A study on the usefulness of serological tuberculosis diagnosis

Abstract

Background: Tuberculosis remains a major public health problem. Conventional tests are inadequate to distinguish between active tuberculosis (ATB) and latent tuberculosis infection (LTBI). Serological tests offer the potential to improve diagnosis of tuberculosis (TB). This study aimed to investigate new biomarkers in the diagnosis of TB. Methods: Antibody responses to Mycobacterium tuberculosis antigens (Mycobacterium tuberculosis chorismate mutase (TBCM), antigen 85B (Ag85B), early secreted antigen‐6 (ESAT-6), and culture filtrate protein‐10 (CFP-10)) and macrophage migration inhibitory factor (MIF) were measured in groups of 65 ATB, 53 LTBI, and 62 non-infected (NI) individuals. Enzyme-linked immunosorbent assay was used to measure levels of IgG and IgA from sera of study participants. The QuantiFERON-TB Gold In-Tube assay was used to diagnose LTBI. Results: IgG levels against TBCM were significantly higher in LTBI than NI subjects. IgG and IgA levels against Ag85B and IgG levels against CFP-10 were significantly higher in ATB, followed by LTBI, and then NI. When the ATB group was subdivided, IgG levels against Ag85B and CFP-10 were significantly higher in each subgroup compared with those in LTBI and NI groups. Positive correlation trends between interferon-gamma (IFN-γ) and IgG levels against Ag85B, TBCM, and CFP-10 and IgA levels against Ag85B in LTBI and NI subjects were observed. Age- and sex-adjusted models showed that IgG against TBCM and CFP-10 was independently related to LTBI diagnosis, and IgG against Ag85B was independently related to the diagnosis of ATB and could distinguish between LTBI and ATB. The level of IgA against MIF was significantly lower in LTBI and ATB patients than in NI individuals and was significantly related to LTBI diagnosis, ATB, and the discrimination between LTBI and ATB. The level of IgG against MIF was significantly lower in LTBI patients than in NI individuals and was significantly related to LTBI diagnosis. Levels of IgA against MIF were significantly lower in AFB-negative TB, minimal TB, and new patients of the ATB group than in the NI group. Both IgA and IgG levels against MIF showed significant negative correlations with IFN-γ levels induced in QFT-GIT test. Conclusion: Overall, IgG antibody responses to TBCM, Ag85B, and CFP-10 can discriminate among ATB, LTBI, and NI groups. Also, results suggest the possibility of using IgA antibody responses to MIF in the diagnosis of LTBI and ATB.

배경: 공공 보건의 중대한 문제인 결핵을 효과적으로 관리하기 위해서는 조기 진단이 필수적이지만, 기존 검사법들은 검사 시간, 비용, 정확성 및 재현성을 포함한 많은 제한점이 있다. 혈청학적 검사는 기존 방법의 한계를 개선할 수 있는 잠재력을 제공하므로, 본 연구에서는 혈청학적 결핵 진단에 유용한 새로운 지표들을 개발하고자 하였다. 방법: 결핵균 항원 (TBCM, Ag85B, ESAT-6, CFP-10) 및 대식세포이동저지인자 (macrophage migration inhibitory factor, MIF)에 대한 항체 반응을 65 명의 활동성 결핵, 53 명의 잠복 결핵 및 62 명의 비감염 군에서 측정하였다. 효소결합면역흡착검사를 사용하여 연구 참가자의 혈청에서 IgG 및 IgA 수준을 측정하였다. 잠복 결핵 진단에는 QuantiFERON-TB Gold In-Tube 검사를 사용하였다. 결과: TBCM에 대한 IgG 수준은 비감염군에 비해 잠복 결핵군에서 유의하게 높았다. Ag85B에 대한 IgG 및 IgA 수준과 CFP-10에 대한 IgG 수준은 활동성 결핵 군에서 가장 높았고, 다음으로 잠복 결핵, 비감염군 순이었다. 활동성 결핵군을 객담 항산균 도말 검사 결과, 영상학적 중증도 및 결핵 치료 과거력에 따라 세분화하였을 때, Ag85B 및 CFP-10에 대한 IgG 수준은 잠복 결핵군 및 비감염군에 비하여 활동성 결핵군의 각 하위 군에서 유의하게 높았다. Ag85B, TBCM 및 CFP-10에 대한 IgG 수준과 Ag85B에 대한 IgA 수준은 잠복 결핵 및 비감염군에서 IFN-γ 수준과 유의한 양의 상관 관계를 보였다. 연령 및 성별을 보정한 모델에서 TBCM 및 CFP-10에 대한 IgG는 잠복 결핵 진단과 독립적으로 유의한 연관성을 보였으며, Ag85B에 대한 IgG는 활동성 결핵 진단 및 잠복결핵과 활동성 결핵의 감별진단과 독립적인 연관성을 보였다. MIF에 대한 IgA 수준은 비감염군보다 잠복 결핵 및 활동성 결핵군에서 유의하게 낮았으며, 잠복 결핵 진단, 활동성 결핵 진단 및 잠복결핵과 활동성 결핵의 감별진단과 유의한 연관성을 보였다. MIF에 대한 IgG 수준은 비감염군보다 잠복 결핵군에서 유의하게 낮았으며 잠복 결핵 진단과 유의한 연관성이 있었다. MIF에 대한 IgA 수준은 항산균 도말 음성 활동성 결핵, 영상학적 경증 활동성 결핵 및 결핵 신환자에서 각각 비감염군에 비하여 유의하게 낮았다. MIF에 대한 IgA 및 IgG 수준은 IFN-γ 수준과 유의한 음의 상관 관계를 나타내었다. 결론: TBCM, Ag85B 및 CFP-10에 대한 IgG 항체 반응은 활동성 결핵, 잠복 결핵 및 비감염 군을 유의하게 구분하였으며, MIF에 대한 IgA 항체 반응은 잠복 결핵 및 활동성 결핵의 진단과 유의한 연관성을 보여 결핵의 새로운 혈청학적 진단법 개발을 위한 활용 가능성을 보여준다.