VITEK MS細菌質譜儀臨床應用及效益分析

馬憲禮 梁建 仲輝 李真 周林 成定勝

(江蘇省蘇北人民醫院醫學工程部，江蘇 揚州 225001)

基質輔助激光解析電離飛行時間質譜技術(MALDI-TOF MS)是目前微生物鑒定領域革命性的新技術，與常規鑒定方法相比，其具有快速準確、檢測樣本用量少、檢測成本低等優點。MALDI-TOF質譜儀不僅可準確鑒定臨床細菌和酵母菌屬，還可用于分枝桿菌屬、絲狀真菌的鑒定以及微生物分類學和流行病學的研究[1-2]。2013年，美國食品藥品監督管理局(U.S.Food and Drug Administration,U.S FDA)首次承認MALDI-TOF可用于對微生物的臨床鑒定。我院臨床醫學檢測中心于2016年購入一臺法國梅里埃公司生產的全自動快速微生物質譜檢測系統VITEK MS，該儀器采用基質輔助激光解析電離飛行時間質譜技術(MALDI-TOF MS)，已使用4年左右，在臨床使用過程中對該儀器逐漸熟悉了解，本文主要介紹該儀器的檢測原理，臨床使用操作過程，相比較傳統細菌鑒定方法的快速性及準確性，使用該儀器所能節約的成本和創造的經濟效益，以及目前質譜儀的臨床應用現狀等。

1 VITEK MS質譜鑒定系統的基本原理

激光照射生物分子與基質結合形成的共結晶時，基質吸收能量并將其轉移到生物分子使之電離成碎片離子，離子經電場加速，由于質荷比(m/z)以及信號相對強度的不同，在磁場中飛行時間不同而被檢測，形成特有的指紋圖譜，其與數據庫中的標準圖譜經對比即可鑒定細菌。有學者報道，相比DNA測序鑒定，VITEK MS快速鑒定96%的苛養革蘭陰性菌到種水平，其也可準確鑒定85%的需氧革蘭陽性菌[3]。因而，質譜方法比傳統生化表型鑒定、分子生物學鑒定更快速準確。儀器主要由3個部分構成：①樣本電離室，在該區域激光將樣本進行汽化；②飛行時間質量分析器；③粒子探測器。VITEK MS原理分析見圖1。

圖1 VITEK MS原理分析

2 VITEK MS 質譜儀臨床應用

可用于分析多種類型的樣本，包含核酸、蛋白質、微生物，后兩者對于臨床微生物領域非常有用。樣本鑒定之前，先準備樣本，將所要鑒定的樣本涂布在靶板上，然后在樣本點位加上基質。基質要具有以下幾點特性：易于升華、在儀器激光的波長范圍內具有強吸光度。其中α-氰基-4-羥基肉桂酸(α-Cyano-4-hydroxy-cinnamic acid)是在微生物鑒定中常用的基質。靶板上涂布上樣本和基質后，靶板加載入樣本電離室，在激光的作用下進行電離。MALDI-TOF MS儀器一般選用紫外氮激光器(337nm)。激光輻射導致基質的震動和激發，分析物分子排出（解析）。一旦分析物分子被解析出來，基質分子就傳送質子給分析物，導致產生氣相的帶正電荷的分析物陽離子。這些氣相分析物陽離子在樣本電離室中經過電場的加速，獲得一個初速度，其初速度的大小與其質荷比(m/z)相關，然后離子離開電離室進入飛行時間質量分析器進行分離，通過分析器末端的微粒探測器來測量其飛行時間，從而推算出微粒的質荷比(m/z)，樣本的質譜圖也由此生成[4-5]。

每一種微生物都有一張特異性的質譜圖，其中包含豐富的可溶性蛋白，如核糖體蛋白、熱擊蛋白等。將未知的微生物質譜圖與由已知微生物種圖譜建立起來的數據庫進行比對，最佳的匹配則推薦為該未知微生物的鑒定結果。這一技術的成功應用，其關鍵因素是微生物體全蛋白質譜圖足夠的豐富與獨特，可以使鑒定結果確定到屬、種水平，個別種類可以鑒定到菌株水平，即使只應用了蛋白質組中只有一小部分[7]。

VITEK MS質譜儀臨床應用具體操作步驟見圖2～5。

3 質譜儀效益分析

3.1 直接經濟效益

使用質譜儀以后醫院可以停止使用目前用于VITKE 2上的鑒定板；醫院目前每天100個標本，陽性率為30%，則每天鑒定的標本在30個左右，目前所用鑒定板的價格是每個標本48元，使用質譜鑒定成本在2元左右，所以就直觀而言，每年鑒定細菌直接節省成本為496 800元[8]。

3.2 綜合效益

圖2 涂靶板

圖3 加1ul CHCA基質

圖4 MS檢測

圖5 查看結果

使用質譜鑒定以后能夠減少TAT時間，減少患者住院時間，對于病床的周轉率有很大的提高，因此可以提高醫院的綜合收入。此外，使用質譜儀以后，由于目前使用的鑒定藥敏儀和質譜儀的無縫連接，可以縮短報告時間，大部分的常見細菌能在6～8h出藥敏結果，所以對臨床的指導幫助提高，臨床因此會有更多的標本送檢，因此可以提高醫院的綜合收入。

3.3 社會效益

因為質譜儀本身存在的快速鑒定、鑒定結果準確等特點，因此可以提高醫院病患的治愈率和診療水平，還可以減少病人的死亡率，提高醫院的社會地位[9]。

4 質譜儀在醫學檢驗中的應用現狀

4.1 質譜儀在微生物鑒定中的應用

近幾年，隨著科技的發展質譜技術已成為微生物鑒定分類的主流技術，質譜儀具有操作簡便、快速準確、低成本、微生物數據庫及分析軟件可以不斷更新升級等優點，質譜技術是通過對微生物表面蛋白分子的檢測，得出該微生物獨特的蛋白質指紋圖譜及圖譜峰值，與數據庫中已知微生物指紋圖譜進行對比，從而得出被檢微生物的品種，由于質譜技術是對微生物表面特異蛋白進行檢測，其準確性極高，能夠區別相似或相近的微生物，隨著數據庫的不斷更新升級，質譜儀不但可以鑒別已知微生物，還可以發現新種類的微生物。目前質譜儀已可以快速準確鑒定酵母菌屬、分枝桿菌屬、厭氧菌、絲狀真菌、革蘭陽性菌、革蘭陰性菌等[10]。

4.2 質譜儀在生化檢測中的應用

在生化檢測方面，相對于傳統檢測方法，質譜技術具有明顯的優勢，一些質譜技術使用較早的國家，已將化學發光方法、免疫學方法和質譜技術共同列為最主要的三大生化檢測方法，越來越多的生化項目正逐漸使用質譜技術進行檢測，目前在生化檢測方面已開展較為成熟的項目有：類固醇激素檢測、營養成分檢測、毒素檢測、臨床用藥效果監測等，內分泌科中許多類固醇激素分泌濃度較低，相比于傳統免疫法檢測，液相色譜-串聯質譜技術(liquid chromatography-tandem mass spectrometry,LCMS/MS)具有標本需求量低，高特異性等優點，近幾年國外許多臨床檢測中心已將質譜技術列為類固醇檢測的首要方法，隨著質譜技術的不斷發展完善，質譜技術也將成為生化檢測領域的發展方向[11-12]。

5 小結

綜上所述，VITEK MS質譜儀經過多年快速的發展技術已經相當成熟，相比于傳統檢測技術優勢明顯，樣本需求量少，操作簡單明了，高特異性質譜圖所得鑒定結果快速準確，低成本能為醫院帶來更好的經濟效益。隨著質譜技術的不斷發展，質譜技術今后會在醫學檢驗領域和高新技術科研中得到更廣泛的應用[13]。