第十卷,2004年2月2日- 2号
主题的问题
2004年SARS版本
实验室研究
疑似SARS患者中SARS冠状病毒的检测
摘要
通过RNA检测、血清学反应和病毒培养,对SARS病例进行SARS冠状病毒(SARS- cov)检测。在临床诊断为SARS的537例患者标本中,332例(60%)在一个或多个临床标本中含有SARS- cov RNA,而对照组的332例标本中只有1例(0.3%)。在417名临床SARS患者中,有配对血清样本,92%有抗体反应。病毒RNA阳性率逐渐增加,在发病后第11天达到峰值。尽管在一些患者的呼吸分泌物、粪便和尿液标本中仍可检测到病毒RNA达>30天,但在患病第3周后仍无法培养病毒。在发病前5天,鼻咽吸出物、咽拭子或痰液样本是最有用的临床标本,但在发病后的粪便标本中更容易检测到病毒RNA。
2003年初,严重急性呼吸系统综合症(萨斯)被确认为一种新出现的肺炎(1- - - - - -3.).部分患者出现水样腹泻,通常是在疾病的晚期,表明感染可能不限于呼吸道(4).一种被称为SARS冠状病毒(SARS- cov)的新型冠状病毒被认为是病原体(5- - - - - -7),并在非灵长类动物模型中复制了这种呼吸道疾病(8).香港是受影响最严重的地区之一,有1700名患者。检测病毒RNA和抗体反应的特定实验室测试(5)用于确定疑似SARS患者的病因。虽然已经报道了小部分患者的病毒学结果(4,5,9),这些第一代检测在常规临床实践中的结果分析此前尚未发表。我们报告第一代SARS诊断检测在香港推出后的头5周内,对1,048例SARS调查病例进行的SARS冠状病毒逆转录聚合酶链反应(RT-PCR)和免疫荧光血清学检测结果的相关性。
病人
在香港推出第一代病毒诊断测试后的数周内,三个实验室进行了sars冠状病毒的诊断,其中一个实验室是玛丽医院的微生物科。从2003年4月1日至5月3日在QMH实验室调查的标本和随后的随访标本的结果纳入本分析。用于病毒RNA检测的临床标本包括鼻咽吸出物、咽拭子和鼻拭子、唾液、痰液、气管内吸出物、粪便和尿液。将鼻咽吸出物收集到粘液捕集器中,吸入2ml病毒传输介质将导管内残留分泌物吸入捕集器。将棉签置于含有万古霉素(终浓度100 μg/mL)、阿米卡星(30 μg/mL)和制霉菌素(40 U/mL)的2ml病毒传输培养基中。尿液和粪便收集到标本容器中,不添加运输介质,直接提交实验室。
案例定义已在前面描述过(5,10).根据对细菌病原体抗菌治疗的反应(例如,他佐霉素2.25-4.5 g静脉注射6-8小时/天,或阿奇霉素500 mg/天,7-10天/天),疾病的临床和放射学演变,与其他SARS患者的接触史,以及充分解释临床结果的替代诊断,主治医生将患者分为“临床SARS”、“疑似SARS”和“非SARS”。
从对照组获得粪便、咽拭子和血清标本进行比较。对来自腹泻患者的粪便标本进行了SARS-CoV RNA匿名检测。在接受非呼吸道疾病初级保健机构治疗的患者知情同意后采集咽拭子标本,并对其进行SARS-CoV RNA检测。对血源性病毒筛查后留下的献血者血清进行了SARS-CoV抗体匿名检测。
病毒RNA检测
根据制造商说明,使用QIAamp病毒RNA试剂盒试剂(Qiagen, Hilden, Germany)进行RNA提取。描述了RT-PCR引物和条件(5,11).由于这些引物在粪便标本中偶尔出现假阳性反应,所有PCR阳性粪便标本均采用LightCycler PCR (Roche Diagnostics GmbH, Mannheim, Germany)重新检测,使用相同的两组引物进行确认,并使用熔融曲线分析提供额外的反应特异性确认(9).含有病毒RNA依赖的RNA聚合酶编码序列的质粒载体pCRII-TOPO (Invitrogen, San Diego, CA)被用作参考标准。一连串的五根原木10稀释相当于1 × 101到1x106参考标准品的每个反应副本与测试样品并行运行。
病毒分离
将标本重悬于200 μL的病毒传输介质中,用于感染培养管中的胎猴肾(FRhK-4)细胞单层。大约1g的粪便样本被重悬在10ml的病毒传输介质中,离心,上清分散到细胞上。呼吸道样本已在病毒传输介质中被稀释并扩散到细胞单层上。细胞在37°C孵育1小时后,用1 mL含1%胎牛血清的最低必需培养基(GibcoBRL, Grand Island, NY)喂养,并在37°C孵育。每天检测培养物的细胞病变效应(CPE),持续14天。在潜伏期结束或出现CPE时,细胞被发现在特氟龙涂层的载玻片上,用冰冷的丙酮固定,并使用恢复期人类血清对SARS-CoV抗原进行染色。经RT-PCR鉴定。
血清学检查
冠状病毒免疫球蛋白G血清学检测采用间接免疫荧光法。制备了几批感染sars - cov的Vero细胞涂片,并在冰冷的丙酮中固定10分钟。用对照阳性恢复期血清进行免疫荧光染色判断,细胞被调整为60% - 70%的SARS-CoV感染。固定涂片保存在-70°C直到使用。血清样本在感染和未感染的对照细胞上以1:10的稀释进行筛选。孵育30分钟后,细胞在磷酸盐缓冲盐水(PBS)中洗涤两次,每个5分钟,然后加入山羊抗人异硫氰酸荧光素偶联物(INOVA Diagnostics, Inc., San Diego, CA),细胞在37°C孵育30分钟。按照描述再次清洗细胞并在免疫荧光显微镜下检查。筛选稀释倍数为1:10阳性的血清样本与来自同一患者的各自急性期血清标本平行用连续两倍稀释滴定。每批细胞均检测阳性对照血清。
生物安全
病毒分离或制备细胞涂片用于血清学检测是在生物安全级别(BSL) 3实验室进行的。临床标本的RNA提取和免疫荧光血清学检测的常规处理在BSL-2实验室完成。通过教育员工和密切监督工作实践,加强了基本实验室实践。用于抗体检测的血清标本在检测前在56°C热灭活30分钟。
RT-PCR和实时LightCycler检测方法的敏感性和特异性已有报道(9,11,12).共对来自1,048名初步临床怀疑为SARS的患者的3,611份呼吸道、粪便和尿液标本和1,699份血清样本分别进行了SARS- cov RNA和抗体检测。实验室结果与这些患者的临床诊断回顾性相关。在临床上,这些患者中有590人被认为患有SARS, 79人怀疑患有SARS, 379人没有患SARS。第三组包括因发热呼吸系统疾病住院的患者,其中许多有放射学变化,在鉴别诊断中最初考虑了SARS。
总的来说,948例(91%)患者的一个或多个标本通过RT-PCR检测了SARS-CoV RNA, 454例(43%)患者的急性期和恢复期血清样本可用于血清学分析,其中恢复期血清至少在发病后21天提取。虽然在每个临床分类中,可从相似比例(89%-91%)的患者中获得用于RT-PCR的标本,但从临床分类为SARS的患者中(417例[71%]来自590例)比从非SARS分类的患者中(25例[7%]来自379例)获得配对血清的频率更高(表1).
在临床诊断为SARS的537例患者中,322例(60%)在临床标本中发现SARS- cov RNA。相比之下,临床诊断为“非SARS”类别的341人中,有2人(0.6%)有SARS- cov感染的RT-PCR证据(表1).为了评估SARS- cov在一般人群中的传播程度,对184份粪便标本(提交给被认为没有感染SARS的患者的腹泻疾病调查)和148份鼻咽拭子(来自因非呼吸道疾病就诊的患者)进行了病毒RNA的RT-PCR检测。148例对照组咽拭子标本和184例对照组粪便标本中均未检出SARS-CoV RNA。
在417名有配对血清可供选择的临床SARS患者中,383人(92%)有一种抗体>SARS-CoV抗体滴度上升4倍。45名对照组中没有一例血清转化为SARS-CoV。25名临床诊断为“非SARS”类血清转化患者中有2名(8%)(表2),但该组患者的47份恢复期血清未显示更多血清阳性患者(数据未显示)。这两名患者均无与其他SARS患者接触史。然而,1例患者经高分辨率计算机断层扫描证实左侧中段实变,出院诊断为不明原因的肺炎。另一例为不明原因的轻度发热性疾病,影像学无实变证据。2003年3月在香港收集的200份献血者血清样本和2003年5月收集的2 200份献血者血清样本均无SARS抗体的证据。
对386例血清学证实的SARS-CoV感染患者的SARS-CoV RNA检测情况进行分析(数字).在发病的头4天内,有一部分(11%-42%)患者的呼吸道中可检测到病毒RNA,但直到发病第5天和第7天,在粪便或尿液标本中均未检测到病毒RNA。呼吸道和粪便标本中病毒RNA阳性的比例逐渐增加,然后在大约患病第11天达到峰值。在发病前4天,鼻咽吸出物和咽拭子是最有效的标本,而在发病第5天后,粪便样本更有用。尽管从第16天开始,临床标本的检出率逐渐下降,但在患病30天后,仍可在一小部分患者的鼻咽、粪便和尿液样本中检测到病毒RNA (数字).可供检测的唾液、气管内吸出物和痰标本数量较少(表3).
由于临床最需要的是在发病的头5天内确诊SARS的实验室诊断,我们研究了在这段时间内从血清学确诊的SARS- cov感染患者的不同标本中获得的诊断率(表4).在疾病的早期阶段,痰似乎是一个很好的临床标本,尽管检测的标本数量很少。鼻咽吸出物和咽拭子和鼻拭子似乎具有相当的敏感性(分别为30%和28%),而粪便标本在发病前5天的作用较小(敏感性为20%)。唾液及气管内吸出物为备选样本(表3),但由于缺乏在疾病早期收集的标本,我们无法评估它们的有效性。在第一个标本检测为阴性的患者中,有25人在发病的头5天内采集了第二次标本(任何类型)。25例中有3例呈阳性;第二个标本的额外诊断率约为12%(数据未显示)。
从RT-PCR病毒RNA阳性的临床标本中回顾性分离病毒(表5).病毒从呼吸道比从粪便标本更容易分离。此外,病毒分离在发病的前2周是最成功的,在发病22天后通常为阴性,即使在这些标本中通过RT-PCR检测到病毒。
2003年4月,针对SARS- cov的第一代诊断检测试剂盒向护理在鉴别诊断中被认为是SARS的患者的临床医生提供。通常,新的实验室诊断检测方法在应用于常规临床实践之前要经过广泛的评估和验证。然而,在对SARS这种新疾病了解甚少的情况下,向临床医生提供第一代检测结果时,有一种理解,即检测未经过验证,必须谨慎解释结果。
RT-PCR方法的灵敏度持续改善(12)使得这些第一代诊断方法的灵敏度分析变得不那么相关。然而,这些结果提供了关于在不同疾病阶段检测病毒的最佳标本、病毒的组织嗜性和病毒排泄时间的有用信息。
用于制备病毒感染细胞涂片和病毒分离的SARS-CoV培养是在BSL3条件下进行的,但常规临床标本是在临床病毒学实验室在BSL2条件下进行的,之前进行了加强和加强的安全和良好实验室规范教育。鉴于在高峰期每天要处理多达250个标本进行RT-PCR检测和血清学检测,BSL3实验室无法应付工作量。实验室工作人员中没有人出现SARS症状,这表明用于血清学检测和RT-PCR的临床标本可以在BSL2水平的条件下安全处理。
临床标本中病毒RNA的检出率(SARS患者为60%,非SARS组为0.6%,对照组为0.3%)表明SARS冠状病毒与SARS临床综合征的相关性。在诊断SARS时,第一代RT-PCR检测病毒RNA的灵敏度低于血清学检测。相应的,417名临床诊断为SARS的患者中的92%和45名不相关对照的配对血清中没有一份血清转化为SARS- cov。然而,在被指定为“非SARS”类别的25名患者中,有2名患者的配对血清也是血清转换的。配对血清只能从“非SARS”组的少数患者(379名患者中的25名)中获得。在临床一线工作人员压力巨大的时候,几乎没有动力从被认为没有感染SARS的患者那里获取恢复期血清。这25名患者可能代表非sars患者中较大群体的一个有偏见的样本。这一论点得到了另一个事实的支持,即随后从这组“非SARS”患者中获得的47份恢复期血清未能显示出任何额外的SARS抗体。即使是“非SARS”类别的患者也有发热的呼吸道疾病,通常是肺炎;“非SARS”类别的两名患者中,有血清转换证据的一名患者有未诊断的肺炎疾病,而另一名患者有未诊断的发热性疾病,但肺部没有放射实变。 Overall, a clinical diagnosis of SARS is closely correlated with detection of viral RNA by RT-PCR and seroconversion supporting the etiologic association of SARS-CoV and SARS.
在严重急性呼吸系统综合症(SARS)爆发高峰期,在香港收集的2,400份献血者血清中,没有一份发现对该病毒有抗体的证据。这一发现表明,SARS-CoV感染在一般社区的传播是最小的,大多数感染与聚集性和医院暴发有关(13).
在383例血清转换为SARS-CoV的患者的呼吸道、粪便和尿液标本中,RT-PCR对SARS-CoV的检出率显示,从发病到发病后大约第11天,病毒脱落逐渐增加。由于第一代RT-PCR检测灵敏度相对较低,这些结果反映了疾病期间不同临床部位病毒载量的增加。尽管这些数据是横断面的,但在之前的一项研究中,对发病后第5、10和15天收集的鼻咽标本进行了纵向随访;本研究结果还表明,病毒载量在发病第10天达到峰值(4).这种病毒载量渐进式增加的情况在呼吸道病毒感染中是不常见的。大多数其他感染(如呼吸道合胞病毒、流感)在临床疾病发病时或发病后不久,呼吸道分泌物中的病毒滴度达到峰值,此后病毒滴度和实验室诊断产量逐渐下降(14).临床标本中SARS-CoV检出率和病毒载量的这种“渐强”模式具有多种含义。这种模式解释了第一代诊断检测在发病前5天的敏感性较差,并强调了在疾病早期进行实验室诊断的挑战。这些结果还可能表明,与流感感染相比,先天免疫反应在控制SARS-CoV感染方面的有效性存在根本性差异。先天免疫机制是控制病毒复制的最早的宿主防御机制,在许多呼吸道病毒的情况下,这种机制在发病的最初几天内起作用,甚至在特定的适应性免疫反应被激活之前。SARS患者似乎不会出现这种反应,呼吸道病毒载量(4)只有在抗体反应出现时,即在发病后约第10天(4,5).这一发现可能表明,SARS-CoV能够逃避宿主的先天反应,需要适应性免疫反应来控制感染。最后,发病第二周的病毒载量峰值预示着病毒更有可能在病程的后期传播。这一结果与流行病学的观察结果相符(15).关于病毒载量的观察,医院经常使用类固醇治疗(16)是一种混杂因素,可能导致疾病后期病毒载量增加。
疾病期间不同样本的相对病毒检出率表明,呼吸道样本(鼻咽吸出物、咽拭子)在疾病的头4天更有用,而粪便样本在疾病后期更好。另一方面,尿液样本在疾病的任何阶段都是没有用的。产生性咳嗽在疾病早期并不常见,但在产生痰液的患者中,这种标本提供了较高的诊断率。因此,鼻咽吸出物、咽拭子和痰,如果有的话,在发病的前5天是最好的标本。
在粪便和尿液样本中检测到病毒,除呼吸道外,说明非典型肺炎并不局限于呼吸道。在一些患者中发现与使用抗菌药物无关的腹泻,这一发现支持了该疾病并非纯粹的呼吸道疾病的证据(4).许多动物冠状病毒(如小鼠肝炎病毒和猫冠状病毒)对多个器官有趋向性(17).在发病后数周内,通过RT-PCR可在呼吸道、胃肠道和尿道检测到病毒脱落,反映病毒在这些部位持续复制。然而,在患病第3周后,SARS-CoV无法轻易地从任何这些位点培养出来。在患病第3周后通过RT-PCR检测到的病毒RNA不太可能代表在没有持续病毒复制的情况下病毒RNA的持久性。病毒分离与RT-PCR之间的明显分离可能反映了黏膜抗体对病毒的中和作用,降低了病毒的传染性。这一观察结果也符合在患病第2周后感染明显没有传播的情况。病毒分离是回顾性进行的,这一事实可能影响了总体分离率。然而,SARS-CoV对冷冻和解冻似乎相对稳定,在4°C或-70°C冷冻的临床标本中可以稳定数周(K.H. Chan和J.S.M. Peiris, unpub。数据)。无论如何,这种偏差在疾病的早期和晚期都是一致的。
总之,SARS与新型SARS- cov在流行病学上密切相关。病毒从呼吸道脱落的不同寻常的情况可能解释这种疾病的一些观察到的传播模式,包括感染卫生保健工作者的倾向。
陈医生负责玛丽医院的临床病毒学诊断服务。他对呼吸道和其他病毒性疾病的快速病毒诊断特别感兴趣。
致谢
我们感谢林秀英、罗锦丰和关世威的出色技术协助,以及香港特别行政区医院管理局的临床医生和行政总裁提供的临床数据进行分析。
研究经费由美国国立过敏和传染病研究所公共卫生研究基金A195357和威康信托基金GR067072/D/02/Z提供。
参考文献
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Lingappa小,麦当劳C,ParasharU,西蒙P,安德森l.SARS是在不确定性中出现的。 新发感染病.2004;▪▪▪:10.
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福尔摩斯KV.冠状病毒。正确的职位:总监尼尼普,经理霍利,编辑。是病毒学领域。费城:利平科特·威廉姆斯和威尔金斯,第4版,第1卷2001.1187 - 203 p。
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