
前言
生物素-親和素(鏈霉親和素)系統(tǒng)因其具有的特異性高親和力和級(jí)聯(lián)放大效應(yīng),已被廣泛應(yīng)用于臨床檢驗(yàn)領(lǐng)域當(dāng)中。樣本中高濃度生物素可能會(huì)對(duì)該檢測(cè)系統(tǒng)產(chǎn)生干擾。日常的生物素?cái)z入量通常不會(huì)產(chǎn)生干擾,但是近來(lái)隨著高劑量生物素的攝入以及更高劑量生物素的治療措施,生物素對(duì)體外診斷試劑的干擾以及對(duì)臨床檢驗(yàn)造成的風(fēng)險(xiǎn)引起人們廣泛關(guān)注。由于高劑量生物素的攝入人群分布評(píng)估差異很大,因此引起的不良事件也多有報(bào)道。由于在一項(xiàng)藥物臨床實(shí)驗(yàn)中觀察到因生物素干擾引起的檢測(cè)結(jié)果不準(zhǔn)確而導(dǎo)致嚴(yán)重不良事件,F(xiàn)DA先后出臺(tái)了應(yīng)對(duì)生物素干擾的警示信息及相應(yīng)指南。IVD生產(chǎn)企業(yè)也采取不同的措施來(lái)降低生物素干擾的影響。以下從生物素-親和素系統(tǒng)、生物素干擾機(jī)制、解決干擾的方法、對(duì)監(jiān)管的思考等幾個(gè)方面對(duì)該問(wèn)題進(jìn)行探討。
生物素-親和素系統(tǒng)
生物素(biotin),又稱為維生素B7,維生素H,輔酶R,是一種水溶性維生素,分子量?jī)H有244.31Da,在細(xì)胞中作為一種重要的輔酶,參與多條代謝途徑,如糖代謝、脂肪酸合成、氨基酸代謝、糖原異生等。在體內(nèi)生物素存在結(jié)合與游離兩種形態(tài),大約12%的生物素是共價(jià)結(jié)合,7%為可逆結(jié)合,其余80%左右為游離生物素。人體需要從外界攝入生物素來(lái)滿足自身需求,通常通過(guò)膳食補(bǔ)充即可。生物素天然存在于多種食物(如蛋、肉、谷物、綠色蔬菜等)中,也可由腸道細(xì)菌合成。在復(fù)合維生素、孕期維生素以及促進(jìn)頭發(fā)、皮膚和指甲生長(zhǎng)的營(yíng)養(yǎng)品中也含有較高計(jì)量生物素。此外高劑量的生物素也可非處方用于糖尿病、脂代謝異常、生物素合成酶缺乏、羧化酶缺乏以及周圍神經(jīng)病變的醫(yī)學(xué)用途。
圖1. 生物素的結(jié)構(gòu)
親和素(avidin)是一種糖蛋白,分子量為67~68kd,每個(gè)分子由四個(gè)亞基組成,能夠與4個(gè)生物素緊密結(jié)合。Neutravidin和鏈霉親和素(streptavidin)類似,是去除糖基化的親和素,分子量小于avidin,偏中性,其保留了對(duì)生物素的高親和力,但是非特異結(jié)合特性降低。鏈霉親和素從親和素鏈霉菌(Streptomyces avidinii)中分離,因其更低的非特異性而得到廣泛應(yīng)用。
生物素-親和素系統(tǒng)(Biotin-(Strept)Avidin System,BAS)是70年代末發(fā)展起來(lái)的一種新型生物反應(yīng)放大系統(tǒng)。生物素可與大多數(shù)蛋白、酶及其他分子的氨基共價(jià)結(jié)合形成偶聯(lián)物,親和素也可通過(guò)共價(jià)鍵連接到修飾的磁珠、固相載體等介質(zhì)上,而1分子親和素可與4分子生物素以非共價(jià)鍵的形式形成高親和力的結(jié)合,并且可以耐受pH值的變化、去污劑、多次洗脫步驟、螯合劑以及其他極端反應(yīng)條件(如溫度)。生物素與親和素之間的高親和力與級(jí)聯(lián)放大效應(yīng)使BAS的免疫標(biāo)記和有關(guān)的示蹤分析更加靈敏,在不同檢測(cè)系統(tǒng)在醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。大約85%常見(jiàn)的化學(xué)發(fā)光分析儀采用了基于BAS的檢測(cè)方法。
樣本中的生物素對(duì)BAS檢測(cè)系統(tǒng)的干擾
1. 生物素干擾的機(jī)制
生物素干擾是基于BAS的檢測(cè)方法中普遍存在的問(wèn)題。采用親和素-生物素系統(tǒng)進(jìn)行免疫檢測(cè)時(shí),如果待測(cè)樣本中存在高濃度的游離生物素,將與生物素化抗體競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合親和素的結(jié)合位點(diǎn),若超過(guò)耐受的閾值,有可能影響檢測(cè)結(jié)果。
生物素干擾生物素化免疫檢測(cè)的機(jī)制因檢測(cè)原理不同而不同。生物素的干擾在競(jìng)爭(zhēng)法和夾心法中表現(xiàn)出相反的方向。當(dāng)生物樣本含有過(guò)量的生物素時(shí),生物素會(huì)與生物素化抗體或抗原競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合到鏈霉親和素包被的磁性表面,導(dǎo)致生物素化抗體或抗原的捕獲減少。過(guò)量的生物素會(huì)在夾心免疫測(cè)定中產(chǎn)生錯(cuò)誤的低結(jié)果,因?yàn)闇y(cè)定信號(hào)與分析物濃度成正比。在競(jìng)爭(zhēng)性免疫測(cè)定中,過(guò)量的生物素會(huì)導(dǎo)致結(jié)果錯(cuò)誤地升高,因?yàn)闇y(cè)定信號(hào)與分析物濃度成反比。競(jìng)爭(zhēng)法通常用于小分子的檢測(cè),如睪酮,雌二醇、皮質(zhì)醇、類固醇、T3(三碘甲狀腺原氨酸)和T4、羥基維生素D等。已有多篇文獻(xiàn)描述了生物素干擾的具體細(xì)節(jié)。
2. 生物素干擾依賴于幾個(gè)因素:免疫檢測(cè)試劑的組成及檢測(cè)原理、患者服用生物素的劑量,樣本中生物素的濃度,以及從最后一次服用生物素到樣本采集的時(shí)間間隔等。
外源過(guò)量生物素不太會(huì)對(duì)不采用生物素和鏈霉親和素系統(tǒng)的檢測(cè)方法產(chǎn)生干擾,對(duì)于采用生物素-親和素系統(tǒng)的檢測(cè)試劑則需要充分評(píng)估生物素可能產(chǎn)生的干擾。
每日攝入的生物素在不同年齡與狀態(tài)的人群中參考量不同。美國(guó)推薦的生物素?cái)z入量不同人群有所不同,總體在5~35μg/d的范圍。中國(guó)居民膳食生物素參考攝入量AI適宜攝入量)值為5~50 μg/d。
高劑量的攝入生物素有可能使人體樣本中的生物素超過(guò)檢測(cè)試劑的閾值從而干擾檢測(cè)結(jié)果。以美甲、護(hù)膚、美發(fā)為目的生物素?cái)z入可高達(dá)1250~2500μg/d,而多發(fā)性硬化癥患者服用高達(dá)300mg/d的生物素,其他一些生物素缺乏的相關(guān)罕見(jiàn)病每日服用的生物素劑量也達(dá)到10~40mg。
血液中的生物素濃度及代謝動(dòng)力學(xué)不同研究有不同結(jié)果。30 μg/日的生物素?cái)z入量,正常循環(huán)濃度通常為 0.1 至 0.8 ng/mL。生物素在攝入后迅速吸收,并在 1 至 2 小時(shí)內(nèi)達(dá)到血漿濃度峰值。口服 10 mg 劑量,相當(dāng)于非處方藥中的一些最高劑量,導(dǎo)致血漿峰濃度范圍為 55 至 140 ng/mL (225~573 nmol/L)。而口服劑量100mg 導(dǎo)致血漿峰濃度范圍為 375 至 450 ng/mL (1535~1842 nmol/L)。多發(fā)性硬化癥患者口服生物素300mg/d,可導(dǎo)致血漿/血清生物素水平大于1000ng/mL。當(dāng)每日攝入500mg生物素,會(huì)導(dǎo)致血液中的生物素濃度非常高,從而干擾檢測(cè)結(jié)果。
不同試劑受到生物素干擾的程度也不同,生物素干擾水平從31.35 ~1000 ng/mL( 0.13~4.09 μM)不等。
生物素積累效應(yīng)也確實(shí)存在。研究結(jié)果顯示,每天連續(xù)給藥到第 7 天的循環(huán)濃度是 第 1 天同一時(shí)間點(diǎn)的兩倍。研究數(shù)據(jù)表明持續(xù)攝入生物素 3 天后可達(dá)到穩(wěn)態(tài)濃度。
此外攝入的生物素濃度不同,血液中的清除半衰期也不同,血漿生物素的半衰期為110分鐘,理論上5.5個(gè)半衰期(大約9小時(shí))可以從血循環(huán)中清除。低濃度的生物素從健康個(gè)體的循環(huán)中迅速清除,消除半衰期約為 2 小時(shí),而高劑量實(shí)驗(yàn)表明半衰期長(zhǎng)達(dá) 18.8 小時(shí)。一項(xiàng)針對(duì)表觀健康個(gè)體的藥代動(dòng)力學(xué)研究表明,口服生物素劑量為1、5、10、100 和 300 毫克的生物素之后,分別在1、5.5、20、108 和 146 小時(shí)后,血液濃度預(yù)計(jì)會(huì)降至 20 ng/mL (81.9 nmol/L) 以下。但是生物素的清除還受到腎功能的影響。文獻(xiàn)報(bào)道中血漿的中生物素濃度僅是游離生物素,而實(shí)際上生物素與蛋白存在著可逆的結(jié)合。
目前沒(méi)有充分證據(jù)來(lái)明確服用生物素后多長(zhǎng)時(shí)間再檢測(cè)會(huì)消除生物素干擾對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響。
越來(lái)越多的文獻(xiàn)表明在促甲狀腺激素 (TSH) 、甲狀腺素等甲狀腺功能檢測(cè)、甲狀旁腺激素 (PTH)、促腎上腺皮質(zhì)激素、催乳素、睪酮、皮質(zhì)醇等內(nèi)分泌檢測(cè)、腫瘤標(biāo)志物、心臟功能性標(biāo)志物等檢測(cè)中均不同程度收到生物素的干擾。在許多此類案例研究中,當(dāng)患者停止服用生物素時(shí),受影響的實(shí)驗(yàn)室結(jié)果發(fā)生顯著變化證實(shí)了生物素干擾的存在。
降低生物素干擾的方法
1. 系列稀釋樣本再進(jìn)行檢測(cè)。
2. 換一個(gè)對(duì)生物素不敏感的檢測(cè)方法進(jìn)行檢測(cè),如液相質(zhì)譜法等,而質(zhì)譜法通常需要送到參考實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行檢測(cè)。
3. 待生物素在體內(nèi)清除后再重復(fù)檢測(cè),但是該方法現(xiàn)實(shí)中不易執(zhí)行,患者通常意識(shí)不到生物素可能會(huì)產(chǎn)生干擾。所需的時(shí)間與服用的生物素劑量,腎功能等多種因素有關(guān), 短則2小時(shí)可清除低劑量的生物素,長(zhǎng)則可需15天(如甲狀腺功能檢測(cè)試劑)甚至數(shù)月才能清除。對(duì)于多發(fā)性硬化癥或其他生物素缺乏相關(guān)疾病的人群來(lái)說(shuō)延長(zhǎng)時(shí)間重新檢測(cè)不太適用。
4. 清除游離生物素后再進(jìn)行檢測(cè)。樣本中的生物素可以通過(guò)包被有親和素/鏈霉親和素的固相介質(zhì)上(如磁珠、瓊脂微珠、硅化微珠等),與樣本混合孵育后去除親和素-親和素復(fù)合物。結(jié)合鏈霉親和素的多聚物可以預(yù)裝到小的注射器中,方便加載含生物素的樣本。需要注意的是清除方案需要全面評(píng)估后才能應(yīng)用。盡管經(jīng)過(guò)生物素清除后的檢測(cè)結(jié)果不能報(bào)告,但是可以提醒干擾的存在,讓患者避免攝入生物素后一定時(shí)間再次取樣進(jìn)行檢測(cè)。也可設(shè)計(jì)其他特異的生物素清除劑來(lái)減少樣本中的游離生物素。
5. 通過(guò)臨床一致性進(jìn)行驗(yàn)證。
對(duì)于企業(yè)而言,開(kāi)發(fā)不受生物素干擾的體系需要改變?cè)噭┑慕M成、進(jìn)行充分的性能驗(yàn)證、并且獲得監(jiān)管機(jī)構(gòu)的批準(zhǔn)。
對(duì)于醫(yī)療結(jié)構(gòu)與患者,均應(yīng)當(dāng)意識(shí)到樣本中高劑量的生物素可能產(chǎn)生干擾,從而避免誤診或者采取錯(cuò)誤的治療措施。
須注意的是生物素僅僅是可能產(chǎn)生干擾的一個(gè)因素之一。對(duì)于檢測(cè)結(jié)果的干擾,可能是由多個(gè)影響因素共同起作用,例如嗜異性抗體(如HAMA,HAAA)等,其他常見(jiàn)內(nèi)源性干擾物質(zhì)(如溶血、高血脂、高膽紅素等)等。因此需要更全面的進(jìn)行分析,結(jié)合臨床表型以及其他驗(yàn)證方法對(duì)結(jié)果進(jìn)行綜合判斷。
監(jiān)管思考
對(duì)于以生物素-親和素系統(tǒng)為基本原理的IVD試劑,樣本中生物素對(duì)檢測(cè)系統(tǒng)的干擾性是在產(chǎn)品設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)中就需要考慮的問(wèn)題。對(duì)于生物素干擾性的研究,EP37(2018年)文件中顯示生物素的最高藥物濃度為1.17E-01mg/dL (1.17ng/mL), 建議的檢測(cè)濃度為3.51ng/mL。按照FDA的推薦劑量攝入30μg/d生物素通常不會(huì)對(duì)3.51ng/mL的閾值的產(chǎn)品產(chǎn)生生物素干擾。但是隨著生物素?cái)z入量的增加以及不良反應(yīng)的不斷報(bào)道,F(xiàn)DA先后發(fā)布警示信以及相關(guān)指南對(duì)生物素干擾進(jìn)行監(jiān)管,將需要研究的生物素最高濃度設(shè)定到3500ng/mL。
部分企業(yè)已經(jīng)在陸續(xù)按照指南要求對(duì)各自的相關(guān)產(chǎn)品進(jìn)行生物素干擾評(píng)估,并采取不同的措施提高產(chǎn)品抗生物素干擾性能,使其能夠耐受高濃度的生物素干擾,如在說(shuō)明書增加警示信息注明相關(guān)風(fēng)險(xiǎn),或者優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)、優(yōu)化檢測(cè)流程等。對(duì)于此類變更注冊(cè)的申請(qǐng),需要綜合考慮產(chǎn)品發(fā)生的具體變化及其對(duì)產(chǎn)品性能的影響,通過(guò)充分的性能驗(yàn)證保證變更后產(chǎn)品的安全有效。
參考文獻(xiàn):
[1] Dietary Reference IntakesThe Essential Guide to Nutrient Requirements(2006) . https://nal.usda.gov/sites/default/files/fnic_uploads/DRIEssentialGuideNutReq.pdf
[2] 中華人民共和國(guó)國(guó)家衛(wèi)生健康委員會(huì).WS/T 578.5-2018.中國(guó)居民膳食營(yíng)養(yǎng)素參考攝入量 第5 部分:水溶性維生素(發(fā)布稿)[S]. 北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2018.
[3] Bowen R, Benavides R, Colón-Franco JM, et al. Best practices in mitigating the risk of biotin interference with laboratory testing [J]. Clinical biochemistry, 2019,74(1-11.
[4] Li D, Ferguson A, Cervinski MA, et al. AACC guidance document on biotin interference in laboratory tests [J]. The journal of applied laboratory medicine, 2020,5(3):575-587.
[5] Luong JHT, Vashist SK. Chemistry of biotin-streptavidin and the growing concern of an emerging biotin interference in clinical immunoassays [J]. ACS omega, 2020,5(1):10-18.
[6] Rodrigo J, Bullock H, Mumma BE, et al. The prevalence of elevated biotin in patient cohorts presenting for routine endocrinology, sepsis, and infectious disease testing [J]. Clinical biochemistry, 2022,99(118-121.
[7] Samarasinghe S, Meah F, Singh V, et al. Biotin interference with routine clinical immunoassays: Understand the causes and mitigate the risks [J]. Endocrine practice : official journal of the American College of Endocrinology and the American Association of Clinical Endocrinologists, 2017,23(8):989-998.
[8] FDA. UPDATE: The FDA Warns that Biotin May Interfere with Lab Tests: FDA Safety Communication. https://www.fda.gov/medical-devices/safety-communications/update-fda-warns-biotin-may-interfere-lab-tests-fda-safety-communication
[9] FDA. Biotin Interference with Troponin Lab Tests - Assays Subject to Biotin Interference. https://www.fda.gov/medical-devices/in-vitro-diagnostics/biotin-interference-troponin-lab-tests-assays-subject-biotin-interference
[10] FDA. Testing for Biotin Interference in In Vitro Diagnostic Devices https://www.fda.gov/media/127915/download
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