李同心 何瑛 周剛 陳耑耑 魏成麗 劉敏 黃忠民 王靜 鐘敏 羅明 丁顯平
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·論著·
全血γ-干擾素釋放試驗在結核病輔助診斷中的價值
李同心 何瑛 周剛 陳耑耑 魏成麗 劉敏 黃忠民 王靜 鐘敏 羅明 丁顯平
目的 評價全血γ-干擾素釋放試驗(interferon gamma release assay,IGRA)- QuantiFERON@-TB Gold IT試驗試劑盒在結核病輔助診斷中的價值。方法 搜集重慶市公共衛生醫療救治中心結核科和感染科2014年7月1日至2015年12月31日期間同步進行痰液抗酸桿菌涂片、快速培養(BACTECTMMGITTM960)及采用IGRA測定外周血結核分枝桿菌抗原特異性γ-干擾素(IFN-γ)應答水平的1440例患者臨床資料,采用卡方檢驗分析不同類別患者間不同檢測技術陽性率的差異,以P<0.05為差異具有統計學意義。 結果 與臨床診斷結果相比,IGRA檢測全血診斷結核病的敏感度為77.6%(716/923),特異度為69.9%(158/226)。與痰涂片[肺結核、肺外結核、HIV感染或AIDS患者并發肺結核的陽性率分別為28.5%(226/792)、 5.3%(7/131)、 6.1%(6/98)]、液體培養[肺結核、肺外結核、HIV感染或AIDS患者并發肺結核的陽性率分別為40.9%(324/792)、13.0%(17/131)、11.2%(11/98)]檢測結果相比,IGRA診斷肺結核[77.0%(610/792)]、肺外結核[80.9%(106/131)]和HIV感染或AIDS患者并發肺結核[50.0%(49/98)]的陽性率更高,差異有統計學意義(與痰涂片比較,χ2值分別為373.52、152.51、46.73,P值均<0.01;與液體培養比較,χ2值分別為212.03、121.38、34.68,P值均<0.01)。結論 IGRA檢測快速便捷,有著較高的敏感度。IGRA對結核病輔助診斷有一定的價值,尤其對肺結核、肺外結核,以及HIV感染或AIDS并發肺結核患者的診斷有一定意義。
結核; 分枝桿菌, 結核; 酶聯免疫斑點檢測; 分子診斷技術; 評價研究
結核病是一種長期危害人類身體健康的慢性傳染病,是我國防治政策規定的重大傳染病之一。快速、準確地診斷結核病一直是臨床檢測上的難點和熱點。雖然細菌學診斷結核病是臨床診斷的“金標準”,但也面臨諸多問題;比如,抗酸桿菌涂片檢測陽性率低,結核分枝桿菌培養周期長,組織病理學檢查多為有創性等。我國菌陰肺結核約占所有肺結核患者的60%~70%[1],肺外結核病約占結核病的5%~30%[2],因此亟需一種更快速、更準確的實驗室診斷方法輔助臨床診斷。
γ-干擾素釋放試驗(interferon gamma release assay,IGRA)是近20多年來結核分枝桿菌感染免疫診斷的最重要的進展之一,目前作為一種新的輔助診斷結核分枝桿菌感染的免疫學方法,已經被廣泛應用于臨床并得到認可。IGRA主要原理是檢測全血和(或)外周血單核細胞在結核分枝桿菌特異性抗原刺激下釋放γ-干擾素的水平,判斷受試者是否感染結核,目前主要應用酶聯免疫斑點法(enzyme linked immunospot assay,ELISPOT)[3-5]或酶聯免疫吸附法(enzyme linked immune sorbent assay,ELISA)[6-7]來檢測。相對結核菌素皮膚試驗(tuberculin skin test,TST)而言,IGRA通過檢測結核分枝桿菌特異性抗原刺激下釋放γ-干擾素(IFN-γ)的水平,從而有效地區分結核分枝桿菌感染和BCG疫苗接種引起的免疫應答[6-7]。目前,被美國和中國FDA批準應用于臨床的較為成熟的IGRA試驗方法主要有兩種,一種是QuantiFERON@-TB Gold IT試驗(QFT-GIT),另一種是結核感染T細胞酶聯免疫斑點試驗(T-SPOT.TB)。
本研究采用QFT-GIT對結核分枝桿菌感染的患者和HIV感染并發結核分枝桿菌感染的患者進行檢測,探討IGRA在結核病輔助診斷中的價值,結果報告如下。
一、研究對象、試驗儀器及試劑
1.患者來源:收集重慶市公共衛生醫療救治中心結核科和感染科2014年7月1日至2015年12月31日期間同步進行痰液抗酸桿菌涂片、快速培養(BACTECTMMGITTM960)及采用IGRA測定外周血結核分枝桿菌抗原特異性IFN-γ應答水平的1440例患者,其中男959例,女481例,年齡范圍10~85歲,平均年齡(43.4±17.5)歲。110例HIV感染或AIDS并發肺結核的患者臨床血液檢測HIV抗體為陽性,并經重慶市HIV確證實驗室確認。所有肺結核和非結核分枝桿菌(non-tuberculous mycobacteria,NTM)肺病診斷均符合中華醫學會結核病學分會制定的肺結核診斷標準[8]和NTM肺病診斷標準[9],所有患者(無嚴重的肝腎功能衰竭史,結核病患者無免疫系統疾患)血樣采集均在入院初期、使用免疫抑制劑或增強劑之前。
2.主要儀器及試劑來源:本研究使用的抗酸染色液購自珠海貝索生物技術有限公司。FACS Calibur流式細胞儀、CD4+T淋巴細胞絕對計數管和BACTECTMMGITTM960分枝桿菌培養檢測系統、PAN-TA雜菌抑制劑、分枝桿菌培養管(MGIT)及營養添加劑(OADC)均來源于美國BD公司。噻吩-2-羧酸肼(TCH)和對硝基苯甲酸(PNB)羅氏培養基購自珠海銀科醫學工程有限公司。結核分枝桿菌分泌蛋白MPB64抗原檢測試劑盒(膠體金法)購自杭州創新生物檢控技術有限公司。QFT-GIT檢測試劑盒和專業分析判讀軟件均來源于Cellestis Limited制造商。GF-M3000型酶標儀由山東彩虹儀器有限公司生產。PW-960型自動酶標洗板機由深圳市匯松科技發展有限公司生產。
3. 研究對象資料來源:醫院信息系統(hospital information system,HIS;為上海瑞美電腦科技有限公司生產)和實驗室信息系統(laboratory information system,LIS;為上海瑞美電腦科技有限公司生產)。
二、方法
1.標本采集:痰液留取參照中國防癆協會《結核病診斷細菌學檢驗規程》[10],無痰患者可采取霧化引痰或通過纖維支氣管鏡取痰,痰液不合格者,需進一步指導后重新留取標本送檢。
2.痰涂片鏡檢和分離培養:痰涂片按照《痰涂片鏡檢標準化操作及質量保證手冊》的要求處理[11],采用萋-尼染色法鏡檢。痰液培養前處理按照《分枝桿菌分離培養標準化操作及質量保證手冊》[12]中關于堿處理-中和離心沉淀法的要求進行,并按照BACTECTMMGITTM960分枝桿菌痰培養操作說明書將前處理后的沉淀物接種于MGIT。
3.菌種鑒定:所有患者分枝桿菌培養產物均采用如下鑒定:(1)參照中國防癆協會《結核病診斷細菌學檢驗規程》[10],使用TCH和PNB進行分枝桿菌菌種初步鑒定試驗,TCH、PNB藥物終濃度分別為5 μg/ml、500 μg/ml。對照管陽性、TCH陽性或陰性、PNB陰性的菌株為結核分枝桿菌復合群,對照管陽性、TCH陽性、PNB陽性或陰性的菌株為非結核分枝桿菌。對照管陰性,即不生長,需要重做。(2)膠體金法定性檢測培養陽性菌液中的結核分枝桿菌分泌蛋白MPB64抗原。以上兩種方法檢測結果一致才納入本研究的統計范圍。
4.QFT-GIT檢測方法:主要包括血液培養和酶聯免疫法測定IFN-γ的水平兩個步驟。
具體操作如下:抽取血液至3支QFT專用采血管(采血量要準確,采集后立即劇烈上下振搖10次,以確保整個試管內層都被血液覆蓋),將采血管以直立方式,于37 ℃培養16~24 h。培養結束后,采血管以(2000~3000)×g離心15 min,分離血細胞及血漿。從每支離心后的采血管取血漿用ELISA法進行IFN-γ的定量,以裝有450 nm濾光片及620~650 nm參考濾光片的酶標儀來讀取吸光度值(A值)。
結果判定標準:利用QFT-GIT專業分析判讀軟件,分析原始數據,報告檢測結果。結果判讀原理如表1所示。
質量控制:每次試驗均測定標準品繪制標準曲線,并利用LIS分析標準曲線的相關系數和標準品測定值的準確度。若QFT-GIT陰性對照管的IFN-γ值高于8 IU/ml,如果不能排除技術上的差錯和樣本污染的可能,需要將該個體所有血漿樣本都重測。
5.CD4+T淋巴細胞計數:實驗操作按照美國BD公司FACS Calibur流式細胞儀說明書進行。CD4+T淋巴細胞計數單位:個/μl,本實驗室參考值為414~1123個/μl。
三、統計學方法
用Microsoft Excel軟件進行基礎數據整理,采用SPSS 13.0分析軟件進行統計學分析,各組陽性率比較采用卡方檢驗,以P<0.05為差異具有統計學意義。
一、 臨床診斷和實驗室檢測情況
143例患者各種實驗室檢查陰性但又疑似結核病、臨床診斷不明確者,不納入本統計范圍。1247例患者臨床診斷和全血IGRA檢測結果均已明確,其中肺結核患者792例,肺外結核131例,NTM肺病43例,HIV感染或AIDS患者并發肺結核98例,臨床診斷其他疾病183例(含心血管系統疾病75例,呼吸系統疾病53例,肝膽系統疾病41例,泌尿系統疾病9例,結膜炎3例,肺癌2例)。50例患者臨床診斷明確,全血IGRA檢測結果為“不明確”。實驗室檢查結果顯示:痰涂片和液體培養總陽性率為29.0%(376/1297),其中涂片陽性共244例,陽性率為18.8%(244/1297);液體培養陽性362例,陽性率為27.9%(362/1297),經菌種鑒定結核分枝桿菌343例,占94.8%(343/362);NTM 19例,占5.2%(19/362);14例痰涂片陽性的肺結核患者液體培養為陰性。全血IGRA檢測結果:833例患者檢測為陽性,陽性率為64.2%(833/1297);414例患者檢測為陰性;50例患者(已剔除3例臨床診斷不明確患者)檢測為“不確定”,其痰涂片和液體培養均為陰性。
二、全血IGRA與痰涂片、液體培養的檢測結果
肺結核、肺外結核、NTM肺病、HIV感染或AIDS患者并發肺結核、其他系統疾病5組患者痰涂片陽性率分別是28.5%(226/792)、5.3%(7/131)、11.6%(5/43)、6.1%(6/98)、0.0%(0/183);痰液體培養陽性率分別是40.9%(324/792)、13.0%(17/131)、23.3%(10/43)、11.2%(11/98)、0.0%(0/183);全血IGRA檢測陽性率分別是77.0%(610/792)、80.9%(106/131)、27.9%(12/43)、50.0%(49/98)、30.6%(56/183),見表2。全血IGRA與痰涂片相比,菌陰(涂陰和培陰)肺結核、肺外結核、HIV感染或AIDS患者并發肺結核各組陽性率差異有統計學意義(χ2值分別為373.52、152.51、46.73,P值均<0.01),NTM肺病組差異無統計學意義(χ2=3.59,P>0.05)。全血IGRA與痰液體培養相比,肺結核、肺外結核、HIV感染或AIDS患者并發肺結核各組內檢測陽性率差異有統計學意義(χ2值分別為212.03、121.38、34.68,P值均<0.01),NTM肺病組差異無統計學意義(χ2=0.24,P>0.05)。在涂陽患者中,肺結核、肺外結核、NTM肺病和HIV感染或AIDS患者并發肺結核的全血IGRA檢測陽性率分別為93.8%、100.0%、40.0%、66.7%;而在涂陰患者中,各組全血IGRA檢測陽性率分別為70.3%、79.8%、26.3%、48.9%。

表1 QFT-GIT結果判讀原理表
注 Nil表示空白對照管IFN-γ檢測值;TB-Nil表示結核抗原管IFN-γ檢測值減去空白對照管IFN-γ檢測值;Mitogen-Nil表示促有絲分裂因子管IFN-γ檢測值減去空白對照管IFN-γ檢測值,單位均為“IU/ml”
三、全血IGRA檢測結果與臨床診斷結果的比較
臨床診斷為肺結核、肺外結核的923例患者,痰涂片陽性233例,痰涂片檢測結核病的敏感度為25.2%(233/923),特異度為97.8%(221/226);液體培養陽性為341例,液體培養檢測結核病的敏感度為36.9%(341/923),特異度為95.6%(216/226);全血IGRA檢測陽性716例,IGRA檢測結核病的敏感度為77.6%(716/923),特異度為69.9%(158/226),見表3。比較痰涂片、液體培養、全血IGRA 3種方法對臨床診斷結核病患者標本檢測的敏感度和特異度,3種方法的敏感度差異有統計學意義(χ2=559.60,P<0.01),3種方法的特異度差異有統計學意義(χ2=101.02,P<0.01)。
四、全血IGRA檢測結果不確定患者CD4+T淋巴細胞計數結果
50例患者全血IGRA檢測結果為“不確定”,占全部患者的3.9%(50/1297),臨床診斷26例為結核病(12例菌陰肺結核,5例菌陽肺結核,3例AIDS并發肺結核,2例結核性胸膜炎,2例頸部淋巴結結核,1例AIDS并發結核性胸膜炎,1例骨結核),24例為非結核病(8例AIDS,6例肺炎,5例胸膜炎,3例胸腔積液,2例糖尿病;實驗室和影像學檢查均已排除結核病)。22例結核病患者全血CD4+T淋巴細胞計數結果低于參考值下限,占84.6%(22/26),20例非結核病患者全血CD4+T淋巴細胞計數結果低于參考值下限,占83.3%(20/24),兩組比較差異無統計學意義(χ2=0.07,P>0.05),統計全血IGRA檢測結果“陽性”和“陰性”的患者外周血CD4+T淋巴細胞計數結果具體見表4。833例IGRA檢測陽性患者中,25例CD4+T淋巴細胞計數低于參考值下限,占3.0%(25/833);414例IGRA檢測陰性患者中,28例CD4+T淋巴細胞計數低于參考值下限,占6.8%(28/414),兩組間差異有統計學意義(χ2=9.62,P<0.01)。IGRA不確定組CD4+T淋巴細胞計數分別與陽性、陰性組比較,差異均具有統計學意義(χ2=429.86,P<0.01;χ2=207.75,P<0.01)。

表2 不同組別患者的痰檢與全血IGRA檢測結果

表3 痰涂片、液體培養、全血IGRA檢測結果與臨床診斷結果的比較
注 結核病包括肺結核和肺外結核;非結核病包括NTM肺病和其他系統疾病
QFT-GIT是一種體外診斷試驗,它利用克隆早期分泌性抗原靶6(ESAT-6)、培養濾液蛋白10(CFP-10)和TB7.7(P4)這3種蛋白的混合多肽刺激肝素化全血中的T淋巴細胞,再利用酶聯免疫吸附法測定與多肽抗原體外反應所產生的γ-干擾素,從而判斷受試者是否受到結核分枝桿菌的感染。該試驗不能區分近期感染和既往感染,也不能區別結核潛伏感染和活動性結核病;當檢測結果是陰性時表示可能沒有感染但不能完全排除,尤其是當患者患有多種疾病而結核病只是其中一種時,又或者患者受免疫抑制限制,但發展成活動性結核病的可能性很大時。 QFT-GIT檢測應用ESAT-6、CFP-10和TB7.7(P4)作為抗原,ESAT-6、CFP-10抗原的蛋白編碼來源于結核分枝桿菌基因中的一個菌種特異性基因片段RD-1,而所有的BCG菌株和絕大多數NTM(堪薩斯分枝桿菌、海分枝桿菌和蘇爾加分枝桿菌除外)不含RD-1,因此該試驗有著較高的特異度,且不受是否接種BCG的影響[6-7,13-14]。
本研究顯示,全血IGRA對于肺結核、肺外結核、NTM肺病、HIV感染或AIDS并發肺結核的患者檢測陽性率分別為77.0%(610/792)、80.9%(106/131)、27.9%(12/43)、50.0%(49/98),均高于痰涂片和痰液體培養的陽性率[28.5%(226/792)、5.3%(7/131)、11.6%(5/43)、6.1%(6/98)和41.0%(325/792)、13.0%(17/131)、23.3%(10/43)、11.2%(11/98)]。全血IGRA分別與痰涂片、痰液體培養相比,肺結核、肺外結核、HIV感染或AIDS并發肺結核各組內陽性率差異有統計學意義(P值均<0.01),NTM肺病組內差異無統計學意義(P值均>0.05)。由此可見,在肺結核、肺外結核、HIV感染或AIDS并發肺結核的診斷上,全血IGRA檢測較痰涂片和培養有著更高的敏感度。在涂陽患者中,肺結核、肺外結核、NTM肺病和HIV感染或AIDS并發肺結核的全血IGRA檢測陽性率分別為93.8%、100.0%、40.0%、66.7%;而在涂陰患者中,各組全血IGRA檢測陽性率分別為70.3%、79.8%、26.3%、48.9%;此結果顯示:肺結核和肺外結核患者選擇全血IGRA輔助診斷結核病有著更高的價值,尤其對肺外結核和HIV感染或AIDS并發肺結核時更有意義。

表4 不同全血CD4+ T淋巴細胞計數結果在IGRA檢測結果3類患者中的統計分析
注 表中括號內數值為“構成比(%)”
本研究中以臨床診斷結核病為標準,全血IGRA對臨床患者標本檢測的敏感度為77.6%(716/923),高于痰涂片、液體培養的敏感度(P<0.01);全血IGRA檢測的特異度為69.9%(158/226),低于痰涂片、液體培養的特異度,差異有統計學意義(P<0.01)。國內外IGRA檢測的敏感度為53%~98%,特異度為60%~90%,多篇文獻報道的敏感度和特異度>70%[15-18]。本研究中IGRA特異度稍低,分析原因主要是:NTM肺病中27.9%(12/43)的患者呈陽性,其他系統疾病中30.6%(56/183)的患者呈陽性,兩者較高的陽性率降低了IGRA特異度。前者呈現較高的陽性率與此類人群中可能有些受NTM和結核分枝桿菌的混合感染但臨床上患者結核病表現不明顯,或感染了與IGRA檢測抗原相交叉的NTM,如海分枝桿菌、堪薩斯分枝桿菌等有關;后者呈現較高的陽性率,主要原因與本中心收治患者病源種類有關,可能由于患者生活在結核病高度流行環境,已感染了結核分枝桿菌,但目前沒有發病,臨床和實驗室無法判斷已感染了結核分枝桿菌;或既往患結核病未痊愈。這些患者均為外院轉診或本中心收治的高度懷疑結核病但結核感染診斷依據不足者,雖然病歷上臨床診斷與結核感染不相關,但筆者認為此類患者考慮為結核潛伏性感染的可能性較大,應該繼續追蹤、關注這類患者,以證實是否患有結核病[15,19-20]。有文獻報道證明,IGRA試驗檢測效率受結核分枝桿菌感染流行情況等影響,在低風險人群中檢測的特異度較好,而在有潛在結核分枝桿菌感染的高危人群中檢測的特異度明顯降低[16,21-22]。
T淋巴細胞參與全血IGRA反應過程。效應T細胞是免疫應答的主要成分,CD4+T淋巴細胞在免疫反應中扮演重要角色,可以通過監測人體內CD4+T淋巴細胞數量來評估人體免疫功能。本研究中50例全血IGRA檢測結果為“不確定”,占全部患者的3.9%(50/1297),22例結核病患者全血CD4+T淋巴細胞計數結果低于參考值下限,占84.6%(22/26),20例非結核病患者全血CD4+T淋巴細胞計數結果低于參考值下限,占83.3%(20/24),兩組間比較差異無統計學意義(χ2=0.07,P>0.05)。IGRA不確定組CD4+T淋巴細胞計數分別與陽性、陰性組比較,差異均具有統計學意義(χ2=429.86,P<0.01;χ2=207.75,P<0.01)。這說明IGRA“不確定”的結果與人體淋巴細胞數量低下、淋巴細胞活力降低、免疫功能受損、淋巴細胞產生IFN-γ不足等有關。當患者的免疫功能受到抑制或免疫系統功能欠佳,均有可能造成IGRA結果的不確定性。
許多研究表明,QFT-GIT優點較多:QFT-GIT試驗設置了空白對照管和陽性對照管,以利于評價受試者的基礎免疫狀態和血樣處理是否得當(陽性對照管),及排除受試者體內嗜異性抗體效應和非特異的IFN-γ等影響(空白對照管),從而提高了方法學的可靠性[17,23-25]。QFT-GIT試驗屬于體外試驗,方便快捷,由專業軟件判定結果,不受人為因素影響。QFT-GIT試驗出現不確定結果,提示可能受試者免疫功能異常或血樣處理、孵育過程不恰當[17,23-25]。QFT-GIT試驗有著較高的敏感度和特異度,在檢測過程中已對單個核細胞數量進行了標準化,基本可以消除淋巴細胞相對減少對檢測結果的影響[16],但本研究提示淋巴細胞嚴重減少對檢測結果仍有干擾。因此,IGRA(QFT-GIT)在臨床上可以作為結核病輔助診斷手段,尤其對肺外結核、涂陰肺結核,以及HIV感染或AIDS并發肺結核的患者有一定價值。但是QFT-GIT試劑盒價格較貴,對標本采集和處理的要求較高,結果不明確樣本需重復檢測,在一定程度上限制了其在臨床診斷中的使用。
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(本文編輯:薛愛華)
The values of whole blood interferon-γ release assay in auxiliary diagnosis of tuberculosis
LITong-xin,HEYing,ZHOUGang,CHENDuan-duan,WEICheng-li,LIUMin,HUANGZhong-min,WANGJing,ZHONGMin,LUOMing,DINGXian-ping.
DepartmentofClinicalLaboratory,ChongqingPublicHealthMedicalCenter,Chongqing400036,China
LUOMing,Email:luoming1976@aliyun.com
Objective To evaluate the effects of whole blood interferon-γ release assay (IGRA) QuantiFERON@-TB Gold IT kit (QFT-GIT) in auxiliary diagnosis of tuberculosis. Methods A total 1440 patients from tuberculosis and Infection Departments of Chongqing Public Health Medical Center were collected and detected with sputum smear, Bactec960 and QFT from July 1,2014 to December 31,2015. The levels of IFN-γ of different groups of patients were analyzed by Chi-squareχ2test,P<0.05 was considered as statistically significant. Results The sensitivity and specificity of QFT were 77.6% (716/923) and 69.9% (158/226) when compared with clinical diagnosis. Compared with sputum smear (the positive rate 28.5% (226/792) in pulmonary tuberculosis, 5.3% (7/131) in extra-pulmonary tuberculosis and 6.1% (6/98) in HIV or AIDS/TB) and liquid culture (the positive rate 40.9% (324/792) in pulmonary tuberculosis, 13.0% (17/131) in extra-pulmonary tuberculosis and 11.2% (11/98) in HIV or AIDS/TB), IGRA showed higher positive rate (the positive rate 77.0% (610/792) in pulmonary tuberculosis, 80.9% (106/131) in extra-pulmonary tuberculosis and 50.0% (49/98) in HIV or AIDS/TB). The difference was significant statistically (χ2values 373.52,152.51 and 46.73 compared to sputum smear,χ2values 212.03, 121.38 and 34.68 compared to liquid culture,P<0.01). Conclusion IGRA is a rapid and simple tool for diagnosis of tuberculosis with high sensitivity especially for smear and culture negative, extra-pulmonary and HIV/AIDS combined tuberculosis.
Tuberculosis;Mycobacteriumtuberculosis; Enzyme-linked immunospot assay; Molecular diagnostic techniques; Evaluation studies
10.3969/j.issn.1000-6621.2016.08.005
重慶市衛生局2012年醫學科研重點項目(2012-1-085)
400036 重慶市公共衛生醫療救治中心檢驗科(李同心、何瑛、周剛、陳耑耑、魏成麗、王靜),感染二科(劉敏),病案室(黃忠民),結核重點實驗室(鐘敏、羅明);四川大學生命科學學院遺傳醫學研究所 特色生物資源研究與利用川渝共建重點實驗室(丁顯平)
羅明, Email: luoming1976@aliyun.com
2016-05-09)