山東大學齊魯醫(yī)院神經(jīng)內科,山東 濟南 250012
英文單詞“phenotype(中文意為表型)”源自希臘語,由“phainein(中文意為顯示)和“typos(中文意為類型)”組成,1911年由丹麥遺傳學家JOHANNSEN[1]提出。生物的表型是指生物體可觀察到的特征或特征的組合,包括生物體的形態(tài)或物理形式和結構、發(fā)展過程、生物化學和生理特性以及行為和行為的結果(如鳥巢)。生物的表型由2個基本因素決定,一個是遺傳密碼的表達(即基因型),另一個是環(huán)境因素的影響,2者的相互作用決定了生物的表型。當前對于表型的認識是“表型是具有特定基因型的個體在一定的環(huán)境條件下表現(xiàn)出來的性狀和特征的總和”。表型的概念連接起生物學中的3個重要因素,即內在決定因素、環(huán)境影響因素和外在表現(xiàn)因素。復雜疾病的外在表現(xiàn)取決于多個基因和環(huán)境因素的共同影響。
外在表型是可以直接查知的,但在大多數(shù)情況下,無法很好地對其與遺傳因素之間直接的因果關系作出判斷。1966年,JOHN和LEWIS[2]提出內表型(endophenotype)的概念。內表型是指無法直接查知但可測量的特征,用于解釋生物行為學;此后,內表型的概念被引入精神病遺傳學,將高級功能的臨床表現(xiàn)(如雙相情感障礙和精神分裂癥)與遺傳變異之間建立起聯(lián)系。內表型不是疾病的危險因素,而是疾病狀態(tài)的表現(xiàn),可以是神經(jīng)生理、神經(jīng)生化、神經(jīng)解剖或神經(jīng)心理學表現(xiàn),也可以是患者自報的狀態(tài)表現(xiàn)(如生活質量)。如果缺乏適當且敏感的檢測技術(如理化檢測技術)或測評方法(如行為學測評量表),就不易識別內表型。由于內表型體現(xiàn)了疾病的特征且可以對其進行測量,因此在揭示疾病與遺傳之間的關系時,采用內表型較采用疾病綜合征(外在表型)更加簡單且直接。目前,內表型的概念已逐漸擴展至其他疾病,包括阿爾茨海默病、肥胖癥和囊性纖維化[3]。部分內表型屬于分子標志物,是能夠客觀反映疾病特征(生物學特征、病理學特征和治療反應等)的可測量標志,可與遺傳相關,亦可與遺傳無關。2006年,MEYERLINDENBERG和WEINBERGER[4]提出中間表型的概念,用于定量分析遺傳因素對神經(jīng)系統(tǒng)的影響,從而闡明精神疾病的機制,是因果關系分析鏈中重要的邏輯基礎,實際上就是要找到重要的標志物。此后,中間表型的概念逐漸擴展至脫離遺傳因素而僅考慮疾病的生物標志物[5]。中間表型和內表型的共同特征是需要通過測量才能確定表型數(shù)據(jù),因此也常被放在一起予以描述。
對于自身免疫疾病而言,抗原分子的基因、免疫調節(jié)分子的基因、潛在致病原(感染、損傷或腫瘤等)、環(huán)境或飲食因素以及這些因素的時序關系,是其易感性和嚴重度的基礎。免疫系統(tǒng)具有快速反應性和高度變化性特征,因此自身免疫疾病的發(fā)病遠較單基因遺傳病迅疾而多變。當前,在尚未明確復雜疾病一一對應的基因型與表型關系的情況下,表型的概念也不再局限于遺傳機制。在探求表型與內在決定因素和環(huán)境因素之間關系的同時,加深對表型的認識有助于總結臨床表現(xiàn)的特定組合,從而理解疾病的分類,進而進行干預和評估預后。在自身免疫疾病中,表型概念的應用已成為模式化識別和邏輯推斷的一種思維方法。本文旨在初步探討神經(jīng)免疫疾病的表型。
臨床表現(xiàn)是疾病的外在表型。任何一種疾病最初作為一種疾病實體被確認之前,均有其典型的臨床特征組合,可與其他疾病進行鑒別,并且可以基于相應的發(fā)病機制和病理生理機制假說對其作出解釋,神經(jīng)免疫疾病也不例外。目前認為,疾病的核心特征構成了疾病的原型,而各種不完全等同于核心特征的臨床表現(xiàn)形成了疾病的“外延”。ASBURY提出:“問題不在于認識到一個典型的病例,而在于知道核心表現(xiàn)的界限(The problem is not with recognition of a typical case, but with knowing the boundaries by which the core disorder is delimited[6])”。疾病外延的擴大促進了對疾病異質性的認識。在同一疾病中,不同的空間、時間、形態(tài)、生物學和病理學特征構成了異質性的基礎。在神經(jīng)免疫疾病表型的認識過程中,自身抗體對標識其外延具有核心價值。
吉蘭-巴雷綜合征(Guillain-Barré syndrome,GBS)是最早被認識的神經(jīng)免疫疾病之一,對稱性肢體無力、腱反射喪失和蛋白-細胞分離是最常見也是最早被注意到的GBS核心臨床表型,是GBS的原型。對GBS異質性的認識是從匯集不同部位受累的各種不典型表現(xiàn)(變異型)開始的[7]。在發(fā)現(xiàn)抗神經(jīng)節(jié)苷脂GM1抗體與GBS的臨床受累表現(xiàn)存在關聯(lián)[8]后,通過對GBS患者進行系統(tǒng)篩查,繼而發(fā)現(xiàn)了多種抗神經(jīng)節(jié)苷脂抗體,其中部分抗體與臨床受累部位及髓鞘或軸索損害相關。最終將臨床受累部位、病理特征、電生理特征和抗體構成一個完整的體系,并以臨床受累部位及髓鞘或軸索損害作為GBS亞型分類的主線,形成了GBS的幾個主要亞型[9]。重癥肌無力(myasthenia gravis,MG)和視神經(jīng)脊髓炎譜系疾病(neuromyelitis optica spectrum disorder,NMOSD)也是較早被認識的神經(jīng)免疫疾病,而對其異質性的進一步認識則是從發(fā)現(xiàn)肌肉特異性激酶(muscle-specific kinase,MuSK)抗體[10]和水通道蛋白4(aquaporin-4,AQP4)抗體[11]開始的。針對神經(jīng)免疫疾病靶組織的潛在抗原,通過系統(tǒng)篩查發(fā)現(xiàn)了有價值的致病性抗體。至此,對神經(jīng)免疫疾病表型的認識已不再局限于匯集和比較臨床特征,而是通過結合抗體檢測,發(fā)現(xiàn)了臨床核心表型以外的變異型。通過對抗體結合靶位與臨床受累表現(xiàn)之間關聯(lián)的分析,進一步確認了這些變異型與原型同屬于一種疾病實體,如神經(jīng)節(jié)苷脂分布與GBS臨床受累部位和病理之間的關系[12]以及AQP4分布與NMOSD受累部位和磁共振成像病灶形態(tài)之間的關系[13]。最終,基于這類“新”表型的大宗病例報告,驗證了抗體與表型之間的關系。雖然對自身免疫性腦炎的認識時間不長,但也是基于這一思路。
對于每一種自身抗體而言,均有由相應的空間、時間、形態(tài)、生物學特征和病理學特征構成的相對獨特的表型與之相對應。通過將抗體與臨床受累部位、影像學、電生理和病理學等臨床特征相結合,可以將疾病表型再細分為多個相對獨特的子表型。疾病的子表型具有其核心臨床特征的組合,形成各自的臨床核心表型?;诩兣R床認識的臨床核心表型較為單一;而通過結合各種生物標志物,尤其是基于自身抗體檢測結果且經(jīng)臨床隨訪確認的病例,極大地豐富了臨床核心表型。例如,髓鞘少突膠質細胞糖蛋白(myelin oligodendrocyte glycoprotein,MOG)抗體[14]和膠質纖維酸性蛋白(glial fibrillary acidic protein,GFAP)抗體[15-16]相關的NMOSD最初均歸類于特發(fā)性脫髓鞘疾病,隨著抗體檢測的進展,以及對其受累部位、影像學特征、療效和預后等特征的精細報告,目前已形成了核心子表型。在具有異質性的同一疾病實體中明確獨特子表型的存在,將有助于進一步的疾病分類和更精細的臨床診治,如從特發(fā)性脫髓鞘疾病中確立MOG抗體相關腦脊髓炎[17]。
然而,目前在一些疾病中,對于存在不同抗體的患者,單純從臨床上還難以很好地區(qū)分其表型。例如,MuSK抗體陽性MG患者的咽喉受累比例較高且發(fā)病時間較早,但此現(xiàn)象亦可見于伴胸腺瘤的乙酰膽堿受體(acetylcholine receptor,AChR)抗體陽性的MG患者;此外,也有MuSK抗體陽性患者僅表現(xiàn)為眼外肌受累[18]。
一些疾病存在臨床核心子表型的重疊型,這一現(xiàn)象在GBS中尤為突出,如GM1抗體與GQ1b抗體共存,臨床上也相應地表現(xiàn)為四肢癱瘓與眼外肌麻痹和共濟失調共存[9]。感染后發(fā)生自身免疫性腦炎的患者在病程早期也存在多種臨床綜合征重疊及抗體重疊的現(xiàn)象[19],而這些綜合征能否形成核心子表型還需進一步探究。表型重疊和抗體重疊可能是感染后發(fā)生的神經(jīng)免疫疾病的共性現(xiàn)象。在副腫瘤綜合征患者中,由于腫瘤進展,導致致病性表位不斷擴展而相繼出現(xiàn)多種綜合征,從而導致多種綜合征重疊存在[20-21]。然而,非感染性、非腫瘤性的自身免疫反應往往局限于特定的抗原表位,從而決定了最終的受累表現(xiàn)、臨床核心表型以及相應的核心抗體[22]。
神經(jīng)系統(tǒng)疾病最突出的特征是部位特征和時序特征,神經(jīng)免疫疾病也不例外。對抗原分布的認識是理解這一問題的基礎[12-13],而抗體產(chǎn)生、免疫球蛋白亞類轉換和持續(xù)存在的機制等免疫學特征以及局部微環(huán)境對抗體與靶組織的結合及損傷的影響能力是最終決定其部位和時序特征的主要因素。例如,電壓門控鈣離子通道(voltage-gated calcium channel,VGCC)抗體結合部位不僅存在于神經(jīng)肌肉接頭,也存在于小腦,但伴有副腫瘤性小腦變性的蘭伯特-伊頓綜合征(Lambert-Eaton syndrome)的患者與不伴小腦變性的蘭伯特-伊頓綜合征患者存在不同的結合部位[23]。在臨床核心表型的確認過程中,需要考慮與同一抗體相關的多部位受累,而不應輕易地判定為重疊型。
內表型與中間表型在分析表型與神經(jīng)免疫疾病的嚴重程度、疾病活動性和預后的關系中發(fā)揮著重要作用。對于內表型,可選擇采用醫(yī)患互動測量指標,對于中間表型,可選擇采用生物標志物,2者之間存在潛在的相關性,也有互補性,可作為臨床研究的替代(surrogate)終點和預后評估指標。
在確定內表型時,需要患者與富有經(jīng)驗的專病醫(yī)師合作。由醫(yī)師完成的他評結果與患者自我報告的結局之間存在相關性,并互補構成完整的評價結果。例如,MG定量評分(quantitative MG score,QMGS)與 MG 日常生活活動能力(MG-activities of daily living,MG-ADL)評分結合,成為隨機對照試驗的預后終點[24]。值得注意的是,在具體應用時,需要根據(jù)文化背景對這些量表進行修訂[25],并在人群中進行驗證和優(yōu)化。本課題組在國內外常用的4種MG量表基礎上,采用Delphi法并結合前期評價形成條目池,優(yōu)化構建了完整的新量表和簡化量表,在保證信度和效度的基礎上提高了臨床可操作性,縮短了檢查時間,并且能夠應用于全身型患者的自評[26-28]。MG的干預后狀況[29]和療效[30]以及多發(fā)性硬化(multiple sclerosis,MS)活動性分類[31]、無疾病活動性證據(jù)(no evidence of disease activity,NEDA)狀態(tài)[32]和疾病進展速度[33]均是有價值的內表型,可以反映疾病狀況,有助于發(fā)現(xiàn)這些重要臨床特征的影響因素。
臨床上可以采用單一生物標志物作為中間表型,如補體濃度與MG嚴重度和系統(tǒng)性紅斑狼瘡活動性相關[34-35]、強化病灶數(shù)目與MS活動性相關[36-37]以及AChR抗體濃度或單纖維肌電圖jitter值的改變與MG嚴重度改變相關[38-41],這些表型均有望成為臨床研究的替代終點。復雜的中間表型包括組學或免疫分子的改變模式,探索其與疾病狀態(tài)和療效之間的關系有助于為疾病狀態(tài)和療效評估以及預后預測提供客觀證據(jù)[42-43]。這些標志物隨著疾病嚴重度和疾病狀態(tài)的改變而較快發(fā)生改變,因此中間表型不用于診斷分類。在神經(jīng)免疫疾病中,致病性抗體濃度與嚴重度的相關性使抗體成為重要的中間表型,如血清AChR抗體之于MG[44]、血清MOG抗體之于MOG抗體陽性的腦脊髓炎[45]以及腦脊液N-甲基-D-天冬氨酸受體(N-methyl-D-aspartate receptor,NMDAR)抗體之于NMDAR腦炎[46]??贵w濃度較高或持續(xù)存在對疾病復發(fā)和慢性病程也具有預測價值[46-47]。然而,對于有診斷價值但卻是致病性的生物標志物(可能是伴隨現(xiàn)象或損害后的繼發(fā)表現(xiàn))如寡克隆區(qū)帶和副腫瘤抗體譜能否作為中間表型,尚待商榷。
在選擇中間表型時需注意如下問題。(1)致病性抗體檢測方法的不同可導致抗體水平與疾病嚴重度相關性研究的結果不同,而針對主要免疫源區(qū)的抗體與MG嚴重度的相關性最強[44]。(2)疾病初期生物標志物水平的改變與臨床改變不平行,如重復神經(jīng)刺激(repetitive nerve stimulation,RNS)的遞減程度在急性發(fā)病的MG患者中低于其嚴重度[48],又如一些GBS患者的抗神經(jīng)節(jié)苷脂抗體在發(fā)病后40~90 d才達到高峰[49-50]。(3)疾病的嚴重度與生物標志物的相關性取決于靶組織的損傷程度和代償能力,因此應結合病程并采用能夠反映病理生理機制的方法進行分析,如MS晚期活動性病灶與嚴重度的相關性較早期下降,這一現(xiàn)象與軸索變性及代償能力下降有關[51]。而米-費綜合征(Miller Fisher syndrome)患者神經(jīng)肌肉接頭的電生理改變與GQ1b抗體水平有關,由于病程的一過性以及抗體僅表現(xiàn)為阻滯作用,因此在抗體水平下降后,臨床上表現(xiàn)為明確的改善[52]。(4)不同患者的抗體水平受遺傳因素的影響而存在差異性[53-54],但同一患者抗體水平的改變與疾病嚴重度的改變之間存在一定的平行性[38,44]。(5)會受到檢驗或檢查前因素的影響,如B細胞活化因子水平在激素治療后迅速下降[55],而抗體水平在短期激素治療后的變化并不明顯,凍融和保存條件對抗體或急性期反應蛋白的影響需要有預實驗明確[56],以及短期大劑量激素治療對MS強化病灶有明確的影響[57]。
本文述及的表型已不再局限于遺傳學范疇,而是以模式識別的思路[58]思考如何讓表型更好地反映神經(jīng)免疫疾病的各種特征。探討神經(jīng)免疫疾病的表型具有如下意義。
診斷分類包括新疾病實體的確認和亞組分類。如前所述,臨床核心表型體現(xiàn)疾病的異質性,但對于存在不同抗體的患者,有時難以區(qū)分其臨床表型,因此常結合抗體構成復合表型以作為疾病的亞類[59-60]。通過前瞻性隊列研究,目前已初步確立了一些疾病亞類[61-62],但這些疾病亞類能否作為獨立的疾病實體,尚待結合病理生理學及病程演進過程進行分析。需要注意的是,定量檢測的截斷值會影響生物標志物陽性結果的判斷[63-64],而定性檢測的陽性結果需要采用雙人盲法予以判斷[64]。對于采用一種方法檢測不肯定的樣本,采用另一種方法確認以及間隔6~12個月再次檢測進行確認,才能最終判斷為陽性[65]。
本課題組發(fā)現(xiàn),AChRα亞單位的基因多態(tài)性與AChR抗體陽性非胸腺瘤MG患者的易感性及AChR抗體水平相關,但與AChR抗體陰性MG患者和伴胸腺瘤MG患者的易感性無關[53]。
納入適合研究的異質性人群或目標人群(如難治性MG[66]或急進性病程的MS[67]),將表型作為基線資料(如嚴重度和疾病亞類)進行比較。不同研究選擇的表型與研究目標有關,如抗體研究選擇臨床核心表型(臨床表現(xiàn)、電生理、影像學或病理學特征),而不是選擇臨床表型聯(lián)合抗體構成的復合表型。
定量指標包括中間表型和內表型,可作為一級和二級預后終點[68-69]。特定表型亦可作為治療目標,如最輕微表現(xiàn)狀態(tài)(minimal manifestation status,MMS)[70-71]和 NEDA[32]。
例如,對表型為急進性[67]和有治療突破[72]的MS患者采用降級或升級療法[73],又如以MOG抗體為中間表型指導治療的持續(xù)時間[65]。
例如,NMDAR抗體或MOG抗體持續(xù)陽性或初始抗體水平較高的相應疾病患者的復發(fā)率顯著升高[46,65],又如MOG抗體可預測復發(fā)時的受累部位[65]。
神經(jīng)免疫疾病表型的認識通常從臨床現(xiàn)象(原型臨床表型)開始,隨后逐漸發(fā)現(xiàn)特征性標志物及各種內表型和中間表型,進而深入理解疾病的內在特征,同時結合對病理生理機制的認識,不斷深入對表型的認識。
共同數(shù)據(jù)元(common data element,CDE)是規(guī)范數(shù)據(jù)采集以實現(xiàn)廣泛合作分析的基礎[74],需要明確疾病特征的定義和臨床數(shù)據(jù)采集流程并進行培訓,尤其是需要通過醫(yī)患合作獲得數(shù)據(jù)。本課題組采用標準化問卷取得MG首發(fā)和經(jīng)過癥狀,繼而順次進行標準化(包括試驗前準備和試驗結果判定)的疲勞試驗和新斯的明試驗以及RNS檢查,從而形成MG臨床分型判斷流程,避免了單純依靠病史資料不足以發(fā)現(xiàn)受累表現(xiàn)以及合并疾病對疲勞試驗判斷準確性的影響,使MG分型不再僅僅依靠MG專病醫(yī)生的經(jīng)驗,而是神經(jīng)科醫(yī)師經(jīng)過培訓后均可獲得準確可靠的分型結果[75]。
在抗體檢測已得到臨床普及的年代,在對疾病表型進行定義時難以撇除抗體。特異性抗體尤其是致病性抗體促使一些病例被歸入現(xiàn)有的疾病分類中,其子表型的臨床特征不同于無抗體檢測年代所認識的原型疾病的臨床表型。因此,有必要區(qū)分臨床核心(子)表型以及結合抗體后構成的復合表型。復合表型通常被作為疾病亞組分類的基礎[59]。復合表型患者與原型臨床表型患者的生物標志物(如新發(fā)現(xiàn)的抗體或影像學特征)之間無法進行直接的比較。為了解決這一問題,本課題組提出以臨床核心表型為基礎的MG亞組分類建議,在最后一步才引入經(jīng)典的AChR抗體[76]。在新開發(fā)的AChR抗體酶聯(lián)免疫吸附測定試劑盒驗證研究中,本課題組根據(jù)該MG亞組分類并結合大樣本量研究中MG各主要臨床特征所占比例,選取了MG抽樣人群(均符合MG的臨床流行病學特征),并與臨床實踐和歷史文獻中的AChR抗體數(shù)據(jù)進行比較(未發(fā)表資料)。
值得注意的是,部分患者的臨床表現(xiàn)和影像學特征與已知的臨床核心(子)表型相符,但與該臨床表型對應的標志性抗體檢測結果卻為陰性。例如,AQP4抗體陰性的NMOSD[77-78]是屬于已知表型還是某種新的子表型,尚待進一步研究。
例如,在對MG患者進行特異性ADL或生活質量評估時,醫(yī)師需要詳細分析患者自報的資料,并結合QMGS等他評量表的結果,從而判斷其癥狀及其嚴重度是單純因MG所致,還是因合并關節(jié)或脊柱疾病以及存在肌力和心功能障礙等混雜因素而導致;此外,還應考慮患者在接受問卷調查時是否急于作出選擇,必要時可調整問卷選項順序以觀察患者的合作度。
已有許多研究比較了抗體檢測方法,提供了最佳檢測方法的相關數(shù)據(jù)[79-81]。采用適用于抗原結構的檢測方法才能取得最佳檢測結果,如副腫瘤綜合征患者的抗原多為線性結構抗原,而AChR、APQ4、MOG和自身免疫性腦炎患者的抗原表現(xiàn)為三維立體結構,因此對于副腫瘤綜合征患者的抗原可通過提取抗原并以免疫印跡法或酶聯(lián)免疫吸附測定法進行檢測,而對于AChR、APQ4、MOG和自身免疫性腦炎患者的抗原,采用基于細胞的檢測法(cell-based assay,CBA)才能取得更高的準確性[82]。選擇適合的樣本進行檢測可以提高檢測準確率,如AQP4和MOG抗體在腦脊液中的檢出率遠低于血液[82],且血液中檢測不出抗體者在其腦脊液中檢出抗體的概率也較低,因此只有在臨床上高度懷疑相應疾病時才進行腦脊液抗體檢測[61,83]。去除血清中其他抗體的影響可以優(yōu)化檢測體系,如在檢測MuSK抗體[84]和MOG抗體[85]時采用特異性針對免疫球蛋白G重鏈Fc片段的二抗可以同時提高檢測的靈敏度和特異度。在定量檢測抗體時,采用競爭抑制法可以提高檢測的特異度[44,86]。在進行影像學和電生理檢查時,需要考慮技術因素,如不同的磁共振成像序列在MS病灶識別中的價值也不同[87];不同病程階段的磁共振成像顯示的NMO和MS病灶的大小和數(shù)量也有所不同[88-89];此外,MG急性期RNS的異常程度低于臨床嚴重度[47]。
聚類分析和主成分分析法與單一變量分類后進行因素校正的方法以及其他經(jīng)驗性分類方法不同,是數(shù)據(jù)驅動性的分類模式,有助于從真實世界的分布中區(qū)分類別。然而,鑒于前述抗體及表型的交叉、表位擴展以及抗體結合靶組織所致?lián)p傷能力的不同,因此不能僅僅從數(shù)字角度進行判定,而應結合臨床經(jīng)驗來判斷其分類結果的合理性以及確定相應的表型,并開展隊列研究進行驗證[90-92]。
在病程的不同階段,臨床受累表現(xiàn)、嚴重度、免疫指標和療效等均有所不同。尤其是神經(jīng)免疫疾病,早期僅表現(xiàn)出其完整臨床表型中的部分表型,如MS早期表現(xiàn)為臨床孤立綜合征、全身型MG早期表現(xiàn)為眼肌型。對于病程較長的患者,一些臨床受累表現(xiàn)和實驗室數(shù)據(jù)僅能從病史和病歷記錄中獲得,應重視收集這類信息并與CDE中的標準化信息進行比較以判斷其數(shù)據(jù)價值。
總之,應充分認識神經(jīng)免疫疾病的異質性以及臨床特征在病程不同階段的表現(xiàn),從其長期的變化中總結出臨床核心表型、內表型和中間表型的規(guī)律。對表型的認識較為初淺時,只能是“管中窺豹”;而在深入認識后,則有可能做到“窺一斑而知全豹”。