HIV核酸检测技术应用现状

来源：职称阁分类：医学论文时间：2019-11-04 10:03热度：

　　艾滋病的广泛传播给社会造成了极大负担。目前艾滋病的防治工作主要是控制和切断艾滋病病毒(HIV)的传播，这就要求普及艾滋病的检测，以尽早地发现感染者。相较于其他的HIV检测方法，核酸检测的窗口期短，灵敏度、特异性高，在临床上可用于艾滋病的早期诊断，通过测定HIV血浆病毒载量预测疾病进程，评价抗反转录病毒治疗效果。根据资源特点和患者需求等因素，可将HIV核酸检测的应用场景划分为大型医院、基层医疗机构及家庭检测。本文综述了HIV核酸检测的不同应用场景及对应检测方法，并对HIV核酸检测的应用前景做了展望。

HIV核酸检测技术应用现状

　　关键词：艾滋病病毒;核酸检测;应用场景;应用进展

　　自1981年在美国被发现以来，艾滋病(AIDS)就呈不断蔓延的趋势[1]。2017年全球共报告新发HIV感染180万(140万～240万)，HIV感染者达3690万人(3110万～4390万)[2]。2017年(2017年1月1日零时至12月31日24时)全国(不含港澳台)共报告法定传染病发病7030879例，死亡19796人，其中艾滋病死亡15251例(77.04%)[3]。目前艾滋病尚未有根治的方法和有效的疫苗，因此艾滋病的防治工作主要是控制艾滋病的传播，以预防为主，普及艾滋病的检测，尽早地发现感染者[4]。而HIV实验室检测技术则是开展艾滋病各项预防、治疗以及干预措施的基本手段之一。HIV的实验室检测主要包括血清学检测、淋巴细胞检测和核酸检测[5]。血清学检测一般用于艾滋病常规筛查和确证实验，检测血清中HIV抗原或(和)抗体，易于自动化且成本较低[6]，但是不能应用于HIV感染者的治疗及用药监测。淋巴细胞检测主要用于了解机体的免疫状态、确定用药治疗时机及疾病分期、判断治疗效果和临床并发症等[7]，但是这种方法的特异性较低，仅作为艾滋病患者确证后的检测手段，不能用于艾滋病的早期诊断。而核酸检测由于灵敏度和特异性高，窗口期短[8](HIV感染者血浆中HIVRNA出现时间早，病毒感染后约10天，在血浆中病毒载量即达到核酸扩增技术可检测出的水平)，因此可以用于艾滋病的早期诊断，并且其在临床治疗效果、耐药性的监测及病程的监控、预测等方面均有广泛的应用[9]。根据不同的应用场景，HIV核酸检测可以分为：大型医院、基层卫生服务机构(社区卫生服务中心、乡镇卫生院等)以及家庭检测。

　　1大型医院的HIV核酸检测

　　目前临床上很多大型医院如三级医院等都有分子生物学实验室，能够满足HIV核酸检测的环境及人员要求。在大型医院，HIV的核酸检测主要依赖于自动化或半自动化的大型仪器，能够实现较高通量的核酸检测，满足大样本量的需求，可分为定性和定量检测。截至目前，通过我国药品监督管理局医疗器械注册且仍在有效期内的HIV核酸检测试剂有11种(表1)，其中进口产品3项，国产8项。定性检测主要用于艾滋病的早期诊断，常用的检测试剂盒有欧盟批准生产的AbbottM2000HIV-1RNA/DNA定性检测试剂，使用Taqman探针法进行检测;美国食品与药品监督管理局(FoodandDrugAdministration，FDA)批准的Gen-Probe公司生产的AptimaHIV-1RNA核酸定性检测试剂在临床中也有应用[10]，其检测原理为转录介导的等温扩增系统(transcriptionmediatedamplification，TMA)结合化学发光标记的探针杂交检测，检测的靶基因为HIV-1LTR和多聚酶基因。定量检测可用于艾滋病的早期诊断、监测抗病毒治疗效果及疾病进展。临床上常用的定量检测试剂包括美国罗氏分子诊断公司研发的RocheCobasTaqManv2.0和美国AbbottMolecular公司生产的AbbottRealTimeHIV-1检测试剂盒。其技术主要基于实时荧光定量PCR(QuantitativeReal-timePCR)的方法对血清中HIV核糖核酸/脱氧核糖核酸(RNA/DNA)进行定量分析，上述两种试剂盒主要应用了Taqman水解探针法，自1996年美国PerkinElmer公司发明TaqMan技术以来[11]，该技术如今已经被广泛应用到HIV基因检测[12]。法国Biomerieux公司生产的NucliSENSEasyQHIV-1v2.0应用了分子信标技术，这种基于非水解探针的分子信标技术也是较常用的一种核酸检测方法，在检测HIV-1病毒载量时与TaqMan探针法具有较好的相关性和一致性[13-14]，但分子信标探针设计较为复杂且成本较高。实时荧光定量PCR技术与常规的PCR技术相比[15]，特异性更高，不仅能够有效地解决PCR过程的污染问题，而且具有自动化程度高等特点。目前实时荧光定量PCR在市场上应用广泛，我国常用国内外的实时荧光定量PCR试剂进行检测。深圳凯杰公司、广州达安公司等均已研发出HIV核酸诊断试剂投入市场[16]。美国SiemensHealthcareDiagnostics公司基于分支链DNA信号放大技术(branchedDNA，bDNA)研发了VER-SANTHIV-1RNAbDNA3.0检测试剂盒。bDNA技术于1989年由美国Chiron公司研发[17]，基于特殊的分支链信号放大系统，靶标被捕获探针捕获后，与各级探针杂交，最后用与bDNA放大序列互补的碱性磷酸酶(AP)标记的寡核苷酸通过杂交与bDNA分子结合。通过对化学发光的强度的测定对靶标进行定量检测[18]。由于反应过程不依赖于核酸扩增，因此不存在扩增产物的污染问题，这是该技术的一大优势，但如何提高检测的灵敏度是该技术的难点。同时该技术的缺陷在于信号放大探针在制备上难度较大且操作步骤过于繁琐，限制了其在临床检测中的应用。上述试剂所需的配套仪器成本高、体积大，对操作人员的专业要求较高，适用于样本量较大的大型中心医院的检测。根据国内外的相关数据及文献报道，考虑到HIV检测的特殊性，避免误诊，《全国艾滋病检测技术规范(2015年修订版)》中建议用5000拷贝/mL作为判断结果的阈值，两次定量检测更有助于准确判断结果[19]。对于评估抗病毒药物疗效和病程进展，同一病人宜使用相同试剂，有助于合理解读病毒载量的变化。

　　2基层卫生服务机构的HIV核酸检测

　　由于艾滋病复杂的病程及其难治性，艾滋病患者到大医院诊治的时间相对来说较为短暂，其大部分的时间是在家庭、社区中度过的，HIV的检测也应当尽可能地拓展到整个社会中去，以基层卫生服务机构为核心开展HIV感染者的社区检测，已成为迫在眉睫的社区卫生服务任务[20]。基层医疗卫生服务机构由于经费投入不足、医务人员水平有限，适合使用价格低廉、操作简便的一体化检测设备，从而降低核酸检测对实验室及操作人员的要求。设备的各个样本检测模块相互独立，可以实现样本的即到即检。《“十三五”深化医药卫生体制改革规划》中强调建立科学合理的分级诊疗制度，提升基层医疗卫生服务能力[21]。就HIV检测而言，社区卫生服务中心等基层医疗机构由于存在场地及人员限制，大多不能进行常规的核酸检测，而近年来全自动及集成化的HIV核酸即时检测(pointofcaretesting，POCT)设备的发展，使得社区医院及资源匮乏地区的HIV核酸检测成为可能。传统的PCR实验一般都要进行样本的裂解、核酸提取、纯化及浓缩等繁杂的样品制备过程，耗费时间久[22]。近几年市场上兴起的微流控芯片技术为实现HIV核酸的即时检测提供了很好的发展方向。微流控芯片又称芯片实验室(Labonachip，LOC)[23]，是指在几平方厘米大小的芯片上构建生物或化学实验室。微流控技术具有所需样品体积小、检测效率高、使用成本低且具有良好的兼容性、有望实现便携式检测装置等特点[24-25]。美国Cepheid公司开发了一款从样品中核酸的提取到完成PCR检测完全实现自动化的GeneXpert微流控核酸检测系统，反应中大多数液体是以冻干的形式预先填充的，大大减少了样品混淆和操作错误的机会。从样本的制备到完成测试出检测结果仅需要半小时，减轻了操作者的工作强度。其研发的HIV定性检测试剂靶基因为HIV-1LTR区，可以对患者全血或者干血斑进行检测，其检测结果与AbbottM2000HIV-1realtime检测试剂盒有较好的一致性[26]。Abbott公司的AlereqHIV检测平台只需要25uL外周血或血浆1h内完成多重实时PCR反应来检测HIV-1(M/N)亚型，HIV-1(O)亚型和HIV-2型病毒。罗氏公司生产的CobasLiat使用微流控芯片技术，通过挤压PCR反应试剂在三个拥有不同温区的腔室内来回移动来实现PCR反应所需要的温度循环，这种以空间上的温度循环来取代时间上的温度循环的方式极大了缩减了PCR所需的反应时间，可应用于艾滋病的快速检测，但空间域PCR需要更多样化的以及更大的微流控平台[27]。另外，2014年剑桥大学研发的全自动SAMBA检测平台[28-29]可用于全血或血浆样本的HIV核酸的快速检测，其基于等温扩增的原理，与AbbottRealTimeHIV-1检测试剂盒的检测一致性可达98%[30]。上述几种可用于HIV即时检测的微流控核酸检测设备产品比较情况，详见表2。这几种HIV微流控核酸检测可以解决基层卫生服务机构或资源匮乏地区的HIV现场检测环境及人员限制的问题，使基层医疗单位具备开展核酸检测的能力。但是其仪器与试剂成本均较高(以GeneXpert为例，一台仪器价格约在90万～120万左右)，且产品缺乏市场规范和标准，因此目前没有大范围推广.

　　3家庭检测

　　HIV家庭检测的私密性高，产品便携且便于使用，在说明书的指导下即可完成操作，采样过程简单，检测过程需要很少或不需要试剂、设备，结果判读简单，将是未来HIV检测主要的发展方向之一。纸条检测是最易于家庭使用的检测方式，HIV抗原抗体检测胶体金法已广泛应用于艾滋病筛查实验[31]，但是市场上HIV核酸检测纸条检测的相关应用较少。2012年，美国休斯敦莱斯大学的RebeccaR.Richards-Kortum团队描述了一种纸条测定方法，该方法使用金纳米颗粒探针和金增强溶液定量检测扩增的HIVRNA[32]，检测时间只需20分钟，每个试剂盒成本约为0.80美元。核酸纸条检测在HIV即时检测方面有巨大的潜力，其优势在于制备简单、成本低廉、操作易行、对环境友好，检测时间短及结果可视化等，但在灵敏度方面还有很大的提高空间。由于分析物通过纸条传送，局部分析物浓度可能因溶液扩散而减少，而在多重检测中有些信号分子可能会扩散到邻近通道[33]，因此还存在交叉污染的可能性，且目前核酸纸条的制备方法仍不成熟，这些因素限制了HIV核酸纸条检测在市场的应用。

　　4小结与展望

　　艾滋病的早发现早治疗依赖于HIV实验室检测技术，而在众多实验室检测方法中HIV核酸检测窗口期短，灵敏度高，对艾滋病的早期诊断、病程检测、抗病毒治疗效果评价和耐药性检测等非常重要，但由于HIV基因存在多样性，且高度变异，很难设计一套引物能够覆盖所有的HIV序列，因此检测的灵敏度受到限制[34]，现有的HIV检测方法或是操作复杂、对实验人员要求较高或是仪器及试剂较为昂贵，检测成本较高，既难以在一般的PCR实验室推广，也不适合对大量病人的现场快速检测，难以实现广泛的临床应用。通过对当前HIV核酸检测的现状分析可以发现，未来HIV核酸检测的发展目标是进一步缩短检测窗口期，提高检测灵敏度、特异性，降低漏检率，开发出检测速度快，操作简单方便的检测方法、试剂或仪器，且能够降低检测成本，使其能够满足基层医疗单位及欠发达地区艾滋病检测实际工作的需要。微流控芯片技术能将样本制备、核酸提取、扩增和检测各个部分进行整合，自动化操作完成全过程，具有液体流动可控、试剂消耗量小和分析速度快的特点[35-36]，将在未来HIV核酸检测中发挥重要的作用。

　　作者：张雅卓之豪张师音单位：厦门大学分子疫苗学与分子诊断学国家重点实验室国家传染病诊断试剂与疫苗工程技术研究中心公共卫生学院

文章名称：HIV核酸检测技术应用现状

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