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. 2020 Jan 22;18:eAO5132. doi: 10.31744/einstein_journal/2020AO5132
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Comparison between enzyme-linked immunosorbent assay and indirect immunofluorescence for detection of antineutrophil cytoplasmic antibodies

Julia Miranda Menezes 1, Raissa Rossener 1, Ana Paula Marques Aguirra da Silva 2, Silvia Sanches Rodrigues 2, Cristóvão Luis Pitangueira Mangueira 2
PMCID: PMC6980292  PMID: 31994608

ABSTRACT

Objective

To evaluate the performance of enzyme-linked immunosorbent assay and indirect immunofluorescence methods for the detection of antineutrophil cytoplasmic antibodies in a routine clinical laboratory setting.

Methods

A total of 227 samples were tested by indirect immunofluorescence and enzyme-linked immunosorbent assay with antigen specificity for antiproteinase 3 and antimyeloperoxidase. The proportions of positive samples were compared by McNemar hypotheses and agreement was described by Cohen’s Kappa coefficient.

Results

The agreement of the tests was 96.5%, and the Kappa coefficient obtained was 0.70 (95%CI: 0.50-0.90; p<0.001). Considering indirect immunofluorescence as the gold standard, the sensitivity of the enzyme-linked immunosorbent assay was 0.62 and the specificity was 0.99, with diagnostic accuracy in 96% of cases. Some samples were negative in enzyme-linked immunosorbent assay and positive in indirect immunofluorescence. This situation occurred in all immunofluorescence patterns, but particularly in atypical patterns. Two samples with antiproteinase 3 positivity were considered negative in indirect immunofluorescence.

Conclusion

The enzyme-linked immunosorbent assay had high specificity but lower sensitivity. The performance of indirect immunofluorescence increases diagnostic sensitivity, while the search for antiproteinase 3 by enzyme-linked immunosorbent assay may also add diagnostic power.

Keywords: Autoimmune diseases; Autoantibodies; Antibodies, antineutrophil cytoplasmic; Enzyme-linked immunosorbent assay; Fluorescent antibody technique, indirect

INTRODUCTION

The detection and characterization of autoantibodies in serum is a critical part of the clinical diagnosis of several autoimmune diseases. However, reference clinical laboratories permanently face the dilemma of choosing among the different methods available, which can be used for screening or confirmation, alone or combined. These commercial tests differ in terms of the nature of the substrate, conditions for the action of antibodies, and mode of detection of markers, which can affect their sensitivity and specificity. For this reason, there is considerable variability in their performance, with conspicuous differences such as, for example, when comparing the enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) and indirect immunofluorescence (IIF), which can interfere in clinical decision-making.1

The group of antineutrophil cytoplasmic autoantibodies, known as ANCA, is a relevant serum marker for a group of diseases called systemic vasculites, such as granulomatosis with polyangiitis (GPA), microscopic polyangiitis (MPA) and eosinophilic granulomatosis with polyangiitis (EGPA),2 , 3 in addition to having an ancillary role in the differential diagnosis of inflammatory bowel disease.4

The classic method used by most laboratories for ANCA testing around the world is IIF with a substrate of ethanol and/or formalin-fixed human neutrophils. This test is commonly used before confirmatory testing for antigen specificities in the same laboratory where the screening was carried out, or in reference laboratories.5 , 6 Samples considered positive in microscopy can show three distinct patterns (cytoplasmic – cANCA, perinuclear – pANCA or atypical – aANCA,), depending on the fluorescence characteristics. The cytoplasmic pattern is more frequently caused by antiproteinase 3 (PR-3) antibodies, and is associated with a GPA diagnosis.7 The pANCA pattern, on the other hand, may be related with different autoantibodies of distinct specificities, of which the most clinically relevant are antimyeloperoxidase (MPO) antibodies,8 and is more frequently associated with a MPA diagnosis.1 Other antigens associated with pANCA include cathepsin G, lactoferrin and elastase, for example.8 These same autoantibodies, however, could also give rise to a cytoplasmic pattern in some patients.9 The pANCA pattern is an artifact of the technique, caused by ethanol fixation, in which the granule membranes burst, and positively charged proteins migrate to the negatively charged nucleus.8 The aANCA pattern, in turn, is mixed, and combines cytoplasmic and perinuclear or nuclear staining, with multiple antigenic specificities.1

Previous studies have shown that the specificity of IIF for ANCA testing is close to 93%, whereas sensitivity is approximately 67% to 78%, and additional tests are needed to improve this performance.4 ELISA can play this role.4 In this case, proteins with individual antigen specificities are used − particularly PR-3 and MPO.1 The specific determination of anti-PR3 and anti-MPO antibodies is useful in differential diagnosis of systemic vasculites, particularly when differentiating between GPA, MPA and EGPA, which have diverse clinical presentations, prognoses and treatment responses.10

The reason for the mismatch between IIF and ELISA results when testing for ANCA is still unknown. One hypothesis is that IIF can detect antibodies against proteins that are still unknown, and these antibodies cannot be detected by ELISA, since it uses specific proteins.11

Although the classic method for ANCA testing is IIF followed by confirmatory ELISA, some recent studies have challenged the need for the IIF test,12 whereas others recommend the simultaneous use of both methods which, when combined, could result in a sensitivity and specificity of 92% and 99%, respectively.4

There is a need to revise the current diagnostic algorithm used for ANCA detection.1 , 13 , 14 In this light, this study compared the results of the ELISA and IIF methods for ANCA testing in blood samples collected in a clinical laboratory, which is considered as a reference for this type of testing, in patients at different stages of diagnostic investigation for several suspected conditions.

OBJECTIVE

To investigate the performance of the enzyme-linked immunosorbent assay and indirect immunofluorescence methods for detection of antineutrophil cytoplasmic antibodies in a reference clinical laboratory for autoimmunity testing, comparing the current algorithm in use with other hierarchization strategies involving indirect immunofluorescence and enzyme-linked immunosorbent assay.

METHODS

This study used 227 serum samples from patients seen at the clinical laboratory of Hospital Israelita Albert Einstein (HIAE), between April and October 2016, for whom ANCA testing had been requested by their attending physicians, within the context of their clinical investigation. Blood samples were obtained with a standard vacuum collection system (Sarstedt, Germany) used in the hospital, and centrifuged for serum separation, as per the routine established for ANCA testing at the laboratory. All serum samples were tested by the two methods: IIF (Euroimmun®, Germany) and anti-PR3 and anti-MPO ELISA (Inova, Werfen®, USA). The results were entered in a spreadsheet for comparison purposes.

ELISA tests used diagnostic kits with purified human anti-PR3 and anti-MPO antigens, previously bound to polystyrene plates (Inova, Werfen®, USA). Controls and pre-diluted patient sera were added to the different wells, allowing any anti-PR3 and anti-MPO antibodies present to separately bind to the immobilized antigens. After the washing step, enzyme-labeled anti-human IgG conjugate was added to each well. A second incubation allowed the enzyme conjugate to bind to any patient antibodies adhered to the wells. After the second wash, to remove any excess conjugate, the remaining enzyme activity was determined by adding a specific chromogenic substrate and measuring the color intensity by spectrometry, to compare the color intensity of patient wells and control wells. In this case, samples were considered positive if they reacted to anti-PR3 or anti-MPO. The cutoff used for both tests was 20 units. Positive samples were further classified into weak positives (21 to 30 units) and moderate to strong positives (over 30 units).

IIF tests used diagnostic kits with ethanol-fixed human neutrophils (Euroimmun®, Germany). In this test, patient serum was added to slides with a pre-fixed substrate. In a second step, fluorescein-labeled antibodies (conjugate) against patient antibodies were added. The slides were read in a microscope by two independent observers and classified into “non reagent” (no fluorescence) or “reagent” (if fluorescence was present). “Reagent” samples were classified into three possible patterns of fluorescence: cANCA, pANCA or aANCA. The cANCA pattern is detected by fluorescence in the cytoplasm of segmented neutrophils; in pANCA, fluorescence is seen around the nuclei of neutrophils; aANCA, in turn, shows different patterns, or a combination of the previous patterns.

In the statistical analysis, the proportions of positive samples observed in each of the tests were compared by Mc Nemar’s test (for dependent data). The rate of agreement between the tests was described by the proportion of agreement and Cohen’s kappa coefficient, using a 95% confidence interval (95%CI) and a p-value for hypothesis testing. Statistical analyses were conducted with the aid of computing package R (R Core Team, 2017), version 3.4.1, assuming a significance level of 5%.

This study was approved by the Institutional Review Board (IRB) under final opinion number 2.939.366 and CAAE: 70390417.5.0000.0071. The waiver of informed consent form was approved under opinion number 2.274.307.

RESULTS

Of the 227 samples tested, 12 (5.29%) were positive in ELISA and 16 (7.05%) on IIF. This difference was not significant in the McNemar’s hypothesis test (p=0.289). Only 10 (4.4%) samples were positive in both methods ( Table 1 ).

Table 1. General description of results for antineutrophil cytoplasmic antibodies.

Results n (%) Median (minimum - maximum)
IIF    
Negative 211 (93.0)  
Positive 16 (7.0)  
Pattern of positive tests    
aANCA 3 (1.3)  
cANCA 8 (3.5)  
pANCA 5 (2.2)  
Myeloperoxidase (unit)   2.34 (0.97-46.20)
Categories of positive tests    
Up to 20 222 (97.8)  
21-30 3 (1.3)  
>30 2 (0.9)  
Proteinase 3 (unit)   2.40 (0.69-116.00)
Categories of positive tests    
Up to 20 218 (96.0)  
21-30 2 (0.9)  
>30 7 (3.1)  
ELISA    
Negative 215 (94.7)  
Positive 12 (5.3)  
Categories of positive tests    
MPO and PR3 up to 20 215 (94.7)  
MPO or PR3 21-30 3 (1.3)  
MPO or PR3 >30 9 (4.0)  

IIF: indirect immunofluorescence; aANCA: atypical pattern of antineutrophil cytoplasmic antibodies; cANCA: cytoplasmic pattern of antineutrophil cytoplasmic antibodies; pANCA: perinuclear pattern of antineutrophil cytoplasmic antibodies; ELISA: enzyme-linked immunosorbent assay; MPO: myeloperoxidase; PR3: proteinase 3.

Of the 16 positive cases on IIF, 8 were classified as cANCA ( Figure 1 ), of which 6 were positive for anti-PR3 and 2 were negative in ELISA; 5 cases were classified as pANCA ( Figure 2 ), of which 3 were positive for anti-MPO, 1 positive for anti-PR3 and 1 negative in both ELISA tests; three were classified as aANCA ( Figure 3 ), and also negative in ELISA.

Figure 1. Cytoplasmic pattern observed under indirect immunofluorescence in ethanol-fixed human neutrophils. Apple-green fluorescence can be seen throughout the cytoplasm of segmented neutrophils, with negative nuclei.

Figure 1

Figure 2. Perinuclear pattern observed under indirect immunofluorescence in ethanol-fixed human neutrophils. Apple-green fluorescence can be seen around and over the nuclei of segmented neutrophils, with the rest of the cytoplasm being negative.

Figure 2

Figure 3. Atypical pattern observed under indirect immunofluorescence in ethanol-fixed human neutrophils. Apple-green fluorescence can be seen, with features that do not define it as one of the two classic fluorescence patterns (cytoplasmic or perinuclear).

Figure 3

Additionally, two negative cases under IIF were positive in the ELISA anti-PR3 test, one with a value between 21 and 30, and one over 30 units ( Table 2 ).

Table 2. Results of the enzyme-linked immunosorbent assay for antineutrophil cytoplasmic antibodies.

Enzyme-linked immunosorbent assay Indirect immunofluorescence

Negative Positive aANCA cANCA pANCA
Negative 209 (99.1) 6 (37.5) 3 (100.0) 2 (25.0) 1 (20.0)
Positive 2 (0.9) 10 (62.5) 0 (0.0) 6 (75.0) 4 (80.0)
Categories of positive tests          
MPO and PR3 up to 20 209 (99.1) 6 (37.5) 3 (100.0) 2 (25.0) 1 (20.0)
MPO or PR3 21 - 30 1 (0.5) 2 (12.5) 0 (0.0) 1 (12.5) 1 (20.0)
MPO or PR3 > 30 1 (0.5) 8 (50.0) 0 (0.0) 5 (62.5) 3 (60.0)
Myeloperoxidase (unit)          
Up to 20 211 (100.0) 11 (68.8) 3 (100.0) 6 (75.0) 2 (40.0)
21-30 0 (0.0) 3 (18.8) 0 (0.0) 2 (25.0) 1 (20.0)
>30 0 (0.0) 2 (12.5) 0 (0.0) 0 (0.0) 2 (40.0)
Serine protease 3 (unit)          
Up to 20 209 (99.1) 9 (56.2) 3 (100.0) 2 (25.0) 4 (80.0)
21-30 1 (0.5) 1 (6.2) 0 (0.0) 1 (12.5) 0 (0.0)
>30 1 (0.5) 6 (37.5) 0 (0.0) 5 (62.5) 1 (20.0)

Results expressed as n (%). aANCA: atypical pattern of antineutrophil cytoplasmic antibodies; cANCA: cytoplasmic pattern of antineutrophil cytoplasmic antibodies; pANCA: perinuclear pattern of antineutrophil cytoplasmic antibodies; MPO: myeloperoxidase; PR3: proteinase 3.

The two methods were in agreement for 10 positive samples and 209 negative samples, leading to an agreement of 96.5% and a Kappa coefficient of 0.70 (95%CI: 0.50-0.90; p<0.001). This value indicates substantial, however not perfect agreement.

Table 3 shows the diagnostic measurements of the ELISA test for ANCA, with IIF as the gold standard. Its sensitivity was 0.62 and specificity, 0.99, which makes it a more specific than sensitive test, with diagnostic accuracy in 96% of cases.

Table 3. Diagnostic measurements of the enzyme-linked immunosorbent assay for antineutrophil cytoplasmic antibodies, according to indirect immunofluorescence.

Diagnostic measurements Estimate
Sensitivity 0.62 (0.35-0.85)
Specificity 0.99 (0.97-1.00)
Positive predictive value 0.83 (0.52-0.98)
Negative predictive value 0.97 (0.94-0.99)
Diagnostic accuracy 0.96 (0.93-0.98)

The measurements were assessed based on contingency tables.

DISCUSSION

Samples negative in ELISA and positive in IIF were found for all patterns of fluorescence (cANCA, pANCA and aANCA), however more frequently for aANCA patterns. This finding differs from the findings of Damoiseaux et al., who suggested there was no advantage in using IIF for screening or in association with ELISA, when it came to finding ANCA patterns in patients with suspected vasculites.12

Harris et al., demonstrated that, in cases of active, biopsy-confirmed, systemic necrotizing vasculitis, the ELISA method had similar sensitivity (85% versus 88%; p=0.056), however greater specificity (97% versus 90%; p=0.0006) and positive predictive value (73% versus 50%; p=0.0013) than IIF for ANCA detection. The authors also showed that the combination of immunofluorescence and ELISA led to a lower positive predictive value when compared with ELISA alone.15 Our results, however, suggest that the use of IIF in all cases referred for ANCA detection would increase the sensitivity of testing, since it would classify as positive patients who, without IIF, would be considered negative.

On the other hand, the occurrence of two negative samples in IIF with positive results for anti-PR3, an autoantibody of high clinical relevance for GPA diagnosis, suggests that anti-PR3 testing with ELISA, previously or simultaneously to the IIF test, can improve diagnostic power, as supported by previous studies.4 , 6

These data show the need for revision of the current algorithm, supporting the findings of previous studies.13 , 14

Our study, however, has limitations, such as the failure to evaluate the correlation between laboratory results and the clinical diagnosis of the study subjects. We plan to assess this correlation in future studies. Also, IIF was investigated as a gold standard, and it was not possible to estimate the sensitivity and specificity of this method alone.

In our case series, the combined, simultaneous use of ELISA and IIF was deemed the most appropriate diagnostic strategy, conferring the highest sensitivity to ANCA testing, and including as positive all patients with autoantibodies of antigen specificities relevant to the differential diagnosis of systemic vasculites, particularly those positive for anti-PR3.

CONCLUSION

Results show that the antimyeloperoxidase and antiproteinase 3 ELISA tests used together had high specificity, however with inferior sensitivity.

It is possible to say that indirect immunofluorescence increased the sensitivity of ANCA testing when compared with ELISA alone and, at the same time, the antiproteinase 3 ELISA test improved the sensitivity for samples with this antigen specificity. Based on these results, it is possible to suggest that the combined, simultaneous use of indirect immunofluorescence and ELISA is the most appropriate diagnostic strategy for the population studied.

REFERENCES

  • 1.1. Csernok E, Moosig F. Current and emerging techniques for ANCA detection in vasculitis. Nat Rev Rheumatol. 2014;10(8):494-501. Review. [DOI] [PubMed]; Csernok E, Moosig F. Current and emerging techniques for ANCA detection in vasculitis. Nat Rev Rheumatol. 2014;10(8):494–501. doi: 10.1038/nrrheum.2014.78. Review. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
  • 2.2. McKinney EF, Willcocks LC, Broecker V, Smith KG. The immunopathology of ANCA-associated vasculitis. Semin Immunopathol. 2014;36(4):461-78. Review. [DOI] [PMC free article] [PubMed]; McKinney EF, Willcocks LC, Broecker V, Smith KG. The immunopathology of ANCA-associated vasculitis. Semin Immunopathol. 2014;36(4):461–478. doi: 10.1007/s00281-014-0436-6. Review. [DOI] [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
  • 3.3. Lamprecht P, Kerstein A, Klapa S, Schinke S, Karsten CM, Yu X, et al. Pathogenetic and Clinical Aspects of Anti-Neutrophil Cytoplasmic Autoantibody-Associated Vasculitides. Front Immunol. 2018;9:680. Review. [DOI] [PMC free article] [PubMed]; Lamprecht P, Kerstein A, Klapa S, Schinke S, Karsten CM, Yu X, et al. Pathogenetic and Clinical Aspects of Anti-Neutrophil Cytoplasmic Autoantibody-Associated Vasculitides. 680Front Immunol. 2018;9 doi: 10.3389/fimmu.2018.00680. Review. [DOI] [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
  • 4.4. Suwanchote S, Rachayon M, Rodsaward P, Wongpiyabovorn J, Deekajorndech T, Wright HL, et al. Anti-neutrophil cytoplasmic antibodies and their clinical significance. Clin Rheumatol. 2018;37(4):875-84. Review. [DOI] [PubMed]; Suwanchote S, Rachayon M, Rodsaward P, Wongpiyabovorn J, Deekajorndech T, Wright HL, et al. Anti-neutrophil cytoplasmic antibodies and their clinical significance. Clin Rheumatol. 2018;37(4):875–884. doi: 10.1007/s10067-018-4062-x. Review. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
  • 5.5. Savige J, Davies D, Falk RJ, Jennette JC, Wiik A. Antineutrophil cytoplasmic antibodies and associated diseases: a review of the clinical and laboratory features. Kidney Int. 2000;57(3):846-62. Review. [DOI] [PubMed]; Savige J, Davies D, Falk RJ, Jennette JC, Wiik A. Antineutrophil cytoplasmic antibodies and associated diseases: a review of the clinical and laboratory features. Kidney Int. 2000;57(3):846–862. doi: 10.1046/j.1523-1755.2000.057003846.x. Review. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
  • 6.6. Bossuyt X, Cohen Tervaert JW, Arimura Y, Blockmans D, Flores-Suárez LF, Guillevin L, et al. Position paper: Revised 2017 international consensus on testing of ANCAs in granulomatosis with polyangiitis and microscopic polyangiitis. Nat Rev Rheumatol. 2017;13(11):683-92. Review. [DOI] [PubMed]; Bossuyt X, Cohen Tervaert JW, Arimura Y, Blockmans D, Flores-Suárez LF, Guillevin L, et al. Position paper: Revised 2017 international consensus on testing of ANCAs in granulomatosis with polyangiitis and microscopic polyangiitis. Nat Rev Rheumatol. 2017;13(11):683–692. doi: 10.1038/nrrheum.2017.140. Review. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
  • 7.7. Niles JL, McCluskey RT, Ahmad MF, Arnaout MA. Wegener’s granulomatosis autoantigen is a novel neutrophil serine proteinase. Blood. 1989;74(6):1888-93. [PubMed]; Niles JL, McCluskey RT, Ahmad MF, Arnaout MA. Wegener’s granulomatosis autoantigen is a novel neutrophil serine proteinase. Blood. 1989;74(6):1888–1893. [PubMed] [Google Scholar]
  • 8.8. Falk RJ, Jennette JC. Anti-neutrophil cytoplasmic autoantibodies wilh specificity for myeloperoxidase in patients with systemic vasculitis and idiopathic nccrotizing and crescentic gtomerulonephritis. N Engl J Med. 1988;318(25):1651-7. [DOI] [PubMed]; Falk RJ, Jennette JC. Anti-neutrophil cytoplasmic autoantibodies wilh specificity for myeloperoxidase in patients with systemic vasculitis and idiopathic nccrotizing and crescentic gtomerulonephritis. N Engl J Med. 1988;318(25):1651–1657. doi: 10.1056/NEJM198806233182504. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
  • 9.9. Segelmark M. Baslund B, Wieslander J. Some patients with anti-myeioperoxidase autoantibodies have a c-ANCA pattern. Clin Exp Immunol. 1994;96(3):458-65. [DOI] [PMC free article] [PubMed]; Segelmark M, Baslund B, Wieslander J. Some patients with anti-myeioperoxidase autoantibodies have a c-ANCA pattern. Clin Exp Immunol. 1994;96(3):458–465. doi: 10.1111/j.1365-2249.1994.tb06051.x. [DOI] [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
  • 10.10. Cohen Tervaert JW, Damoiseaux J. Antineutrophil cytoplasmic autoantibodies: how are they detected and what is their use for diagnosis, classification and follow-up? Clin Rev Allergy Immunol. 2012;43(3):211-9. Review. [DOI] [PubMed]; Cohen Tervaert JW, Damoiseaux J. Antineutrophil cytoplasmic autoantibodies: how are they detected and what is their use for diagnosis, classification and follow-up? Clin Rev Allergy Immunol. 2012;43(3):211–219. doi: 10.1007/s12016-012-8320-4. Review. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
  • 11.11. Baslund B, Segelmark M, Wiik A, Szpirt W, Petersen J, Wieslander J. Screening for anti-neutrophil cytoplasmic antibodies (ANCA): is indirect immunofluorescence the method of choice? Clin Exp Immunol. 1995;9(3):486-92. [DOI] [PMC free article] [PubMed]; Baslund B, Segelmark M, Wiik A, Szpirt W, Petersen J, Wieslander J. Screening for anti-neutrophil cytoplasmic antibodies (ANCA): is indirect immunofluorescence the method of choice? Clin Exp Immunol. 1995;9(3):486–492. doi: 10.1111/j.1365-2249.1995.tb05577.x. [DOI] [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
  • 12.12. Damoiseaux J, Csernok E, Rasmussen N, Moosig F, van Paassen P, Baslund B, et al. Detection of antineutrophil cytoplasmic antibodies (ANCAs): a multicentre European Vasculitis Study Group (EUVAS) evaluation of the value of indirect immunofluorescence (IIF) versus antigen-specific immunoassays. Ann Rheum Dis. 2017;76(4):647-53. [DOI] [PubMed]; Damoiseaux J, Csernok E, Rasmussen N, Moosig F, van Paassen P, Baslund B, et al. Detection of antineutrophil cytoplasmic antibodies (ANCAs): a multicentre European Vasculitis Study Group (EUVAS) evaluation of the value of indirect immunofluorescence (IIF) versus antigen-specific immunoassays. Ann Rheum Dis. 2017;76(4):647–653. doi: 10.1136/annrheumdis-2016-209507. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
  • 13.13. Bueno C, Bonfá ED, Radu AS, Cossermelli W. [Comparison between immunofluorescence techniques and ELISA, using whole neutrophil extract and primary granules, for the detection of antineutrophil cytoplasma antibodies (ANCA).] Rev Hosp Clin Fac Med Sao Paulo. 1995;50(2):101-6. Portuguese. [PubMed]; Bueno C, Bonfá ED, Radu AS, Cossermelli W. Comparison between immunofluorescence techniques and ELISA, using whole neutrophil extract and primary granules, for the detection of antineutrophil cytoplasma antibodies (ANCA) Rev Hosp Clin Fac Med Sao Paulo. 1995;50(2):101–106. Portuguese. [PubMed] [Google Scholar]
  • 14.14. Godbole MS, Valenzuela R, Deodhar SD, Calabrese L, Tubbs RR. Comparative study of ELISA and indirect immunofluorescence for the detection of anti-neutrophil cytoplasmic antibodies: evaluation of the SCIMEDX/EURO Diagnostica ELISA assay in a clinical setting. Am J Clin Pathol. 1995;104(6): 667-72. [DOI] [PubMed]; Godbole MS, Valenzuela R, Deodhar SD, Calabrese L, Tubbs RR. Comparative study of ELISA and indirect immunofluorescence for the detection of anti-neutrophil cytoplasmic antibodies: evaluation of the SCIMEDX/EURO Diagnostica ELISA assay in a clinical setting. Am J Clin Pathol. 1995;104(6):667–672. doi: 10.1093/ajcp/104.6.667. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
  • 15.15. Harris A, Chang G, Vadas M, Gillis D. ELISA is the superior method for detecting antineutrophil cytoplasmic antibodies in the diagnosis of systemic necrotising vasculitis. J Clin Pathol. 1999;52(9):670-6. [DOI] [PMC free article] [PubMed]; Harris A, Chang G, Vadas M, Gillis D. ELISA is the superior method for detecting antineutrophil cytoplasmic antibodies in the diagnosis of systemic necrotising vasculitis. J Clin Pathol. 1999;52(9):670–676. doi: 10.1136/jcp.52.9.670. [DOI] [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
Einstein (Sao Paulo). 2020 Jan 22;18:eAO5132. [Article in Portuguese]

Comparação entre os métodos de ensaio imunoenzimático e imunoflurescência indireta para a pesquisa de anticorpos anticitoplasma de neutrófilos

Julia Miranda Menezes 1, Raissa Rossener 1, Ana Paula Marques Aguirra da Silva 2, Silvia Sanches Rodrigues 2, Cristóvão Luis Pitangueira Mangueira 2

RESUMO

Objetivo

Avaliar o desempenho das metodologias de ensaio imunoenzimático e imunofluorescência indireta para a detecção de anticorpos anticitoplasma de neutrófilos em um contexto de laboratório clínico de rotina.

Métodos

Foram testadas 227 amostras pelas metodologias de imunofluorescência indireta e ensaio imunoenzimático com especificidades para anticorpos antiproteinase-3 e antimieloperoxidase. As proporções de amostras positivas foram comparadas por hipóteses de McNemar, e a concordância foi descrita pelo coeficiente Kappa de Cohen.

Resultados

A concordância dos testes foi 96,5%, e o coeficiente Kappa obtido foi 0,70 (IC95%: 0,50-0,90; p<0,001). Utilizando a imunofluorescência indireta como padrão-ouro, a sensibilidade do ensaio imunoenzimático foi de 0,62 e a especificidade, 0,99, com acurácia diagnóstica em 96% dos casos. Algumas amostras apresentaram resultados negativos por ensaio imunoenzimático e positivos por imunofluorescência. Isso ocorreu em amostras com vários padrões de fluorescência, mas particularmente nos casos com padrões atípicos. Duas amostras com positividade antiproteinase 3 foram consideradas negativas por imunofluorescência.

Conclusão

Os métodos de ensaio imunoenzimático tiveram alta especificidade, mas sensibilidade inferior. A realização da imunofluorescência indireta aumenta a sensibilidade diagnóstica, ao mesmo tempo que a pesquisa de antiproteinase 3 por ensaio imunoenzimático também pode agregar poder diagnóstico.

Keywords: Doenças autoimunes; Autoanticorpos; Anticorpos, anticitoplasma de neutrófilos; Ensaio de imunoadsorção enzimática; Técnica indireta de fluorescência para anticorpo

INTRODUÇÃO

A detecção e a caracterização sorológica de autoanticorpos é parte fundamental do diagnóstico clínico de várias doenças autoimunes. Entretanto, os laboratórios clínicos de referência convivem permanentemente com o dilema de escolher entre os diferentes métodos disponíveis, que podem ser utilizados como triagem ou confirmação dos achados, isoladamente ou em conjunto. Esses testes comerciais diferem em relação à natureza do substrato, às condições para ação dos anticorpos e ao modo de detecção dos marcadores, o que pode afetar a sensibilidade e a especificidade de cada um. Em virtude disso, há considerável variabilidade em seus desempenhos, com diferenças evidentes, por exemplo, entre métodos de ensaio imunoenzimático (ELISA) e de imunofluorescência indireta (IFI), que podem interferir na elaboração de decisões clínicas.1

O grupo de autoanticorpos anticitoplasma de neutrófilos, conhecido como ANCA, é um relevante marcador sorológico de um grupo de enferimidades conhecidas como vasculites sistêmicas, como a granulomatose com poliangeíte (GPA), a poliangeíte microscópica (MPA) e a granulomatose eosinofílica com poliangeíte (EGPA),2 , 3 além de desempenhar papel acessório no diagnóstico diferencial de doenças inflamatórias intestinais.4

O método clássico utilizado pela maioria dos laboratórios para a pesquisa de ANCA em todo o mundo é a IFI com substrato de neutrófilos humanos fixados em etanol e/ou formalina. Esse teste é comumente utilizado previamente à realização de métodos confirmatórios para especificidade antigênicas no próprio laboratório que realizou a triagem ou em laboratórios de referência.5 , 6 As amostras consideradas positivas à microscopia podem se apresentar em três padrões distintos (citoplasmático – cANCA, perinuclear – pANCA ou atípico – aANCA,), a depender das características de fluorescência. O padrão citoplasmático é mais frequentemente causado por anticorpos dirigidos contra a proteinase 3 (PR-3), e associado ao diagnóstico de GPA.7 Por outro lado, o pANCA pode estar associado a vários autoanticorpos de especificidades distintas, dentre os quais os mais clinicamente relevantes são os anticorpos contra a mieloperoxidase (MPO),8 associados mais frequentemente ao diagnóstico de MPA.1 Outros antígenos associados ao pANCA incluem a catepsina G, a lactoferrina e a elastase, por exemplo.8 Esses mesmos autoanticorpos, no entanto, também podem dar origem a um padrão citoplasmático em alguns pacientes.9 O padrão pANCA é um artefato de técnica causado pela fixação com etanol, em que as membranas dos grânulos se rompem, fazendo com que as proteínas carregadas positivamente migrem para o núcleo carregado negativamente.8 O padrão aANCA, por sua vez, é misto e combina colorações citoplasmáticas e perinucleares ou nucleares, apresentando múltiplas especificidades antigênicas.1

Estudos anteriores demonstraram que a especificidade da IFI para a detecção de ANCA é próxima a 93%, e a sensibilidade está em torno de 67% a 78%, sendo necessários testes adicionais para melhorar este desempenho.4 O ELISA pode realizar esse papel.4 Nesse caso, são utilizadas proteínas com especificidades antigênicas individuais − em particular a PR-3 e a MPO.1 A determinação específica de anticorpos anti-PR3 e anti-MPO é útil no diagnóstico diferencial das vasculites sistêmicas, particularmente na diferenciação clínica entre GPA, MPA e EGPA, condições com diversas manifestações clínicas, prognóstico e resposta à terapia.10

Ainda não se sabe a razão da discrepância entre os resultados obtidos por IFI e ELISA na pesquisa de ANCA. Uma hipótese é que na IFI podem ser detectados anticorpos contra proteínas ainda desconhecidas, os quais não podem ser detectados por ELISA, que utiliza proteínas específicas.11

Apesar do método clássico de pesquisa de ANCA ser a IFI seguida por confirmação com ELISA, alguns estudos recentes questionaram a necessidade da realização da IFI,12 enquanto outros sugeriram a utilização simultânea dos dois métodos, mostrando que a combinação dos dois testes resultaria em sensibilidade e especificidade de 92% e 99%, respectivamente.4

Torna-se relevante rever o algoritmo diagnóstico para a detecção de ANCA adotado atualmente.1 , 13 , 14 Diante desse cenário, o presente estudo comparou os resultados dos métodos de ELISA e IFI para pesquisa de ANCA em amostras de sangue coletadas por um laboratório clínico reconhecido como referência para a realização destes testes de pacientes em diferentes estágios de investigação diagnóstica e com suspeitas clínicas variadas.

OBJETIVO

Avaliar o desempenho das metodologias de ensaio imunoenzimático e imunofluorescência indireta para a detecção de anticorpos anticitoplasma de neutrófilos em um laboratório clínico de referência para exames de autoimunidade, comparando o algoritmo em uso com outras estratégias de hierarquização dos testes de imunofluorescência indireta e ensaio imunoenzimático.

MÉTODOS

Foram utilizadas 227 amostras de soro colhidas de pacientes atendidos pelo laboratório clínico do Hospital Israelita Albert Einstein (HIAE) entre abril e outubro de 2016, para os quais a pesquisa de ANCA tinha sido solicitada pelos médicos destes pacientes, no contexto de sua investigação clínica. Amostras de sangue foram obtidas por sistema de coleta a vácuo (Sarstedt, Alemanha) padronizado pelo laboratório do hospital e centrifugadas para obtenção do soro, conforme rotina estabelecida para a realização da pesquisa de ANCA pelo laboratório. Todas as amostras de soro foram testadas pelas duas metodologias: IFI (Euroimmun®, Alemanha) e ELISA anti-PR3 e anti-MPO (Inova, Werfen®, EUA). Os resultados foram inseridos em planilha para a realização de estudos comparativos.

Para a realização dos ensaios de ELISA, foram utilizados kits diagnósticos com antígenos humanos anti-PR3 e anti-MPO purificados e previamente ligados a poços de placas de poliestireno (Inova, Werfen®, EUA). Controles e soros de pacientes pré-diluídos foram adicionados aos diferentes poços, permitindo que quaisquer anticorpos PR-3 e MPO presentes, separadamente, se ligassem aos antígenos imobilizados. Após etapa de lavagem, adicionou-se conjugado IgG anti-humano marcado com enzima a cada poço. Uma segunda incubação permitiu ao conjugado enzimático ligar-se a quaisquer anticorpos de pacientes aderidos aos poços. Depois da segunda lavagem, para retirar o excesso de conjugado, o restante da atividade das enzimas foi medido, adicionando um substrato cromogênico específico e medindo-se a intensidade da cor que se desenvolve por espectrometria, comparando a intensidade da cor desenvolvida nos poços do paciente com a cor dos poços de controle. Nesse caso, as amostras foram consideradas positivas se reagentes para anti-PR3 ou para anti-MPO. O valor de corte utilizado para ambos os ensaios foi de 20 unidades. Amostras positivas foram subclassificadas em positivas fracas (de 21 a 30 unidades) e positivas moderadas a fortes (acima de 30 unidades).

Para a realização da IFI, utilizaram-se kits diagnóstico com neutrófilos humanos fixados com etanol (Euroimmun®, Alemanha). Neste ensaio, o soro dos pacientes foi adicionado à lâmina com substrato pré-fixado. Em uma segunda etapa, anticorpos marcados com fluoresceína (conjugados) e direcionados contra os anticorpos do paciente foram adicionados. As lâminas foram lidas ao microscópio por dois observadores independentes e classificadas em “não reagentes” (quando não se observou fluorescência) ou “reagentes” (quando se observou fluorescência). As amostras “reagentes” foram classificadas em três padrões possíveis de fluorescência: cANCA, pANCA ou aANCA. O padrão cANCA é detectado pela fluorescência no citoplasma dos neutrófilos segmentados; o pANCA apresenta fluorescência em torno do núcleo dos neutrófilos; já o aANCA revela diferentes padrões ou uma combinação dos padrões anteriores.

Na análise estatística, foram comparadas as proporções de amostras positivas observadas em cada um dos testes, por meio de testes de hipóteses de McNemar (para dados dependentes). A concordância entre os testes foi descrita pela proporção de concordância e pelo coeficiente de concordância Kappa de Cohen, acompanhado de intervalo de confiança de 95% (IC95%) e do valor de p para o teste de hipóteses. As análises estatísticas foram conduzidas com o auxílio do pacote computacional R (R Core Team, 2017), versão 3.4.1, e adotou-se nível de significância de 5%.

Este estudo foi aprovado pelo Comitê de Ética em Pesquisa (CEP), com parecer final número 2.939.366 e protocolo CAAE: 70390417.5.0000.0071. Foi aceita a isenção do Termo de Consentimento Livre e Esclarecido (TCLE), parecer número 2.274.307.

RESULTADOS

Das 227 amostras testadas, 12 (5,29%) foram positivas por ELISA e 16 (7,05%) por IFI. Essa diferença não foi significativa pelo teste de hipótese de McNemar (p=0,289). Apenas 10 (4,4%) amostras foram positivas em ambos os métodos ( Tabela 1 ).

Tabela 1. Descrição geral dos resultados dos exames para anticorpos anticitoplasma de neutrófilos.

Resultados n (%) Mediana (mínimo-máximo)
IFI    
Negativo 211 (93,0)  
Positivo 16 (7,0)  
Padrão dos positivos    
aANCA 3 (1,3)  
cANCA 8 (3,5)  
pANCA 5 (2,2)  
Mieloperoxidase (unidade)   2,34 (0,97-46,20)
Categorias de positividade    
Até 20 222 (97,8)  
21-30 3 (1,3)  
>30 2 (0,9)  
Proteinase 3 (unidade)   2,40 (0,69-116,00)
Categorias de positividade    
Até 20 218 (96,0)  
21-30 2 (0,9)  
>30 7 (3,1)  
ELISA    
Negativo 215 (94,7)  
Positivo 12 (5,3)  
Categorias de positividade    
MPO e PR3 até 20 215 (94,7)  
MPO ou PR3 21-30 3 (1,3)  
MPO ou PR3 >30 9 (4,0)  

IFI: imunofluorescência indireta; aANCA: padrão atípico dos anticorpos anticitoplasma de neutrófilo; cANCA: padrão citoplasmático dos anticorpos anticitoplasma de neutrófilo; pANCA: padrão perinuclear dos anticorpos anticitoplasma de neutrófilo; ELISA: ensaio imunoenzimático; MPO: mieloperoxidase; PR3: proteinase 3.

Dos 16 casos positivos pela IFI, 8 foram classificados como padrão cANCA ( Figura 1 ), dos quais 6 foram positivos para anti-PR3 e 2 foram negativos nos testes de ELISA; 5 casos foram classificados como padrão pANCA ( Figura 2 ), dos quais 3 foram positivos para anti-MPO, 1 positivo para anti-PR3 e 1 foi negativo em ambos os testes de ELISA; três foram classificados como padrão aANCA ( Figura 3 ), também negativos para os testes de ELISA.

Figura 1. Padrão citoplasmático observado à imunofluorescência indireta em neutrófilos humanos fixados com etanol. Observa-se fluorescência verde-maçã em todo o citoplasma dos neutrófilos segmentados, com núcleos negativos.

Figura 1

Figura 2. Padrão perinuclear observado à imunofluorescência indireta em neutrófilos humanos fixados com etanol. Observa-se fluorescência verde-maçã ao redor e sobre os núcleos dos neutrófilos segmentados, com o restante do citoplasma negativo.

Figura 2

Figura 3. Padrão atípico observado à imunofluorescência indireta em neutrófilos humanos fixados com etanol. Observa-se fluorescência verde-maçã com características que não a definem como um dos dois padrões clássicos de fluorescência (citoplasmático ou perinuclear).

Figura 3

Adicionalmente, dois casos negativos na IFI foram positivos para ELISA anti-PR3, um com valor entre 21 e 30 unidades e um com valor acima de 30 unidades ( Tabela 2 ).

Tabela 2. Resultados dos exames de ensaio imunoenzimático para anticorpos anticitoplasma de neutrófilos.

Ensaio imunoenzimático Imunofluorescência indireta

Negativo Positivo aANCA cANCA pANCA
Negativo 209 (99,1) 6 (37,5) 3 (100,0) 2 (25,0) 1 (20,0)
Positivo 2 (0,9) 10 (62,5) 0 (0,0) 6 (75,0) 4 (80,0)
Categorias de positividade          
MPO e PR3 até 20 209 (99,1) 6 (37,5) 3 (100,0) 2 (25,0) 1 (20,0)
MPO ou PR3 21-30 1 (0,5) 2 (12,5) 0 (0,0) 1 (12,5) 1 (20,0)
MPO ou PR3 >30 1 (0,5) 8 (50,0) 0 (0,0) 5 (62,5) 3 (60,0)
Mieloperoxidase (unidade)          
Até 20 211 (100,0) 11 (68,8) 3 (100,0) 6 (75,0) 2 (40,0)
21-30 0 (0,0) 3 (18,8) 0 (0,0) 2 (25,0) 1 (20,0)
>30 0 (0,0) 2 (12,5) 0 (0,0) 0 (0,0) 2 (40,0)
Protease de serina 3 (unidade)          
Até 20 209 (99,1) 9 (56,2) 3 (100,0) 2 (25,0) 4 (80,0)
21-30 1 (0,5) 1 (6,2) 0 (0,0) 1 (12,5) 0 (0,0)
>30 1 (0,5) 6 (37,5) 0 (0,0) 5 (62,5) 1 (20,0)

Resultados expressos como n (%). aANCA: padrão atípico dos anticorpos anticitoplasma de neutrófilos; cANCA: padrão citoplasmático dos anticorpos anticitoplasma de neutrófilos; pANCA: padrão perinuclear dos anticorpos anticitoplasma de neutrófilos; MPO: mieloperoxidase; PR3: proteinase 3.

Os dois métodos foram concordantes em 10 amostras positivas e em 209 negativas, resultando em concordância de 96,5% e coeficiente Kappa de 0,70 (IC95%: 0,50-0,90; p<0,001). Esse valor indica concordância substancial, mas não perfeita.

A tabela 3 apresenta as medidas diagnósticas do teste ELISA para ANCA, tendo a IFI como padrão-ouro, em que se nota que sua sensibilidade foi de 0,62 e especificidade de 0,99, mostrando-se um teste mais específico do que sensível, com acurácia diagnóstica em 96% dos casos.

Tabela 3. Medidas diagnósticas do teste de ensaio imunoenzimático para anticorpos anticitoplasma de neutrófilos, de acordo com imunofluorescência indireta.

Medidas diagnósticas Estimativa
Sensibilidade 0,62 (0,35-0,85)
Especificidade 0,99 (0,97-1,00)
Valor preditivo positivo 0,83 (0,52-0,98)
Valor preditivo negativo 0,97 (0,94-0,99)
Acurácia diagnóstica 0,96 (0,93-0,98)

As medidas foram avaliadas a partir de tabelas de contingência.

DISCUSSÃO

Resultados negativos ao ELISA foram encontrados em amostras positivas à IFI com todos os padrões de fluorescência (cANCA, pANCA e aANCA), mas mais frequentemente nos padrões aANCA. Este achado difere do encontrado por Damoiseaux et al., que sugeriram não haver vantagem no uso da IFI, como triagem ou em associação ao ELISA, para a pesquisa de ANCA em pacientes com suspeição diagnóstica de vasculites.12

Harris et al., demonstraram que, em casos de vasculite necrotizante sistêmica ativa confirmada por biópsia, o método de ELISA teve sensibilidade semelhante (85% versus 88%; p=0,056), porém maior especificidade (97% versus 90%; p=0,0006) e valor preditivo positivo (73% versus 50%; p=0,0013) do que a IFI para a detecção de ANCA. Os autores também mostraram que a combinação de imunofluorescência e ELISA levou a um valor preditivo positivo menor em comparação à realização apenas do ELISA.15 Nossos resultados, porém, sugerem que a realização da IFI em todos os casos encaminhados para a pesquisa de ANCA aumentaria a sensibilidade dos testes, pois classificaria como positivos pacientes que, sem o uso da IFI, seriam considerados negativos.

Por outro lado, a ocorrência de duas amostras negativas à IFI, com positividade para anti-PR3, um autoanticorpo de alta relevância clínica para o diagnóstico de GPA, sugere que a pesquisa de anti-PR3 por ELISA previamente ou simultaneamente à realização da IFI pode agregar poder diagnóstico ao teste, conforme apresentado em estudos anteriores.4 , 6

Esses dados revelam a necessidade da revisão do algoritmo diagnóstico utilizado atualmente, corroborando achados de estudos prévios.13 , 14

Nosso estudo, entretanto, possui limitações, como a falta de avaliação da correlação entre os resultados dos testes laboratoriais e o diagnóstico clínico dos indivíduos testados. Pretendemos avaliar esta correlação em estudos futuros. Além disso, a IFI foi analisada como padrão-ouro, não sendo possível estimar a sensibilidade e a especificidade desse método isoladamente.

Em nossa casuística, o uso combinado de ELISA e IFI simultaneamente seria a estratégia diagnóstica mais adequada, conferindo maior sensibilidade ao teste de ANCA e incluindo como positivos todos os pacientes com autoanticorpos de especificidades antigênicas relevantes para o diagnóstico diferencial de vasculites sistêmicas, particularmente aqueles com positividade para anti-PR3.

CONCLUSÃO

Os resultados demonstraram que os métodos de ELISA antimieloperoxidase e antiproteinase 3 utilizados em conjunto tiveram alta especificidade, mas sensibilidade inferior.

É possível concluir que a realização da imunofluorescência indireta aumentou a sensibilidade do teste de ANCA em relação ao uso isolado do ELISA, ao mesmo tempo em que a pesquisa de antiproteinase 3 por ELISA também agregou poder de sensibilidade para amostras com esta especificidade antigênica. Com base nestes resultados, é possível sugerir que o uso combinado de imunofluorescência indireta e ELISA simultaneamente seria a estratégia diagnóstica mais adequada para a população estudada.


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