肝棘球蚴病诊断标志物血液免疫球蛋白G唾液酸及产品

技术领域

本发明属于生物医学技术领域，具体涉及肝棘球蚴病诊断标志物及产品。

背景技术

棘球蚴病（又名包虫病，echinococcosis）是一种人畜共患寄生虫病，其对人体危害最为严重的是由细粒棘球蚴和多房棘球蚴引起的囊型棘球蚴病( cysticechinococcosis，CE)和泡型棘球蚴病( alveolar echinococcosis，AE)。肝脏是棘球蚴病发病率最高的器官，患者早期无临床症状，大多数患者在肝棘球蚴病筛查中才被发现，严重影响牧区人民的身体健康；在影像学诊断泡型肝棘球蚴病时，易与肝癌混淆，发生误诊。因此，针对肝棘球蚴病的早期诊断和鉴别，急需发现一类高灵敏、高特异性的诊断分子标志物。

糖基化是生物体中广泛存在的一种复杂的翻译后修饰(PTM)，对蛋白质的化学和生物学特性有着重要的影响。血清免疫球蛋白G唾液酸（IgG）是可溶性血清糖蛋白，约占外周血免疫球蛋白总量的75%，其Fc(结晶段)和Fab(抗原结合段)均可含有保守的N-糖基化修饰。根据免疫球蛋白IgG 糖基化位点和糖基化形式不同, 其免疫学特征显著不同。因此IgG糖基化修饰与疾病的发生发展密切相关，是一种潜在的且具有较高临床应用价值的生物标志物，可应用于辅助相关疾病的诊断及预后评价。在人类糖蛋白上，唾液酸是一种酸性9碳糖家族，参与多种重要的生物学功能，例如介导细胞间的信息传导、参与细胞间的黏附、免疫应答和免疫逃逸等。已有文献报告，唾液酸与细胞代谢异常密切相关，在肿瘤发生中，唾液酸转氨酶和神经氨酸表达水平的变化，使得唾液酸位点的占有率发生变化。在健康人体中，大约有10-15%的血清IgG含有唾液酸，其中单唾液酸含量占主要部分。IgG的唾液酸化修饰具有抗炎作用，但是，针对血清IgG唾液酸在棘球蚴病中的应用研究还未涉及。

本领域技术人员针对肝棘球蚴病的早期诊断和鉴别，提供血液IgG唾液酸生物标志物，用于肝棘球蚴病筛查，实现肝棘球蚴病的早期干预治疗；同时实现泡型肝棘球蚴病与肝癌的鉴别诊断。

发明内容

本发明的目的是针对肝棘球蚴病诊断标志物敏感性和特异性的不足，提供一种高特异性、高灵敏性和高准确性鉴别诊断肝棘球蚴病（囊型和泡型）的生物标志物血液IgG唾液酸以及产品，用于区分肝棘球蚴病（囊型和泡型）与健康对照以及泡型肝棘球蚴病与肝癌患者的鉴别诊断，以改变肝棘球蚴病诊断的现状。

本发明首先提供一种对肝棘球蚴病（囊型和泡型）进行诊断的标志物，具体为血液IgG唾液酸，包括单唾液酸、双唾液酸和总唾液酸；其中；

单唾液酸包括：

HexNAc(4)Hex(4)Fuc(1)NeuAc(1)，HexNAc(4)Hex(5) NeuAc(1), HexNAc(5)Hex(5)NeuAc(1), HexNAc(4)Hex(5)Fuc(1)NeuAc(1), HexNAc(5)Hex(5)Fuc(1)NeuAc(1)；

双唾液酸包括：

HexNAc(4)Hex(5)NeuAc(2)，HexNAc(5)Hex(5)NeuAc(2), HexNAc(5)Hex(5)Fuc(1)NeuAc(2), HexNAc(4)Hex(5)Fuc(1)NeuAc(2)；

总唾液酸即单唾液酸和双唾液酸总和；

HexNAc代表N-乙酰葡糖胺，Hex代表六碳糖（高甘露糖或半乳糖），Fuc代表岩藻糖，NeuAc代表唾液酸。

本发明实验证明上述生物标志物对肝棘球蚴病（囊型和泡型）的鉴别诊断具有高特异性、高灵敏性和高准确性，在临床上具有重要意义。

本发明还进一步提供用于对肝棘球蚴病（囊型和泡型）进行诊断及其泡型肝棘球蚴病与肝癌进行区分鉴别的产品，所述产品可为例如试剂盒、设备、可操作系统和/或它们的组合，所述产品包括：

（A）用于测定血液免疫球蛋白G唾液酸表面双天线复杂型N糖链的唾液酸化程度的试剂、仪器和/或系统，其用于测定IgG表面末端单唾液酸、双唾液酸和总唾液酸；

例如，用于选自下组的一种或多种方法的试剂、仪器和/或系统：基质辅助激光解析飞行时间质谱法（MALDI-MS）、快原子轰击质谱法（FAB-MS）、电喷雾质谱法（ES-MS）；液相色谱法；超高效液相色谱法；液相色谱-质谱联用法、糖芯片技术；微流控技术；酶联免疫吸附测定；液相芯片技术；核磁共振NMR，优选超高效液相色谱法；

（B）用于计算单唾液酸，双唾液酸、总唾液酸的模块和/或处理器；

（C）可选的，用于根据唾液酸标志物判断区分肝棘球蚴病（囊型和泡型）与健康对照以及泡型肝棘球蚴病与肝癌患者的鉴别的模块和/或处理器。

在一些实施方式中，所述产品还包括选自下组中的一种或多种：

（a）用于采集和/或处理对象血液样品的试剂和/或仪器；

（b）用于采集和/或纯化对象血清和/或血浆样品的试剂和/或仪器；

（c）用于采集和/或纯化对象血清和/或血浆IgG的试剂和/或仪器；

（d）用于分离、纯化和/或富集血清/血浆IgG表面N-糖链的试剂和/或仪器，

例如，选自下组的分离纯化N糖链方法的试剂和/或仪器：HILIC萃取法（优选采用水活化ZIC-HILIC填料，采用乙腈:水:三氟乙酸=80:19.9:0.1平衡ZIC-HILIC填料，采用乙腈:水:三氟乙酸=10:89.95:0.05的混合溶剂洗脱糖链）、多孔石墨化碳PGC固定萃取法、多糖纯化柱、凝集素亲合法、毛细管电泳、高效液相色谱；

（e）用于标记（如荧光标记）IgG表面N-糖链的试剂和/或仪器；

（f）用于存储和/或处理对象血液免疫球蛋白G唾液酸表面双天线复杂型N糖链的唾液酸的数据库、模块和/或处理器；

（g）用于根据血液免疫球蛋白G唾液酸表面双天线复杂型N糖链的唾液酸判断肝棘球蚴病（囊型和泡型）以及鉴别泡型肝棘球蚴病与肝癌患者的模块和/或处理器；

（h）用于提供检测结果和/或报告的模块和/或处理器；

在一些实施方式中，所述方法用于如上所述的用途，包括如下所述相应步骤：

（ⅰ）用于肝棘球蚴病（囊型和泡型）诊断：当IgG唾液酸低于预先设定的范围（例如5%～50%或该范围内的任意点或子范围），则确定该受试者存在肝棘球蚴病（囊型和泡型）的可能性；

（ⅱ）用于囊型肝棘球蚴病与泡型肝棘球蚴病的鉴别诊断：当IgG唾液酸低于囊型肝棘球蚴病预先血清IgG唾液酸的范围（例如5%～50%或该范围内的任意点或子范围），则确定该受试者存在泡型肝棘球蚴病的可能性；

（ⅲ）用于泡型肝棘球蚴病与肝癌的鉴别诊断：当IgG唾液酸低于肝癌组预先设定血清IgG唾液酸的范围（例如5%～50%或该范围内的任意点或子范围），则确定该受试者存在泡型肝棘球蚴病的可能性；

本发明中的一些实施方式中，可采集的血液样本为常规方法分离和保存的全血、血清和/或血浆，优选血清；所述对象是哺乳动物，优选人、猴、狗、马、牛、羊、猪、鼠、兔等。

在本发明的一些实施方式中，所述标志物和应用包括如下步骤的检测方法中：

用IgG亲和纯化柱从对象血液样品中分离和/或纯化血清IgG，优选采用与纯化柱配套的平衡缓冲液、结合缓冲液和洗脱缓冲液；

用糖苷酶酶切处理IgG的N糖链，优选采用PNGaseF；

用两性离子型亲水相互作用（ZIC-HILIC）填料纯化N糖链，优选采用纯水活化ZIC-HILIC填料，采用乙腈:水:三氟乙酸=80:19.9:0.1平衡ZIC-HILIC填料，采用乙腈:水:三氟乙酸=10:89.95:0.05的混合溶剂洗脱糖链；

采用液相色谱法定量分析N糖链中的单唾液酸、双唾液酸和总唾液酸；

基于对象血清IgG唾液酸判断该受试者是否患有肝棘球蚴病（囊型和泡型）（含二者鉴别诊断）以及鉴别泡型肝棘球蚴病患者与肝癌患者。

本发明实现了在肝棘球蚴病（囊型和泡型）（含二者鉴别诊断）以及鉴别泡型肝棘球蚴病患者与肝癌患者之间血清IgG中唾液酸生物标志物的确定以及对前述技术方案和技术特征及性能任意组合而不脱离本发明的构思和保护范围。

本发明的有益效果为：本发明为肝棘球蚴病（囊型和泡型）的血液诊断（含二者鉴别诊断）以及泡型肝棘球蚴病与肝癌的鉴别提供了血清IgG唾液酸生物标志物，这些潜在生物标志物可以提升临床诊断能力，有助于改变肝棘球蚴病的诊断现状，对肝棘球蚴病的早发现、早治疗具有重要的临床价值。

具体而言，本发明进行了如下测试并得出相应的结论：

（1）对98例囊型肝棘球蚴病患者样本进行检测，证明了IgG唾液酸标志物对囊型肝棘球蚴病的敏感性筛查具有高特异性、灵敏性和准确性；

（2）对29例泡型肝棘球蚴病患者样本进行检测，证明了IgG唾液酸标志物对泡型肝棘球蚴病的敏感性筛查具有高特异性、灵敏性和准确性；

（3）对98例囊型肝棘球蚴病患者和29例泡型肝棘球蚴病患者样本进行检测，证明了IgG唾液酸标志物对囊型和泡型肝棘球蚴病鉴别诊断具有高特异性、灵敏性和准确性；

（4）对29例泡型肝棘球蚴病患者和30例肝癌患者样本进行检测，证明了IgG唾液酸标志物对泡型肝棘球蚴病和肝癌鉴别诊断具有高特异性、灵敏性和准确性；

本发明具有如下优点：

（1）适用于多种囊型和泡型肝棘球蚴病的诊断以及鉴别；

（2）可对超声影像学诊断混淆的泡型肝棘球蚴病和肝癌进行鉴别诊断；

（3）检测便捷，耗时短；针对单个样本检测重复性好；可进行高通量检测。

附图说明

图1：血清IgG唾液酸超高压液相色谱图。

图2：肝棘球蚴病（囊型和泡型）患者血清IgG唾液酸诊断的ROC曲线。

图3：泡型肝棘球蚴病患者与肝癌患者血清IgG唾液酸鉴别的ROC曲线。

具体实施方式

下面将结合具体的实施例对本发明作进一步的详细说明，以使本领域的技术人员更加清楚地理解本发明。但以下内容不应理解为是对本发明的权利要求书请求保护范围的限制。

实施例1

采用含有IgG唾液酸标志物筛查方法检测了98例囊型肝棘球蚴病患者、29例泡型肝棘球蚴病患者、30例肝癌患者和22例健康对照血清中IgG N糖链，通过IgG唾液酸（单唾液酸、双唾液酸和总唾液酸）含量的比对和分析，最终确定了具有一定区分能力的IgG唾液酸（单唾液酸、双唾液酸和总唾液酸）标志物。

实施例中所使用的化学试剂和溶剂均为分析纯。

（一）病例样本情况

（1）2014～2016年间棘球蚴病患者127例，其中包括98例囊型肝棘球蚴病患者（CE）和29例泡型肝棘球蚴病患者（AE）均经超声病理影像和验证血清学检测确诊。

（2）30例肝癌患者，均经病理，CT和肿瘤标志物检测确诊。

（3）健康体检者22例，均无肿瘤及近期炎症，同时EB病毒和吸虫病均为阴性的体检健康者。

（二）实验操作步骤

（1）纯化血清IgG：使用Thermo Fisher Scientific Protein A spin plate进行高通量IgG纯化，具体流程如下：

a, 室温下96孔纯化富集板分别在洗脱溶液和结合溶液中分别平衡30分钟后，500g转速离心2分钟；重复操作1～2次；

b, 混合50ul血清与100ul结合溶液后，转移至96孔纯化富集板，室温孵育60分钟；结合IgG后的富集板先在500g转速离心2分钟，收集样品溶液，重复上样1～2次；

c，最后将富集板放在收集板上，每孔加入300ul结合溶液进行清洗，500g离心2分钟，重复本步骤3次；

d，收集板中加入20ul平衡缓冲液，将富集板放在新的收集板上，并在每个孔中加入200ul洗脱溶液，孵育5分钟，500g转速离心2分钟，收集纯化后的IgG蛋白，并用BCA试剂盒检测样本浓度。

（2）N糖链的分离和纯化

a, 采用糖苷酶处理，从IgG中分离出N糖链。将纯化后的IgG样本与PNGaseF酶按（1：1000， m/m）进行混合，37℃下酶解12～24小时；

b，用纯水活化含ZIC-HILIC填料的96孔板后，再用含0.1%三氟乙酸的80%乙腈水溶液平衡含ZIC-HILIC填料的96孔板10分钟，将上述酶解获得IgG N糖链转移至96孔板中孵育1小时；经0.1%三氟乙酸的80%乙腈水溶液清洗3次后，最终用含0.05%三氟乙酸的10%乙腈水溶液洗脱糖链2次并收集洗脱液。

（3）荧光标记N糖链

将上述糖链样品溶于二甲亚砜和冰醋酸的7:3 (v/v)混合溶液，并向其中快速加入50μL5mM 2-氨基苯甲酰胺和10mM氰基硼氢化钠，涡旋均匀；在65℃反应2 h后，加入50 μL水终止标记反应，离心10分钟，纯化后的衍生化糖链干燥后进行超高效液相分析。

（4）荧光标记N糖链的超高效液相定量分析

仪器及参数设置：Waters Acquity UPLC （H-Class）系统，色谱柱（ACQUITY UPLCBEH Amide, 2.1×100mm,1.7um, Waters），流动相A为100mM甲酸铵水溶液（pH=4.4），流动相B为乙腈；梯度洗脱程序：0-30min，75%-62%B，流速0.4mL/min；荧光激发和发射波长分别为330nm和420nm。

（5）数据分析

采用Empower 3软件进行数据收集和处理，使用传统积分自动化方法，手动校正每张谱图，保证所有样品具有相同的积分区间，检测峰信噪比>10。各色谱峰对应总积分面积的百分比进行相对含量表示，IgG唾液酸对应峰根据前期液相色谱-质谱联用方式确认。所有数据采用SPSS 25进行数据统计分析。

（三）实验结果

（1）血清IgG N糖链的色谱峰见图1，其中单唾液酸化糖链5种，分别是HexNAc(4)Hex(4)Fuc(1)NeuAc(1) （17.79min），HexNAc(4)Hex(5) NeuAc(1) （19.02min）, HexNAc(5)Hex(5)NeuAc(1) （19.90min）, HexNAc(4)Hex(5)Fuc(1)NeuAc(1) （20.27min）,HexNAc(5)Hex(5)Fuc(1)NeuAc(1) （21.13min）；双唾液酸化糖链4种，分别是HexNAc(4)Hex(5)NeuAc(2) （22.70min），HexNAc(5)Hex(5)NeuAc(2) （23.28min）, HexNAc(5)Hex(5)Fuc(1)NeuAc(2) （23.78min）, HexNAc(4)Hex(5)Fuc(1)NeuAc(2) （24.26min）。唾液酸含量见表1。

表1. 各组血清IgG唾液酸含量

（2）血清IgG唾液酸对肝棘球蚴病（囊型和泡型）组和正常健康组的区分

采用血清IgG唾液酸分析囊型肝棘球蚴病组和正常健康组区分情况：囊型肝棘球蚴病组IgG唾液酸低于正常健康组范围（例如5%～50%或该范围内的任意点或子范围），则确定该受试者存在囊型肝棘球蚴病的可能性；受试者工作特征曲线（ROC）的分析结果表明IgG唾液酸AUC为0.722（95%CI：0.6063-0.8371），灵敏度为75.5%，特异性为86.4%（参见图2）。结果表明，血清IgG唾液酸能够很好的区分囊型肝棘球蚴病组和健康组，该类型标志物可以用于囊型肝棘球蚴病的诊断。

采用血清IgG唾液酸分析泡型肝棘球蚴病组和正常健康组区分情况：泡型肝棘球蚴病组IgG唾液酸低于正常健康组范围（例如5%～50%或该范围内的任意点或子范围），则确定该受试者存在泡型肝棘球蚴病的可能性；受试者工作特征曲线（ROC）的分析结果表明IgG唾液酸AUC为0.926（95%CI：0.856-0.996），具有更高的灵敏度96.5%和特异性95.45%（参见图2）。结果表明，血清IgG唾液酸能够很好的区分泡型肝棘球蚴病组和健康组，该类型标志物可以用于泡型肝棘球蚴病的诊断。

采用血清IgG唾液酸分析囊型肝棘球蚴病组和泡型肝棘球蚴病组区分情况：泡型肝棘球蚴病组IgG唾液酸低于囊型肝棘球蚴病组范围（例如5%～50%或该范围内的任意点或子范围），则确定该受试者存在泡型肝棘球蚴病的可能性；受试者工作特征曲线（ROC）的分析结果表明IgG唾液酸AUC为0.829（95%CI：0.738-0.921），灵敏度和特异性分别为82.7%和87.7%（参见图2）。结果表明，血清IgG唾液酸能够很好的区分囊型肝棘球蚴病组和泡型肝棘球蚴病组，该类型标志物可以用于囊型肝棘球蚴病和泡型肝棘球蚴病的鉴别诊断。

（3）血清IgG唾液酸对泡型肝棘球蚴病组和肝癌组的区分

采用血清IgG唾液酸分析泡型肝棘球蚴病组和肝癌组区分情况：泡型肝棘球蚴病组IgG唾液酸低于肝癌组范围（例如总唾液酸在泡型肝棘球蚴病组中的平均含量为12.27±3.65%，而在肝癌组中的含量为18.37±3.69%。），则确定该受试者存在泡型肝棘球蚴病的可能性；受试者工作特征曲线（ROC）的分析结果表明IgG唾液酸AUC为0.881（95%CI：0.7934-0.9625），灵敏度为86.7%，特异性为93.1%（参见图3）。结果表明，血清IgG唾液酸能够很好的区分泡型肝棘球蚴病组和肝癌组，该类型标志物可以用于超声影像学混淆的泡型肝棘球蚴病和肝癌的鉴别诊断。