作者名单:迈克尔· j ·乔伊纳，医学博士，里奇· e ·卡特，博士，乔纳森·塞内费尔德，博士，斯蒂芬·克拉森博士

2021年1月13日

摘要

背景

恢复期血浆已被广泛用于治疗冠状病毒病2019(新冠肺炎)，假定这种血浆含有抗严重急性呼吸综合征冠状病毒2型(SARS-CoV-2)的潜在治疗抗体，可被动转移到血浆受体。抗体水平较高而不是抗体水平较低的恢复期血浆是否与较低的死亡风险有关尚不清楚。

方法

在一项基于美国国家登记处的回顾性研究中，我们测定了用于治疗新冠肺炎住院成人的恢复期血浆中抗SARS-CoV-2 IgG抗体水平。主要结果是输血后30天内死亡。分析中包括了到2020年7月4日登记的患者，以及血浆输血中抗SARS-CoV-2抗体水平和30天死亡率的数据。

结果

在3082例患者中，高滴度组515例(22.3%)中，输血后30天内死亡115例(22.3%)，中滴度组2006年549例(27.4%)，低滴度组561例中166例(29.6%)。抗SARS-CoV-2抗体水平与新冠肺炎死亡风险的关系受机械通气状态的影响。高滴度组30天内死亡风险低于低滴度组(相对危险度0.66；95%可信区间[CI]0.48~0.91)，而机械通气组死亡风险无明显影响(相对风险1.02；95%CI，0.78~1.32)。

结论

在无机械通气治疗的新冠肺炎患者中，抗SARS-CoV-2IgG抗体水平较高的血浆输血，其死亡风险低于抗体水平较低的输血。(由卫生和公共服务部和其他机构供资；ClinicalTrials.gov编号：NCT04338360

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.)

介绍

被动抗体转移已被用于治疗呼吸系统感染一个多世纪。1-3在1918年流感大流行期间，这种治疗方法涉及广泛使用恢复期血浆或血清。4冠状病毒病2019(新冠肺炎)大流行重新引起了人们对使用恢复期血浆治疗患者的兴趣。尽管人们对此很感兴趣，但疗效信号还只是初步的，5,6而已发表的随机试验或配对治疗-对照研究的结果一直没有定论。7-23

为了应对新冠肺炎的大流行，梅奥诊所发起了艾滋病毒恢复期血浆普及计划.该方案的宗旨是提供获得康复血浆的机会并对其安全性进行评估，并进行额外的探索性分析。在一项回顾性队列研究中，我们检验了这样的假设：使用抗体水平较高的恢复期血浆与低抗体水平的恢复期血浆相比，其死亡风险较低。为了解决这一假设，我们评估了接受恢复期血浆输血的新冠肺炎住院成人的死亡率，并提供了这些输血中抗严重急性呼吸综合征冠状病毒2(SARS-CoV-2)IgG抗体水平的数据。

方法

研究设计和监督

如前所述，24,25扩大准入计划是新冠肺炎住院成人的全国登记。在美国的所有医院或急诊室以及在美国获得执照的任何医生都有资格参加，只要他们同意遵守附件(全文见nejm.org)以及联邦和州法规。该方案得到梅奥诊所机构审查委员会的批准，该研究由一个独立的数据和安全监测委员会监督。书面知情同意是从病人或合法授权的患者代表那里获得的，或者是通过紧急同意程序获得的。关于研究设计、进行、监督和分析的全部细节载于议定书和统计分析计划(也可在nejm.org上查阅)。

表1 .

新冠肺炎患者接受恢复期血浆的特点，根据抗SARS-CoV-2 IgG水平。

符合条件的患者为18岁或18岁以上，并经实验室证实的SARS-CoV-2感染确诊住院。这些病人也有或正处于发展为严重或危及生命的新冠肺炎的高风险，其高风险被定义为至少存在一个严重痛楚的危险因素(见表1这项研究的主要结果是输注恢复期血浆后30天的死亡率。

处理

根据采血中心的标准化程序获取恢复期血浆。26这些程序包括指定一个标准化的识别号(国际输血协会(ISBT)128号代码)，这些编号用于将抗SARS-CoV-2 IgG抗体水平与血浆接受者相应的研究结果联系起来。

一个或多个单位的恢复期血浆被静脉注射根据个别的制度协议。输血时，血液采集中心、调查人员和患者不知道与血浆单位对应的抗SARS-CoV-2 IgG抗体水平。

程序

图1 .

参与新冠肺炎恢复期血浆扩大获取计划。

我们对捐献过程中残留的血清样本进行了回顾性调查，并征求了血液采集中心。将生物果胶运往梅奥诊所的实验室分析抗体是一项自愿行为，得到了梅奥诊所机构审查委员会的授权，但不需要装运。共有54个采血中心同意运送生物胶进行分析。图1).

采用VITROS抗SARS-CoV-2 IgG化学发光免疫分析法(正交临床诊断学)，根据生产厂家的指示，检测血清中的结合抗体水平。27虽然该方法不能区分结合IgG抗体和病毒中和IgG抗体，但抗穗蛋白IgG含量与病毒体外中和量有很强的相关性。28,29这种IgG化学发光免疫分析法是一种定性的检测方法，其基础是检测针对SARS-CoV-2尖峰亚基1蛋白的重组形式的IgG抗体。分析的数值结果对应于样品信号与校准器指定的截止信号的比率(信号与截止比)。

抗SARS-CoV-2 IgG抗体的信号截止比分为低(<4.62)、中等(4.62~18.45)或高(>18.45)。截止点大约对应于信号/截止比分布的第20和第80百分位数。选择IgG抗体信号截止比的上限，为检测1：2560或更高的样品的稀释度提供90%的特异性，使用梅奥诊所(在罗切斯特，MN)开发的一种新的半定量检测方法。该实验测定了一种携带SARS-CoV-2尖峰蛋白的假病毒的中和能力.90%的特异性是预先指定的，不知道阈值如何与存活有关，而是根据“高”抗体浓度的先验定义选择的(1：2560是该试验的最大稀释度)。选择较低的阈值检测中和抗体滴度为1：160或更高，灵敏度为90%。由于假病毒检测下限为1：80，1：160滴度比最低检出值高出一倍稀释度。基于网络的标准化数据报告调查进入研究电子数据采集系统(Redcap9.1.15版；Vanderbilt大学)30,31用于评估患者的临床和生命状态，如前所述。24,25

统计分析

这一回顾性队列研究的样本大小无法事先确定，因为与登记册中的病人数据相关联的可用残余样本的数量不确定。这项分析包括到2020年7月4日登记的患者，或者是在扩大准入计划的头3个月内登记的患者，以及血浆输血中抗SARS-CoV-2抗体水平和30天死亡率的数据。计算程序没有应用于数据；由于缺少数据，报告了样本大小的差异。

为了减轻血浆输注量可能造成的混乱影响，并解决在输注多个单位(可能来自不同供体)时如何对抗体水平进行分类的不确定性，这些分析仅限于接受单一单位康复血浆的患者。该数据库是由梅奥诊所维护，并锁定了这一回顾性队列研究报告在2020年8月5日。

在初步分析中，我们使用回归方法估计30天的相对死亡风险，作为相对抗SARS-CoV-2 IgG抗体水平(低、中或高)的函数，并对假定的混杂变量和已知的死亡危险因素(如高龄)进行调整或不调整，特别是那些在抗体水平上可能不平衡的。在这个相对风险回归模型中，我们使用了一个包含日志链接和稳健方差估计的广义线性模型框架来修正错误指定的方差结构(使用泊松分布来提高收敛性)。这项分析假设所有出院的病人在第30天都还活着。为了评估这一假设的敏感性，我们使用了Cox模型，其中包括出院时被排除在外的患者。为了支持这两种基于模型的方法，构造了一个基于混合Mantel-Haenszel估计量的经典分层风险分析方法。这种方法允许逐层评估协会的形成，同时提供一种方法来估计整个(集合)关联。

此外，我们还使用了梯度提升机，这是一种基于“弱学习者”原理的现代机器学习算法(即Booding算法从一个简单的分类算法开始，然后通过添加决策树来扩展该算法，生成一个具有较低误差率的单一、综合的算法)。我们没有试图开发一个奇异的预测方程来将抗体水平和调整变量与生存联系起来，而是使用了一种算法来构建一系列相对简单的决策树。这一系列的树与随机森林的方法是不同的，因为树不是独立的--特别是，由于梯度提升机器构建了一个由相对简单的分类算法组成的网络，仍然不正确地分类的观测值被按差分加权，以便模型能够学习数据中可能存在的细微之处。虽然每种方法在方法上都不同，但每种方法都试图通过使用不同的统计技术来说明潜在的混淆和风险修正。

我们还根据恢复期血浆的历史经验对患者分组进行了检查，在调整后的模型中，我们选择了与新冠肺炎其他治疗药物试验相似的变量。32,33机械通气状况已成为决定包括地塞米松在内的新冠肺炎主要治疗药物疗效的关键因素34以及remdesivir，32我们用它来划分子群分析的队列。

使用R软件(R核心小组)进行分析。35描述性统计以频率和百分比表示。对研究结果的解释是基于95%的置信区间来估计关联度量。对于输血时间的分析，死亡率的点估计是根据粗死亡率和用Wilson法计算的二项分布比例的置信区间估算的。置信区间的宽度未根据多重性进行调整，因此不应利用区间推断明确的治疗效果。报告的P值是双面的.关于统计分析的更多详细资料，见“统计方法补充”一节。补充附录(见NEJM.org )。

结果

病人

该队列包括来自美国680个急性护理机构的3082名患者(图1). 表1显示患者的主要特征，按抗SARS-CoV-2 IgG抗体水平分为三组(根据信号/截止比)。总体而言，61%的患者为男性，23%为黑人，37%为西班牙裔，69%的患者年龄在70岁以下，三分之二的患者在侵入性机械通气前接受过输血。每点患者的中位数为2人(中间四分位数范围为1至6人)。来自任何单一部位的患者人数最多为59人。如图所示表1三组患者(接受高、中、低IgG抗体水平的血浆输注)在人口学特征、严重新冠肺炎相关危险因素及同时使用治疗药物治疗方面基本相似。高滴度组低氧血症患者及同时使用羟氯喹的患者比例(均为调整模型中的变量)低于其他两组。

主要成果

表2 .

输血血浆中抗SARS - cov - 2抗体水平与死亡风险关系的模型。

输血后30d内死亡者占26.9%(3082例中830例，95%可信区间[CI]，25.4~28.5)。低滴度组为29.6%(166/561)，中滴度组为27.4%(549/2006)，高滴度组为22.3%(115/515)。高滴度组在输血后30d内的相对死亡风险低于低滴度组(相对风险0.75；95%CI，0.61~0.93)。表2)。此外，我们对病人的人口学特征(年龄、体重状况及种族)及临床特征(接受侵入性机械通气、同时使用辅助治疗及低氧血症)进行调整，以评估抗sars-cov-2 IgG抗体水平对输血后30天内死亡风险的整体影响(表s1)。补充附录调整后的模型(定义于表2)抗SARS-CoV-2抗体水平较高的患者(模式2，相对风险，0.79[95%CI，0.65至0.96]和模式3(经额外调整)，相对风险为0.82[95%CI，0.67至1.00])。表2在出院时排除病人的敏感性分析结果在质量上与这些结果相似。

分组分析

表3 .

根据抗SARS-CoV-2 IgG水平，对不接受机械通气和接受恢复期血浆的新冠肺炎患者的特点进行了分析。

在3082名患者中，2014年患者在输血前没有接受机械通气。表3显示非机械通气患者亚组的主要患者特征，按抗SARS-CoV-2 IgG抗体水平分层。在未接受机械通气的患者中，低滴度组365例(22.2%；95%CI，18.2~26.7)中有81例(22.2%；95%CI，18.2%~26.7)，中滴度组1297例(19.4%；95%CI，17.3~21.6)，高滴度组352例(14.2%；95%CI，10.9%~18.2)中有50例(14.2%；95%CI，10.9~18.2)。在机械通气组中，低滴度组183例(43.7%；95%CI，36.7%~51.0)中有80例(43.7%；95%CI，36.7%~51.0)，中滴度组666例(41.6%；95%CI，37.9%~45.4)中死亡277例，高滴度组158例(40.5；95%CI，33.2~48.3)中有64例(40.5；95%CI，33.2~48.3)。在这两个亚组中，患者的特征在三个抗体滴度组之间得到了很好的平衡。

在完全调整的相对风险回归模型中，高滴度组输血后30d内死亡风险低于低滴度组(相对风险0.66；95%CI，0.48~0.91)。输血前机械通气对死亡率无影响(相对危险度1.02；95%CI，0.78~1.32)。

表S2显示了患者人口学特征、抗SARS-CoV-2 IgG抗体水平、临床特征和研究时间的相对风险回归，包括所有三个模型(基本模型、模型2和模型3)。表S3显示了接受机械通气的患者的相对风险回归。

图2 .

恢复期血浆输注后30天内相对死亡风险。

这些发现还得到了分层数据分析方法的进一步支持，该方法为与死亡风险相关的关键变量(年龄、接受侵入性机械通气和研究时间)提供了直接的分析控制。图2)。输血后30天内，高滴度组与低滴度组比较，所有患者合并(或常见)相对死亡风险为0.80(95%CI，0.65~0.97)。图2)。图S1显示了在输血疗养血浆后7天内死亡的风险，这是用这种分层数据分析方法确定的。

探索性分析

在输血前机械通气患者中，从诊断新冠肺炎到输血恢复期的平均天数(±SD)为10.0±7.7，几乎是未接受机械通气的患者的平均天数(5.4±4.8)的两倍。输血后3天内输血的未调整死亡率(点估计为22.2%，95%CI为19.9~24.8)明显低于诊断后4天或4天以上输血的患者(点估计为29.5%；95%CI为27.6~31.6)。在模型3中，用输血天数的二元分类替换通气状态，在诊断后4天或4天以上接受输血的患者中死亡的相对风险为1.18(95%CI，1.04~1.35)。这种影响程度低于模型3中先前接受机械通气的患者(相对危险度为2.16；95%CI，1.90~2.46)。

用经过训练的梯度促进器估计输血后30天内死亡风险与30天死亡率之间的关系。两种方法被用来探讨机器学习技术是如何将关键变量与死亡率预测联系起来的。

在第一种方法中，为模型中包含的每个变量生成一个可变重要度图(图)。S2)。变量的“重要性”是它改进预测的相对数量，无论是在决策树中的位置(在决策树中更高的位置)还是在用于收集树的次数上。与30天死亡风险相关的主要变量是年龄；新冠肺炎晚期临床课程的证据，如接受侵入性机械通气和进入重症监护病房(ICU)；以及抗SARS-CoV-2抗体水平，按重要性顺序排列。

第二种方法是通过局部依赖图来探讨某一变量与死亡率预测之间的关系。部分依赖图显示，在调整模型中所有其他变量后，抗SARS-CoV-2 IgG抗体水平与死亡风险呈负相关关系。图S3显示了初步分析模型的相似的部分依赖图，其中抗体水平被视为一个连续变量，使用具有四个均匀节距的自然样条。在该模型中，整个样本的部分依赖图与梯度增强机模型中观察到的模式一致。在未接受机械通气的患者中，再次观察到抗体水平与抗体水平成反比关系，且这些患者普遍缺乏明确的相关性。

讨论

在一项基于国家登记的回顾性研究中，恢复期血浆被认为是治疗新冠肺炎住院患者的一种潜在的有益疗法。我们的主要发现是，在没有接受机械通气的新冠肺炎患者中，高抗体水平的血浆的输血与低抗体水平的血浆输血相比，其死亡风险较低。我们发现在接受机械通气的新冠肺炎患者中，抗体水平与死亡风险之间没有这种关系。此外，在确诊新冠肺炎后3天内接受血浆治疗的患者，其死亡风险低于在病程后期接受输血的患者。

这些数据与在疾病早期注射高滴度血浆有关的死亡率效益是一致的。我们的发现与最近的一项抗病毒药物雷莫地韦试验的结果相吻合，在没有接受高级呼吸支持的患者中，在接受无创高流量氧气或机械通气的患者中，临床效益是明显的。32,36,37我们的发现也与疗养血浆的观察研究和随机试验的总体数据一致，7,9,38,39以及有关传染病抗体治疗的历史证据。3我们的数据和其他研究为使用抗SARS-CoV-2抗体作为新冠肺炎恢复期血浆效价的指标提供了支持。

虽然患者年龄不是这些分析的主要焦点，但估计它是预测输血后30天内死亡风险的最重要变量。接下来两个最重要的相关风险--接受侵入性机械通气和进入ICU--发生在疾病晚期，当时输血血浆中的抗体水平似乎不影响死亡风险。

该方案期间遇到的许多挑战与其他地方列举的挑战相似。32为了在大流行期间克服这些背景挑战，40我们建立了一个简化的登记和数据收集系统，并由一个集中的机构审查委员会进行监督。然而，这一设计产生了若干限制，包括对这一回顾性队列研究的参与有限，由于使用了简略的数据收集表，数据的可获得性有限，在同时使用药物和输血之间的时间关系方面缺乏精确性，以及缺少数据(这是国家登记处固有的一个问题)。我们事先确定低滴度组可能比高滴度组有更高的死亡风险。此外，这些结果的解释受到开放标签设计和缺乏随机安慰剂(对照)组的限制。最后，研究登记进展很快，这篇文章是在第二波病人进入扩大治疗计划之前准备的(见图)。(中4)。尽管整个项目最终吸收了超过10.5万名患者--包括近9.4万名接受输血的患者--但只有三分之一的数据可用于这些分析。目前正在进一步努力获取更多患者的抗体数据。

这些发现是美国食品和药物管理局(FDA)在2020年8月23日的决定中所考虑的科学证据的一个重要组成部分，该决定发布了用于治疗患有新冠肺炎的住院成年人的恢复期血浆的紧急使用许可。41从那时起，疗养血浆在其他几个国家也得到了完全或有条件的批准。

我们的分析表明，在未接受机械通气的新冠肺炎患者中，高抗体水平血浆的输血与低抗体水平血浆的输血相比，其死亡风险较低。此外，在确诊新冠肺炎后3天内接受血浆治疗的患者，其死亡风险低于在疾病病程后期接受输血的患者。这些数据表明，在早期接受抗SARS-CoV-2IgG抗体水平较高的血浆输注的患者中，恢复期血浆的益处最为明显。