CN110275021A - 一种类风湿性关节炎诊断标志物及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供对RNase L或其片段为反应性的抗体在制备用于诊断类风湿性关节炎疾病的试剂中的用途。本发明还提供核糖核酸酶L基因作为生物标志物在制备用于诊断类风湿性关节炎疾病的试剂中的用途。RNase L在RA患者关节滑膜中显著高表达,且与TNFα的分泌正相关;RNase L基因敲除后,显著抑制了CIA小鼠模型发病率和关节炎评分,以上结果证明了RNase L促进RA的发生和发展。RNase L主要表达于巨噬细胞内,RNase L通过激活JAK/STAT1通路,促进巨噬细胞向促炎型M1方向分化,从而促进RA炎症反应。综上表明,RNase L可以作为类风湿性关节炎疾病的生物标志物。
Description
技术领域
本发明属于生物检测领域,具体涉及一种RA诊断标志物及其应用。
背景技术
类风湿性关节炎(Rheumatoid arthritis,RA)是一种以慢性滑膜炎并侵蚀软骨,最终导致骨与关节破坏为特征的自身免疫性疾病,因病变呈持续、反复发作过程,致残率非常高,是临床难治的疾病,给患者家庭和社会带来沉重经济负担。最新报道未经治疗的患者两年致残率约为50%,三年致残率为70%,成为我国人群丧失劳动力和致残的主要病因之一。由于RA的发病差异性大,目前对于RA诊断的敏感性不高,有相当一部分早期的RA在临床诊断之前就出现了骨关节的破坏,因此有关RA病理机制的深入研究,进而为RA的早期、全面诊断一直受到医学界的持续关注。
RA患者的血清中发现自身抗体已经超过70年。目前RF和ACPA为临床RA患者诊断的重要辅助指标,也成为ACR/EULAR2015分类标准的一部分。遗憾的是RF并不是RA的特异性抗体,在高龄人群和其他自身免疫病中也会有RF的出现,而且健康人群中RF阳性者高达15%。纵然ACPAs是目前RA诊断相对特异的抗体,但仍有2%的健康人群ACPAs阳性,而且大约10%的ACPA阳性患者为非RA的其他系统炎症性疾病,如系统性红斑狼疮等。一项临床实验提示,RA患者中ACPA阳性/RF阳性率大约为47%,ACPA阴性/RF阴性率大约为28%。30%的ACPA阳性/RF阳性的临床疑似关节痛患者2年内并未发展位RA,因此,疑似关节痛和目前临床通用的自身抗体不足以准确识别即将发展为RA的患者。
RA的早期病变以滑膜炎症为主,主要表现为滑膜组织中的大量单核巨噬细胞和淋巴细胞的浸润,分泌大量的炎性细胞因子(如TNF-a、IL-1等)诱导滑膜组织中血管增生形成血管翳,进而侵蚀软骨和破坏骨组织,最终导致关节畸形和功能丧失。其中滑膜病变是RA发病机制的关键环节,也是临床治疗的主要靶向。因此,在RA疾病的早期,抑制滑膜炎症的发展是治疗RA的关键。
大量研究证实滑膜巨噬细胞是导致滑膜炎症的“触发器”。首先巨噬细胞贯穿于整个关节滑膜层的解剖分布位置更有利于其发挥介导滑膜炎的作用。其次,活化的滑膜巨噬细胞释放出大量的肿瘤坏死因子-α(TNF-α)、IL-1β及IL-6等,一方面可直接诱发滑膜炎症,另一方面又可作为Th1、Th17等淋巴细胞与成纤维细胞的纽带,进一步诱导其他炎性因子的产生,最终导致血管翳形成及骨破坏等。值得关注的是,Haringman J等发现RA患者的滑膜巨噬细胞数量,不仅与关节破坏的程度成正比,还可预测RA关节破坏的进展,因此滑膜巨噬细胞被认为是反映RA疾病严重程度和疗效反应的最可靠生物标记物。可见滑膜巨噬细胞在RA滑膜炎疾病过程中具有中心作用,同时还可以作为治疗RA的一个理想靶点。
近年研究发现,RA患者中激活的M1表型巨噬细胞可通过分泌IL-6、IL-23等因子,诱导CD4+辅助T细胞的分化成Th1/17,后者释放GM-CSF,进一步刺激单核巨噬细胞分化成M1表型巨噬细胞。这种循环作用一方面大大的提高了促炎性细胞的数量,另一方面进一步减少了M2抗炎表型巨噬细胞和其他类型T细胞的产生,提示RA的滑膜炎症中M1表型巨噬细胞的异常增加是炎症发生的主要原因。Shardool Jain等的研究发现,通过抗炎性因子如IL-10靶向性调整关节滑膜中M1和M2的比例,可有效阻止滑膜炎性进程和关节破坏。由此可见,M1表型分化是巨噬细胞导致滑膜炎症的主要途径,有效调控巨噬细胞M1/M2分化平衡,为RA治疗的重要手段。
如前所述,RA是一种慢性的自身免疫性疾病,虽目前临床应用的自身抗体标记物的检测在疾病的诊断中具有重要作用,但仍有部分RA患者为自身抗体阴性,此外还有部分自身抗体阳性的患者并未发展为RA。而RA的早期诊断对RA患者的疾病进展,乃至生活转归都有非常重要的意义。RA的尽早诊断及有效治疗,可避免进展为慢性、侵蚀状态RA,进一步导致残疾,影响长期生活质量,增加疾病死亡率。由于缺乏强有力的生物标志物对RA的临床表现进行早期诊断,因此鉴定更特异、更敏感、更多的生物标志物可能有助于揭示RA的发病机制,特别是早期的诊断和治疗转归标志。
由于RA发病率一直居高不下,中国也是罹患RA一大国家,因此早期诊断RA非常重要。鉴定更多更多、更特异、更敏感的生物标志物,和一些能够预测病情活动度和疗效的生物标志,对于降低RA的致残率十分重要。
发明内容
为了解决上述问题,本发明提供一种RA标志物及其应用。
本发明首先提供对RNase L或其片段为反应性的抗体在制备用于诊断类风湿性关节炎疾病的试剂中的用途。
其中,所述诊断包括:测定获自呈现类风湿性关节炎的患者的生物样品中RNase L或其片段的水平;任选地,
与对照数据比较所述生物样品中RNase L或其片段的水平,其中,相对于所述对照数据,所述样品中RNase L或其片段的可检测的提高表明患类风湿性关节炎的可能性。
其中,所述生物样品为滑膜组织和/或血清。
其中,RNase L或其片段的水平通过以下步骤来测量,包括:
a.使来自患者的生物样品与所述抗体接触;
b.在生物样品中存在的RNase L或其片段与所述抗体之间形成抗体-蛋白质复合物;
c.洗涤来除去任何未结合的抗体;
d.添加被标记的并且对来自生物样品的抗体为反应性的检测抗体;
e.洗涤来除去任何未结合的被标记的所述检测抗体;和
f.将所述检测抗体的标记物转化为可检测信号;其中可检测信号的存在表明所述患者中存在核糖核酸酶L或其片段。
其中,所述检测抗体通过共价连接到酶、具有荧光化合物或金属的标记物、或具有化学发光化合物的标记物来标记。
本发明还提供核糖核酸酶L基因作为生物标志物在制备用于诊断类风湿性关节炎疾病的试剂中的用途。
其中,所述诊断包括:测定获自呈现类风湿性关节炎的患者的生物样品中核糖核酸酶L基因的表达水平;任选地,
与对照数据比较所述生物样品中核糖核酸酶L基因的表达水平,其中,相对于所述对照数据,所述样品中核糖核酸酶L基因的表达水平可检测的提高表明患类风湿性关节炎的可能性。
其中,所述生物样品滑膜组织和/或血清。
其中,核糖核酸酶L基因的表达水平通过以下步骤来测量:包括但不限于反转录PCR、Real-Time PCR和/或Northern Blotting。
本发明还提供一种类风湿性关节炎检测试剂盒,其包括对RNase L或其片段为反应性的抗体,或用于扩增核糖核酸酶L基因的引物对。
在本发明实施方案中,所述的引物对为可用于扩增所述基因的所有引物对,可为一对或多对。在一个具体的实施方案中,所述的引物对序列如SEQ ID No.1和SEQ ID No.2所示。
本发明首先检测类风湿关节炎(RA)患者关节滑膜组织中RNase L蛋白和基因表达水平,以及与TNFa表达水平的相关性,明确RNase L在RA发病中的作用;进而通过比较野生型(WT)及RNase L基因敲除(RNase L-/-)小鼠胶原诱导型关节炎小鼠发病及关节炎评分的差异,进一步确认RNase L与RA发病的关系;然后通过RNase L免疫荧光染色,观察RNase L细胞类型定位;再者分离RNase L-/-小鼠原代骨髓间充质干细胞(BMMs)细胞和RNase L-/-RAW264.7细胞从体外考察RNase L对巨噬细胞分化标记分子的影响,明确RNase L对巨噬细胞分化功能的调控作用;最后考察RNase L对巨噬细胞分化调控通路JAK/STAT的影响,明确RNase L调控巨噬细胞分化功能的作用机制。结果表明,RNase L在RA患者关节滑膜中显著高表达,且与TNFα的分泌正相关,RNase L基因敲除后,显著抑制了CIA小鼠模型发病率和关节炎评分,以上结果证明了RNase L促进RA的发生和发展。RNase L主要表达于巨噬细胞内,RNase L通过激活JAK/STAT1通路,促进巨噬细胞向促炎型M1方向分化,从而促进RA炎症反应。综上表明,RNase L可以作为类风湿性关节炎疾病的生物标志物。
附图说明
图1所示为RNase L在类风湿性关节炎(RA)和骨关节炎(OA)病人关节滑膜组织切片中的表达。
图2所示为RNase L在RA和OA病人关节滑膜中的蛋白表达情况。
图3所示为RNase L在RA和OA病人关节滑膜中的基因表达情况。
图4所示为TNF-α、IL-10在RA和OA病人关节滑膜中的表达情况。
图5所示为关节滑膜中TNF-α、IL-10水平与RNase L mRNA水平相关回归分析情况。
图6所示为RNase L在RA和OA病人关节滑膜巨噬细胞的表达情况。
图7所示为RNase L在RA和OA病人关节滑膜成纤维细胞的表达情况。
图8所示为RNase L在RA和OA关节滑膜中的表达与M1表型巨噬细胞的关系。
图9所示为RNase L在RA和OA关节滑膜中的表达与M2表型巨噬细胞的关系。
图10所示为RNase L对CIA小鼠关节临床症状表现(红肿畸形)的影响。
图11所示为RNase L对CIA小鼠组织病理学的影响(×100)。
图12所示为RNase L对RAW264.7细胞炎症因子的影响。
图13所示为RNase L对RAW264.7细胞M1表型分化标记物mRNA水平的影响。
图14所示为RNase L对RAW264.7细胞M2表型分化标记物mRNA水平的影响。
图15所示为RNase L对BMMs分化标记物蛋白表达的影响。
图16所示为RNase L对M1体系诱导BMMs分化通路JAK1/STAT1的影响。
图17所示为RNase L对M2体系诱导BMMs分化通路JAK1/STAT6的影响。
图18所示为RNase L对M1体系诱导BMMs细胞STAT1蛋白核转位的影响。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明,但不用来限制本发明的范围。
实施例1 RNase L在临床RA患者发病及发展中的作用
获取中国中医科学院望京医院、广安门中医院、中日友好医院住院病人全膝关节置换术后的RA和骨关节炎(OA)患者膝关节关节滑膜临床标本各20例,两组的性别、年龄等基线水平无显著差异。滑膜液3000rpm/min离心后取上清,-80℃保存;部分滑膜组织进行石蜡包埋切片,部分冻存后提取蛋白质和RNA进行后续检测。
1.RNase L在RA患者关节滑膜中的显著高表达
我们对比分析了RNase L在RA和OA病人关节滑膜中的表达情况,免疫组化检测(根据试剂盒说明书推荐方法进行,一抗为RNase L抗体)结果显示,RA病人的关节滑膜中的RNase L表达呈现强阳性,而OA患者相对弱阳性,经灰度扫描分析,RA患者RNase L表达显著高于OA患者(***P<0.001,见图1);经Western blot方法(根据常规的western方法进行,一抗为RNase L抗体,稀释比例为1:500)检测,并进行半定量分析,发现与OA患者相比,RNase L在RA病人的关节滑膜中蛋白水平均显著升高(**P<0.01,见图2);Real-time PCR(按照试剂盒说明书推荐方法进行,引物序列见表1),检测结果显示,与OA相比,RA病人的关节滑膜中的RNase L基因水平明显升高(***P<0.001,见图3)。
表1荧光定量PCR引物
Gene | Species | Types | Sequences(5'--3') |
RNase L | Human | Forward | TTGAGGCGAAAGACAAAGGAG |
RNase L | Human | Reverse | GTCACAGGCGTTTACATCTGC |
GAPDH | Human | Forward | TGTGGGCATCAATGGATTTGG |
GAPDH | Human | Reverse | ACACCATGTATTCCGGGTCAAT |
2.RA患者关节滑膜中RNase L的表达与TNFa的分泌的正相关
为了明确上述RNase L在RA关节滑膜中的表达情况与RA炎症情况是否有直接的联系,我们分别检测了不同RA、OA病人的关节滑膜、关节积液中TNF-α、IL-10的含量水平。结果显示,与OA相比,促炎因子TNF-α在RA病人的关节滑膜、关节积液中含量均比较高(*P<0.05,***P<0.001);而IL-10以关节滑膜中RA的水平略高于OA,在关节积液中则没有明显差异(见图4)。我们将RA、OA的细胞因子TNF-α、IL-10的含量水平与RNase L的mRNA水平进行相关回归分析,如图5,结果显示RA病人的关节滑膜、关节积液中的TNF-α与其RNase L的mRNA水平两者呈现显著正相关,这提示RNase L可能参与RA的炎症过程,与促炎因子的释放密切相关。
3.RNase L主要在RA关节滑膜中的M1促炎型巨噬细胞表达
采用免疫荧光双标(根据试剂盒说明书推荐方法进行,一抗为F4/80抗体,稀释比例为1:200;Vimentin抗体,稀释比例为1:400;RNase L抗体,稀释比例为1:200),分别以F4/80标记滑膜巨噬细胞,Vimentin标记滑膜成纤维细胞,观察RNase L在滑膜的表达与上述两种细胞的关系。结果显示,在RA中RNase L与滑膜巨噬细胞的阳性共标率在70%以上,与OA相比,有显著性差异(***P<0.001,见图6),提示滑膜巨噬细胞是RNase L在滑膜中的主要表达细胞类型;而在RNase L在RA滑膜成纤维细胞的表达大约为20%左右,与OA相比,没有明显差异,见图7。
同时以iNOS(稀释比例为1:300)标记M1表型巨噬细胞、CD206(稀释比例为1:400)标记M2型巨噬细胞,结果显示,RNase L与RA滑膜中M1亚型巨噬细胞的阳性共标率接近80%,在OA关节滑膜的共标率仅为20%左右,两者相比有显著性差异(***P<0.001,见图8);而RNase L与RA滑膜中M2亚型巨噬细胞的阳性共标率还不到20%,与OA相比没有显著性差异,结果如图9。以上结果提示,RNase L主要在RA关节滑膜中的M1促炎型巨噬细胞表达。
实施例2 RNase L对CIA小鼠发病的影响
RNase L-/-小鼠以及WT小鼠(C57BL/6J)从美国Prof.Aimin Zhou实验室引进,PCR法进行基因型鉴定,均饲养于中国中医科学院中药研究所SPF级动物室。将C57BL/6的WT小鼠和RNase L-/-小鼠分别随机分为2组,即WT-Control组、WT-Model组、RNase L-/--Control组、RNase L-/--Model组。模型组进行胶原诱导型关节炎(collagen-induced arthritis,CIA)模型的建立,模型制备方法为每只小鼠尾根部皮内注射0.1ml鸡Ⅱ型胶原与完全弗氏佐剂的乳化剂,第1、21天乳化剂二次免疫;Control组以等量理盐水对照处理。从21天起,观察关节肿胀度、关节指数,并取材膝关节,常规石蜡包埋,切片,进行HE染色,以及组织病理学评分。
1.RNase L-/-可缓解CIA模型小鼠的严重度
第二次免疫后,正常组小鼠足厚度变化不明显;模型组小鼠肿胀度初期升高,并最终呈现平缓趋势。相同条件下,RNase L-/--Model组小鼠关节肿胀度增加值要低于WT-Model组(图10A)。
WT-Model组小鼠在第二次免疫第2d开始出现关节肿胀,随着时间的推移,临床积分逐渐升高,且在第12-14d达到顶峰,随后积分有下降趋势。RNase L-/--Model组临床积分要低于WT-Model组(图10B)。
相同条件下,RNase L-/--Model组小鼠发病率也呈上升趋势,但首次发病时间要晚于WT-Model组,且发病率低于WT-Model组(图10C)。
2.RNase L-/-可减轻CIA小鼠膝关节组织病理学改变
CIA小鼠关节组织切片经HE染色,于光镜下观察小鼠膝关节组织切片的滑膜以及骨等的病理状态。正常组小鼠关节组织切片关节间隙明显、滑膜无增生、骨表面完整平滑。模型组小鼠关节组织切片出现了大量炎性细胞浸润、滑膜增生、大量血管翳形成,同时伴有软骨侵蚀和骨组织破坏(P<0.001)。相同条件下,RNase L-/--Model组小鼠组织学评分值明显低于WT-Model组(P<0.001)(图11)。
以上结果提示RNase L可加剧胶原诱导性关节炎的发生和发展。
实施例3 RNase L可促进巨噬细胞向M1促炎表型分化
分离RNase L-/-小鼠以及WT小鼠(C57BL/6J)的BMMs,并在体外进行培养。通过siRNA干扰的RAW264.7细胞RNase L(RNase L-/-),以及对照siRNA,获得稳定的RNaseL-/-以及RNase L+/+的RAW264.7细胞(按照试剂盒推荐流程进行)。对上述的细胞分别采用M1体系(IFN-γ+LPS)、M2体系(IL-4+IL13)诱导后,经ELISA、Realtime-PCR、Western Blot以及免疫荧光进行炎症因子、细胞标志蛋白以及信号通过关键分子的检测。
1.RNase L促进RAW264.7细胞炎症因子的分泌
经ELISA检测(按照试剂盒推荐流程进行,一抗分别为TNF-Α和IL-10),与空白对照(Control)组相比,M1体系诱导后细胞上清中TNF-α的含量具有不同程度的增加,并以Control siRNA诱导组的增加尤为明显;而经M2系统诱导后,IL-10因子水平显著增加(###P<0.001),相比Control siRNA组,RNase L-/-siRNA的IL-10因子水平进一步增加(***P<0.001)。提示RNase L可明显促进促炎因子TNF的释放,抑制抗炎因子的IL-10含量的增加,见图12。
2.RNase L对RAW264.7细胞分化标记物基因表达的影响
Control siRNA和RNase L-/-siRNARAW264.7细胞在IFN-γ+LPS诱导后,与相应的Control组相比,诱导组的M1分化标记物IL-1β、IL-6、TNF-α、iNOS的mRNA表达水平具有不同程度的上调(###P<0.001,或者##P<0.01见图13),并以Control siRNA的诱导组上调的幅度明显大于RNase L-/-siRNA组(***P<0.001,或者**P<0.01见图13);IL-4+IL13诱导后,RNase L-/-siRNA组的M2分化标记物ARG-1、CD204、CD206mRNA表达水平也有明显上调,(###P<0.001,或者##P<0.01,见图14)。并以RNase L-/-siRNA的诱导组上调的幅度明显大于Control siRNA组(***P<0.001,见图14);各基因的荧光定量PCR引物如下表2所示。
表2荧光定量PCR引物序列
3.RNase L对BMMs分化标记物蛋白表达的影响
Western blot方法(常规流程,一抗为iNOS,稀释比例为1:400;一抗为ARG-1,稀释比例为1:200)检测分析了RNase L基因敲除鼠原代BMMs细胞M1(IFN-γ+LPS)、M2(IL-4+IL13)诱导后,M1分化标记物iNOS、M2分化标记物ARG-1的蛋白表达变化。经吗诱导后,iNOS表达显著升高;经M2诱导后,ARG-1的表达明显增加(###P<0.001,或者##P<0.01,见图15);与Control相比,RNaseL可显著上调IFN-γ+LPS诱导后iNOS蛋白表达水平,下调IL-4+IL13诱导后ARG-1的蛋白表达(###P<0.001,图15),提示RNase L可显著促进原代BMMs向M1表型的分化。
4.RNase L激活RAW264.7细胞JAK/STAT通路
JAK1/STAT1的磷酸化活化,可促进巨噬细胞向M1型分化,而JAK1/STAT6的激活,则促使巨噬细胞向M2型分化。Western blot结果显示,与Control相比,M1诱导后p-JAK1、p-STAT1、STAT1蛋白表达明显上调(##P<0.01),且control siRNA的上调幅度明显高于RNaseL-/-siRNA(***P<0.001或**P<0.01,图16);同样的,与Control相比,M2诱导后p-JAK1、p-STAT6蛋白表达明显上调(##P<0.01),但RNase L-/-的上调幅度明显高于control siRNA(**P<0.01,图17),提示RNase L对巨噬细胞M1分化的调控可能与促进JAK/STAT信号通路的磷酸化激活相关。
核转位是STAT1活化的另一表现。在初步明确RNase L通过调控JAK/STAT磷酸化激活调控巨噬细胞分化的基础上,我们进一步采用RNase L基因敲除小鼠分离原代BMMs,观察RNase L对M1体系诱导的BMMs细胞STAT1蛋白核转位的影响。结果如图18所示,与Control相比,RNase L有助于促进IFN-γ+LPS诱导下的STAT1蛋白入核(###P<0.001,或#P<0.05),且WT对STAT1蛋白入核促进作用显著大于RNase L-/-(***P<0.001)。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明技术原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
序列表
<110> 中国中医科学院中药研究所
<120> 一种类风湿性关节炎诊断标志物及其应用
<160> 20
<170> SIPOSequenceListing 1.0
<210> 1
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<213> 小鼠(Mus musculus)
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<213> 小鼠(Mus musculus)
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Claims (10)
1.对核糖核酸酶L,即RNase L或其片段为反应性的抗体在制备用于诊断类风湿性关节炎疾病的试剂中的用途。
2.如权利要求1所述的用途,其特征在于,所述诊断包括:测定获自呈现类风湿性关节炎的患者的生物样品中RNase L或其片段的水平;任选地,
与对照数据比较所述生物样品中RNase L或其片段的水平,其中,相对于所述对照数据,所述样品中RNase L或其片段的可检测的提高表明患类风湿性关节炎的可能性。
3.如权利要求1或2所述的用途,其中,所述生物样品为滑膜组织和/或血清。
4.如权利要求1或2所述的用途,其中,RNase L或其片段的水平通过以下步骤来测量,包括:
a.使来自患者的生物样品与所述抗体接触;
b.在生物样品中存在的RNase L或其片段与所述抗体之间形成抗体-蛋白质复合物;
c.洗涤来除去任何未结合的抗体;
d.添加被标记的并且对来自生物样品的抗体为反应性的检测抗体;
e.洗涤来除去任何未结合的被标记的所述检测抗体;
f.将所述检测抗体的标记物转化为可检测信号;其中可检测信号的存在表明所述患者中存在核糖核酸酶L或其片段。
5.如权利要求4所述的用途,其中,所述检测抗体通过共价连接到酶、具有荧光化合物或金属的标记物、或具有化学发光化合物的标记物来标记。
6.核糖核酸酶L基因作为生物标志物在制备用于诊断类风湿性关节炎疾病的试剂中的用途。
7.如权利要求6所述的用途,其特征在于,所述诊断包括:测定获自呈现类风湿性关节炎的患者的生物样品中核糖核酸酶L基因的表达水平;任选地,
与对照数据比较所述生物样品中核糖核酸酶L基因的表达水平,其中,相对于所述对照数据,所述样品中核糖核酸酶L基因的表达水平可检测的提高表明患类风湿性关节炎的可能性。
8.如权利要求6或7所述的用途,其中,所述生物样品为滑膜组织和/或血清。
9.如权利要求6或7所述的用途,其中,核糖核酸酶L基因的表达水平通过以下步骤来测量:反转录PCR、Real-Time PCR和/或Northern Blotting。
10.一种类风湿性关节炎检测试剂盒,其包括对RNase L或其片段为反应性的抗体,或用于扩增核糖核酸酶L基因的引物对。
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