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)科大學醫(yī)學技術(shù)學院, 江蘇 徐州 221004; 2 徐州醫(yī)科大學附屬醫(yī)院, 江蘇 徐州 221002)

·綜述·

XpertMTB/RIF試驗快速診斷結(jié)核病的研究進展

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)科大學醫(yī)學技術(shù)學院, 江蘇 徐州 221004; 2 徐州醫(yī)科大學附屬醫(yī)院, 江蘇 徐州 221002)

結(jié)核病; Xpert MTB/RIF試驗; 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[1-2]，我國2014年的新發(fā)肺結(jié)核人數(shù)位居全球第三位，是22個全球結(jié)核病高負擔國家之一。目前肺結(jié)核的診斷主要依靠痰涂片抗酸染色，但由于痰涂片對標本的含菌量要求高，導致其診斷結(jié)核病的敏感度較低。診斷結(jié)核病的金標準是MTB培養(yǎng)[3]，由于MTB生長緩慢的習性，導致培養(yǎng)所需時間較長(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[4]，該方法有對實驗室要求高及耗時長的缺點。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。近些年涌現(xiàn)出許多基于分子生物學或免疫學的方法，利福平耐藥實時熒光定量核酸擴增檢測技術(shù)(Xpert MTB /RIF)就是其中最有應用前景的方法之一。本文就Xpert MTB /RIF的發(fā)展、應用現(xiàn)狀以及對特殊人群的診斷價值進行綜述。

1 Xpert MTB /RIF檢測方法的發(fā)展

Xpert MTB /RIF試驗以半巢式實時熒光定量PCR技術(shù)為基礎(chǔ)，rpoB基因為靶基因，系統(tǒng)自動運行并檢測標本中是否含有結(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技術(shù)為基礎(chǔ)，以rpoB基因為靶基因?qū)Y(jié)核分枝桿菌進行檢測的試驗模型，隨后有多位研究者將分子信標技術(shù)應用于耐藥結(jié)核菌株的檢測[6-7]。全自動快速分子病原學診斷檢測系統(tǒng)Gene Xpert平臺由美國國防部資助研發(fā)，2009年美國Cepheid公司在Gene Xpert PCR平臺基礎(chǔ)上成功研發(fā)出一種應用于結(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)首次向國際社會推薦將Xpert MTB/RIF用于結(jié)核病和利福平耐藥快速檢測，并組織專家組對該技術(shù)檢測的準確性進行綜述性分析，于2011年初推出關(guān)于Xpert MTB/RIF應用的政策性指南[8]，對其進行重點推廣。

1.1 測定原理 Xpert MTB/RIF試驗以半巢式實時定量PCR技術(shù)為基礎(chǔ)，以rpoB基因為靶基因，設(shè)計出5個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)，同時根據(jù)球芽孢桿菌的基因組設(shè)計1條對照探針，通過這條探針的熒光顯示結(jié)果對標本中的結(jié)核分枝桿菌及對利福平的耐藥情況進行檢測，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基因為分枝桿菌依賴DNA的RNA聚合酶β亞單位的編碼基因，rpoB基因同時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，利用rpoB基因的保守序列和可變序列，可以對分枝桿菌進行菌種鑒定。

1.1.2 MTB對利福平的耐藥機制由rpoB基因的點突變造成 利福平的作用機制是與結(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)錄的開始和RNA的延長而起到抗菌作用，rpoB基因的突變可導致利福平無法與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對異煙肼耐藥，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)測指標[9]。

1.2 試驗方法 將不同標本按相應預處理方法處理后，取2 mL所得混合液轉(zhuǎn)移至一次性多室塑料反應盒中。樣品自動洗滌和過濾，自動超聲破碎樣品，釋放核酸，DNA與PCR試劑混合，半巢式熒光定量PCR擴增和檢測，打印結(jié)果。不同類型臨床標本預處理方法[10]，見表1。

表1 Xpert MTB/RIF試驗中不同臨床標本的預處理方法

1.3 結(jié)果判讀 結(jié)果判讀依照探針的循環(huán)閾值(Ct值)，當內(nèi)對照探針(即芽孢桿菌內(nèi)對照)的Ct值≤38時為陽性，反之則為無效，提示標本提取不合格或含有PCR抑制物。MTB陽性的診斷標準為5個探針中至少2個探針Ct值≤38，并可進一步按照Ct值對標本中的MTB進行半定量分析，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。檢測利福平耐藥的基礎(chǔ)在于MTB特異性分子信標早期Ct值與晚期Ct值之差，即△Ct值。系統(tǒng)設(shè)置的結(jié)果判斷標準為：△Ct>3.5提示對利福平耐藥，△Ct≤3.5提示對利福平敏感。由于終止循環(huán)數(shù)為38個循環(huán)，因此，當早期探針Ct值>34.5或晚期探針>38時，利福平耐藥結(jié)果不確定。

2 MTB/RIF試驗對不同臨床標本的診斷效能

研究表明，Xpert MTB/RIF試驗對肺結(jié)核的診斷價值已經(jīng)逐步得到證實[11-12]，其中痰標本敏感度最高可達97.50%，特異度在95.00%～99.00%；但對肺外結(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值。國內(nèi)外Xpert MTB/RIF試驗與涂片顯微鏡檢查針對不同類型臨床標本檢測效能(以細菌培養(yǎng)結(jié)果為金標準)[13-22]，見表2。

表2 不同類型臨床標本Xpert MTB/RIF試驗與涂片顯微鏡檢查的敏感性與特異性(%)

3 Xpert MTB/RIF試驗在特殊人群中結(jié)核病診斷價值

2015年，世界范圍內(nèi)估計有1 040萬新發(fā)結(jié)核病病例，其中成人患者中男性590萬(56.73%)，女性350萬(33.65%)；兒童100萬(9.62%)。新發(fā)病例中有120萬(11.54%)人類免疫缺陷病毒(HIV)感染患者[2]。國內(nèi)外研究[23-25]證實，Xpert MTB/RIF試驗在成年人及未感染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感染者中的應用價值尚在研究階段。

3.1 Xpert MTB/RIF試驗在兒童結(jié)核病診斷中的應用 兒童是結(jié)核菌的主要易感者，少數(shù)感染嚴重的兒童，會發(fā)生急性血行播散型結(jié)核病和結(jié)核性腦膜炎等嚴重疾病，危及兒童健康和生命。每年約有7.4萬例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)核對進一步降低結(jié)核病病死率有重要意義。結(jié)核病患兒細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，涂片鏡檢在兒童標本中的陽性率不足15%[27]。Singh等[28]報道了2009—2012年Xpert MTB/RIF試驗在印度地區(qū)兒童結(jié)核病中的應用情況，以培養(yǎng)為金標準，胃液標本敏感性和特異性分別為67.5%和89.6%，痰標本為70.0%和94.3%。國內(nèi)張愛梅等[29]研究中胃液標本和痰標本的敏感性分別為33.3%和57.1%，低于印度地區(qū)，但兩種標本特異性較高，均為100%。Tortoli等[30]通過對494份兒童非呼吸道標本(包括組織活檢、膿液、胃腸道抽吸物、尿和腦脊液)的檢測用于診斷肺外結(jié)核，發(fā)現(xiàn)其敏感性達到86.9%，結(jié)果略高于成人。Xpert MTB/RIF試驗對兒童結(jié)核病的診斷價值尚需更多的研究證實并推廣。

3.2 Xpert MTB/RIF試驗在篩查HIV感染結(jié)核病患者中的應用 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感染的檢測手段敏感度欠佳，漏診率較高。MTB感染導致機體免疫應答反應以細胞免疫為主，但對于HIV感染者與AIDS患者來說，不同的免疫缺陷程度影響著潛伏性感染檢測手段的應答反應。研究[31]表明在高MTB感染的流行區(qū)域，PPD試驗陽性的發(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CD4+淋巴細胞計數(shù)>500個/μL時，兩組發(fā)生率是相似的。研究顯示CD4+淋巴細胞計數(shù)對PPD試驗和T-SPOT這兩種檢測方法的檢測結(jié)果均起重要作用，其陽性率與CD4+淋巴細胞計數(shù)呈正比，且認為，相較于PPD試驗而言，T-SPOT受CD4+淋巴細胞計數(shù)的影響更小[32]。Carriquiry等[33]對131例臨床高度懷疑結(jié)核病的HIV感染者進行Xpert MTB/RIF試驗檢測，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試驗的敏感性高達97.8%，特異性為97.7%；陽性預測值為95.7%，陰性預測值為98.8%。一項由多國共同參與的結(jié)核病防治項目數(shù)據(jù)顯示[34]，Xpert MTB/RIF試驗在HIV感染者中的敏感性(82.4%)與非HIV感染者(90.7%)比較，差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)，而在同時進行的痰涂片顯微鏡檢測中，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試驗可作為HIV感染者及AIDS患者結(jié)核病篩查的首選方法。

4 Xpert MTB/RIF試驗用于療效監(jiān)測的新進展

2013年，F(xiàn)riedrich等[35]招募221例MTB涂片陽性患者接受結(jié)核抗菌藥物治療，并在治療開始的第0～8周每周獲取合格痰標本，利用Xpert MTB / RIF測定MTR特異性DNA測序，隨后在第12、17、22、26周做相同操作，并將結(jié)果與鏡下涂片和細菌培養(yǎng)進行比較，結(jié)果顯示Xpert MTB/RIF試驗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%)。作者認為Xpert MTB/RIF技術(shù)無法識別細菌存活狀態(tài)，在結(jié)核療效監(jiān)測過程中假陽性率較高，特異度較低，因此，不宜用于MTB治療過程的療效監(jiān)測。

目前有新的研究[36]認為，F(xiàn)riedrich等將Xpert結(jié)果僅以“DNA檢出”或“DNA未檢出”作為二元指標進行療效監(jiān)測存在一定的缺陷。Xpert能揭示循環(huán)閾值(Ct)中的定量輸出，進而可縱向動態(tài)檢測痰液中桿菌的載荷量。結(jié)果顯示，采用非線性混合效應模型來表明縱向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]。目前臨床上無統(tǒng)一有效的肺結(jié)核病療效評價標準，此類研究為Xpert MTB/RIF試驗用于結(jié)核病療效監(jiān)測提供了新思路。

5 展望

目前，世界上許多國家已經(jīng)開展了Xpert MTB/RIF試驗。該方法具有高度敏感性和特異性、快速簡單、交叉污染少、能同時檢測利福平耐藥菌株等優(yōu)點，使之有望在全球范圍內(nèi)得到廣泛應用。但是，Xpert MTB/RIF試驗檢測成本較高；標本中一些非結(jié)核分枝桿菌的耐藥基因與MTB耐藥基因存在一定同源性，使得檢測利福平耐藥時可出現(xiàn)假陽性結(jié)果；且中國大部分地區(qū)以異煙肼耐藥為主，而該方法不能直接檢測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)測指標。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，快速識別真正需要隔離的患者，醫(yī)院可以鎖定目標、集中資源，最有效地控制感染。

[1] World Health Organization. Global tuberculosis report 2015[M]. Geneva： WHO, 2015.

[2] World Health Organization. Global tuberculosis report 2016[M]. Geneva： WHO, 2016.

[3] 中華醫(yī)學會結(jié)核病學分會.肺結(jié)核診斷和治療指南[J].中華結(jié)核和呼吸雜志, 2001, 24(2): 70-74.

[4] 王黎霞.結(jié)核分枝桿菌藥物敏感性實驗標準化操作程序及質(zhì)量保證手冊[M].北京:人民衛(wèi)生出版社, 2013:1-40.

[5] Piatek AS, Tyagi S, Pol AC, et al. Molecular beacon sequence analysis for detecting drug resistance inMycobacteriumtuberculosis[J]. Nat Biotechnol, 1998, 16(4): 359-363.

[6] Piatek AS, Telenti A, Murray MR, et al. Genotypic analysis ofMycobacteriumtuberculosisin two distinct populations using molecular beacons: implications for rapid susceptibility testing[J]. Antimicrob Agents Chemother, 2000, 44(1): 103-110.

[7] El-Hajj HH, Marras SA, Tyagi S, et al. Detection of rifampin resistance inMycobacteriumtuberculosisin a single tube with molecular beacons[J]. J Clin Microbiol, 2001, 39(11): 4131-4137.

[8] World Health Organization. Automated real-time nucleic acid amplification technology for rapid and simultaneous detection of tuberculosis and rifampicin resistance: Xpert MTB/RIF system. Policy statement[EB/OL].(2011-04)[2014-02]. http://apps.who.int/iris/bitstream/10665/44586/1/978924 1501545_eng.pdf?ua=1&ua=1.

[9] Mokrousov I, Otten T, Vyshnevskiy B, et al. Allele-specificrpoB PCR assay for detection of rifampin-resistanceMycobacteriumtuberculosisin sputum smears[J]. Antimicrrob Agents Chemother, 2003, 47(7): 2231-2235.

[10] World Health Organization. Xpert MTB/RIF implementation manual: technical and operational ‘how-to’; practical considerations[M] .Geneva: WHO, 2014.

[11] Chang K, Lu W, Wang J, et al. Rapid and effective diagnosis of tuberculosis and rifampicin resistance with Xpert MTB/RIF assay: a meta-analysis[J]. J Infect, 2012, 64(6): 580-588.

[12] 李妍, 張?zhí)烊A, 鮮小萍, 等.Xpert MTB/RIF檢測技術(shù)診斷肺結(jié)核和肺外結(jié)核的價值[J].中國防癆雜志, 2015, 37(6):586-589.

[13] 李輝, 譚耀駒, 李洪敏, 等.利福平耐藥實時熒光定量核酸擴增檢測技術(shù)的診斷效果對比研究[J].中國防癆雜志, 2014, 36(6):472-476.

[14] Kokuto H, Sasaki Y, Yoshimatsu S, et al. Detection ofMycobacteriumtuberculosis(MTB) in fecal specimens from adults diagnosed with pulmonary tuberculosis using the Xpert MTB/rifampicin test[J]. Open Forum Infect Dis, 2015, 2(2): ofv074.

[15] Zar HJ, Workman L, Isaacs W, et al. Rapid molecular diagnosis of pulmonary tuberculosis in children using nasopharyngeal specimens[J]. Clin Infect Dis, 2012, 55(8): 1088-1095.

[16] Theron G, Peter J, Meldau R, et al. Accuracy and impact of Xpert MTB/RIF for the diagnosis of smear-negative or sputum-scarce tuberculosis using bronchoalveolar lavage fluid[J]. Thorax, 2013, 68(11): 1043-1051.

[17] Gu Y, Wang G, Dong W, et al. Xpert MTB/RIF and GenoType MTBDRplus assays for the rapid diagnosis of bone and joint tuberculosis[J]. Int J Infect Dis, 2015, 36: 27-30.

[18] Mazzola E, Arosio M, Nava A, et al. Performance of real-time PCR Xpert MTB/RIF in diagnosing extrapulmonary tuberculosis[J]. Infez Med, 2016, 24(4): 304-309.

[19] Pink F, Brown TJ, Kranzer K. Evaluation of Xpert MTB/RIF for detection ofMycobacteriumtuberculosisin cerebrospinal fluid[J]. J Clin Microbiol, 2016, 54(3): 809-811.

[20] Rufai SB, Singh A, Kumar P, et al. Performance of Xpert MTB/RIF assay in diagnosis of pleural tuberculosis by use of pleural fluid samples[J]. J Clin Microbiol, 2015, 53(11): 3636-3638.

[21] 唐愷, 董偉杰, 蘭汀隆, 等.應用Xpert MTB/RIF技術(shù)快速診斷膝關(guān)節(jié)結(jié)核[J].中國防癆雜志, 2016, 38(4):300-304.

[22] Tadesse M, Abebe G, Abdissa K, et al. GeneXpert MTB/RIF assay for the diagnosis of tuberculous lymphadenitis on concentrated fine needle aspirates in high tuberculosis burden settings[J]. PLoS One, 2015, 10(9): e0137471.

[23] Akkerman OW, van der Werf TS, de Boer M, et al. Comparison of 14 molecular assays for detection ofMycobacteriumtuberculosiscomplex in bronchoalveolar lavage fluid[J]. Clin Microbiol, 2013, 51(11): 3505-3511.

[24] Kayigire XA, Friedrich SO, Venter A, et al. Direct comparison of Xpert MTB/RIF assay with liquid and solid mycobacterial culture for quantification of early bactericidal activity[J]. Clin Microbiol, 2013, 51(6): 1894-1898.

[25] Hu P, Bai L, Liu F, et al. Evaluation of the Xpert MTB/RIF assay for diagnosis of tuberculosis and rifampin resistance in county-level laboratories in Hunan province, China[J]. Chin Med J (Engl), 2014, 127(21): 3744-3750.

[26] Chisti MJ, Graham SM, Duke T, et al. A prospective study of the prevalence of tuberculosis and bacteraemia in Bangladeshi children with severe malnutrition and pneumonia including an evaluation of Xpert MTB/RIF assay[J]. PLoS One, 2014, 9(4): e93776.

[27] Nhu NT, Ha DT, Anh ND, et al. Evaluation of Xpert MTB/RIF and MODS assay for the diagnosis of pediatric tuberculosis[J]. BMC Infect Dis, 2013, 13: 31.

[28] Singh S, Singh A, Prajapati S, et al. Xpert MTB/RIF assay can be used on archived gastric aspirate and induced sputum samples for sensitive diagnosis of paediatric tuberculosis[J]. BMC Microbiol, 2015, 15:191.

[29] 張愛梅, 李鋒, 劉旭暉, 等.利福平耐藥實時熒光定量核酸擴增技術(shù)在兒童結(jié)核病快速檢測中的應用[J].中華兒科雜志, 2016, 54(5):370-374.

[30] Tortoli E, Russo C, Piersimoni C, et al. Clinical validation of Xpert MTB/RIF for the diagnosis of extrapulmonary tuberculosis[J]. Eur Respir J, 2012, 40(2): 442-447.

[31] García-García ML, Valdespino-Gómez JL, García-Sancho C, et al. Underestimation ofMycobacteriumtuberculosisinfection in HIV-infection subjects using reactivity to tuberculin and anergy panel[J]. Int J Epidemiol, 2000, 29(2): 369- 375.

[32] Yang CH, Chan PC, Liao ST, et al. Strategy to better select HIV-infected individuals for latent TB treatment in BCG-vaccinated population[J]. PLoS One, 2013, 8(8): e73069.

[33] Carriquiry G, Otero L, González-Lagos E, et al. A diagnostic accuracy study of Xpert?MTB/RIF in HIV-positive patients with high clinical suspicion of pulmonary tuberculosis in Lima, Peru[J]. PLoS One, 2012, 7(9): e44626.

[34] Boehme CC, Nicol MP, Nabeta P, et al. Feasibility, diagnostic accuracy, and effectiveness of decentralised use of the Xpert MTB/RIF test for diagnosis of tuberculosis and multidrug resistance: a multicentre implementation study[J]. Lancet， 2011, 377(9776): 1495-1505.

[35] Friedrich SO, Rachow A, Saathoff E, et al. Assessment of the sensitivity and specificity of Xpert MTB/RIF assay as an early sputum biomarker of response to tuberculosis treatment[J]. Lancet Respir Med, 2013, 1(6): 462-470.

[36] Jayakumar A, Savic RM, Everett CK, et al. Xpert MTB/RIF assay shows faster clearance ofMycobacteriumtuberculosisDNA with higher levels of rifapentine exposure[J]. J Clin Microbiol， 2016, 54(12): 3028-3033.

(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“教科強衛(wèi)”醫(yī)學重點人才項目(ZDRCA2016053)

付沛文(1995-)，女(漢族)，江蘇省淮安市人，醫(yī)學生，主要從事細菌病原體感染研究。

顧兵 E-mail:gb20031129@163.com

10.3969/j.issn.1671-9638.2017.08.022

R521

A

1671-9638(2017)08-0779-05