付沛文(FU Pei-wen),李世寶(LI Shi-bao),2,李洪春(LI Hong-chun),2,顧 兵(GU Bing),2
(1 徐州醫(yī)科大學(xué)醫(yī)學(xué)技術(shù)學(xué)院, 江蘇 徐州 221004; 2 徐州醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院, 江蘇 徐州 221002)
·綜述·
XpertMTB/RIF試驗(yàn)快速診斷結(jié)核病的研究進(jìn)展
付沛文(FU Pei-wen)1,李世寶(LI Shi-bao)1,2,李洪春(LI Hong-chun)1,2,顧 兵(GU Bing)1,2
(1 徐州醫(yī)科大學(xué)醫(yī)學(xué)技術(shù)學(xué)院, 江蘇 徐州 221004; 2 徐州醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院, 江蘇 徐州 221002)
結(jié)核病; Xpert MTB/RIF試驗(yàn); 診斷效能
結(jié)核病是由結(jié)核分枝桿菌(Mycobacteriumtuberculosis, MTB)感染引起的慢性傳染病,仍然是全世界公共衛(wèi)生面臨的重大威脅。據(jù)世界衛(wèi)生組織統(tǒng)計(jì)[1-2],我國(guó)2014年的新發(fā)肺結(jié)核人數(shù)位居全球第三位,是22個(gè)全球結(jié)核病高負(fù)擔(dān)國(guó)家之一。目前肺結(jié)核的診斷主要依靠痰涂片抗酸染色,但由于痰涂片對(duì)標(biāo)本的含菌量要求高,導(dǎo)致其診斷結(jié)核病的敏感度較低。診斷結(jié)核病的金標(biāo)準(zhǔn)是MTB培養(yǎng)[3],由于MTB生長(zhǎng)緩慢的習(xí)性,導(dǎo)致培養(yǎng)所需時(shí)間較長(zhǎng)(2~6周),僅用MTB培養(yǎng)診斷結(jié)核病可能延誤治療。耐多藥結(jié)核病的傳統(tǒng)診斷方法是藥物敏感試驗(yàn)[4],該方法有對(duì)實(shí)驗(yàn)室要求高及耗時(shí)長(zhǎng)的缺點(diǎn)。因此,尋求快速診斷結(jié)核病和耐多藥結(jié)核病的方法成為控制結(jié)核病的重點(diǎn)。近些年涌現(xiàn)出許多基于分子生物學(xué)或免疫學(xué)的方法,利福平耐藥實(shí)時(shí)熒光定量核酸擴(kuò)增檢測(cè)技術(shù)(Xpert MTB /RIF)就是其中最有應(yīng)用前景的方法之一。本文就Xpert MTB /RIF的發(fā)展、應(yīng)用現(xiàn)狀以及對(duì)特殊人群的診斷價(jià)值進(jìn)行綜述。
Xpert MTB /RIF試驗(yàn)以半巢式實(shí)時(shí)熒光定量PCR技術(shù)為基礎(chǔ),rpoB基因?yàn)榘谢?,系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行并檢測(cè)標(biāo)本中是否含有結(jié)核分枝桿菌,以及利福平是否耐藥,全程約2 h。1998年,Piatek等[5]首先提出以分子信標(biāo)技術(shù)為基礎(chǔ),以rpoB基因?yàn)榘谢驅(qū)Y(jié)核分枝桿菌進(jìn)行檢測(cè)的試驗(yàn)?zāi)P停S后有多位研究者將分子信標(biāo)技術(shù)應(yīng)用于耐藥結(jié)核菌株的檢測(cè)[6-7]。全自動(dòng)快速分子病原學(xué)診斷檢測(cè)系統(tǒng)Gene Xpert平臺(tái)由美國(guó)國(guó)防部資助研發(fā),2009年美國(guó)Cepheid公司在Gene Xpert PCR平臺(tái)基礎(chǔ)上成功研發(fā)出一種應(yīng)用于結(jié)核病診斷領(lǐng)域的新技術(shù)——Xpert MTB/RIF技術(shù),包括Gene Xpert PCR平臺(tái)和Xpert MTB/RIF診斷試劑盒。2010年12月,世界衛(wèi)生組織(WHO)首次向國(guó)際社會(huì)推薦將Xpert MTB/RIF用于結(jié)核病和利福平耐藥快速檢測(cè),并組織專家組對(duì)該技術(shù)檢測(cè)的準(zhǔn)確性進(jìn)行綜述性分析,于2011年初推出關(guān)于Xpert MTB/RIF應(yīng)用的政策性指南[8],對(duì)其進(jìn)行重點(diǎn)推廣。
1.1 測(cè)定原理 Xpert MTB/RIF試驗(yàn)以半巢式實(shí)時(shí)定量PCR技術(shù)為基礎(chǔ),以rpoB基因?yàn)榘谢颍O(shè)計(jì)出5個(gè)相互重疊的分子探針(分別以探針A~E命名)選擇性覆蓋rpoB基因的81 bp核心區(qū),同時(shí)根據(jù)球芽孢桿菌的基因組設(shè)計(jì)1條對(duì)照探針,通過(guò)這條探針的熒光顯示結(jié)果對(duì)標(biāo)本中的結(jié)核分枝桿菌及對(duì)利福平的耐藥情況進(jìn)行檢測(cè),具體理論基礎(chǔ)如下。
1.1.1 rpoB基因在同一菌種中高度保守 分枝桿菌的rpoB基因?yàn)榉种U菌依賴DNA的RNA聚合酶β亞單位的編碼基因,rpoB基因同時(shí)具有保守序列和可變序列,具有顯著的種間相似度和種內(nèi)相似度高的特點(diǎn),利用rpoB基因的保守序列和可變序列,可以對(duì)分枝桿菌進(jìn)行菌種鑒定。
1.1.2 MTB對(duì)利福平的耐藥機(jī)制由rpoB基因的點(diǎn)突變?cè)斐?利福平的作用機(jī)制是與結(jié)核分枝桿菌DNA依賴的RNA聚合酶中的β亞基結(jié)合,干擾轉(zhuǎn)錄的開(kāi)始和RNA的延長(zhǎng)而起到抗菌作用,rpoB基因的突變可導(dǎo)致利福平無(wú)法與β亞基結(jié)合而失效。此外,由于大部分利福平耐藥菌株同時(shí)對(duì)異煙肼耐藥,故利福平耐藥情況在一定程度上可作為耐多藥結(jié)核病的監(jiān)測(cè)指標(biāo)[9]。
1.2 試驗(yàn)方法 將不同標(biāo)本按相應(yīng)預(yù)處理方法處理后,取2 mL所得混合液轉(zhuǎn)移至一次性多室塑料反應(yīng)盒中。樣品自動(dòng)洗滌和過(guò)濾,自動(dòng)超聲破碎樣品,釋放核酸,DNA與PCR試劑混合,半巢式熒光定量PCR擴(kuò)增和檢測(cè),打印結(jié)果。不同類型臨床標(biāo)本預(yù)處理方法[10],見(jiàn)表1。
表1 Xpert MTB/RIF試驗(yàn)中不同臨床標(biāo)本的預(yù)處理方法
1.3 結(jié)果判讀 結(jié)果判讀依照探針的循環(huán)閾值(Ct值),當(dāng)內(nèi)對(duì)照探針(即芽孢桿菌內(nèi)對(duì)照)的Ct值≤38時(shí)為陽(yáng)性,反之則為無(wú)效,提示標(biāo)本提取不合格或含有PCR抑制物。MTB陽(yáng)性的診斷標(biāo)準(zhǔn)為5個(gè)探針中至少2個(gè)探針Ct值≤38,并可進(jìn)一步按照Ct值對(duì)標(biāo)本中的MTB進(jìn)行半定量分析,Ct值<16為高荷菌量,16~22為中等荷菌量,22~28為低荷菌量,>28為極低荷菌量。檢測(cè)利福平耐藥的基礎(chǔ)在于MTB特異性分子信標(biāo)早期Ct值與晚期Ct值之差,即△Ct值。系統(tǒng)設(shè)置的結(jié)果判斷標(biāo)準(zhǔn)為:△Ct>3.5提示對(duì)利福平耐藥,△Ct≤3.5提示對(duì)利福平敏感。由于終止循環(huán)數(shù)為38個(gè)循環(huán),因此,當(dāng)早期探針Ct值>34.5或晚期探針>38時(shí),利福平耐藥結(jié)果不確定。
研究表明,Xpert MTB/RIF試驗(yàn)對(duì)肺結(jié)核的診斷價(jià)值已經(jīng)逐步得到證實(shí)[11-12],其中痰標(biāo)本敏感度最高可達(dá)97.50%,特異度在95.00%~99.00%;但對(duì)肺外結(jié)核診斷研究尚不一致,敏感度欠佳,但是具有較高的特異度,即在確診肺外結(jié)核方面具有較高的價(jià)值。國(guó)內(nèi)外Xpert MTB/RIF試驗(yàn)與涂片顯微鏡檢查針對(duì)不同類型臨床標(biāo)本檢測(cè)效能(以細(xì)菌培養(yǎng)結(jié)果為金標(biāo)準(zhǔn))[13-22],見(jiàn)表2。
表2 不同類型臨床標(biāo)本Xpert MTB/RIF試驗(yàn)與涂片顯微鏡檢查的敏感性與特異性(%)
2015年,世界范圍內(nèi)估計(jì)有1 040萬(wàn)新發(fā)結(jié)核病病例,其中成人患者中男性590萬(wàn)(56.73%),女性350萬(wàn)(33.65%);兒童100萬(wàn)(9.62%)。新發(fā)病例中有120萬(wàn)(11.54%)人類免疫缺陷病毒(HIV)感染患者[2]。國(guó)內(nèi)外研究[23-25]證實(shí),Xpert MTB/RIF試驗(yàn)在成年人及未感染HIV的患者中有較高的敏感性和特異性,而在兒童結(jié)核病以及結(jié)核合并HIV感染者中的應(yīng)用價(jià)值尚在研究階段。
3.1 Xpert MTB/RIF試驗(yàn)在兒童結(jié)核病診斷中的應(yīng)用 兒童是結(jié)核菌的主要易感者,少數(shù)感染嚴(yán)重的兒童,會(huì)發(fā)生急性血行播散型結(jié)核病和結(jié)核性腦膜炎等嚴(yán)重疾病,危及兒童健康和生命。每年約有7.4萬(wàn)例HIV陰性患兒死于結(jié)核病[26]。早期發(fā)現(xiàn)和早期治療兒童原發(fā)型肺結(jié)核對(duì)進(jìn)一步降低結(jié)核病病死率有重要意義。結(jié)核病患兒細(xì)菌載量低于成人患者,病灶部位常伴有明顯炎性滲出,排菌量低,且嬰幼兒排痰困難,常將痰液咽下,涂片鏡檢在兒童標(biāo)本中的陽(yáng)性率不足15%[27]。Singh等[28]報(bào)道了2009—2012年Xpert MTB/RIF試驗(yàn)在印度地區(qū)兒童結(jié)核病中的應(yīng)用情況,以培養(yǎng)為金標(biāo)準(zhǔn),胃液標(biāo)本敏感性和特異性分別為67.5%和89.6%,痰標(biāo)本為70.0%和94.3%。國(guó)內(nèi)張愛(ài)梅等[29]研究中胃液標(biāo)本和痰標(biāo)本的敏感性分別為33.3%和57.1%,低于印度地區(qū),但兩種標(biāo)本特異性較高,均為100%。Tortoli等[30]通過(guò)對(duì)494份兒童非呼吸道標(biāo)本(包括組織活檢、膿液、胃腸道抽吸物、尿和腦脊液)的檢測(cè)用于診斷肺外結(jié)核,發(fā)現(xiàn)其敏感性達(dá)到86.9%,結(jié)果略高于成人。Xpert MTB/RIF試驗(yàn)對(duì)兒童結(jié)核病的診斷價(jià)值尚需更多的研究證實(shí)并推廣。
3.2 Xpert MTB/RIF試驗(yàn)在篩查HIV感染結(jié)核病患者中的應(yīng)用 HIV感染者與艾滋病(AIDS)患者由于處于免疫妥協(xié)狀態(tài),多表現(xiàn)為肺外結(jié)核和涂陰肺結(jié)核,目前診斷潛伏性MTB感染的檢測(cè)手段敏感度欠佳,漏診率較高。MTB感染導(dǎo)致機(jī)體免疫應(yīng)答反應(yīng)以細(xì)胞免疫為主,但對(duì)于HIV感染者與AIDS患者來(lái)說(shuō),不同的免疫缺陷程度影響著潛伏性感染檢測(cè)手段的應(yīng)答反應(yīng)。研究[31]表明在高M(jìn)TB感染的流行區(qū)域,PPD試驗(yàn)陽(yáng)性的發(fā)生率在HIV感染者與非HIV感染者人群之間有明顯差異,只有當(dāng)CD4+淋巴細(xì)胞計(jì)數(shù)>500個(gè)/μL時(shí),兩組發(fā)生率是相似的。研究顯示CD4+淋巴細(xì)胞計(jì)數(shù)對(duì)PPD試驗(yàn)和T-SPOT這兩種檢測(cè)方法的檢測(cè)結(jié)果均起重要作用,其陽(yáng)性率與CD4+淋巴細(xì)胞計(jì)數(shù)呈正比,且認(rèn)為,相較于PPD試驗(yàn)而言,T-SPOT受CD4+淋巴細(xì)胞計(jì)數(shù)的影響更小[32]。Carriquiry等[33]對(duì)131例臨床高度懷疑結(jié)核病的HIV感染者進(jìn)行Xpert MTB/RIF試驗(yàn)檢測(cè),并與改良羅氏培養(yǎng)和液體培養(yǎng)方法比較,結(jié)果顯示,Xpert MTB/RIF試驗(yàn)的敏感性高達(dá)97.8%,特異性為97.7%;陽(yáng)性預(yù)測(cè)值為95.7%,陰性預(yù)測(cè)值為98.8%。一項(xiàng)由多國(guó)共同參與的結(jié)核病防治項(xiàng)目數(shù)據(jù)顯示[34],Xpert MTB/RIF試驗(yàn)在HIV感染者中的敏感性(82.4%)與非HIV感染者(90.7%)比較,差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05),而在同時(shí)進(jìn)行的痰涂片顯微鏡檢測(cè)中,HIV感染者的敏感性為44.6%;非HIV感染者敏感性為68.6%。因此,WHO建議,Xpert MTB/RIF試驗(yàn)可作為HIV感染者及AIDS患者結(jié)核病篩查的首選方法。
2013年,F(xiàn)riedrich等[35]招募221例MTB涂片陽(yáng)性患者接受結(jié)核抗菌藥物治療,并在治療開(kāi)始的第0~8周每周獲取合格痰標(biāo)本,利用Xpert MTB / RIF測(cè)定MTR特異性DNA測(cè)序,隨后在第12、17、22、26周做相同操作,并將結(jié)果與鏡下涂片和細(xì)菌培養(yǎng)進(jìn)行比較,結(jié)果顯示Xpert MTB/RIF試驗(yàn)相比于以上兩種方法,有較高的靈敏度(95%CI:95.8%~97.9%)和較低的特異度(95%CI:45.0%~52.2%)。作者認(rèn)為Xpert MTB/RIF技術(shù)無(wú)法識(shí)別細(xì)菌存活狀態(tài),在結(jié)核療效監(jiān)測(cè)過(guò)程中假陽(yáng)性率較高,特異度較低,因此,不宜用于MTB治療過(guò)程的療效監(jiān)測(cè)。
目前有新的研究[36]認(rèn)為,F(xiàn)riedrich等將Xpert結(jié)果僅以“DNA檢出”或“DNA未檢出”作為二元指標(biāo)進(jìn)行療效監(jiān)測(cè)存在一定的缺陷。Xpert能揭示循環(huán)閾值(Ct)中的定量輸出,進(jìn)而可縱向動(dòng)態(tài)檢測(cè)痰液中桿菌的載荷量。結(jié)果顯示,采用非線性混合效應(yīng)模型來(lái)表明縱向Ct數(shù)據(jù)與利福噴丁暴露量之間的關(guān)系(濃度-時(shí)間曲線下面積[AUC]),利福噴丁藥物暴露量每增加100 mcg*h/mL,Ct斜率約上升0.11Ct /周(95%CI:0.05-0.17),利福噴丁暴露量(未分配劑量)與Ct變化率相關(guān)(P= 0.02);此外,研究還發(fā)現(xiàn)利福噴丁用藥量增加與Xpert Ct變化率加快(表明結(jié)核分枝桿菌DNA清除加快)有關(guān)[36]。目前臨床上無(wú)統(tǒng)一有效的肺結(jié)核病療效評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),此類研究為Xpert MTB/RIF試驗(yàn)用于結(jié)核病療效監(jiān)測(cè)提供了新思路。
目前,世界上許多國(guó)家已經(jīng)開(kāi)展了Xpert MTB/RIF試驗(yàn)。該方法具有高度敏感性和特異性、快速簡(jiǎn)單、交叉污染少、能同時(shí)檢測(cè)利福平耐藥菌株等優(yōu)點(diǎn),使之有望在全球范圍內(nèi)得到廣泛應(yīng)用。但是,Xpert MTB/RIF試驗(yàn)檢測(cè)成本較高;標(biāo)本中一些非結(jié)核分枝桿菌的耐藥基因與MTB耐藥基因存在一定同源性,使得檢測(cè)利福平耐藥時(shí)可出現(xiàn)假陽(yáng)性結(jié)果;且中國(guó)大部分地區(qū)以異煙肼耐藥為主,而該方法不能直接檢測(cè)MTB異煙肼耐藥,只能在一定程度上作為耐多藥結(jié)核病的監(jiān)測(cè)指標(biāo)。但其有助于臨床上早期快速診斷結(jié)核病,更早撤除陰性患者的空氣傳播隔離,快速識(shí)別真正需要隔離的患者,醫(yī)院可以鎖定目標(biāo)、集中資源,最有效地控制感染。
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(本文編輯:陳玉華)
AdvancesinrapiddiagnosisoftuberculosisbyXpertMTB/RIFtest
(1 College of Medical Technology, Xuzhou Medical University, Xuzhou 221004, China; 2 Affiliated Hospital of Xuzhou Medical University, Xuzhou 221002, China)
2017-04-20
江蘇省“教科強(qiáng)衛(wèi)”醫(yī)學(xué)重點(diǎn)人才項(xiàng)目(ZDRCA2016053)
付沛文(1995-),女(漢族),江蘇省淮安市人,醫(yī)學(xué)生,主要從事細(xì)菌病原體感染研究。
顧兵 E-mail:gb20031129@163.com
10.3969/j.issn.1671-9638.2017.08.022
R521
A
1671-9638(2017)08-0779-05