中国当代儿科杂志  2014, Vol. 16 Issue (1): 81-84   PDF    
二氢罗丹明流式细胞分析方法用于X-连锁慢性肉芽肿病诊断和携带者筛查
贺建新1, 尹青琴1, 佟月娟1, 刘秀云2, 徐保平2, 赵顺英2, 申昆玲2, 江载芳2     
1. 首都医科大学附属北京儿童医院北京市儿科研究所, 北京 100045;
2. 首都医科大学附属北京儿童医院呼吸中心, 北京 100045
Diagnosis and carrier screening of X-linked chronic granulomatous disease by DHR 123 flow cytometry
HE Jian-Xin, YIN Qing-Qin, TONG Yue-Juan, et al.

吞噬细胞在吞噬过程中产生过氧阴离子和其 他反应性氧复合物,此过程被称为呼吸爆发,这些 代谢产物与溶酶体酶共同参与杀灭被吞噬的微生 物。慢性肉芽肿病(chronic granulomatous disease, CGD)患者存在吞噬细胞呼吸爆发缺陷 [1] ,该病 诊断基于体外检测中性粒细胞刺激后消耗氧和产 生氧代谢物缺陷。检测吞噬细胞呼吸爆发的实验 方法很多,二氢罗丹明(dihydrorhodamine 123, DHR123)流式细胞分析方法是检测吞噬细胞呼吸 爆发的特异方法,在国外已常规应用于临床 [2] 。 国内只是近年才认识到慢性肉芽肿病的重要性, 关于该方法经验还比较少。本研究发现与磷酸盐 缓冲液(PBS)处理标本相比,经佛波酯(PMA) 刺激后,正常人中性粒细胞有明显移位,而X-连 锁慢性肉芽肿病(X-CGD)患儿无移位,携带者 母亲可有双峰,提示该方法在X-CGD诊断和携带 者筛查中有重要的应用价值。

1 资料与方法
1.1 研究对象

自2012年9月至2013年3月,选取于我院 经基因突变分析明确诊断为X-CGD的7例患儿纳 入本研究,且均获得患儿家属的知情同意,同时 以患儿父亲做为健康对照。

1.2 基因分析

抽取静脉血,EDTA抗凝,用TIANamp Blood DNA试剂盒(天根生化有限公司)提取基因组 DNA,设计外显子及内含子交界处引物(自行设 计,上海生工有限公司合成),扩增13个外显子。反应条件:95℃预变性5 min;94℃变性30 s, 60℃退火1 min,72℃延伸1 min,循环50次;72℃ 终延伸2 min。产物送上海生工公司测序。参照 CYBB基因组DNA(NC_000023.10)序列用NCBI 的BLAST程序进行同源分析。

1.3 DHR123流式细胞术分析中性粒细胞呼吸爆发试验

取患儿及其家族成员、健康对照肝素抗凝血 3 mL,每份标本分为对照管和刺激管2管。向对 照管和刺激管内加入100μL全血、20μL DHR123 (0.1 mg/mL)和5μL过氧化氢酶(70 U/μL),对 照管内再加入200μL PBS,而向刺激管内再加入 200μL PMA工作液(1μg/mL),混匀后37℃水 浴10 min;加5 mL PBS至各管,1500 rpm离心 5 min,洗两次;弃上清,加500μL溶血素至各管, 剧烈混悬,放置5 min后加125μL 1%多聚甲醛 (终浓度0.2%),立即涡旋;加5 mL PBS,洗两 次;将细胞团重悬于1 mL冷PBS中,置于冰上, 30 min内检测。

2 结果
2.1 临床表现

7例患儿均于生后6个月内起病,临床表现 为肺炎7例,卡介苗淋巴结炎4例,腹泻病2例, 肛周脓肿1例,淋巴结炎1例,肝脾大1例,败 血症1例,皮肤肉芽肿1例,心肌炎1例。见表1

表 17例患儿临床表现

2.2 基因突变分析结果

77例患儿的突变分别位于外显子1、6、10、 13、1~13及内含子1、6,其中错义突变3例,插入/缺失1例,全外显子缺失1例,拼接区突变2例。 新发现突变2例。见表2

表 27例患儿基因突变分析

2.3 DHR123流式细胞术分析结果

与PBS处理组相比,PMA刺激后,正常人中 性粒细胞峰有明显移位;X-CGD患儿中性粒细胞 峰无移位;患儿母亲作为携带者,中性粒细胞峰 呈现为双峰,提示发生明显峰移位的细胞为正常 细胞,峰无移位的细胞为缺陷细胞。见图 1

图 1 DHR123流式峰图 A:健康对照(PBS);B:健 康对照(PMA),相比健康对照(PBS),中性粒细胞峰发生明显 移位;C:X-CGD患儿(PMA),男,1月12 d,与健康对照(PBS) 相比,中性粒细胞峰未发生位移;D:患儿母亲(PMA),中性粒 细胞峰呈现双峰。

3 讨论

当病原微生物侵入时,天然免疫系统是人体 的第一道防线,吞噬细胞及补体是天然免疫系统 的重要组成部分。吞噬细胞通过呼吸爆发反应产 生过氧阴离子非特异杀灭入侵的微生物。CGD的 发病机制源于吞噬细胞呼吸爆发缺陷。患者主要 表现为反复细菌、真菌感染和炎性肉芽肿 [3] 。虽然 该病是少见病,但我国人口基数大,病人总数是 可观的。随着认识的深入,近年国内报道的病例 数逐渐增多,我院每年病例数至少十余例 [4, 5] ,因 此尽快明确诊断,及时有效的治疗,系统的预防 治疗对此类患儿尤其重要。

评价呼吸爆发的实验方法有很多,如光泽精 (lucigenin)或鲁米诺(luminol)依赖的化学发 光,细胞色素C还原实验或四氮唑蓝(p-Nitro-Blue tetrazolium chloride,NBT)还原实验 [6] 。NBT还原 实验是最先应用的CGD的筛查方法 [7] 。NBT是淡 黄色染料,被过氧化物还原为深蓝色的不溶于水的代谢产物。CGD患者的中性粒细胞在NBT和适 当刺激孵育下,不能形成细胞内深蓝色的沉积物, 借以与正常中性粒细胞区别。NBT实验是CGD筛 查的准确方法,但主观性强,而且是基于有限数 量细胞的显微镜观察。大部分CGD患者用该方法 检测不到活性,但一些病例可产生少量过氧化物 (X + -CGD),无呼吸爆发,稳定的活性可持续1 h 或更久。由于NBT依赖于蓝黑色沉淀物的聚集, 随时间延长,这部分患儿会表现正常。因此正常 的NBT结果不能除外CGD。NBT方法用于X + - CGD携带者筛查较困难,因为在显微镜下区分两 群细胞很困难,甚至正常人10%的细胞NBT阴性。

呼吸爆发反应理想的评价方法应该做到需血 量少、技术简单、能行定量分析,能区分病态和 正常细胞,DHR123流式细胞分析方法均可满足上 述条件 [2] 。DHR123可自由出入细胞,定位于线粒 体,经过氧化氢和过氧阴离子氧化后形成罗丹明 123(rhodamine 123,R123),经蓝光(488 nm) 激发后产生绿色荧光(500~540 nm)。刺激指数 是指经PMA刺激后的平均荧光强度除以PBS刺激 后的平均荧光强度。美国NIH DHR数据库显示正 常人刺激指数(SI)为127.9(85.2~264.6),X-CGD 患者为1.3(0.9~2.2),p47phox CGD(常染色体 隐性CGD最常见类型)患者为13.2(3.5~52.1), 但需注意其中17%X-CGD患儿SI大于4.5,6.4% p47phox CGD患儿SI小于4.5,二者有重叠 [8] 。可 见需结合蛋白表达分析和基因突变分析来明确诊 断。

正常人中性粒细胞经PBS及PMA刺激后阳 性细胞百分数是质控标准,PBS刺激后阳性细胞 百分数应<3%,PMA刺激后阳性细胞百分数应接 近100%,由于实验室条件不同,会有一定出入, 但不应偏移太大。由于X-CGD患者吞噬细胞不产 生过氧化物,PMA刺激后峰图和PBS刺激后峰图 相近,完全无移位,换算出的SI接近1。由于常 染色体隐性CGD产生一定量的过氧化物,PMA刺 激后细胞基本都移位至阳性区,只不过细胞荧光 强度较分散,平均荧光强度低,换算出的SI大于 1 [9] 。因此在CGD的诊断中平均荧光强度及SI是最 重要的指标。由于本课题组开展此实验较晚,观 察目前的结果,与文献报道比较,正常人经PMA刺激后中性粒细胞移位程度不够大,算出的SI值 小,因此需要更加优化实验条件。可能由于此, 目前常染色体隐性CGD患儿与X-CGD患儿不能通 过DHR来鉴别。

如果平均荧光强度正常,但阳性细胞百分数 未达到90%,甚至更低,说明凋亡细胞过多。一 方面需改进操作手法,由于中性粒细胞在体外非 常脆弱,对外力极其敏感,操作过程一定要轻柔。 另一方面可用DNA染液区分活细胞和死细胞,然 后针对活细胞再进行分析。取血时负压过高,部 分抗凝,运输时间过长或室温孵育,很多情况下 可出现功能不健全的细胞群,甚至功能健全的细 胞数量很少。基于以上因素用于携带者筛查,需 要仔细控制实验分析。如果可能的携带者出现双 峰,一定要控制不同门的位置。携带者的两群细 胞刺激后一直移位到固定位置。如果DHR方法损 伤细胞与携带者有重叠,可做蛋白表达,由损伤 引起者DHR与蛋白表达的差别可达6%。如果无 重叠或无损伤的细胞,二者的差别小于1%。体外 强力的损伤也可引起蛋白表达的人工双峰,此种 情况下,DHR方法提示蛋白表达阴性细胞的损伤, 功能完整细胞一致性正常,故可除外携带者。用 流式方法检测功能健全细胞是很大的优势,如果 有正常细胞群,基本可除外CGD,除非X-CGD携 带者由于极端莱昂化可出现CGD症状。当然,如 果X-CGD患者母亲向正常细胞偏移明显,DHR分 析可不表现双峰 [10]

由于DHR分布不成对称性,正常范围不能用 标准差,而是用百分位数来表示。DHR不受儿童 年龄、性别或症状影响(严重败血症可使中性粒细 胞代谢耗竭)。儿童和成人正常标准无区别,尽管 儿童的平均值略高,可能与实验操作有关,而不是 生理或医学因素,因此不影响日常CGD诊断 [10] 。 髓过氧化物酶(MPO)缺陷可出现假阳性,一方面 两种疾病的临床表现不同,另一方面可用其他方法 来鉴别,如MPO缺陷者嗜酸性粒细胞的DHR功能 正常;体外加入重组人MPO,DHR荧光信号明显 增强;用光泽精标记会有正常的强荧光信号产生 [11]

DHR123流式细胞分析是X-CGD诊断及携带 者筛查既敏感又特异的方法。

参考文献
[1] Segal BH, Leto TL, Gallin JI, et al. Genetic, biochemical and clinical features of chronic granulomatous disease[J]. Medicine, 2000, 79(3): 170-200.
[2] Walrand S, Valeix S, Rodriguez C, et al. Flow cytometry study of polymorphonuclear neutrophil oxidative burst: a comparison of three fluorescent probes[J]. Clin Chim Acta, 2003, 331(1-2): 103-110.
[3] Walrand S, Valeix S, Rodriguez C, et al. Flow cytometry study of polymorphonuclear neutrophil oxidative burst: a comparison of three fluorescent probes[J]. Clin Chim Acta, 2003, 331(1-2): 103-110.
[4] 贺建新, 赵顺英, 江载芳. 儿童X连锁慢性肉芽肿病临床特点和CYBB基因突变分析[J]. 临床儿科杂志, 2011, 29(1): 41-45.
[5] 贺建新, 赵顺英, 江载芳. 重症卡介苗淋巴结炎与儿童X连锁慢性肉芽肿病[J].中国当代儿科杂志, 2010, 12(6): 490-493.
[6] Rothe G, Emmendorffer A, Oser A, et al. Flow cytometric measurement of the respiratory burst activity of phagocytes using dihydrorhodamine 123[J]. J Immunol Methods, 1991, 138(1): 133-135.
[7] Vowells SJ, Fleisher TA, Malech HL. Testing for chronic granulomatous disease[J]. The Lancet, 1996, 347(9007): 1048.
[8] Jirapongsananuruk O, Malech HL, Kuhns DB, et al. Diagnostic paradigm for evaluation of male patients with chronic granulomatous disease, based on the dihydrorhodamine 123 assay[J]. J Allergy Clin Immunol, 2003, 111(2): 374-379.
[9] Crockard AD, Thompson JM, Boyd NA, et al. Diagnostic and carrier detection of chronic granulomatous disease in five families by flow cytometry[J]. Int Arch Allergy Immunol, 1997, 114(2): 144-152.
[10] van Pelt LJ, van Zwieten R, Weening RS, et al. Limitations on the use of dihydrorhodamine 123 for flow cytometric analysis of the neutrophil respiratory burst[J]. J Immunological Methods, 1996, 191(2): 187-196.
[11] Mauch L, Lun A, O'Gorman MR, et al. Chronic granulomatous disease and complete myeloperoxidase deficiency both yield strongly reduced dihydrorhodamine 123 test signals but can be easily discerned in routine testing for CGD[J]. Clin Chem, 2007, 53(5): 890-896.