呼吸道病原体多重核酸检测方法在社区
获得性肺炎患儿诊断中的应用
赵延如1,4,李洁琼1,刘 芳2,吴喜蓉3,赵志鹏3,尹青琴3,王咏红1,马 琦1,世说新语咏雪翻译
全舒婷1,王亚翠1,孙 琳1,申阿东1
(1.首都医科大学附属北京儿童医院呼吸感染疾病研究室北京市儿科研究所儿科学国家重点学科教育部儿科重大疾病研究重点实验室儿童呼吸道感染性疾病研究北京市重点实验室,北京100045;2.首都医科大学附属北京儿童医院介入肺科,北京100045;3.首都医科大学附属北京儿童医院呼吸科,北京100045;4.天津市急救中心,天津300011)
摘要:目的 评价呼吸道病原体多重核酸检测方法在社区儿童获得性肺炎(communityacquiredpneumonia,CAP)诊断中的价值。方法 纳入2018年5月至12月于首都医科大学附属北京儿童医院住院的CAP患儿354例,采集痰液等标本,采用呼吸道病原体多重核酸检测方法,并分别评价其在肺炎支原体肺炎(mycoplasmapneumoniaepneumonia,MPP)和病毒性肺炎中诊断的灵敏度和特异性,以及分析其与七项呼吸道病原检测方法的一致性。结果 155例MPP组患儿,152例病原体核酸检测MP阳性,即灵敏度为
98.1%;以病毒性肺炎和细菌性肺炎患儿为非MPP对照组,病原体核酸检测结果显示MP阳性4例,特异性为98.0%(195/199)。158例病毒性肺炎患儿,病原体核酸检测出病毒141例,灵敏度为89.2%。以MPP和细菌性肺炎患儿为非病毒性肺炎对照组,196例患儿病原体核酸检测检出病毒39例(19.9%),特异性为80.1%。158例病毒性肺炎患儿中99份标本其病原体核酸检测结果与病毒抗原检测结果完全一致。59例不一致结果以病毒抗原检测为单一感染而病毒核酸检测为混合感染为主(30例),且主要来源于病毒抗原检测方法所不涵盖的其他病毒感染。结论 呼吸道病原体多重核酸检测在MPP诊断中具有较高的灵敏度和特异性;与传统的病毒抗原检测相比,虽存在一定的假阴性,但具有高通量检测的优势,可同时完成更多种病毒类型的检出;具有快速、灵敏度高等特点,可以为儿童呼吸道病原体的诊断以及鉴别诊断提供很好的证据。
关键词:社区获得性肺炎; 儿童; 多重核酸检测; 诊断; 病原体
中图分类号:R372;R725.6 文献标识码:A
TheApplicationofMultipleNucleicAcidDetectionforRespiratory
PathogensintheDiagnosisofChildrenwithCAPZHAO
Yanru1,4,LIJieqiong1,LIUFang2,WUXirong3,ZHAOZhipeng3,YINQingqin3,WANGYonghong1,MAQi1,QUANShuting1,WANGYacui1,SUNLin1,SHENAdong1[1.KeyLaboratoryofMajorDiseasesinChildrenandNationalKeyDisciplineofPediatrics(CapitalMedicalUniversity),MinistryofEducation,BeijingKeyLaboratoryofPediatricRespiratoryInfectionDiseases,BeijingPediatricResearchInstitute,BeijingChildren’sHospital,CapitalMedicalUniversity,Beijing100045,China;2.InterventionalPulmonologyDepartment,BeijingChildren’sHospital,Beijing100045,China;3.DepartmentofRespiratory,BeijingChildren’s
Hospital,Beijing100045,China;4.TianjinEmergencyCenter,Tianjin300011,China]
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Abstract:ObjectiveToevaluatethevalueofmultip
lenucleicaciddetectionforrespiratorypathogensinthediagnosisofcommunity acquiredpneumonia(CAP)inchildren.MethodsFromMay,2018toDecember,2018,atotalof354childrenwithCAPadmittedtoBeijingChildren’sHospitalwereenrolledforthestudy.Sputumandotherrespiratoryspecimenswerecollectedanddetectedbyrespiratorytractpathogenmultiplenucleicaciddetectionmethod.Thesensitivityandspecificityofthetestwereevaluatedinchildrenwith
DOI:10.11748/bjmy.issn.1006-1703.2020.12.003
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收稿日期:2020 10 04;修回日期:2020 11 02
基金项目:十三五重大专项课题(编号:2018ZX10103001 003)
作者简介:赵延如。E mail:545148023@qq.com
通讯作者:申阿东。E mail:shenad16@hotmail.com;
孙琳。E mail:chinatka@163.com
mycoplasmapneumoniaepneumonia(MPP)andviralpneumonia,respectively.Theconsistencyofresultswasanalyzedbetweenthemultiplenucleicaciddetectionmethodandvirusantigendetectionmethod.ResultsAmong155childrenwithMPP,152caseswerepositiveforMPusingnucleicaciddetectionmethod,resultinginasensitivityof98.1%.Whenclassifiedchildrenwithviralpneumoniaandbacterialpneumoniaasthenon MPPcontrolgroup,fourcasesweredetectedasMPpositiveusingnucleicaciddetectionmethod,resultinginaspecificityof98.0%(195/199).In158childrenwithviralpneumonia,141casesweredetectedwithvirusinfectedwithasensitivityof89.2%.WhenclassifiedchildrenwithMPPandbacterialpneumoniaasthenon viral pneumoniacontrolgro
up,39cases(19.9%)weredetectedaspositive,resultinginaspecificityof80.1%.Amongthe158childrenwithviralpneumonia,thecompletelyconsistentresultsofnucleicacidtestandvirusantigendetectionmethodwerefoundin99children.Ofthe59caseswithinconsistentresults,30casesweredetectedwithasinglevirusantigenbutmultiplevirusnucleicacid.ConclusionThemultiplenucleicaciddetectionkithasahighsensitivityandspecificityinMPPdiagnosis.Whencomparedwiththetraditionalvirusantigendetectionmethod,ithastheadvantagesincludinghigh throughputdetectionandisabletodetectmorevirustypessimultaneously,despitethefalsenegativeresults.ItcanprovideastrongevidenceforthediagnosisofCAPinchildren.
Keywords:Communityacquiredpneumonia; Childre
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n; MultiplePCRtechnique; Diagnosis; Pathogens幸福是什么
社区获得性肺炎(communityacquiredpneumonia,CAP)是儿童常见的呼吸系统疾病,同时是导致5岁以下儿童死亡的常见原因,严重威胁儿童的生长发育和生命健康[1]。一项关于全球下呼吸道感染疾病负担的研究指出,下呼吸道感染对儿童尤其是5岁以下儿童危害严重,据估算2015年该病造成约70万儿童死亡[2]。呼吸道感染的病原体构成复杂,临床症状缺乏特异性。传统的病原学诊断常通过病原体分离培养实现,该方法耗费时间长,且鉴定数量有限,难以满足临床诊断需求,亟需研发新的诊断方法。
近几年来,通过核酸检测呼吸道病原体的方法发展迅速,分子生物学方法不断创新和优化,从应用聚合酶链反应(PCR)、核酸杂交、实时荧光定量PCR(qPCR)等技术测定特定病原体的核酸到多重PCR同时实现多病原的检测。特定病原体基因检测存在通量小的弊端,而多重PCR兼具普通PCR简单高效和高通量的优点,该方法在基因检测领域备受关注。因此基于该技术,研发一种更灵敏和特异、高通量的呼吸道病原体的检测方法,可为临床早期快速诊断、治疗呼吸道疾病提供有效的方法。
本研究所采用的呼吸道病原体多重核酸检测试剂盒,是基于多重RT PCR与毛细管电泳联用技术,
可实现呼吸道病原体的多重定量检测。其原理为以病原体基因的高度保守序列为靶区域,分别设计特异性引物,在同一个扩增管中进行一步法扩增;采用毛细电泳分离不同长度的扩增产物,得到病原体的检测结果。因此该方法可实现多病原的同时检测。本文通过纳入CAP患儿,评价该方法在多病原检测中的准确性,为今后临床的早期快速检测提供一定的辅助方法。
材料和方法
1 研究设计
纳入2018年5月至2018年12月期间,于首都医科大学附属北京儿童医院住院的CAP患儿,采集其呼吸道样本,包括痰液和肺泡灌洗液标本。采用呼吸道病原体多重核酸检测试剂盒进行检测,在肺炎支原体肺炎组和非肺炎支原体对照组,分析该方法检测肺炎支原体的准确性;在病毒性肺炎组和非病毒肺炎对照组,比较该方法与七项病毒抗原检测方法检测病毒病原的一致性。本研究经我院医学伦理委员会批准,涉及的检查均取得了患儿监护人的知情同意。
2 纳入标准
2.1 肺炎支原体肺炎(mycoplasmapneumoniaepneumonia,MPP)患儿纳入标准 符合儿童CAP诊断标准[3 4]且同时满足MP抗体(MP Ab)阳性(
滴度≥1∶160或大环内酯类抗生素治疗4周内双份血清抗体4倍及以上升高或下降)和MP RNA阳性。
2.2 病毒性肺炎患儿纳入标准 符合儿童CAP诊断标准[3 4],且同时满足七项呼吸道病毒抗原检测至少一项阳性,临床诊断病毒性肺炎。
3 肺炎支原体肺炎检测
3.1 MP核酸检测(MP SAT) 将浸泡过咽拭子的生理盐水加入到裂解液。采用MP核酸检测试剂盒进行扩增检测。以样本曲线与阈值曲线交叉点的坐标读数(监测时间,即dt)为参数进行结果判读:
dt≤35min为阳性。
3.2 MP血清抗体(MP Ab)检测 血清样本按日本富士瑞必欧株式会赛乐迪亚 麦可Ⅱ试剂盒说明书进行检测。血清倍比稀释后,分别加入未致敏粒子和致敏粒子,置室温3h观察结果。
酱白菜 3.3 七项呼吸道病毒抗原检测法(以下简称“病毒抗原检测”) 该方法可检测4种病毒的7种亚型,包括呼吸道合胞病毒(HRSV)、流感病毒(IVA、B)、副流感病毒(HPIV1、2、3)、腺病毒(HADV)。具体步骤:振荡咽拭子储存管加入PBS制成细胞悬液,并加入到载玻
片的孔内,风干后将其浸没在冷丙酮溶液固定并再次风干。每个细胞孔滴加25μL相应的荧光抗体,在37℃湿盒中孵育、封片,在荧光显微镜下观察结果。荧光素标记的单克隆抗体与病毒抗原结合,在荧光显微镜下观察呈现特异性荧光:呈苹果绿荧光的细胞为阳性细胞,被Evans蓝染成红色的细胞为阴性细胞。在200倍荧光显微镜下,每视野≥2个阳性细胞,判为阳性标本。 3.4 呼吸道病原体多重核酸检测试剂盒检测(以下简称“病原体核酸检测”) 本研究所采用的呼吸道病原体多重检测试剂盒(PCR毛细电泳片段分析法),为宁波海尔施基因科技有限公司生产,包含呼吸道合胞病毒(HRSV)、甲型流感病毒(InfA)、副流感病毒(HPIV)、乙型流感病毒(InfB)、腺病毒(HADV)、博卡病毒(Boca)、鼻病毒(HRV)、冠状病毒(HCOV)、偏肺病毒(HMPV)、肺炎支原体(MP)和衣原体(Ch)。其中HRSV、HPIV、HADV和甲型流感病毒H1N1(2009)(即病毒抗原检测中的流感病毒IVA)分别对应病毒抗原检测方法中的4种病毒。
具体操作:将采集的痰液或支气管灌洗液样本进行预处理后,在全自动核酸提取仪上提取核酸。核酸样本与ResP预混液(特异性引物、dNTPs、镁离子、缓冲成分等)和RT PCR酶液混合进行RT PCR扩增。扩增产物在基因分析仪上进行毛细管电泳分离和结果分析:扩增产物中目的位点峰高度①高于该道毛细管标准品高峰的,判该位点阳性;②低于该道毛细管标准品低峰的,判该位点阴性;③高于该道毛细管标准品低峰、但低于标准品高峰的,判该位点灰区;重新提取核酸并扩增电泳后,仍落在灰区的判阳性、落在阳性区域的判阳性、落在阴性区域的判阴性。
4 统计学处理
采用SPSS17.0软件进行统计分析。以MP Ab和MP SAT为金标准,计算病原体核酸检测方法诊断MP的灵敏度、特异性等准确性参数;以七项呼吸道病毒抗原检测法为金标准,计算病原体核酸检测方法诊断病毒的灵敏度、特异性等准确性参数。计数资料采用例数和百分比表示,检出率比较采用相关样本的配对χ2检验;计量资料采用均数±标准差表示。P<0.05为差异有统计学意义。
结 果
1 一般情况
共计纳入354例CAP住院患儿,其中男孩211例(59.6%),女孩143例(40.4%),年龄0.3~6.0岁,中位年龄1.0岁。最终根据临床诊断和实验室检测结果,155例为MPP,158例为病毒性肺炎,41例细菌性肺炎。
2 病原体核酸检测在MP感染诊断中的准确性
155例MPP组患儿采用病原体核酸检测方法,152例(98.1%,152/155)为MP阳性,即灵敏度为98.1%;以病毒性肺炎和细菌性肺炎患儿为非MPP对照组,病原体核酸检
测结果显示MP阳性4例(2.0%,4/199),特异性为98.0%。
3 病原体核酸检测在病毒性肺炎诊断中的准确性
3.1 病原体核酸检测的灵敏度和特异性 158例病毒性肺炎患儿中,采用病原体核酸检测方法,141例病毒检测阳性,灵敏度为89.2%(141/158)。检出的病毒以HRSV病毒最多(72.3%,102/141),其次为HRV(19.9%,28/141)。以MPP和细菌性肺炎患儿为非病毒性肺炎对照组,196例患儿病原体核酸检测检出病毒39例(19.9%,39/196),特异性为80.1%;39例病毒阳性患儿中,32例所检出的病毒为Boca5例、HRV24例、HMPV3例;另外7例为病毒抗原所涵盖的病毒类型,包括HRSV1例、HPIV3例、HADV3例。病原体核酸检测病毒病原的约登指数为0.69,Kappa值为0.68。
表1 在病毒性肺炎组评价13种呼吸道病原体多重核酸检测方法
组别多重核酸检测
(+)(-)
灵敏度
(%)
特异性
(%)
阳性预测值
(%)
阴性预测值
(%)
阳性似然比阴性似然比
病毒性肺炎(n=158)1411789.210.878.390.24.480.13非病毒性肺炎(n=196)3915719.980.1
3.2 病原体核酸检测与病毒抗原检测的一致性 158例病毒性肺炎患儿中99份标本其病原体核酸检测结果与病毒抗原检测结果完全一致,占62.7%(99/158)。59例结果不一致,
占37.3%(59/158),其中58例病毒抗原检测为单一感染,其中①11例病毒核酸检测也为单一感染,但检出病毒不同;②30例病毒核酸检测为混合感染,其中5例检出了HRSV或HPIV或ADV的混合感染,25例检出了病毒抗原检测方法所不涵盖的其他病毒感染(20例检出了HRV与其他病毒的混合感染,4例为Boca与HRSV的混合感染,1例HADV和HMPV混合感染);③17例病原体核酸检测为病毒阴性。1例病毒抗原检测为HRSV和HPIV混合感染,而病毒核酸检测为HRSV和HRV混合感染。
表2 59例肺炎标本抗原检测与核酸检测结果不一致
项目抗原检测核酸检测
11例抗原检测与核酸检测均为单一感染n=1HRSVHMPV
n=1HRSVINFA/09H1
n=2HRSVHRV
n=7HRSVHPIV
30抗原检测为单一感染,核酸检测为混合感染n=1HPIVHRSV/HPIV
n=1HPIVHPIV/HADV
n=3HRSVHRSV/HADV
n=1HPIVHRV/Boca
n=1HRSVHRV/HMPV/HPIV
n=1HPIVHRV/Boca/HMPV/HRSV
n=3HPIVHRV/HPIV
n=14HRSVHRV/HRSV
n=4HRSVBoca/HRSV
钓鱼配料n=1HADVHADV/HMPV
17例抗原检测为单一感染,核酸检测为阴性n=2HPIV(-)
n=15HRSV(-)
1例抗原检测与核酸检测均为混合感染n=1HRSV/HPIVHRSV/HRV
讨 论
随着呼吸道病原体核酸检测方法的迅速发展,呼吸道病原体的检测技术逐渐优化和整合,为临床诊断和治疗呼吸系统疾病提供了强有力的依据。目前已有一系列的病原体高通量检测技术应用于临床检测中。本文所采用的呼吸道病原体多重核酸检测方法,采用多重RT PCR与毛细管电泳联用技术,可实现呼吸道病原体的多重定量检测,为具有我国自主研发、具有自主知识产权的检测试剂盒。该试剂盒以病毒病原为主,同时检测MP和Ch,因此本文评价了该试剂盒在病毒性肺炎和MPP中的诊断准确性,以期为临床的实验室诊断提供证据。
病毒感染是儿童肺炎的重要病原,近年来临床医生越来越重视儿童呼吸道病毒感染的检测,在呼吸道感染急性期需明确诊断细菌感染或病毒感染,可避免抗生素的过度使用,故病毒病原检测变得更为重要[5]。在本研究中,158例病毒性肺炎患儿,病原体核酸检测出141例阳性,灵敏度为89.2%。此外在临床实际检测中,155例MP Ab和MP SAT阳性和41例细菌检测阳性,共计196例患儿临床分别诊断MPP和细菌性肺炎,其病毒抗原检测均为阴性,但是通过病原体高通量检测技术仍然检出了39例病毒核酸阳性。由于该技术增加了更多的病毒类型,因此检测出的阳性病例主要为病毒抗原检测未涵盖的HRV病毒等。呼吸道病原体多重核酸检测方法与呼吸道抗原检
测结果完全一致的比率较低,不一致的结果占到了37.3%,两方法不一致的原因主要是呼吸道病原体多重核酸检测可以测出更多的合并感染,以及呼吸道病毒抗原检测以外的病原体,大幅缩短了检验周期,实现了一份标本同时检测多种病原体。高通量检测有助于提高病毒的检出率,减少漏诊的可能。尤其是近年来,随着新发病毒的逐渐出现,重症混合病毒感染病例的增多,采用多病毒组合有助于及早辅助临床诊断。本课题组前期马慧轩等[6]对我院收治同时进行了呼吸道病毒抗原检
测、细菌培养和MP Ab检测的1853例CAP患儿的病原谱的分析发现,其中仅有78.1%的患儿检出了明确的病原体,仍有21.9%患儿在出院时仍未找到明确的病原体感染证据。也就意味着,通过上述传统的培养和血清学方法仍无法检出所有的病原体,仍存在病原学未检出的可能。
病原体核酸检测已经逐渐被作为呼吸道感染性疾病的确诊证据。近年来一系列病毒核酸高通量检测技术逐渐应用于成人和儿童CAP的诊断。HUGUENIN等[7]采用一种包含17种呼吸道病毒型别/亚型的基因芯片,对138例支气管炎住院婴儿的鼻咽抽提物标本进行检测,结果126例患儿检测阳性,其中单一感染44例(33%),混合感染85例(67%),该方法在8h内获得了准确的结果。我们课题组王咏红等[8]采用该试剂盒对下呼吸道感染住院患儿的检测结果显示,恒温扩增芯片法检出的阳性率为79.1%,且大部分患儿为混合感染,该方法针对细菌病原体的检出率也远高于传统的细菌培养法。由此可见,高通量病原检测方法有助于临床医生在短时间内准确获取病原体感染证据,甚至可以对未知的新发病原体进行筛选,具有很好的应用前景。
MP是儿童急性呼吸道感染的常见病原体,近年来MPP的发病率呈增高趋势。因其临床表现无特异性,易与细菌性和病毒性肺炎混淆,故早期的实验室检测对临床诊治具有重要意义[9]。血清学检测方法在疾病早期或接受免疫抑制治疗的患儿中易发生漏诊,而PCR直接检测病原体核酸水平,灵敏度、特异性及阳性检出率均高于血清学检测[10]。本研究中,病原体高通量检测技术对MP的检测结果,与血清MP Ab和MP SAT比较,具有非常高的灵敏度(98.1%)和特异性(98.0%),提示该方法对MPP诊断也具有很好的准确性。
此外,相对于传统检测方法,病原体核酸检测技术的优势除了高通量,还包括:第一,最大程度的节省了样本量。儿童咳痰反射弱,难以取到合格的痰液标本,且样本体积小,采用传统的检测方法时,无法同时进行多种病原的检测。呼吸道病原体多重核酸检测试剂盒采用多重RT PCR与毛细管电泳联用技术,克服了常规PCR检测阳性率低的不足,它通过自动核酸提取仪提取核酸,降低了样品用量,增加了检测的灵敏度,减少污染。第二,以病原体的高度保守序列为靶区域,采用病原体的特异性引物进行扩增;通过对样品中的人RNA和人DNA进行检测,对样品质量进行监控;同时利用RT PCR内参用于对核酸提取、RT PCR和毛细电泳等整个检测过程进行监控,保证了检测的准确性。第三,通过多病原体的同时检出,降低了检测的成本,减少了患儿的经济负担。但是,在本研究中,病毒性肺炎患儿中17例(10.8%)未检出病毒核酸,提示该方法也存在一定的假阴性结果。此时,临床应结合患儿的实际情况进行综合判断。
综上所述,呼吸道病原体多重核酸检测试剂盒在MPP的诊断中,灵敏度和特异性较高;与传统的病毒抗原检测相比,具有高通量检测的优势,可同时完成更多种病毒类型的检出;具有快速、灵敏度高等特点,可以为儿童呼吸道病原体的诊断以及鉴别诊断提供很好的证据。
参考文献
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