豚鼠模型卡介苗接種所引發的淋巴結炎致病菌的分離和鑒定

王丁丁 付麗麗 寇麗杰 張婷 董巧香 趙愛華

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豚鼠模型卡介苗接種所引發的淋巴結炎致病菌的分離和鑒定

王丁丁 付麗麗 寇麗杰 張婷 董巧香 趙愛華

目的 建立由卡介苗接種所引發的淋巴結炎致病菌分離與菌型鑒定的豚鼠模型，研究卡介苗臨床不良反應病原學的鑒定方法。 方法 按照隨機數字表法將39只豚鼠分為生理鹽水組(3只)，高劑量和低劑量卡介苗接種組(各18只)。分別于注射生理鹽水和卡介苗后4、5、8周對豚鼠進行解剖，手術摘取卡介苗接種后豚鼠的淋巴結與局部膿腫，研磨處理為組織懸液。將組織懸液接種于改良羅氏培養基、7H11培養基、7H9液體培養基進行培養，同時對組織懸液進行抗酸染色與卡介菌特異性缺失區1(BCG RD1)的檢測。培養結束后對3種培養物均進行抗酸染色與BCG RD1的檢測。結果 組織懸液在改良羅氏培養基上培養陽性結果為淋巴結33/33，膿腫6/6；在7H11培養基上培養陽性結果為淋巴結33/33，膿腫6/6；在7H9液體培養基陽性結果為淋巴結22/33，膿腫6/6。培養物抗酸染色結果呈陽性，細菌形態與特性與卡介菌一致；培養物BCG RD1的檢測結果與卡介苗DNA國家參考品及皮內注射用卡介苗特異性鑒別試驗用國家參考品的擴增結果一致(196 bp)。結論 卡介苗接種導致的淋巴結炎的相關標本可以通過固體培養法培養出致病菌，對培養物進行BCG RD1的檢測可以鑒定菌型。卡介苗高劑量免疫、選取腫大淋巴結作為檢查樣本和固體培養基培養法更有利于模型的建立。

卡介苗; 免疫; 淋巴結炎; 基因缺失; 診斷，鑒別

按國家《預防接種工作規范》[1]中疫苗接種程序規定，卡介苗(BCG)在嬰兒出生時即接種，通常在出生24 h內完成。根據近年疫苗疑似預防接種異常反應(adverse events following immunization，AEFI)監測數據分析，BCG接種后會出現一定程度的不良反應。主要不良反應為淋巴結炎，發生率為17.7/100萬劑～54.4/100萬劑，其中，嚴重不良反應包括全身播散性卡介菌感染，其病死率高，預后差[2-5]。能夠準確無誤地鑒定 BCG在臨床上具有重要意義，比如醫生如果可以準確判斷得淋巴結炎的患者是因為BCG接種所導致的并發癥，就可以確保由BCG接種引發異常反應的患者及時得到國家醫療賠償[6]。

目前，臨床上對BCG接種后淋巴結炎及其他不良反應的診斷主要是根據BCG接種史、X線胸部攝影、B超檢查輔助診斷，以及查看淋巴結及其膿液所含的菌株類型。其中對菌株的鑒定主要通過對針吸膿液和手術切除物等方法所得標本進行涂片觀察是否呈抗酸桿菌陽性，以及細菌培養并根據培養物對噻吩-2-羧酸肼(TCH)的敏感情況來判斷菌種是否為牛結核分枝桿菌[7]。如果菌種鑒定為牛結核分枝桿菌，則臨床上可以將其等同為BCG。雖然這一方法目前被有些學者認為是臨床診斷由BCG接種所引發淋巴結炎的金標準[8-11]，但是，通過培養物對TCH的敏感性來辨別菌種是否為牛結核分枝桿菌存在敏感度低和假陽性率高的問題，因此這一方法在實質上難以作為鑒定牛結核分枝桿菌的可靠依據[12-13]。此外，國際上對類似病例的病原菌鑒別多鑒定到BCG甚至BCG亞株[14-15]。分枝桿菌全基因組測序研究發現了不同分枝桿菌遺傳學上的差異，卡介菌與其他有毒分枝桿菌遺傳學上的差異研究，采用分子生物學方法來鑒別卡介菌與牛結核分枝桿菌及結核分枝桿菌[16-17]，但不能作為BCG接種后淋巴結炎及其他不良反應的診斷依據。因此，這些問題是國內目前在臨床上對于BCG接種所引發的不良反應致病菌鑒定的主要局限。致病菌鑒定面臨以下3個問題：(1)培養方法標準化與檢出率問題；(2)牛結核分枝桿菌與結核分枝桿菌菌種鑒定的方法學問題；(3)牛結核分枝桿菌與BCG菌種鑒定的方法學問題。

為了克服現有的這些局限，從而提高臨床上對BCG病菌鑒定的敏感度和準確性，本研究旨在:(1)建立豚鼠模型來模擬人BCG接種導致的淋巴結炎；(2)利用該豚鼠模型來探索不同的體外培養方法對BCG病菌檢出率的影響；(3)驗證利用現有分子生物學方法鑒定BCG特異性的可行性。

材料和方法

一、材料

1. 材料：BCG (D2PB302)、皮內注射用卡介苗特異性鑒別試驗用國家參考品(2014國生參字0055)、BCG DNA國家參考品(2014國生參字0053)[18]、改良羅氏培養基(L-J)、稀釋蘇通培養基由中國食品藥品檢定院提供。7H9液體培養基為美國BD公司產品。引物：ET1：5′-AAGCGGTTGCCGCCGACCGACC-3′；ET2： 5′-CTGGCTATA-TTCCTGGGCCCGG-3′；ET3：5′-GAGGCGATCTGGCGGTTTGGGG-3′由上海生工生物工程技術服務有限公司合成，Taq酶購自Takara公司(日本)，抗酸染色試劑由中國食品藥品檢定院提供。7H11培養基購自Sigma公司(美國)。

2.實驗動物：無特定病原體(specific pathogen free, SPF)級Hartley豚鼠，250～350 g/只，雌性，39只，由中國食品藥品檢定研究院實驗動物中心提供。

二、 淋巴結炎動物模型的建立

根據隨機數字表法隨機選取Hartley豚鼠用于3個處理組：生理鹽水對照組(用作病理切片對照)3只，再分為3個時間點組(4周組、5周組、8周組)，每組1只；低劑量BCG接種組18只，再分為3個時間點組(4周組、5周組、8周組)，每組 6只；高劑量BCG接種組18只，再分為3個時間點組(4周組、5周組、8周組)，每組6只。分別于左后大腿內側皮內注射0.2 ml生理鹽水(對照)、0.2 ml 1人劑量(0.05 mg)BCG、0.2 ml 10人劑量(0.5 mg)BCG，然后于免疫后4、5、8周觀察和解剖注射部位側的腹股溝淋巴結及局部膿腫來查看淋巴結炎的狀況。

三、方法

1. 淋巴結和膿腫標本的獲取和預處理：從注射側腹股溝解剖獲取淋巴結和從注射部位解剖獲取膿腫組織，將這些組織置于5%硫酸中浸泡約30 s，然后用生理鹽水洗滌3次，最后用稀釋蘇通培養基洗滌1次放入無菌培養皿內備用。

2. 淋巴結和膿腫標本的研磨：將上述預處理過的標本移入無菌玻璃研磨器內，加入3 ml稀釋蘇通培養基進行研磨獲取均勻組織懸液。

3. 細菌培養：將上述所得組織懸液用稀釋蘇通培養基進行10倍系列稀釋，分別吸取原液及10倍系列稀釋液接種到3種不同的培養基上，其中改良羅氏培養基(8 ml中管規格)接種0.1～0.3 ml/支，7H11培養基(30 ml平皿規格)接種0.3～0.5 ml/個，7H9液體培養基(7.8 ml小管規格)接種0.5 ml/支。改良羅氏(L-J)培養基與7H11培養基置(37.5±0.5)℃培養4～5 周，觀察記錄長出菌落的數量和所需時間。7H9液體培養基置BACTEC MGIT 960中培養，觀察48 d，觀察記錄報告陽性(簡稱“報陽”)的數量和所需時間。隨機選取9例淋巴結樣本同時進行L-J培養基和7H11培養基培養，觀察記錄兩種固體培養基培養出的菌落數。用Statistics 17.0軟件對實驗數據進行分析。

4.抗酸染色：將組織懸液和培養物研磨液加入生理鹽水稀釋，取50 μl涂片，自然干燥火焰固定后進行抗酸染色，顯微鏡下觀察細菌形態與特征。

5. PCR反應模板制備：取培養物菌落，懸浮于無菌生理鹽水中，80 ℃ 30 min滅活后，6010×g離心10 min，棄上清，留下約20～40 μl液體重懸樣品，沸水浴10 min，6010×g離心10 min，取上清作為PCR反應模板。

6．多重PCR擴增(菌型鑒定)[19-20]：采用多重PCR法檢測卡介菌特異性缺失區1(RD1), 用國家參考品及BCG DNA國家參考品作為對照對皮內注射用BCG進行特異性鑒定，根據試驗樣品擴增片段大小與BCG及BCG DNA國家參考品是否一致作出判斷。

結 果

一、 淋巴結炎動物模型建立結果

生理鹽水組3只豚鼠在注射后4周解剖1只分離出1枚淋巴結；注射后5周解剖1只分離出1枚淋巴結；注射后8周解剖1只分離出淋巴結。3只豚鼠均未見局部膿腫(圖1)。

高劑量組18只豚鼠在注射后4周解剖6只每只各分離出1枚淋巴結，均未見局部膿腫；在注射后5周解剖6只每只各分離出1枚淋巴結，其中有3只各分離出1個膿腫；在注射后8周解剖6只每只各分離出1枚淋巴結，其中有3只各分離出1個膿腫。分離出的淋巴結肉眼可見腫大、變硬，腫大的淋巴結包膜完整、質地較柔軟(圖2)；變硬的淋巴結則表面充血(圖3)；膿腫尚未破潰，包膜完整(圖4)。

低劑量組18只豚鼠在注射后4周解剖6只每只各分離出1枚淋巴結；在注射后5周解剖6只其中有3只各分離出1枚淋巴結，另外3只未分離出淋巴結；在注射后8周解剖6只每只各分離出1枚淋巴結；18只豚鼠均未見局部膿腫。

圖1 生理鹽水組分離的淋巴結。依次為注射后4、5、8周時分離的淋巴結

圖2 BCG免疫高劑量組分離的腫大淋巴結。肉眼可見腫大、變硬，腫大的淋巴結包膜完整、但質地較柔軟

圖3 BCG免疫高劑量組分離的淋巴結。其質地變硬，表面充血淋巴結(肉眼可見表面充血)

圖4 BCG免疫高劑量組分離的局部膿腫

淋巴結病理切片結果： BCG高劑量注射組淋巴結表現為淋巴結皮質內大量上皮樣細胞灶狀聚集，可見多核巨細胞，肉芽腫中心可見干酪樣壞死區(圖5)。

淋巴結皮質內大量上皮樣細胞灶狀聚集，可見多核巨細胞，肉芽腫中心可見干酪樣壞死區圖5 BCG高劑量組淋巴結病理切片(HE ×100)

BCG低劑量注射組淋巴結表現為淋巴結皮質內大量上皮樣細胞灶狀聚集，可見多核巨細胞、上皮樣細胞彌漫性分布(圖6)。

淋巴結皮質內大量上皮樣細胞灶狀聚集，可見多核巨細胞、上皮樣細胞彌漫性分布圖6 BCG低劑量注射組淋巴結病理切片(HE ×100)

生理鹽水對照組淋巴結切片表現為淋巴結的皮質、髓質結構清晰，淋巴結內淋巴小結可見，髓質內淋巴竇及髓索結構完整，淋巴濾泡未見明顯增生，未表現出病變(圖7)。

淋巴結的皮質、髓質結構清晰，淋巴結內淋巴小結可見，髓質內淋巴竇及髓索結構完整，淋巴濾泡未見明顯增生，未表現出病變圖7 生理鹽水對照組淋巴結切片(HE ×100)

二、細菌分離培養結果

在L-J培養基上表現為有突起的皺型和擴散型兩類菌落，呈淺黃色；在7H11培養基上表現為擴散型扁平淺黃色菌落，細菌形態與卡介菌相似。接種于3種培養基的報陽結果見表1。

表1 樣本在3種培養基上培養的報陽結果

9枚淋巴結樣本在L-J培養基和7H11培養基上培養， L-J培養基陽性結果為淋巴結9/9、膿腫3/3，7H11培養基陽性結果為淋巴結9/9、膿腫3/3，見表2。對兩種固體培養基形成的菌落數進行統計分析，用Shapiro-Wilk檢驗兩組數據正態性，兩組數據均服從正態分布(L-J培養基菌落數P=0.172>0.05；7H11培養基菌落數P=0.089>0.05)；對兩組數據進行獨立樣本t檢驗，t=0.804,P=0.440>0.05, L-J培養基和7H11培養基上培養生長的菌落數沒有差異。

將組織懸液接種于L-J培養基、7H11培養基和7H9液體培養基培養。L-J培養基和7H11培養基第4周開始有菌落長出，第5周全部長出菌落；7H9液體培養基第10天開始報陽，25 d后不再報陽。淋巴樣本平均報陽時間為13 d，膿腫樣本平均報陽時間為12 d。

表2 9枚淋巴結樣本在固體培養基和液體培養基上的細菌培養結果

注 CFU：菌落形成單位(colony-forming units)

取組織研磨液直接進行涂片，做抗酸染色實驗，顯微鏡下未觀察到抗酸陽性分枝桿菌。將固體培養物與液體培養物涂片后進行抗酸染色，顯微鏡下觀察可見聚集成團與分散的抗酸陽性桿菌，細菌形態及特征與分枝桿菌一致。

三、培養菌菌型鑒定結果

將不同標本來源培養的細菌進行卡介菌特異性RD1檢測試驗，可見：淋巴結培養物與膿腫培養物經 PCR反應后，均擴增出一條約200 bp的核酸片段，大小與皮內注射用卡介苗特異性鑒別用國家參考品及BCG DNA 國家參考品結果一致，說明培養物為卡介菌(圖8)。

1～7為淋巴結樣品；a、b、c為膿腫樣本。M:50 bp DNA梯狀圖譜； C1: 卡介苗對照品； C2：BCG DNA 國家參考品； C: 試劑對照圖8 培養物卡介苗菌型鑒定結果

討 論

BCG接種后不良反應較多，輕者表現為淋巴結炎、局部膿腫；重者形成膿腫破潰、播散性骨髓炎、全身播散性卡介菌病等。目前，臨床上對BCG不良反應診斷主要根據BCG的接種史判斷，對于病原學鑒定通常以發現抗酸桿菌、培養陽性后以其對對硝基苯甲酸(PNB)與TCH的敏感情況進行菌種鑒定[7]，通常鑒定到牛結核分枝桿菌。

BCG 是由牛結核分枝桿菌經過 230 代傳種后獲得的減毒菌株，具體表現為失去了致病性，保留了免疫原性，究其本質是在傳代過程中丟失了毒力編碼基因，與結核分枝桿菌的基因組比較，BCG 菌株的基因組可找到 16 個長度 1903～12 733 bp 不等的缺失區域(regions of difference，RD)，這些區域被依次命名為RD1～RD16[21]，其中 RD1 是一個很特殊的片段，這個片段只存在于有毒分枝桿菌中(包括結核分枝桿菌與牛結核分枝桿菌)，但在所有 BCG 亞株共同缺失。RD1 片段全長為 9458 bp，基于 RD1 區所設計的 3 條引物，其中 ET1 和 ET3跨越 RD1 區，位于 RD1 區兩側，而引物 ET2 則位于 RD1 區內。當菌株缺失RD1 區時，兩側引物結合，擴增將得到一條約 200 bp 長度的片段；若菌株存在RD1 區時，兩側引物雖然結合但是由于產物過長不能有效擴增，而 ET3 和 ET2結合擴增生成1條 150 bp 長度的片段。擴增產物為 200 bp 左右為 BCG，為 150 bp 左右為有毒的分枝桿菌復合群，其他分枝桿菌無擴增產物出現。這個基因水平上的特點將卡介菌與牛型分枝桿菌及其他分枝桿菌復合群區分開來。通過檢測 RD1 區的存在與否，可以特異性的鑒別 BCG[22-23]。根據BCG基因組的特點，世界衛生組織已經推薦采用分子生物學的方法(如 PCR 方法)來特異性鑒別BCG；同時 2015 版中國藥典，對BCG的質量控制也增加了分子生物學特異性鑒別方法，相比于早期采用的抗酸染色鑒別方法，克服了僅從形態上來鑒別BCG無專屬性的缺陷，該方法已用卡介菌多糖核酸注射液的鑒別[18-19,24-25]。

臨床上 BCG 不良反應病原菌的特異性鑒定，對于病因診斷、醫患糾紛的解決，以及后續治療都有積極的意義，國際上對類似病例的病原菌鑒別多鑒別到BCG 甚至 BCG 亞株[14-15]，國內則鑒別不多，或僅鑒定到牛結核分枝桿菌。

本研究建立動物 BCG 接種后不良反應模型，對 BCG 高劑量組 18 只豚鼠解剖均獲取腫大淋巴結，且有 6 只出現局部膿腫，BCG 低劑量組 18 只豚鼠解剖有 15 只獲取腫大淋巴結，但均未出現局部膿腫。對接種后淋巴結及局部膿腫進行細菌分離培養，固體培養基培養法培養結果全為陽性，且長出的菌落數量無差異，但需要 4～5 周 時間；液體培養法陽性結果為淋巴結 22/33、膿腫 6/6，平均耗時淋巴結培養物13 d、膿腫培養物12 d，最長為25 d。培養物采用中國藥典規定的BCG 特異性鑒別方法均鑒定為 BCG，與皮內注射用 BCG 特異性鑒別試驗用國家參考品及 BCG DNA 國家參考品的結果一致。通過本研究可發現，BCG高劑量免疫、選取腫大淋巴結作為檢查樣本和固體培養基培養更有利于模型的建立。

BCG 低劑量組有 3 只豚鼠解剖未獲取淋巴結，可能由于人為原因未能找到淋巴結或解剖過程中淋巴結破損。組織研磨液直接進行涂片未有陽性結果，可能原因是標本處理方法不當，直接用組織研磨的標本涂片，標本涂片厚，染色時容易引起標本脫落，或者蛋白太多，鏡下不容易看到。

本研究所采用的方法對于臨床實踐可能不是最簡單、最方便、最好的鑒定方法，但希望為 BCG 臨床不良反應病原菌分離、鑒別的標準化提供研究基礎。

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(本文編輯：范永德)

Isolation and identification of pathogens in lymphadenitis of Guinea pigs caused by BCG vaccination

WANGDing-ding*,FULi-li,KOULi-jie,ZHANGTing,DONGQiao-xiang,ZHAOAi-hua.

*InstituteofEnvironmentalSafetyandHumanHealth,WenzhouMedicalUniversity,Wenzhou325000,China

s：ZHAOAi-hua,Email:tbtestlab@nifdc.org.cn；DONGQiao-xiang,Email:dqxdong@163.com

Objective To establish a model of isolation and identification pathogens of lymphadenitis caused by BCG vaccination of Guinea pigs and provide a method for etiological identification in clinical diagnosis with adverse reactions caused by BCG vaccination. Methods Thirty-nine Guinea pigs were divided into 3 groups according to random number table method: normal saline group (3 Guinea pigs), high dose of BCG vaccine and low dose of BCG vaccine groups (each 18 Guinea pigs). Lymph glands and local abscess were obtained from Guinea pigs 4, 5 and 8 weeks after injected by normal saline and BCG and were homogenized. The homogenates was cultured in L-J culture medium, 7H11 medium plate and 7H9 liquid medium. Meanwhile, the homogenates were detected by acid-fast staining and specific detecting of BCG RD1. After culturing, the 3 kinds of cultured pathogens were also detected by acid-fast staining and specific detecting of BCG RD1. Results The positive results of the cultured homogenates were lymph gland 33/33 and local abscess 6/6 in L-J culture medium, lymph gland 33/33 and local abscess 6/6 in 7H11 medium plate, lymph gland 22/33 and local abscess 6/6 in 7H9 liquid medium. All cultured pathogens showed positive results by acid-fast staining and the bacterial morphs of the detected pathogens were same to BCG. The specific detecting of BCG RD1 of the cultured pathogens was consistent with national references of BCG DNA and BCG controls (196 bp). Conclusion Pathogens can be detected from BCG immunized lymphadenitis samples by pathogenic bacterium using solid culture method. Subtype of bacteria can be identified by specific detecting of RD1 of BCG. High dose of BCG，selection of lymph glands as the tested sample and cultured in solid culture medium were more beneficial to establish the model.

BCG； Vaccination, Lymphadenitis； Gene deletion； Diagnosis,differential

10.3969/j.issn.1000-6621.2016.03.011

“十二五”國家科技重大專項(2012ZX10004701)

325000 溫州醫科大學環境安全與健康風險評估研究院(王丁丁、董巧香)；中國食品藥品檢定研究院結核病疫苗室(付麗麗、寇麗杰、張婷、趙愛華)

趙愛華，Email: tbtestlab@nifdc.org.cn；董巧香，Email: dqxdong@163.com

2015-08-13)

注：王丁丁和付麗麗對本研究有同等貢獻，為并列第一作者