分子檢測技術診斷骨關節結核及其耐藥性的研究進展

王桂榮 黃海榮

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·綜述·

分子檢測技術診斷骨關節結核及其耐藥性的研究進展

王桂榮 黃海榮

骨關節結核約占肺外結核的15%，由于癥狀不典型，易導致漏診、誤診。細菌學檢查是結核病診斷的金標準，但傳統實驗室方法診斷骨關節結核的敏感度低、耗時長，不能滿足骨關節結核快速診斷的需要。近年來分子診斷技術在結核病診斷中發揮越來越重要的作用，作者綜述了基因芯片技術、線性探針技術和Xpert MTB/RIF技術診斷骨關節結核及其耐藥性的研究進展，以便為選擇骨關節結核實驗室診斷方法提供依據。

結核，骨關節； 分子診斷技術； 結核, 抗多種藥物性； 綜述

結核病(tuberculosis，TB)是一種嚴重危害人類健康的慢性傳染性疾病，可累及全身幾乎所有的器官和組織。結核病在全球導致死亡的感染性疾病中排名第二，僅次于人類獲得性免疫缺陷綜合征[1]。據WHO《2015年全球結核病年報》報告，2014年我國新增結核病患者93萬例，其中22%為肺外結核患者[1]。我國也是全球27個耐多藥結核病(multidrug-resistant tuberculosis, MDR-TB)高負擔國家之一，中國的MDR-TB患者例數占世界的17.33%[1-2]。骨關節結核絕大多數繼發于肺結核，結核分枝桿菌通過血行或淋巴系統傳播至骨關節，發生于供血豐富、負重程度大的骨質或活動較多的關節滑膜。骨關節結核占所有結核病患者例數的3%～5%，占肺外結核患者例數的15%[3]。患者若長期得不到有效治療，會大大增加后遺癥風險，如脊柱彎曲、棘突隆起、背部“駝峰”畸形、截癱等，這些后遺癥將給患者造成終生身體和精神上的痛苦[4]。因此，在MDR-TB高負擔國家中，快速診斷骨關節結核及其耐藥性，對骨關節結核的早期診斷和早期治療，以及對結核病疫情的控制均具有重要意義。

由于骨關節結核臨床表現不典型、病變位置深、標本不易獲得，加之病灶含菌量少，給骨關節結核的診斷帶來了嚴峻挑戰。細菌學檢查是結核病診斷的金標準，但傳統實驗室診斷方法中膿液涂片抗酸染色陽性率為10%～30%[5]，膿液結核分枝桿菌培養陽性率為10%～60%[6]，而且耗時較長，不能滿足骨關節結核快速診斷的需要。準確及時的結核分枝桿菌耐藥檢測是指導臨床早期開展個體化治療、控制結核病流行的前提。而傳統藥物敏感性試驗(簡稱“藥敏試驗”)，從培養到獲得藥敏試驗結果需8～12周，不能滿足耐藥骨關節結核的早期治療。以PCR技術為基礎的分子診斷技術在快速診斷結核病及其耐藥性中已發揮重要作用，而且該領域仍在不斷改進和發展中，使其操作更加簡便、成本更加低廉。筆者將綜述常用分子檢測技術診斷骨關節結核及其耐藥性的研究進展。

一、基因芯片技術

基因芯片技術的基本原理是通過微陣列技術將多種DNA探針有序地、高密度地排列在玻璃片或纖維膜等載體上，然后與標記的樣品雜交，通過檢測每個探針分子的雜交信號強度，進而獲取樣品分子的數量和序列信息[7]。基因芯片技術作為一種高通量自動化檢測技術，在病原微生物分子診斷方面可用于菌種鑒定、分型、診斷、耐藥性檢測等多個領域，具有快速、準確、高通量、自動化程度高等優點。Zhang等[8]評估了CapitalBioTM基因芯片診斷脊柱結核及其對利福平和異煙肼的耐藥情況，結果表明與BACTEC MGIT 960系統相比，CapitalBioTM基因芯片診斷脊柱結核的敏感度為93.55%，檢測利福平耐藥的敏感度為88.9%，特異度為90.7%；檢測異煙肼耐藥的敏感度為80.0%，特異度為91.0%。劉軍蘭等[9]報道基因芯片檢測關節液中結核分枝桿菌的準確率為86.44%。程鵬等[10]報道采用基因芯片技術對脊柱結核臨床分離株進行檢測，發現對鏈霉素、乙胺丁醇、左氧氟沙星、阿米卡星和卷曲霉素耐藥的敏感度分別為90.36%、61.90%、94.59%、66.00%和65.52%，其對應的特異度分別為70.37%、58.11%、58.00%、91.95%和80.56%；在26株全敏感菌株中，對5種抗結核藥物耐藥檢測的特異度均為100%。可見基因芯片法診斷骨關節結核及結核分枝桿菌對一線、二線抗結核藥物耐藥檢測的敏感度、特異度均較高。

基因芯片技術的優點：特異度強、敏感度高、檢測快速、可實現高通量檢測；缺點：需要特殊儀器及相關軟件分析系統、結果判斷需要較高水平的專業人員、自動化程度不夠易造成交叉污染等。與痰標本和結核分枝桿菌臨床分離菌株相比，骨關節結核臨床標本具有異質性大、標本含菌量少、標本處理難度大等特點，因此應用基因芯片技術診斷骨關節結核及其耐藥性時，標本的處理較復雜。目前，分子檢測技術在結核病尤其是耐藥結核病的診斷中獲得越來越多的重視，然而分子檢測技術仍無法完全代替傳統方法。基因芯片技術可與傳統方法結合使用，指導臨床開展早期、有效化療。

二、線性探針技術

線性探針技術(line probe assay, LPA)的原理是通過應用生物素標記的特異引物進行靶核酸(DNA)的擴增，并將擴增產物變性后與固定在尼龍膜上的特異寡核苷酸探針雜交，通過酶聯免疫顯色法顯示結果，1次雜交可以檢測多種靶序列[11]。比較有代表性的線性探針技術試劑盒有INNO-LPA(Innogenetics, Zwijnaarde, Belgium)、GenoType MTBDRplus(Hain Lifescience, Nehren, Germany)、GenoType MTBDRsl(Hain Lifescience, Nehren, Germany)、AID(AID Diagnostika, Germany)等。INNO-LPA是最早應用于臨床的LPA試劑盒，可用于結核分枝桿菌臨床分離株和涂陽痰標本的結核分枝桿菌及其利福平耐藥檢測[12]。GenoType MTBDRplus試劑盒可用于檢測結核分枝桿菌及異煙肼和利福平耐藥，2008年WHO推薦GenoType MTBDRplus 試劑盒用于涂陽肺結核患者的結核分枝桿菌及其耐藥性檢測[13]。GenoType MTBDRsl試劑盒可檢測結核分枝桿菌對氟喹諾酮類和二線注射類抗結核藥物耐藥情況[14]。AID試劑盒含有3個獨立的檢測模塊，模塊1可同時檢測利福平和異煙肼是否耐藥，模塊2可同時檢測氟喹諾酮類和乙胺丁醇是否耐藥，模塊3可同時檢測卡那霉素、阿米卡星和鏈霉素是否耐藥[15]。

Meta分析顯示GenoType MTBDRplus試劑盒檢測利福平耐藥的敏感度為98.1%，特異度為98.7%；檢測異煙肼耐藥的敏感度為84.3%，特異度為99.5%[16]。Gu等[17]的研究結果顯示，以臨床診斷參考標準為金標準，GenoType MTBDRplus 試劑盒診斷骨關節結核的敏感度為72%，特異度為100%；以藥敏試驗結果為金標準，GenoType MTBDRplus試劑盒檢測利福平和異煙肼的敏感度分別為83.3%和85.7%，特異度均為100.0%。Molina-Moya等[18]的研究結果顯示，AID試劑盒與BACTEC MGIT 960系統檢測異煙肼、利福平、氟喹諾酮類、乙胺丁醇、卡那霉素或卷曲霉素、鏈霉素耐藥的一致性分別為98.3%(59/60)、100.0%(60/60)、91.5%(54/59)、72.9%(43/59)、100.0%(51/51) 和98.0%(50/51)。Brossier等[14]報道GenoType MTBDRsl試劑盒(版本2.0)檢測氟喹諾酮類、卡那霉素、阿米卡星、卷曲霉素耐藥的敏感度分別為94.8%、90.5%、91.3%和83.0%。

LPA技術的優點：具有較高的敏感度和特異度，并可同時檢測結核分枝桿菌及其耐藥性，而且有些試劑盒可檢測二線藥物的耐藥情況。缺點：LPA所含探針數量有限，不能檢測出一些基因區(如ahpC、kasA、furA等)的突變，可能出現假陰性結果[19]；對實驗室環境及工作人員水平要求較高。

LPA技術檢測骨關節結核標本中結核分枝桿菌及其耐藥性的敏感度和特異度高，檢測時間短，并且可同時檢測結核分枝桿菌及其耐藥性，可用于早期診斷骨關節結核及其耐藥性。由于骨關節結核臨床標本與痰標本性質差異較大，盡量留取多種骨關節結核標本，并優化標本前處理過程，可獲得較好的檢測結果[20]。

三、Xpert MTB/RIF技術

Xpert MTB/RIF技術是以半巢式實時PCR技術為基礎的全自動核酸擴增檢測技術，以rpoB基因為靶基因，可在2 h內同時檢測結核分枝桿菌和是否對利福平耐藥[21-22]。2010年WHO推薦Xpert MTB/RIF技術用于肺結核的診斷，2013年WHO又推薦Xpert MTB/RIF技術用于肺外結核的診斷[23-24]。Meta分析顯示Xpert MTB/RIF診斷肺外結核的敏感度為77%～83%，特異度為97%～98%[25-26]。國內外研究表明，Xpert MTB/RIF診斷骨關節結核的敏感度為63.57%～95.60，特異度為96.20%～100.00%；檢測骨關節結核利福平耐藥的敏感度為93.33%～100.00%，特異度為94.12%～100.00%[17,27-30]。

Xpert MTB/RIF技術的優點：自動化檢測平臺，操作簡便，對實驗室人員的水平要求較低；檢測時間短，2 h即可報告結果；準確率較高；全封閉系統，可降低交叉污染率，并可降低生物安全風險。缺點：儀器和試劑較昂貴；僅能檢測利福平耐藥。基因芯片技術、線性探針技術和Xpert MTB/RIF技術的特點見表1。

不同標本類型及不同標本處理方法均會不同程度地影響檢測的準確性，為盡可能減少誤差，WHO對不同標本的預處理方法做了推薦[31]，骨關節結核標本的預處理可參照淋巴結和其他組織的推薦處理步驟，使Xpert MTB/RIF技術應用于骨關節結核的診斷具有一定可行性。由于Xpert MTB/RIF在骨關節結核快速診斷中敏感度和特異度高，檢測時間短，生物安全性好，并且可同時檢測利福平耐藥，適用于骨關節結核及其耐藥性的快速診斷。

表1 各類項目在基因芯片、線性探針和Xpert MTB/RIF技術中的特點

總之，骨關節結核若能早期診斷、早期治療，不僅可控制病情進展，縮短治療療程，還可以減輕患者經濟壓力，減少或避免脊柱畸形。在骨關節結核的診斷中應在傳統實驗室診斷技術的基礎上，輔以分子檢測技術，相信隨著檢查方法的不斷進步，骨關節結核的診斷將會更快速、更準確。

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(本文編輯：郭萌)

Research progress on molecular tests in diagnosis of bone and joint tuberculosis and detection of drug resistance

WANGGui-rong,HUANGHai-rong.

NationalClinicalLaboratoryonTuberculosis,BeijingKeyLaboratoryforDrugResistantTuberculosisResearch,BeijingChestHospital,CapitalMedicalUniversity,BeijingTuberculosisandThoracicTumorInstitute,Beijing101149,China

HUANGHai-rong,Email:huanghairong@tb123.org

Bone and joint tuberculosis (BJTB) accounts for about 15% of extrapulmonary TB. The atypical clinical symptoms often caused its misdiagnosis. Although, bacteriological confirmation ofM.tuberculosisremains as a gold standard for the diagnosis of TB. Conventional techniques are not sensitive enough and time consuming, which can’t provide rapid BJTB diagnosis. Nowadays, molecular tests play an important role in TB rapid diagnosis. The progresses on DNA microarray, molecular line probe assay and Xpert MTB/RIF assay in diagnosis of BJTB are discussed, which will provide a reliable basis for selecting laboratory examination methods for BJTB.

Tuberculosis, osteoarticular； Molecular diagnostic techniques； Tuberculosis, multidrug-resistant； Review

10.3969/j.issn.1000-6621.2016.08.015

北京市衛生系統高層次衛生技術人才培養項目(2014-3-084)；首都醫科大學基礎-臨床科研合作基金(16JL75)

101149 首都醫科大學附屬北京胸科醫院 北京市結核病胸部腫瘤研究所 國家結核病臨床實驗室 北京市耐藥結核病研究重點實驗室

黃海榮，Email：huanghairong@tb123.org

2016-04-10)