细菌感染性疾病的直接核酸诊断试验

细菌感染性疾病的直接核酸诊断试验

Florence Paillard, PhD, and Craig S. Hill, PhD

准确和快速的诊断是及时采取治疗措施和防止感染性疾病扩散的关键。理想的感染性疾病的诊断试剂应该能够给临床医生提供快速、灵敏度高和特异性强的实验结果。检测试剂如果灵敏度不高则可能导致疾病的漏检，使患者不能得到及时的治疗，还可造成疾病的扩散；同样，试剂如果特异性较差则可能出现假阳性结果，假阳性的出现不仅会导致不必要的治疗，还可能给人们带来心理上的阴影。不论对个人还是公共卫生部门，因检测方法的不可靠所导致的错误诊断都有可能造成严重的后果。令人欣慰的是，近年来分子诊断技术的发展已使得人们可以研制出比传统方法更为灵敏、特异和快速的用于感染性疾病的诊断试剂。

一、细菌感染性疾病诊断方法述评

数十年来，检测细菌的的标准方法是培养（液体和/或固体培养基）和染色，如用于结核分枝杆菌的抗酸染色和淋病奈瑟菌的革兰染色。其它一些方法还包括采用抗体技术检测细菌抗原的酶免疫测定（EIA）和直接荧光抗体技术（DFA）等。

采用分子生物学技术检测微生物核酸成分的核酸检测（NATs）技术的发展为临床诊断方法带来了革命性的变化。目前用于微生物鉴定的NA Ts主要有两种类型：培养确认检测试剂和直接检测试剂。培养确认的NA Ts试剂主要用来对培养基上生长的微生物进行确认；直接NA Ts试剂可以直接检测标本中的微生物，无需培养。与培养确认探针试剂相比，由于直接NATs试剂完全不需要培养这一步骤，所以可以更快地给出检测结果；直接NATs试剂一般来说其准确性也高于直接免疫检测方法。美国FDA批准的第一个非放射性直接NA Ts试剂是Gen-Probe PACE试剂，用来检测衣原体和淋球菌感染。

对直接NATs试剂而言，一个至关重要的改进在于加入了目标扩增步骤，即探针检测前将目标序列进行扩增。第一个用于沙眼衣原体检测的核酸扩增试剂（NAA Ts）于1993年获得了FDA的批准。此后，随着核酸扩增技术的不断改进，出现了可以将样品成分的抑制作用降为最小的第二代NAA Ts，它的操作流程也得到了相应改进。

本文将就已经商品化并得到FDA批准的用于检测五种细菌感染的直接NATs试剂进行述评。这五种感染为：链球菌性咽炎、肺结核（TB）、阴道炎、衣原体（CT）和淋球菌（GC）感染。

二、直接NAT方法学

非扩增直接NATs（表1）：大多数商品化的直接NA Ts试剂都采用特异性针对出现在被测生物体内的一段独有的核酸序列（目标序列）的核酸探针。这种探针通常采用荧光或化学发光标记。所测样品需进行处理以使其能够释放出核酸。检测时，标记的DNA探针可以和靶序列特异性结合，形成一个稳定的探针-目标序列杂交体。该杂交体被从非杂交探针中分离或区别开后，标记物散发出信号。

在直接检测临床标本中的微生物时，NATs可以采用不同的方式来提高试剂的灵敏度。Gen-Probe采用的一项专利技术是将rRNA作为检测目标，rRNA在大多数微生物体内是以数以千计的拷贝量存在的。例如，沙眼衣原体中的rRNA可达2000拷贝，而DNA中有用的靶序列在每个细菌体内的量仅有一个或数个拷贝。因此以rRNA为检测目标可以大大提高试剂的灵敏度。除此之外，Gen-Probe由于在杂交检测中还采用了杂交保护检测（HPA）方法，使其试剂的灵敏度得以进一步提高。检测rRNA和HPA技术的结合使得第一个DNA探针检测试剂被临床实验室广泛用于培养的确定和直接检测。

第二个用于提高DNA探针检测灵敏度的方法是对信号分子进行放大，如杂交捕获试剂（Hybrid Capture assay）。它采用针对RNA:DNA杂交体的抗体来检测杂交形成，每个抗体都带有酶标记物。每个酶分子都会产生多种着色分子用于与之结合的每个杂交分子。这种从

一个杂交分子产生多重信号分子的方法称为“信号放大”方法。但与第三种改进试剂性能的“目标扩增”方法相比，信号放大方法的灵敏度和特异性都要低的多。

目标扩增直接核酸扩增检测（表1）：目标扩增是指通过在一个试管内产生数百万个目标序列拷贝的方法来提高试剂的灵敏度，这种方法类似于通过培养使细菌体内产生更多的靶DNA或RNA拷贝以提高检测的灵敏度。但靶扩增的过程要比培养快的多，它可以用来检测实验室里难以培养或不能培养的细菌。目标扩增所采用的复制序列（亦称amplicons）为标记的DNA探针。目前广泛采用的鉴定细菌的几种目标扩增方法分别为PCR、链替代扩增（SDA）和转录介导扩增（TMA）。

1．PCR：指DNA目标序列受热变性，然后加入DNA聚合酶进行扩增的过程。可与目标序列特异性结合的引物引导DNA聚合酶对该序列进行复制。DNA合成的每个过程均经历加热变性—退火—延伸这样一个循环，每个循环后拷贝数可增加一倍。由于反应循环可进行一定次数，所以短时间内即可扩增获得大量目标DNA。

2．SDA：与PCR不同，SDA的扩增过程是在同一温度下进行的。这种“恒温”方法也需使用引物来保证扩增的DNA序列的特异性。不同的是，它无需采用加热变性的方法来解链双链DNA，而是采用限制性核酸内切酶对新合成的DNA引物进行切割。DNA聚合酶能识别切割位点并可以在该点重新启动DNA合成，通过对DNA的复制以替代以前的DNA 链。这一过程可以使DNA的拷贝成倍增长，并循环进行。和PCR一样，SDA仅扩增DNA。如果扩增对象是RNA，则需首先将其转录为DNA。均相检测采用出现在SDA反应中的称之为“分子灯标”的一种特异性荧光探针，这种探针与扩增反应过程产生的复制序列（amplicon）进行杂交并改变其结构时会产生荧光信号。

3．TMA：TMA是在恒温过程中特异性扩增RNA或DNA分子，反应过程需引物和两种酶：逆转录酶（RT）和RNA聚合酶。逆转录酶用来合成DNA，合成的DNA再被RNA 聚合酶用来复制更多的RNA，这一过程可以循环进行。采用自动化扩增仪，TMA可以在15到30分钟内使目标序列扩增100亿倍。检测采用HPA方法。HPA使用可以和复制序列进行特异性杂交的吖啶酯标记探针。扩增后，一种“选择试剂”可以破坏掉未杂交探针上的吖啶酯，而已经杂交的探针上的吖啶酯不会受影响，这是因为杂交结构可以保护它。检测可采用发光仪。

表1.用于细菌检测的商品化直接NAT技术

NAT类型技术核酸标记生产商

杂交保护（HPA）rRNA 化学发光Gen-Probe Inc

非靶扩增固相捕获rRNA 比色BD

杂交捕获DNA 化学发光Digene Corp.

PCR DNA 比色Roche

靶扩增SDA DNA 荧光BD

TMA rRNA 化学发光Gen-Probe Inc

三、直接NATs与培养/免疫方法的比较

（一）、与其它常用微生物检测方法相比，直接NATs的优势主要有：

1．检测时间短（1—6小时）。虽然这一检测时间与EIA相似，但较之培养所需的24—72小时甚至8周（如结核杆菌）而言，还是有很显著的改进。快速检测不仅可以使病人得到及时治疗，在某些情况下，还能提高公共卫生的安全性（如避免疾病的扩散）。

2．高通量检测。一些直接NA Ts可以在同一个时间里进行几百个标本的检测，不仅省