《TRAC-TRENDS IN ANALYTICAL CHEMISTRY》：Systemic Lupus Erythematosus: Mechanisms of Autoimmunity and Emerging Diagnostic Strategies
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系统性红斑狼疮（SLE）的诊断挑战及点-of-care（POC）生物传感技术的应用进展，包括电化学、光学和微流控技术检测抗核抗体、炎症因子及免疫复合物，结合机器学习提升诊断准确性和预测疾病复发。
Bianca Elizabeth David | Sasya Madhurantakam | Shreya Parulekar | Azin Aneez | Apoorva S. Krovvidi | Rohit Manohar Nikam | Sophia Janine Tee | Aliya Naqvi | Sriram Muthukumar | Shalini Prasad
德克萨斯大学达拉斯分校生物工程系，美国德克萨斯州理查森市75080
摘要
系统性红斑狼疮（SLE）是一种多方面的自身免疫性疾病，具有多样的临床表现和波动的疾病活动性，需要持续监测和及时干预。传统的基于实验室的诊断方法虽然全面，但通常周转时间较长，依赖于集中式的基础设施，在资源有限的环境中可及性有限。本文探讨了即时检测（POC）生物传感技术在SLE诊断和管理中的潜力。在概述了SLE的病理生理学和传统生物标志物（包括ANA、抗dsDNA、抗Sm、细胞因子和补体蛋白）之后，我们评估了电化学、光学和微流控生物传感器的最新进展，这些传感器能够快速、灵敏地检测这些标志物。重点介绍了结合纳米材料、信号放大和多重检测策略的便携式设备。我们还探讨了机器学习和人工智能的整合，以提高诊断准确性并支持疾病发作的预测。最后，讨论了主要障碍、分析验证、标准化、监管批准和临床应用，强调了下一代POC平台如何补充实验室检测并改善患者预后。
引言
系统性红斑狼疮（SLE）是一种复杂的多系统自身免疫性疾病，其特征是产生自身抗体并形成循环免疫复合物，这些复合物沉积在目标组织中。
1这些免疫复合物，尤其是在肾小球内，会引发炎症级联反应，导致进行性器官功能障碍，包括狼疮性肾炎和最终的肾衰竭。
2其发病机制涉及免疫自耐受性的破坏，导致针对核抗原和细胞质抗原（如双链DNA和磷脂）的自身反应性B细胞和T细胞的激活。
3, 4持续的自身抗体产生和免疫复合物沉积驱动着多个器官系统的慢性炎症和累积性组织损伤。
4
临床上，SLE表现出广泛的异质性，影响皮肤、关节、肾脏、心血管系统和中枢神经系统。
5, 6, 7, 8, 9症状从轻微的体质症状（如疲劳和关节痛）到严重的器官威胁性并发症（特别是狼疮性肾炎）不等。
2这种变异性使得诊断和长期疾病监测变得复杂。尽管抗核抗体（ANA）、抗双链DNA抗体和抗磷脂抗体是公认的诊断标志物，
6但这些血清学指标往往无法充分灵敏和特异地捕捉到实时的炎症活动或疾病发作。
10
在分子水平上，SLE的特点是细胞因子网络失调，包括I型干扰素（IL-1、IL-2、IL-6、IL-17、IL-21、IFN-γ和TNF-α）水平升高。
10这些介质调节促炎和调节性免疫途径，反映了疾病的复杂免疫病理学。越来越多的证据表明，动态细胞因子分析比单独的自身抗体测量能更好地了解疾病活动。
10然而，在生物基质中准确量化低丰度的炎症介质仍然具有挑战性。当前的诊断工作流程严重依赖集中式的实验室基础设施，包括酶联免疫吸附测定和多重免疫测定。尽管这些方法在临床上已被确立，但它们需要批量处理、专业人员和较长的周转时间。
11这些限制限制了它们在快速决策和持续疾病监测中的实用性。
这些未满足的分析需求增加了对分散式诊断策略的兴趣。即时检测（POC）技术作为一种有前景的平台出现，能够使用少量样本进行快速的生物标志物检测。11对于SLE的管理，这些系统提供了实时评估炎症状态的能力，从而允许调整治疗方案和个性化疾病监测。从分析角度来看，开发针对SLE相关生物标志物的灵敏、选择性和多重检测生物传感平台是转化自身免疫诊断的关键前沿。
病理生理学与自身免疫在SLE中的作用
SLE是一种慢性自身免疫性疾病，其特征是免疫失调，主要由B细胞过度激活驱动。
4这种失调导致免疫系统攻击身体自身的组织。这种自我耐受性的破坏会导致临床“发作”，即疾病活跃期，在此期间患者可能会出现疲劳、关节痛、皮疹和发热等典型症状。
6
B细胞是适应性免疫系统的关键战斗细胞。它们在应对
免疫病理学概述与流程
SLE的特点是免疫耐受性的丧失，导致核物质释放以及随后的慢性自身抗体产生、免疫复合物形成和补体激活。17, 18这些免疫复合物的沉积表现为全身性的临床表现和多器官损伤。自身抗体通常在临床症状出现前几年就已产生。17随着疾病的进展，炎症标志物和细胞因子失调变得更加明显。18
SLE诊断中生物传感器的进展
SLE中炎症和自身抗体生物标志物的临床相关性历来依赖于基于实验室的诊断方法。然而，周转时间、基础设施依赖性和可及性的限制促使了替代生物传感策略的发展。本节从传统的基于生物标志物的诊断方法逐步发展到实验室集成的生物传感器平台，最终到便携式和即时检测（POC）技术。
基于生物标志物的SLE早期检测生物传感器
生物标志物的识别和应用显著提高了SLE的早期检测能力。传统的诊断方法依赖于广泛的临床测试，可能无法检测到早期阶段的疾病。将生物传感器技术与疾病特异性生物标志物相结合，提高了诊断的准确性和精确度。41, 44图6展示了各种类型的生物传感器调节方式及其在SLE临床决策中的相应优势。
显著的进展
挑战与未来方向
电化学生物传感器在通过快速、灵敏和成本效益高的方法分析炎症生物标志物方面展现了强大的潜力。这些平台在便携性和易用性方面具有优势，特别是在即时检测（POC）环境中。58它们的目的是补充而非替代全面的临床评估和表型分析，通过提供及时的生物标志物数据来支持明智的治疗决策。
在开发过程中面临的主要挑战
结论
将炎症生物标志物的检测与生物传感器技术相结合，代表了系统性红斑狼疮（SLE）早期诊断和个性化管理的重大进展。传统的诊断方法往往缺乏早期检测的敏感性，而基于生物标志物的策略（包括自身抗体、细胞因子和急性期蛋白）提高了诊断准确性和预后评估。56
CRediT作者贡献声明
Aliya Naqvi：撰写——初稿。
Sophia Janine Tee：撰写——审阅与编辑，撰写——初稿。
Shalini Prasad：撰写——审阅与编辑，可视化，监督，软件，资源，项目管理，方法学，研究，概念化。
Sriram Muthukumar：监督，资源，项目管理，方法学，概念化。
Azin Aneez：撰写——审阅与编辑，撰写——初稿，概念化。
Shreya Parulekar：撰写——审阅与
本研究未获得公共、商业或非营利部门的任何特定资助。
在准备这项工作时，作者使用Figure Labs生成和优化了图表中的图形元素。使用该工具后，作者根据需要审阅和编辑了内容，并对发表文章的内容负全责。
? 作者声明他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
