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环介导等温扩增技术在呼吸系统疾病中的应用

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410 ・床肺科杂志201 1年3月 第16卷第3期 综 述・ 环介导等温扩增技术在呼吸系统疾病中的应用 陈蚊颖 陈愉生 呼吸道感染和肿瘤,是威胁人类健康的主要疾病之一,其 死亡率居高不下,而肺癌常与某些疾病共存或其影像学形态 与某些疾病类似,故易误诊或漏诊。呼吸道疾病传统诊断方 术,是以SPA基因为靶点,扩增MRSA特定蛋白A、mec—A基 因,以及耐甲氧西林的青霉素结合蛋白-2基因,并可在血培 养出现阳性结果后的2 h内完成检测。这种方法与Drt—PCR 法慢、敏感度低下,亟待一种快速,敏感、准确的诊断方法面 世。2000年Notomi等 首先发布环介导等温扩增技术, LAMP作为一种快速准确、敏感度高的诊断方法备受瞩目。 目前,LAMP方法在各种领域得到广范应用,某些国家甚至已 批准其作为病原体鉴定和检测的常规方法,我们就LAMP在 呼吸道疾病的应用进展做一综述。 环介导等温扩增法(Loop—Mediated Isothermal Ampliifca— tion,LAMP)是利用一种链置换DNA聚合酶(Bst DNA poly. merase)和两对特殊的引物,特异地识别靶序列上的6个独立 区域,在等温条件下(65℃左右)保温几十分钟,即可完成核 酸扩增反应。反应结果可直接靠扩增副产物焦磷酸镁的沉淀 浊度进行判断,也可以藉由添加SYBR Green I、溴化乙啶 (EB)或其它核酸染剂进行呈色后观察。该技术由于特异性 强,灵敏性高,仅需普通水浴锅就能快速、高效、简便地对病原 微生物进行鉴定,因而具有推广性,可以作为常规的检测工 具。 在感染性疾病诊断中的应用 LAMP因具有高特异性、高效率和快速反应的特点,可以 大量扩增所需的靶序列,故被用于感染性疾病的诊断和病原 体的检测。 一、细菌的检测 1金黄色葡萄球菌的检测 耐药性细菌已成为医院感 染的重要病原菌,因此快速、准确检测耐药性细菌,对预防耐 药性细菌的感染具有重要意义。2006年申建维等 在检测 耐甲氧西林金黄色葡萄球菌时将核酸杂交和LAMP技术进 行结合,用多重LAMP同时扩增金黄色葡萄球菌耐药基因 mecA和femA,在反应体系中加入的2种不同荧光探针分别 与mecA和femA基因的扩增产物互补结合,最后检测反应管 中的2种荧光值。结果该方法的最低检测限为10 CFU/ml, 与药敏试验结果相比较,灵敏度99.0%,特异度90.9%,证明 该方法灵敏度高,特异性强,操作简便快速,适用于临床样品 的直接快速基因检测。 2007年,日本的Misawa Y等 利用LAMP技术,在63℃ 恒温的条件下高特异性,高效率地扩增目的基因,以检测血培 养阳性的耐甲氧西林金黄色葡萄球菌。这种MRSA—LAMP技 基金项目:福建省科技厅重点项目(2009Y0010) 作者单位:1.350001 福州,福建医科大学省立临床医学院呼吸内科 2.350001福州,福建省立医院呼吸内科 通讯作者:陈愉生,E—mail:slyyywb@yahoo.com.cn 结果比较后显示,两者灵敏度分别为92.3%和96.2%,特异 性都为100%,阳性率分别为96.9%以及98.4%。虽然两者 结果几乎相同,但是LAMP法更符合成本效益,并为临床实验 室提供快速优良的检测,因此LAMP是一个敏感可靠的新方 法用于诊断MRSA的血液感染,并指导合理应用抗生素。 2肺炎链球菌的检测 目前临床使用的检测方法鉴别 肺炎链球菌、轻型链球菌、口腔链球菌三种基因相似性链球菌 的结果不太理想,SEKI等 针对肺炎链球菌的特异性基因序 列lyt A设计6条引物,利用LAMP法来检测肺炎链球菌,通 过对l0株肺炎链球菌和6株非肺炎链球菌的检测验证了 LAMP法的特异性,LAMP的检测下限为1O个拷贝的纯化 DNA,比PCR法检测肺炎链球菌敏感1000倍,时问只需60 min,作者认为利用LAMP法检测肺炎链球菌是一个可靠且敏 感的检测手段。 3百日咳杆菌的检测 对于百日咳杆菌的检测有细菌 培养及血清血方法。其费时费力,为了早期诊断,临床上针对 不同的靶序列有IS481一PCR法和PTpl/p2一PCR法。Kamachin 等 利用LAMP对B型百日咳杆菌进行检测,可以检测10 水平的DNA,而IS481一PCR和PTpl/p2一PCR只能检测出1 Pg 和100 Pg水平的DNA,且LAMP的特异性等同于PTpi/p2一 PCR,在对临床112例咽试纸的检测中.同样证明LAMP的灵 敏度高于IS481一PCR。 4结核分枝杆菌的检测 目前我国肺结核患者较多,因 其传染性较强,需要治疗时间长,未得到及时的治疗预后较 差,故临床上一直在寻找快速准确的鉴别诊断生长缓慢的分 枝杆菌的方法。1wamodo等 根据分枝杆菌属16S核糖体 DNA保守序列设计共用引物,采用LAMP方法可以检测出分 枝杆菌属病菌,他们还根据分枝杆菌不同种的gy rB基因序 列的特异性,分别针对结核分枝杆菌复合群、鸟分枝杆菌和胞 内分枝杆菌设计引物从痰标本中鉴定结核分枝杆菌、鸟分枝 杆菌和胞内分枝杆菌。作者通过检测24株分枝杆菌和7株 非分枝杆菌证实了LAMP法的特异性和敏感性。其操作非常 简便,仅将所有的反应物混合后63℃孵育30—60 min,即可 在反应试管中加入SYBR Green I进行检测。如果此项试验 成功并应用于临床,有望对肺结核的诊断带来革命性变化。 5 嗜肺军团菌的检测 军团菌在自然界广泛存在并可 导致高病死率,已成为世界性的公共卫生问题,引起普遍关 注。而传统的实验室诊断主要依靠细菌培养、生化反应和血 清学鉴定,所耗时间长,难以适应快速控制疫情的要求。Zhu sR等 712009年根据嗜肺军团菌的mip基因设计了5引物(2 临床肺科杂志2011年3月 第16卷第3期 41 1 条内引物,2条外引物,1条环引物)的LAMP反应体系,并对 原体系进行了优化。其研究结果显示,此反应系统检测灵敏 度达到5个拷贝的纯化DNA,反应过程仅需1.5 h,反应结果 性质粒为模板,对实验中的几个重要参数进行优化,结果显示 LAMP检测方法对H5N1禽流感病毒的灵敏度达到4—6个拷 贝,其引物对于H1,H9亚型禽流感病毒和新城疫病毒无非特 异性扩增,表现出良好的H5亚型特异性。 三、支原体的检测 可视化。其敏感性和特异性均高于PCR法。 二、病毒的检测 目前,检测和诊断病毒性疾病的传统方法有病毒中和试 验、酶联免疫吸附试验、免疫荧光抗体试验、免疫荧光电子显 微镜技术及PCR等,这些方法曾在病原体的检测和疾病的诊 断及研究中发挥了巨大作用,但存在的问题是需时长、操作复 杂、不利于现场检测等,限制了它们在病毒快速诊断中的应 用。LAMP技术具有快速、便捷、敏感、特异、结果易于判定、 由于肺炎支原体感染的常规检测方法有培养法、血清学 和核酸扩增技术,培养法条件要求较高,分离和鉴定需1~2 周,周期太长且阳性率低,因此对iN床帮助不大。血清学方法 灵敏度不高且要求采集病人急性期和康复期的血清标本,更 快更灵敏的PCR和Rea1.time PCR用于肺炎支原体的检测已 有报道,然而其需要昂贵的设备限制了其广泛运用。Saito 便于现场快速检测和诊断疾病等特点,可对多种病毒进行检 测和鉴定,成为最有发展前景的快速诊断手段。 1严重急性呼吸综合征冠状病毒(SARS—CoV)检测 目前,临床上SARS的检测方法主要有两种:一种是检测 SARS.CoV抗体,虽然这种方法的敏感性较高,但需在发病10 d后才可检出;另一种方法是Real—time PCR,这种方法可在 发病早期检出SARS—CoV,但是需要昂贵的仪器和熟练的技 术,不便于在SARS暴发时进行常规检查。随着LAMP技术 的出现,2004年HONG等 根据LAMP的原理设计了一步 法、单管实时定量RT-LAMP方法,将SARS—CoV的Rep基因 逆转录为eDNA,利用LAMP技术检测SARS—CoV病毒。通过 对来自越南河内SARS流行期间的49份病人标本和10份健 康人标本进行检测,结果发现RT—LAMP的灵敏度是RT—PCR 的100倍,且RT—PCR的检出率只有liT—LAMP的87%,并可 在1h内获得结果,最短为l1min,检测下限达0.01 PFU且比 liT—PCR更经济简便,更省时。 随后,POON等 同样利用上述方法对发病3 d以内,以 及3 d后的SARS病人鼻咽分泌物标本进行检测,结果显示对 于发病三天以内的样本PCR的检测率是14/15,而LAMP的 检出率是9/15;对于发病三天之后的样本,两者检出率相似, 分别为32/44、33/44。与Real—time PCR比较LAMP的敏感 性要稍低,但能够达到PCR的灵敏度,且LAMP简便快速,检 测成本较低,更利于临床应用推广。 2甲型流感病毒(influenza A viruses AIV)检测AIV在 医学上是一个重要的病毒病原体,在世界各地造成了很高的 发病率、死亡率和严重的经济负担,由于甲型流感病毒的高度 传染性,疾病会在一个密闭的空间里快速传播,故早期检测 AIV是控制流感的关键。目前已有几种分子检测技术用于快 速检测AIV,其中LAMP技术提供了一个新的分子诊断方法, 其主要的优势在于检测的简便快速且高度敏感,故有很大的 潜力用于现场检测。POON等 。。利用LAMP技术检测AIV, 针对6个独立的结合位点设计两对特异性的引物来扩增目 的基因,以管家基因或外源性RNA分子作为阳性参照,检测 了HI—H3的AIV,与PCR法比较符合率为100%。 Imai等… 用RT—LAMP检测了H5N1型高致病性禽流感 (HPAI)病毒,RT—LAMP检测灵敏度达到0.01 PFU/管,其敏 感性比一步法liT—PCR高100倍。 2009年张坤等 根据H5N1禽流感病毒血凝素(HA)基 因序列,在序列保守区域设计LAMP引物,同时以所克隆的阳 等 利用LAMP对肺炎支原体进行检测,以Real—time PCR 为对照,LAMP与PCR在60 min内分别能检测出2×10 拷 贝和2×10拷贝的基因,灵敏度相当。在对70例患者及25 例正常人咽试纸检测中。阳性率100%,无假阳性。由于 LAMP的操作简单、快速及费用低廉,在临床检验中比实时 PCR更适用。 2008年Yoshino M等” 利用支原体基因组中的SDC1基 因为靶基因设计引物用于检测肺炎支原体。这种方法能够在 65℃恒温的条件下,1 h内快速,准确地检测出I型及Ⅱ型肺 炎支原体,且与其他常见的病原微生物无交叉反应。其诊断 灵敏度达到6个拷贝,高于PCR。在对204例临床样本(痰、 咽拭子)同时进行LAMP及PCR检测,两者结果相仿。 四、真菌的检测 巴西副球孢子菌,是引起人体真菌病的一种热依赖的两 型真菌。Endot等 利用LAMP方法对22株巴西副球孢子 菌的临床样本和7株分离自犰狳的样本进行检测。通过检测 该菌的特异性基因go43,在3 h内可完成诊断工作。LAMP法 还可从石蜡包埋的组织样本中抽提DNA为模板进行鉴定,在 真菌的临床检测中很有应用前景。 五、卡氏肺囊虫性肺炎的诊断 卡氏肺囊虫肺炎(PCP)是有卡氏肺囊虫引起的一种特殊 的肺间质性肺炎,常见于艾滋病患者及肾移植术后患者。临 床上常用的用于检测PCP的方法是支气管镜活检结合活检 物涂片和培养。Uemura N等 利用LAMP技术对卡氏肺囊 虫肺炎进行检测,他们根据特定的18S rRNA基因序列,设计 了相应的寡核苷酸引物。这种方法在30 min(恒温61℃)内 完成检测,灵敏度达到50拷贝/管(210拷贝/m1),并且和其 他物种的真菌,包括念珠菌,曲霉和隐球菌无交叉反应。在 24份PCP患者的临床样本(痰和支气管肺泡灌洗液)中,有 21个经实时荧光LAMP检测呈阳性,反应结果可视化。 LAMP还可用于流感嗜血杆菌 、新兴病毒 、呼吸道 合胞病毒 等多种病原体的检测。 在肺癌诊断中的应用 在传统的肿瘤诊断中,组织切片方法在恶性肿瘤的病理 诊断中起着极为重要的作用。Ikeda S等 在2007年报道了 采用原位LAMP法直接检测特定的点突变,高效高特异性地 对肺癌石蜡切片进行诊断。他们将原位LAMP法联合特异性 突变扩增系统(ARMS),以L858R为靶基因进行检测,L858R 412 临床肺科杂志2011年3月 第16卷第3期 是一种表皮生长因子受体,其能够有效地反映抗癌药物吉非 替尼的效果。他们的研究显示,在26例来自于手术肺癌病例 的石蜡切片标本中,有12例L858R发生突变,而且都位于肿 瘤细胞的细胞核内。余下的l4例未检测到有L858R突变。 此外,有少数病例显示在非癌变区的支气管上皮细胞的核内 也有突变的发生,这表明L858R基因突变发生在肿瘤的早 期,这对肺癌早期的基因及病理诊断都有较大的价值。 2009年Maeda 利用LAMP检测方法,将癌胚抗原 (CEA)的mRNA作为目的基因,用来检测非小细胞肺癌(NA— CLC)患者的肿瘤细胞。他们对临床上22例原发肿瘤和22 例非小细胞肺癌患者的14J4个淋巴结标本进行检测分析,并 与传统的RT—PCR技术进行了对比。结果显示,LAMP能够 在25 min获得结果,灵敏度为100拷贝。此外,LAMP能够百 分百检测到22例原发性肿瘤的癌胚抗原一mRNA。与RT— PCR比较的结果显示,LAMP的敏感度为81%,特异性为 100%,阳性率为100%,阴性率为91%。这结果表明,使用 LAMP检测癌胚抗原的方法在快速诊断非小细胞肺癌淋巴结 转移方面具有较大潜力。 展 望 LAMP是本世纪发展起来的一种分子生物学技术。虽然 还存在诸多的缺点和不足,但它在不断地改进和完善,它最主 要的优点是不需要昂贵的仪器设备、操作程序简单、扩增快速 高效,适合各种条件下的快速检测,实用性强,故其应用范围 越来越广泛,在下呼吸道感染病原菌的检测中有其独特的优 势。综上所述,随着LAMP技术不断的完善和成熟,其在病原 菌的检测中将发挥重要作用,必将成为一种简便、快捷、实用 的检测病原菌手段应用于临床。 参考文献 [1] Notomi T,Okayama H,Masubuchi H,et a1.Loop—mediated isother- mal 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