2020 Volume 69 Issue 2 Pages 184-192
今回我々は，当院検査部でcarbohydrate antigen 19-9（CA19-9）を測定した162例の検査後残検体を対象とし，5種類のCA19-9測定試薬による測定値の相関と膵臓がん診断能の比較を行った。5種類のCA19-9測定試薬は，ルミパルスプレストCA19-9試薬キット，アーキテクトCA19-9XR・アボット，エクルーシス試薬CA19-9 II，HISCL CA19-9 II試薬，ビトロスCA19-9試薬パックを使用した。管理試料及びプール血清を用いた併行精度の結果から，アーキテクト試薬を除き変動係数（coefficient of variation; CV）0.5～4.3%と良好な再現性が確認できた。アーキテクト試薬ではCV 3.7～21.8%と再現性において分散が認められた。各CA19-9測定試薬間のCA19-9相関性評価では，コバス試薬とビトロス試薬の相関係数が最も良好であったが，ビトロス試薬はコバス試薬の測定値より2倍程度大きくなる傾向が認められた。さらに，CA19-9のカットオフ値付近での相関性評価から，アーキテクト試薬のCA19-9測定値は他4試薬と比較して乖離が大きいことが確認された。また，non NS19-9抗体を使用しているHISCL試薬のCA19-9測定値は，NS19-9抗体を使用している他4試薬と比較して乖離が確認された。一方で，receiver operating characteristics（ROC）解析によるCA19-9の膵臓がん診断能は，すべての試薬でROC曲線下面積0.739以上と比較的良好な結果が得られた。以上の結果より，5種類のCA19-9測定試薬に互換性は認められないものの，膵臓がんの診断能はほぼ同等であることが明らかとなった。
The purpose of this study was to compare the diagnostic capability of different immunoassay reagents for detecting serum carbohydrate antigen 19-9 (CA19-9). The five reagents used were as follows: Lumipulse Presto CA19-9, CA19-9XR, Elecsys CA19-9 II, HISCLTM CA19-9 Assay Kit, and VITROS Immunodiagnostic Products CA 19-9 Reagent Pack. In terms of repeatability, coefficients of variation (CVs) of 0.5 to 4.3% were confirmed for the reagents, except for the ARCHITECT reagent, which showed a CV of 3.7–21.8%. In the evaluation of CA19-9 correlation with each reagent, the correlation coefficient for comparison between the Cobas reagent and the Vitros reagent was the best, but the measured value of the Vitros reagent tended to be about twice as large as that of the Cobas reagent. Furthermore, from the correlation evaluation near the cutoff value of CA19-9, it was confirmed that the correlation coefficient for the comparison of CA19-9 with the architect reagent was larger than those for the comparison with the other four reagents. It was also confirmed that the correlation coefficient for the comparison of CA19-9 with the HISCL reagent in the immunoassay using a non-NS19-9 antibody was dispersed compared with those for the other four reagents. On the other hand, interestingly, the CA19-9 pancreatic cancer diagnostic capability of all the reagents evaluated using the receiver operating characteristics (ROC) curve was relatively good with an area under the ROC curve of 0.739 or more. Consequently, there was a discrepancy in the correlation coefficient in the comparison between CA19-9 and other reagents depending on the type of reagent, but there was almost no effect of the pancreatic cancer diagnostic capability in terms of CA19-9 values.
腫瘍マーカーとして知られるcarbohydrate antigen 19-9（CA19-9）は，1979年にKoprowskiら1)により大腸がん培養株SW1116を免疫抗原として作製したモノクローナル抗体（NS19-9抗体）によって認識される糖鎖抗原として同定された。抗原の決定部位は，シアリルラクト-N-フコペンタオースIIで，Lewis式血液型のLewis A（Lea）の糖鎖をシアル化したシアリルLea抗原である。それゆえ，Lewis式血液型陰性Le（a−,b−）例ではCA19-9が産生されず低値となることが知られている2)。CA19-9は正常組織中の唾液腺，胆管，気管支腺などに存在するが，消化器系がん（膵・胆のう・胆管がん）において高い陽性率を示すことから，これらのがんの診断補助，治療及び再発のモニターに有効とされている。
しかしその一方で，CA19-9の分子量は20万から500万Daと幅広く，その多様な抗原性からイムノアッセイの反応条件により乖離が生じることも知られている3)。特に，当初作成されたNS19-9抗体の至適pHは酸性と報告されているが，酵素免疫測定法（enzyme immunoassay; EIA）などの測定系では中性に調整されている。そのため，放射免疫測定法（radioimmunoassay; RIA）に比べて多様な反応性を示し，測定値が高値になることが示唆されている。また，反応時のpHを酸性側にし，抗体の反応性をRIAに合わせることで良性疾患への偽陽性率が減少することが報告されている3)。このようにCA19-9測定には様々な原理・条件が存在し，これまでに多くのCA19-9測定試薬が上市されているが，各試薬間の相関だけではなく，膵臓がん診断能を同一条件下で行った検証は少ない。そこで，今回我々は5種類のCA19-9測定試薬を用いて，同一条件下でCA19-9測定を行い，その相関及び膵臓がん診断能について評価した。
2019年2月に当院でCA19-9測定依頼のあった入院及び外来患者1,813例中162例の検査後残血清を用いた。なお，本研究は名古屋大学医学部生命倫理委員会の承認を得て施行した（承認番号：2010-1038）。
2． 分析機器分析機器は，全自動化学発光酵素免疫測定システム ルミパルスPresto II（化学発光酵素免疫測定法：富士レビオ株式会社），全自動化学発光免疫測定装置ARCHITECT i2000SR（化学発光免疫測定法：アボットジャパン株式会社），全自動電気化学発光免疫測定装置cobas8000（e602）（電気化学発光免疫測定法：ロシュ・ダイアグノスティックス株式会社），全自動免疫測定装置HISCL-5000（化学発光酵素免疫測定法：シスメックス株式会社）及び全自動免疫生化学統合システムVITROS XT 7600（化学発光酵素免疫測定法：オーソ・クリニカル・ダイアグノスティックス株式会社）を使用した。
3． 測定試薬5種類のCA19-9測定試薬は，ルミパルスプレストCA19-9試薬キット（以下，ルミパルス試薬：富士レビオ株式会社），アーキテクトCA19-9XR・アボット（以下，アーキテクト試薬：アボットジャパン株式会社），エクルーシス試薬CA19-9 II（以下，コバス試薬：ロシュ・ダイアグノスティックス株式会社），HISCL CA19-9 II試薬（以下，HISCL試薬：シスメックス株式会社），ビトロスCA19-9試薬パック（以下，ビトロス試薬：オーソ・クリニカル・ダイアグノスティックス株式会社）を使用した。
4． 分析機器の性能仕様及び使用抗体ルミパルスPresto II，ARCHITECT i2000SR，cobas 8000（e602），HISCL-5000及びVITROS XT 7600の各分析機器の性能仕様と，ルミパルス試薬，アーキテクト試薬，コバス試薬，HISCL試薬及びビトロス試薬の各測定試薬に使用されている1次抗体，2次抗体の比較を行った。
5． 併行精度併行精度の検証には，MAS Omni·IMMUNE免疫測定法コントロールOmni 101（Lot No. OIM20101A）およびOmni202（Lot No. OIM20102A）（Thermo Fisher Scientific社）と，プール血清（Low, Middle, High）を10回連続測定し，平均値，標準偏差（standard deviation; SD）及び変動係数（coefficient of variation; CV）を算出した。
6． 相関性162例の患者検体について，ルミパルス試薬，アーキテクト試薬，コバス試薬，HISCL試薬及びビトロス試薬を用いてCA19-9測定を行い，それぞれの測定値間のばらつきを比較した。
7． Receiver operating characteristics（ROC）解析ルミパルス試薬，アーキテクト試薬，コバス試薬，HISCL試薬及びビトロス試薬の各CA19-9測定値による病態診断能は，Prism6（GraphPad Software）を使用してROC解析を行った。ROC解析結果からROC曲線下面積（area under the curve; AUC）を算出し，感度・特異度を算出した。
8． 統計解析Prism6（GraphPad Software）を使用して散布図を作成し，回帰式とSpearmanの順位相関係数（r）を算出した。
ルミパルスPresto II，ARCHITECT i2000SR，cobas8000（e602），HISCL-5000及びVITROS XT 7600の機器性能仕様とルミパルス試薬，アーキテクト試薬，コバス試薬，HISCL試薬及びビトロス試薬で使用されている1次抗体，2次抗体の比較を行った。その結果，分析機器の性能については，測定原理以外ほぼ同等の性能仕様であった。給排水は，HISCL-5000とVITROS XT 7600は不要であった。試薬組成の比較から，1次抗体，2次抗体ともにNS19-9抗体を使用している試薬が大部分を占めていたが，HISCL試薬のみNS19-9以外のCA19-9抗体（non NS19-9抗体）を使用していた（Table 1）。
| Analytical instruments | Lumipulse Presto II | ARCHITECT i2000SR | cobas 8000 (e602) | HISCL-5000 | VITROS XT 7600 Integrated System |
|---|---|---|---|---|---|
| Reaction principle | CLEIA | CLIA | ECLIA | CLEIA | CLEIA |
| Throughput (Max) | 240 test/h | 200 test/h | 170 test/h | 200 test/h | 189 test/h |
| Power | AC 200 V | AC 200 V | AC 200 V | AC 200～240 V | AC 200 V |
| Line Frequency | 50/60 Hz | 50/60 Hz | 50/60 Hz | 50/60 Hz | 50/60 Hz |
| Line Voltage | 20 A | 20 A | 20 A | 20 A | 20 A |
| Power consumption | 3.5 KVA | 3 KVA | 4 KVA | 2 KVA | 3.3 KVA |
| Environment | 18～30°C | 15～30°C | 18～32°C | 15～35°C | 15～30°C |
| Water supply/h | 15.0 L/h | 10 L/h | 30 L/h | 0 | 0 |
| Plumbing | Nesessary | Nesessary | Nesessary | Unnesessary | Unnesessary |
| Reagent name | Lumipulse Presto CA19-9 | ARCHITECT CA19-9XR | Elecsys CA19-9 II | HISCL CA19-9 II Assay Kit | VITROS Immunodiagnostic Products CA19-9 Reagent Pack |
|---|---|---|---|---|---|
| 1st Ab | NS19-9 (IgG) | anti-CA19-9 mAb (1116-NS-19-9) |
Biotinylated anti-CA19-9 mAb (1116-NS-19-9) |
Biotinylated anti-CA19-9 mAb (non NS19-9) |
Biotinylated anti-CA19-9 mAb (1116-NS-19-9) |
| 2nd Ab | ALP labeled-NS19-9 (Fab) | Acridinium-labeled anti-CA19-9 mAb
(1116-NS-19-9) |
Ruthenium complex labeled anti-CA19-9 mAb
(1116-NS-19-9) |
ALP labeled anti-CA19-9 mAb (non NS19-9) |
HRP labeled anti-CA19-9 mAb (1116-NS-19-9) |
| Run time (min) | 20 | 29 | 18 | 17 | 42 |
併行精度は，アーキテクト試薬を除く全ての試薬においてCV 5%未満であり良好な結果であった（Table 2A, B）。アーキテクト試薬のみOmni 101でCVが5.1%，Omni 202で6.5%，プール血清Lowで21.8%と測定値が分散する傾向が認められた（Table 2B）。また，アーキテクト試薬ではプール血清Middleでは他の4試薬より低値，また，Highでは他の4試薬より高値であり，CA19-9濃度分布による測定値の分散が他の4試薬に比して顕著に認められた（Table 2B）。
| MAS Omni·IMMUNE Control | ||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| LUMIPULSE CA19-9 | ARCHITECT CA19-9 | cobas CA19-9 | HISCL CA19-9 | VITROS CA19-9 | ||||||
| 101 | 202 | 101 | 202 | 101 | 202 | 101 | 202 | 101 | 202 | |
| Reference | — | — | 92.9 (69.3–117) | 176 (124–228) | 15.3 (12.0–18.6) | 35.2 (28.1–42.2) | — | — | — | — |
| Mean (U/mL) | 28.5 | 68.8 | 91.1 | 173.5 | 16.7 | 36.5 | 11.3 | 26.4 | 29.3 | 73.4 |
| SD | 0.6 | 1.2 | 4.6 | 11.3 | 0.2 | 0.6 | 0.3 | 0.5 | 0.2 | 1.3 |
| CV (%) | 2.2 | 1.8 | 5.1 | 6.5 | 1.0 | 1.6 | 2.6 | 2.0 | 0.5 | 1.7 |
| Pooled Serum | |||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| LUMIPULSE CA19-9 | ARCHITECT CA19-9 | cobas CA19-9 | HISCL CA19-9 | VITROS CA19-9 | |||||||||||
| Low | Middle | High | Low | Middle | High | Low | Middle | High | Low | Middle | High | Low | Middle | High | |
| Mean (U/mL) | 7.8 | 37.3 | 301.2 | 4.3 | 16.3 | 570.5 | 7.4 | 26.4 | 144.2 | 5.6 | 30.2 | 109.6 | 5.6 | 27.6 | 206.4 |
| SD | 0.1 | 0.4 | 4.2 | 0.9 | 0.8 | 21.0 | 0.1 | 0.4 | 1.2 | 0.2 | 1.3 | 2.1 | 0.0 | 0.3 | 2.5 |
| CV | 1.5 | 1.0 | 1.4 | 21.8 | 4.8 | 3.7 | 1.6 | 1.6 | 0.8 | 2.8 | 4.3 | 1.9 | 0.8 | 1.1 | 1.2 |
5種類のCA19-9測定試薬でのCA19-9測定値の回帰式及び相関係数をTable 3に示す。また，5種類のCA19-9測定試薬によるCA19-9測定値の分布をFigure 1に示す。相関係数はすべての組み合わせ比較において良好であった。しかし，ルミパルス試薬とビトロス試薬，コバス試薬とHISCL試薬以外の他の試薬組み合わせでは，CA19-9測定値のばらつきが認められた。
| X-Axis | Y-Axis | Regression line | Correlation coefficient | Figure 1 |
|---|---|---|---|---|
| cobas 19-9 | Vitros 19-9 | Y = 2.037X − 59.36 | 0.998 | A |
| Lumipulse CA19-9 | Vitros 19-9 | Y = 0.912X + 8.58 | 0.988 | B |
| Lumipulse CA19-9 | cobas 19-9 | Y = 0.448X + 29.36 | 0.988 | C |
| Lumipulse CA19-9 | ARCHITECT CA19-9 | Y = 2.850X − 300.2 | 0.963 | D |
| cobas 19-9 | HISCL 19-9 | Y = 0.933X + 21.94 | 0.957 | E |
| Lumipulse CA19-9 | HISCL 19-9 | Y = 0.417X + 55.53 | 0.939 | F |
| HISCL 19-9 | Vitros 19-9 | Y = 1.950X + 12.64 | 0.938 | G |
| HISCL 19-9 | ARCHITECT CA19-9 | Y = 5.417X − 62.81 | 0.881 | H |
| cobas 19-9 | ARCHITECT CA19-9 | Y = 5.783X − 189.6 | 0.942 | I |
| Vitros 19-9 | ARCHITECT CA19-9 | Y = 2.722X + 94.26 | 0.966 | J |
ARCHITECT CA19-9 (Reagent A), cobas CA19-9 (Reagent C), HISCL CA19-9 (Reagent H), Lumipulse CA19-9 (Reagent L), VITROS CA19-9 (Reagent V)
CA19-9のカットオフ値はすべて37 U/mLであることから，当院採用中のルミパルス試薬のCA19-9測定値を基準とし，50 U/mL以下（n = 110）での相関性について評価した。その結果，コバス試薬以外の他3試薬（アーキ・ルミパルス・ビトロス試薬）とHISCL試薬との相関係数が0.744～0.768であり，CA19-9測定値のばらつきが認められた（Table 4, Figure 2）。また，アーキテクト試薬は他4試薬と比較してCA19-9測定値の乖離が大きいことが確認された（Table 4, Figure 2）。
| X-Axis | Y-Axis | Regression line | Correlation coefficient | Figure 2 |
|---|---|---|---|---|
| cobas 19-9 | Vitros 19-9 | Y = 0.871X − 1.026 | 0.949 | A |
| Lumipulse CA19-9 | Vitros 19-9 | Y = 0.687X − 0.316 | 0.969 | B |
| Lumipulse CA19-9 | cobas 19-9 | Y = 0.711X + 2.199 | 0.968 | C |
| Lumipulse CA19-9 | ARCHITECT CA19-9 | Y = 0.794X − 2.797 | 0.913 | D |
| cobas 19-9 | HISCL 19-9 | Y = 0.918X + 2.168 | 0.903 | E |
| Lumipulse CA19-9 | HISCL 19-9 | Y = 0.670X + 3.870 | 0.768 | F |
| HISCL 19-9 | Vitros 19-9 | Y = 0.627X + 2.036 | 0.772 | G |
| HISCL 19-9 | ARCHITECT CA19-9 | Y = 0.339X + 6.039 | 0.744 | H |
| cobas 19-9 | ARCHITECT CA19-9 | Y = 0.884X − 1.779 | 0.865 | I |
| Vitros 19-9 | ARCHITECT CA19-9 | Y = 1.221X − 3.201 | 0.916 | J |
ARCHITECT CA19-9 (Reagent A), cobas CA19-9 (Reagent C), HISCL CA19-9 (Reagent H), Lumipulse CA19-9 (Reagent L), VITROS CA19-9 (Reagent V)
5種類のCA19-9測定試薬による膵臓がん診断能についてROC解析を用いて評価した（Figure 3C）。対照として非悪性腫瘍疾患群（n = 17, Figure 3A）および膵臓がんを除く消化器系がん群（n = 60, Figure 3B）を用いた。非悪性腫瘍疾患群におけるAUCは，ルミパルス試薬で0.6140，アーキテクト試薬で0.6197，コバス試薬で0.6046，HISCL試薬で0.6079，ビトロス試薬では0.6061であった。消化器系がん群のAUCはルミパルス試薬で0.5176，アーキテクト試薬で0.5182，コバス試薬で0.5130，HISCL試薬で0.5370，ビトロス試薬で0.5201であった。一方で，膵臓がん群（n = 47）のAUCはルミパルス試薬で0.7477，アーキテクト試薬で0.7485，コバス試薬で0.7387，HISCL試薬で0.7730，ビトロス試薬では0.7456であった（Figure 3D）。次に，すべての試薬のカットオフ値である37 U/mLでの感度及び特異度を算出し，膵臓がんの診断能を評価した。その結果，ルミパルスCA19-9で感度68.1%，特異度72.2%。アーキテクトCA19-9で感度58.7%，特異度84.4%。コバスCA19-9で感度58.7%，特異度81.7%。HISCL CA19-9で感度59.6%，特異度80.9%。ビトロスCA19-9では感度61.7%，特異度80.0%であり，膵臓がんの診断能はすべての試薬についてほぼ同等であった。
ROC curves of CA19-9 in predicting of (A) non-cancer disease (n = 17), (B) gastrointestinal cancer (n = 60), (C) pancreatic cancer (n = 47), and (D) area under the curve (AUC) value of ROC curves.
本邦における膵臓がんの発生頻度は増加傾向にあり，肺がん・胃がん・大腸がんに次いで4番目に多く，膵臓がんは診断および治療が困難ながん腫の一つである4)。日本膵臓学会より発刊の「膵癌診療ガイドライン2016年度版」では，超音波検査とならび膵酵素・腫瘍マーカーの測定がファースト・ステップとされているが，CA19-9においてはLewis式血液型抗原陰性例における偽低値の問題や，膵臓以外の疾患（閉塞性黄疸など）において高値を示すことが知られている2),5)。また，様々な測定法・試薬・機器のバリエーションによるCA19-9測定値の違いが，その診断および治療を複雑にしている可能性がある。しかしながら，様々な測定法・試薬・機器によるCA19-9測定値と膵臓がん診断能を同一条件下で比較した検証は少ない。
そこで今回我々は，5種類のCA19-9測定試薬を用いて，CA19-9測定値の差異の現状と，膵臓がん診断能を評価した。併行精度の結果から，アーキテクト試薬を除く各試薬でCV 0.5～4.3%と良好な再現性を確認できた。しかし，アーキテクト試薬ではCVが3.7～21.8%であり，再現性において分散が認められた。また，アーキテクト試薬ではプール血清のCA19-9測定値が，中濃度でより低値に，高濃度でより高値となり，他の4試薬と比較して異なる反応性が認められた。アーキテクト試薬では，反応系のpHが酸性領域であり，高分子と低分子のCA19-9を他の4試薬より鋭敏に検出できる特徴がある3)。これまでに，CA19-9分子量は腫瘍由来では2,000 kDa以上の高分子，良性疾患では高分子と200 kDa付近の低分子の混在，そして健常人では200 kDa以下の低分子と報告されている6)。この反応性の違いがアーキテクト試薬と他の4試薬とで異なる測定値となった要因であると考えられる。一方で，併行精度におけるCA19-9測定値の分散が大きい点については明らかな原因を特定することはできなかった。
患者検体162件を用いた5種類のCA19-9測定試薬の相関性評価では，コバス試薬とビトロス試薬の相関係数が最も良好であったが，ビトロス試薬の測定値はコバス試薬の測定値より2倍程度大きくなる傾向があった。一方，ルミパルス試薬とビトロス試薬の比較では，両者の相関係数及び測定値の相関性は良好な結果であった。他の試薬間での比較では，相関係数は良好である一方，いずれの試薬間でも個体によってはCA19-9測定値の乖離が認められた。CA19-9のカットオフ値（37 U/mL）付近での相関評価では，アーキテクト試薬のCA19-9測定値は他4試薬のCA19-9測定値と比較して乖離が大きいことが確認された。また，non NS19-9抗体を使用しているHISCL試薬のCA19-9測定値は他4試薬と比較してばらつきが確認された。さらに，一部検体では測定値に大きな乖離が認められた。これらの理由として，5種類のCA19-9測定試薬で使用されているNS19-9抗体もしくはnon NS19-9抗体が結合するCA19-9の糖鎖抗原との結合パターンによる反応性の違いが要因として推察される。CA19-9は分子量20万～500万と様々な分子量で存在しており，ムチン型糖蛋白質のコア蛋白上にはNS19-9抗体もしくはnon NS19-9抗体が認識する糖鎖抗原が複数存在していることが推察される。さらに，抗体を標識している化学発光物質，基質等の物質，各メーカーが標準品に使用しているムチンの種類（分子量や糖鎖の数）や反応系のpH（酸性領域あるいは中性領域）による影響も5種類のCA19-9測定試薬での互換性が得られない一因として考えられる。しかし，今回の検証から決定的な要因を見出すことは出来なかった。一方で，臨床検査医学の視点では測定値の互換性は重要なポイントであるが，実際の診療では測定値を用いた病態識別能が最も重要である。CA 19-9は現在膵臓がんの診断に最も有用なバイオマーカーとされているが，その血清中濃度は早期診断よりもむしろ治療効果に対するモニタリングに有用であるとされている7)。また，これまでの報告では膵臓がんにおけるCA19-9の陽性率は50%に留まるとされていた8)。今回我々は，5種類のCA19-9測定試薬を用いて同一条件下でCA19-9を測定し，ROC解析による膵臓がん診断能の評価を行った。ROC解析からカットオフ値37 U/mLでの感度・特異度を算出した結果，感度は58.7～68.1%，特異度は72.2～84.4%であり，これまでの報告より高い感度を示していた。しかし，CA19-9を用いた膵臓がんスクリーニングとしての感度は決して高い数値ではないことには留意すべきである。
以上の結果より，5種類のCA19-9測定試薬の互換性については詳細な解析と慎重な議論が必要であるが，膵臓がん診断能については同等の性能を有していることが明らかとなった。
各施設において，CA19-9測定試薬を選定もしくは反応原理が異なる方法へ移行する際には各試薬メーカーの反応性を理解した上で，臨床側と十分な協議を行うことが今後も重要であると考えられる。
本論文に関連し，開示すべきCOI 状態にある企業等はありません。
