocytos 11 %. Under dessa förhållanden var testspecificiteten beräknad på 575 friska personer 98 %.
Rödcellsspöken framställdes inom 24 timmar efter blodprovtagningen med hjälp av den metod som beskrivs av Dodge et al.33 med smärre modifieringar.4 Rödcellsmembranproteiner analyserades inom 15 dagar efter framställningen av spökena med hjälp av SDS-PAGE med hjälp av en 4 % till 12 % gradient av akrylamid enligt Fairbanks et al.34 och det diskontinuerliga buffertsystemet av Laemmli35 med en linjär gradient av akrylamid från 6 % till 14 %, enligt tidigare beskrivning.4 Aktiviteterna hos enzymer i de glykolytiska och pentosfosfatvägarna analyserades med de metoder som beskrivs av Beutler.36
Resultat
Tabell 1 visar de hematologiska och biokemiska uppgifterna hos patienterna med hereditär sfärocytos grupperade enligt om de inte hade splenektomiserats eller om de hade splenektomiserats före undersökningstillfället, och enligt den kliniska fenotypen (endast hos patienter som inte hade splenektomiserats). Majoriteten av de icke-splenektomerade personerna hade mild till kompenserad hemolys. 18 % hade mycket få sfärocyter (≤3 %). De vanligaste proteinavvikelserna var brist på spektrin och band 3 hos både icke-splenektomerade och splenektomerade patienter. Membranproteindefekten var odetekterbar hos nio (7 %) icke-splenektomerade försökspersoner, varav sju hade en positiv familjehistoria av ärftlig sfärocytos; de återstående två uppvisade mild anemi, retikulocytos och 5 % sfärocyter, i avsaknad av andra orsaker till kronisk hemolytisk anemi.
Tabell 2 jämför känsligheten hos de diagnostiska laboratorietesterna för ärftlig sfärocytos. EMA-bindning misslyckades med att identifiera 10/150 (7 %) fall (4 med band 3-brist, 5 med spektrinbrist och 1 med en oupptäckt defekt). Den genomsnittliga minskningen av fluorescensen var 27 % ± 10 % hos patienter med ärftlig sfärocytos jämfört med 0 % ± 8 % hos referenspersoner (P<0,001). Den procentuella fluorescensminskningen var direkt relaterad till antalet sfärocyter och indirekt till den genomsnittliga korpuskulära volymen; ingen korrelation hittades med hemoglobinkoncentrationen, det absoluta antalet retikulocyter eller bredden på fördelningen av röda blodkroppar. Testets känslighet var oberoende av typ och mängd av molekylär defekt, även om den var något lägre hos patienter med oupptäckta defekter som hade den minsta medianminskningen av fluorescensen (15 % jämfört med 30 % och 28 % vid band 3 respektive spektrinbrist). Det är värt att notera att känsligheten för EMA-bindningstestet var något högre hos splenektomerade än hos icke-splenektomerade patienter (figur 1).
Känsligheten för de olika undersökta analyserna av erytrocytfragilitet var mycket varierande och generellt sett högre hos splenektomerade än hos icke-splenektomerade patienter med hereditär sfärocytos, och lägre (med undantag för AGLT) hos patienterna med oupptäckta defekter än hos patienterna med påvisbara defekter (tabell 2A). När det gäller NaCl-testet för osmotisk bräcklighet var känsligheten större när det utfördes på inkuberat blod än på färskt blod. Överlag hade NaCl-testerna för osmotisk bräcklighet (både på färskt och inkuberat blod) en lägre känslighet än de mer vanligt förekommande glycerolbaserade testerna. Bland dessa sistnämnda tester hade AGLT den högsta känsligheten, även i fallen med oupptäckta defekter, jämförbar med EMA-bindningstestet.
Alla patienter med ärftlig sfärocytos var positiva till minst två olika tester med undantag för två patienter (1 med band 3-brist och 1 med spektrinbrist) som endast var positiva till EMA-bindningstestet. Vi fann att kombinationen av EMA och AGLT gjorde det möjligt att identifiera alla patienter med ärftlig sfärocytos (tabell 2B). I synnerhet var 133/150 (88 %) av fallen av ärftlig sfärocytos EMA-positiva, AGLT-positiva, 7/150 (5 %) var EMA-positiva, AGLT-negativa och 10/150 (7 %) var EMA-negativa, AGLT-positiva.
När de olika testens prestanda analyserades hos icke-splenektomerade patienter som en funktion av den kliniska fenotypen bibehöll EMA-bindning, AGLT- och Pink-testet hög känslighet i de olika kliniska undergrupperna, medan känsligheten för NaCl osmotisk fragilitetstestet på färskt blod och efter inkubation sjönk markant i kompenserade fall (figur 1).
Resultaten av olika tester hos en serie på 84 patienter med andra hemolytiska tillstånd än ärftlig sfärocytos visas i figur 2. EMA-bindning visade den större sjukdomsspecificiteten och var negativ hos alla patienter med autoimmun hemolytisk anemi, även i närvaro av markerad sfärocytos.
Diskussion
Detta är den första omfattande jämförelsestudien av de mest använda laboratoriemetoderna för att diagnostisera ärftlig sfärocytos som används för närvarande och som har utförts på ett stort antal patienter som har grupperats enligt molekylär defekt, grad av hemolys och förekomst eller frånvaro av mjälte. Eftersom hälften av de undersökta patienterna hade mild/kompenserad anemi och därför var svårare att diagnostisera och 18 % hade mycket få sfärocyter på perifera blodutstryk, är den undersökta populationen särskilt lämplig för känslighetsstudier. Vi inkluderade inte kryohemolysetestet17 i den här studien eftersom grunden till att röda blodkroppar vid ärftlig sfärocytos är känsliga för kylning hittills inte har klarlagts, och åsikterna om dess rutinmässiga användning för diagnos av ärftlig sfärocytos är kontroversiella.4,5,16,17,19,37,38
Av de diagnostiska metoder som övervägts är det nyligen föreslagna EMA-bindningstestet säkerligen det mest intressanta, och det används i allt större utsträckning av specialiserade laboratorier på grund av sin höga sensitivitet och specificitet.12,18,23-29 Denna metod riktar sig direkt mot sjukdomens strukturella skada, eftersom den fluorescerande sonden eosin-5′-maleimid interagerar med transmembranproteinerna band 3, Rh-protein, Rh-glykoprotein och CD47 som är reducerade i röda blodkroppar från patienter med ärftlig sfärocytos;30 defekter av andra cytoskeletala proteiner, såsom spectrin och protein 4.2, inducerar också en minskning av fluorescensintensiteten, troligen på grund av att de skapar en långväga modulationseffekt på färgämnesbindningsstället i band 3-protein.39 Känsligheten för EMA-bindningstestet i denna serie är högre än den som nyligen rapporterats av Crisp et al.,12 och liknar den som andra har funnit;18,23-29 dessutom verkar testets prestanda vara oberoende av typen av brist på röda cellmembranprotein och minskar endast något hos patienter med hereditär sfärocytos med en icke-detekterbar defekt, i linje med vad som observerats av King et al.,18 och Girodon et al.25 Intressant nog är känsligheten oberoende av den kliniska fenotypen, och är hög även hos patienter med kompenserad anemi. Den separata analysen av icke-splenektomerade och splenektomerade patienter med ärftlig sfärocytos visade att känsligheten ökade i den sistnämnda gruppen, ett resultat som generellt sett är gemensamt för alla undersökta tester. Denna observation pekar på behovet av att definiera patienternas kliniska egenskaper exakt när man testar diagnostiska metoders prestanda för ärftlig sfärocytos, och eventuellt att begränsa analysen till icke-splenektomerade personer. En ytterligare fördel med det EMA-bindande testet är att resultaten inte påverkas av transport eller lagring i upp till 6 dagar, vilket framgår av figur 3, vilket gör det möjligt att skicka prover som Girodon et al.25 rapporterat. Dessutom påverkas inte resultaten av nyligen genomförda transfusioner eftersom metoden diskriminerar olika populationer av röda blodkroppar.20