環介導等溫擴增技術在流感病毒檢測中的應用

劉娟，姜濤，秦鄂德，秦成峰

·生物診斷技術·

環介導等溫擴增技術在流感病毒檢測中的應用

劉娟，姜濤，秦鄂德，秦成峰

流感病毒是引起人類流感的病原體之一，屬于正黏病毒科，分為甲型、乙型和丙型流感病毒，其中甲型和乙型流感病毒對人類具有流行病學意義。流感病毒感染可導致一系列呼吸道疾病，臨床癥狀從輕微的上呼吸道癥狀至急性呼吸窘迫綜合征和多器官功能衰竭，甚至死亡[1]。流感大流行傳播迅速，波及范圍廣，發病率和死亡率高，嚴重威脅著人類健康。1918 年的 H1N1“西班牙流感”、1957 年 H2N2“亞洲流感”和 1968 年 H3N2“香港流感”三次流感大流行導致全球超過 5000 萬人死亡。最近暴發的 2009 年新甲型H1N1 流感大流行，全球估計有數億人感染，約 2 萬確診死亡病例[2]。因此流感病毒的早期快速檢測技術對于流感的防控及治療具有重要的意義。

2000 年，Notomi 等[3]建立了一種新型的快速核酸擴增方法——環介導等溫擴增（loop-mediated isothermal amplification，LAMP）。近些年 LAMP 方法逐漸受到關注，其在病毒性疾病診斷中得到了廣泛的應用[4]。本文特針對該技術在流感病毒檢測中的應用和前景作一綜述。

1 流感病毒的檢測方法

流感病毒的早期快速檢測對流感的防控非常重要，不僅可縮小呼吸道疾病的傳播范圍及風險，同時也為臨床呼吸道疾病病原診斷及用藥提供可靠的依據。目前流感病毒的檢測技術主要包括病毒分離、血清學檢測、病毒抗原檢測和核酸檢測。臨床早期診斷較為常用的快速檢測方法主要包括免疫層析法和病毒核酸檢測技術[5]。免疫層析法是近年來發展的一種快速診斷技術。該技術利用免疫膠體金或免疫酶染色可使特定區域顯示一定的顏色，從而實現特異性的快速免疫診斷。這類方法目前存在的主要問題是靈敏度較低[6]。目前流感病毒早期快速檢測最主要的手段仍然是核酸檢測方法，主要包括逆轉錄-聚合酶鏈式反應（RT-PCR）和實時熒光RT-PCR 技術，但常規 PCR 技術需要電泳判讀結果，易造成環境污染；實時技術則需要較昂貴的儀器，這些限制了該項技術在流感病毒檢測中的廣泛應用。

2 LAMP 技術的原理

LAMP 法是一種新型的核酸擴增技術，與傳統的核酸檢測方法相比，具有靈敏性及特異性高、簡便快速易于判斷等多種優點。LAMP 反應是在具有鏈置換活性的BstDNA聚合酶作用下，利用能識別目的基因上 6 個獨立區段的4 條引物（圖1），即正向內側引物（orward inner primer， FIP）、正向外側引物（forward outer primer，F3）、反向內側引物（backward inner primer，BIP）、反向外側引物（backward inner primer，B3），在 60 ～ 65 ℃ 恒溫條件下高效特異地擴增目的基因，普通恒溫裝置例如水浴鍋中即可完成，不需要特殊的儀器，60 min 內即可完成實驗。反應中亦可添加靶向 F1 與 F2 或 B1 與 B2 區域間的 1 ～ 2 條環引物（loop primer），以提高擴增反應速度。

反應終產物是同一條鏈互補序列周而復始形成的大小不一啞鈴狀 DNA，LAMP 法在高效擴增過程中，一般至少可生成 10 μg/25 μl 產物，同時產生大量焦磷酸根離子，其與金屬離子形成不可溶的鹽，生成肉眼可見的白色焦磷酸鹽沉淀，因此可直觀觀察擴增結果[7]。在反應體系中加入熒光染色試劑，可在紫外光或直接在日光下觀察顏色變化，無需電泳或特殊儀器。

圖1 LAMP 引物設計示意圖[5]

3 LAMP 在流感病毒檢測中的應用

流感檢測方法的臨床意義主要取決于其快速性。LAMP方法是一種快速簡便易行的檢測方法。近些年來已建立了多種針對季節性流感病毒、禽流感病毒和豬流感病毒 LAMP快速檢測方法（表 1）。這些方法多以 HA 或 M 基因作為靶基因，HA 是流感病毒重要的表面抗原蛋白，是分型的重要依據，因此多用于設計區分不同亞型的 LAMP 方法。M蛋白相對保守，主要用于設計同時檢測多種亞型流感病毒的通用 LAMP 法。

Ito 等[8]針對季節性流感病毒 H1 和 H3 亞型的 HA基因以及乙型流感病毒 NP 基因，建立了區分人季節性甲型 H1、H3 亞型和乙型流感的 LAMP 檢測方法。該方法檢測 H3 亞型流感病毒的靈敏性高達 10 FFU/ml（約為1.5 FFU/反應），且僅需 1 h 反應時間；特異性良好，采用不同時間不同地點分離的不同亞型流感病毒進行評估，均未觀察到交叉擴增現象。臨床樣本進行驗證過程中 RT-LAMP法優于商業免疫層析試劑盒。隨后，Poon 等[9]建立了基于流感病毒基質蛋白 M 基因的 LAMP 方法，可同時檢測季節性 H1、H2 和 H3 亞型，靈敏性高達 0.001 PFU/反應，特異性也非常理想。臨床標本評估的結果顯示該方法與乙型流感病毒以及其他臨床呼吸道傳染病的常見病原體例均無交叉反應。

禽流感病毒屬于一種人畜共患的流感病毒，有報道指出在北美和歐洲 15％ 的鴨及超過 2.8％ 野鳥中均可分離到禽流感病毒[10]。近些年來，東南亞等地屢次出現高致病性禽流感人感染病例的報道，提示應引起足夠的重視。Jayawardena 等[11]建立的高致病性禽流感 H5N1 特異LAMP 技術，對近十年間人和禽的 H5N1 流感病毒均有理想的檢測效果，其靈敏度高達 0.002 PFU/反應。另一研究所建立的 H5N1 特異 LAMP 方法也具有非常理想的靈敏度，是普通 RT-PCR 的 100 ～ 1000 倍[12]。此外，特異檢測禽流感病毒 H9 亞型的 LAMP 法也相應建立，靈敏性也高達 10 拷貝/反應，較普通 RT-PCR 方法高 10 倍；采用 112份鴨禽病例進行評估，RT-LAMP 法得到的結果與病毒分離完全一致[13]。H3 亞型禽流感病毒也是重要的一類禽流感，有通過基因重組直接感染人類的巨大風險[14-15]。Peng 等[16]建立的針對 H3 亞型禽流感病毒 HA 基因的 RT-LAMP法可檢測到最低 1 pg/反應的病毒 RNA，且結果可通過顏色變化進行野外樣本的檢測。我國初亞男等[17]針對禽流感病毒 M 基因上保守序列設計禽流感病毒通用的 LAMP檢測方法，靈敏度可達 10 拷貝/反應，并可進一步通過擴增禽流感病毒（H5N1、H7N7 和 H9N2）3 種亞型特異 HA基因進一步鑒定病毒亞型。

豬是流感自然循環中重要的環節，人和禽流感均可感染豬，豬流感病毒亦被證實可感染人類[18]，因此三種流感病毒在豬體內發生病毒重配/重組的風險很大。2009 年流行的新型 H1N1 流感病毒與豬流感病毒也密切相關。目前已建立了針對 H3 亞型豬流感病毒的 LAMP 檢測方法，檢測靈敏度為 1 PFU/反應，是普通 RT-PCR 法靈敏度的 10 倍[19]。2009 年甲型 H1N1 流感大流行暴發后，相應的 LAMP 檢測方法也迅速建立，檢測靈敏度為 10 ～ 20 拷貝/反應，與實時 RT-PCR 靈敏度相同[20-21]。

表1 流感病毒 LAMP 檢測方法

4 RT-LAMP 法的優勢與不足

簡便快速的 RT-LAMP 方法為缺少儀器和條件的基層醫療和檢疫單位的流感防疫提供重要手段。已有針對禽流感病毒 H5、H7 亞型的商業化 RT-LAMP 檢測試劑盒在流感病毒的檢測方面得到了初步應用。與目前臨床和實驗室檢測所應用的檢測方法相比，RT-LAMP 法具有一些特有的優勢：如不需要昂貴的設備，適合現場和野外使用；判讀也僅需通過肉眼在日光下即可直觀地判斷結果，當在擴增管內加入染色劑（如 SYBR Green I[22]、鈣黃綠素[6]和羥基萘酚藍[20]等）時，陽性擴增管相對陰性會發生顏色變化（日光下）和呈現熒光（紫外光下），更易于判讀。這些優勢使得RT-LAMP 法可快速便捷地應用于各種環境中，尤其適用于基層衛生醫療機構。在靈敏度上，RT-LAMP 的靈敏度一般也與實時 RT-PCR 法相當，高于普通 RT-PCR 法靈敏度10 ～ 100 倍，可滿足臨床檢測的需要。

LAMP 法也存在一些不足。例如，該技術的引物設計要求同時識別 6 個部位的 4 種引物，在實際應用中引物設計較為困難，特別是針對不同亞型流感病毒以及病毒科屬的通用引物；另一方面，也易導致其靈敏度在檢測不同病毒株時存在較大差異，因此其應用還需進一步的評估和改進[23]。其次，該技術以非特異性的焦磷酸鹽沉淀或熒光變化判讀結果，因此難以實現高通量的多重檢測。

5 展望

目前，RT-LAMP 法在流感病毒檢測上的應用還較為有限。這一新型核酸擴增技術，具有擴增高效快速、特異性強、靈敏度高、步驟簡單、鑒定簡便、不需要昂貴儀器等優點，在流感病毒的臨床檢測技術上具有很好的應用前景，不僅可用于流感病毒的檢測，還可以檢測流感病毒耐藥性基因，對于臨床診斷用藥和流感流行的監控具有重要的意義。

從目前流感臨床快速檢測的實際需求出發，研制核酸的快速抽提技術與 LAMP 方法相結合，實現從樣本處理/核酸制備到 LAMP 擴增的系統快速檢測；同時改進和完善LAMP 檢測方法，提高其檢測靈敏度的穩定性，并適應和滿足當前流感多亞型、高通量以及耐藥性和抗原突變等多種檢測需求，將是未來一段時間重要的發展方向。

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10.3969/cmba.j.issn.1673-713X.2011.06.007

國家重點基礎研究發展計劃（973 計劃）（2010CB534002）；國家自然科學基金（81000722）

100071 北京，軍事醫學科學院微生物流行病研究所（劉娟、姜濤、秦鄂德、秦成峰）；100142 北京，空軍總醫院輸血科（劉娟）

秦成峰，Email：qincf@bmi.ac.cn

2011-09-30