第十卷,2004年2月2日
主题的问题
2004年SARS版
实验室研究
疑似SARS患者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严重急性呼吸综合征(SARS)病例进行SARS冠状病毒(SARS- cov)检测。在537个临床诊断为SARS的患者标本中,332个(60%)在一个或多个临床标本中含有SARS- cov RNA,而对照组的332个样本中只有1个(0.3%)。在可获得配对血清样本的417名临床SARS患者中,92%有抗体反应。病毒RNA阳性率逐渐增加,并在发病后第11天达到峰值。虽然在一些患者的呼吸道分泌物和粪便和尿液标本中,病毒RNA在>30天内仍可检测到,但病毒在疾病第3周后无法培养。在发病前5天,鼻咽吸液、咽拭子或痰标本是最有用的临床标本,但在发病后期,粪便标本更容易检测到病毒RNA。
2003年初,严重急性呼吸系统综合症(SARS)被确认为一种新出现的肺炎(1- - - - - -3.).部分病人出现水样腹泻,通常是在病情后期,显示感染可能不局限于呼吸道(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),而呼吸道疾病已在非灵长类动物模型中重现(8).香港是受影响最严重的地区之一,有1,700名病人。检测病毒RNA和抗体反应的特定实验室测试(5)被用来确定SARS疑似患者的病因。虽然已报道小群患者的病毒学结果(4,5,9),这些第一代测试在常规临床实践中的结果分析以前没有发表过。我们报告了在香港推出第一代SARS诊断测试后的前5周内,对1048例SARS病例进行的SARS- cov逆转录聚合酶链式反应(RT-PCR)和免疫荧光血清学测试结果的相关性。
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-CoV诊断,其中一个是玛丽医院微生物科。本分析包括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。用于病毒RNA检测的临床标本包括鼻咽吸液、咽拭子、唾液、痰液、气管内吸液、粪便和尿液。将鼻咽吸出物收集到黏液阱中,吸入2ml病毒转运液,将导管内残留分泌物吸入阱中。将棉签收集到含有万古霉素(终浓度100 μg/mL)、阿米卡星(30 μg/mL)和制霉菌素(40 U/mL)的2 mL病毒转运液中。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(5,10).主治医生根据对细菌病原体抗菌治疗的反应(例如,tazocin 2.25-4.5 g静脉注射6-8 h/d,或阿奇霉素500 mg/d, 7-10 /d),疾病的临床和放射学演变,与其他SARS患者接触史,以及充分解释临床结果的替代诊断,将患者分为“临床SARS”、“疑似SARS”和“非SARS”。
取对照组的粪便、咽拭子和血清标本进行比较。对腹泻患者的粪便标本进行了SARS-CoV RNA匿名检测。在初级保健机构接受非呼吸道疾病治疗的患者知情同意后,采集咽拭子标本,并检测SARS-CoV RNA。对血源性病毒筛查后剩下的献血者血清进行了匿名检测,以检测SARS-CoV抗体。
病毒RNA检测
RNA提取使用QIAamp病毒RNA试剂盒试剂(Qiagen, Hilden, Germany),按照制造商说明进行。RT-PCR引物和条件已描述(5,11).由于这些引物对粪便标本偶有假阳性反应,所有PCR阳性的粪便标本都用LightCycler PCR (Roche Diagnostics GmbH, Mannheim, Germany)进行了重新检测,以确认使用相同的两组引物,并使用熔化曲线分析来进一步确认反应的特异性(9).含有病毒RNA依赖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稀释对应于1 x 101到1 x 106参考标准品的每个反应副本与测试样品平行运行。
病毒分离
用200 μL病毒转运液重悬的标本感染胎猴肾(FRhK-4)细胞单层培养管。将约1g粪便样本重悬于10ml病毒转运介质中,离心,将上清散布到细胞上。呼吸道样本已经在病毒传输介质中稀释,并扩散到细胞单层。在37°C孵育1小时后,用1 mL含有1%胎牛血清(GibcoBRL, Grand Island, NY)的最低必需培养基喂养细胞,并在37°C孵育。每天检查培养物的细胞病变效应(CPE),持续14天。在潜伏期结束或CPE出现时,将细胞标记在特氟龙涂层的载玻片上,用冰冷的丙酮固定,并使用恢复期人血清对SARS-CoV抗原进行染色。经RT-PCR鉴定。
血清学检查
采用间接免疫荧光法进行冠状病毒免疫球蛋白G血清学检测。制备了一批sars - cov感染的Vero细胞涂片,并在冰冷的丙酮中固定10分钟。用对照阳性人恢复期血清进行免疫荧光染色,判断细胞SARS-CoV感染率为60%至70%。固定涂片保存在-70°C直到使用。在感染和未感染的对照细胞上以1:10的稀释度筛选血清样本。孵育30分钟后,将细胞在磷酸盐缓冲盐水(PBS)中洗涤两次,每次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),并在37°C下孵育30分钟。按照描述再次清洗细胞,用免疫荧光显微镜检查。筛选稀释倍数为1:10的阳性血清样本与同一患者的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实验室完成的。在BSL-2实验室对临床标本进行常规RNA提取和免疫荧光血清学检测。通过教育员工和密切监督工作实践,加强了基本的实验室实践。用于抗体检测的血清标本在56°C下热灭活30分钟后进行检测。
RT-PCR和实时LightCycler检测的敏感性和特异性已被报道(9,11,12).共对1048名初步临床怀疑为SARS的患者的3611份呼吸道、粪便和尿液标本以及1699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进行回顾性分析。在这些病人中,有590人在临床上被认为患有“沙士”,79人怀疑患有“沙士”,379人没有患有“沙士”。第三组包括因发热性呼吸系统疾病住院的患者,其中许多有放射学改变,其中SARS最初被考虑在鉴别诊断中。
总体而言,948例(91%)患者有一个或多个标本通过RT-PCR检测SARS-CoV RNA, 454例(43%)患者有急性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天采集。虽然RT-PCR可从每个临床类别的患者中获得相似比例(89%-91%)的标本,但从临床归类为SARS的患者(590例中有417例[71%])中获得配对血清的频率高于非SARS患者(379例中有25例[7%])(表1).
在临床诊断为SARS的患者中,537例患者中的322例(60%)在临床标本中有SARS- cov RNA的证据。相比之下,在341名临床诊断为“非SARS”类别的患者中,有2名(0.6%)有SARS- cov感染的RT-PCR证据(表1).为了评估SARS- cov在普通人群中的传播程度,采用RT-PCR检测了184份粪便标本(用于调查被认为没有感染SARS的患者的腹泻疾病)和148份鼻咽拭子(来自因非呼吸道疾病而去全科诊所就诊的患者)的病毒RNA。148例对照咽拭子标本和184例对照粪便标本中均未检测到SARS-CoV RNA。
在有配对血清的417名临床SARS患者中,383人(92%)有一种抗体>SARS-CoV抗体滴度上升4倍。45个对照组中没有一例血清转化为SARS-CoV。在25名经临床诊断为“非沙士”类别的病人中,有2名(8%)经血清转换(表2),但该组患者的另外47个恢复期血清未能显示任何更多的血清阳性患者(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。另一位有不明原因的轻度发热性疾病,没有影像学证实。2003年3月在本港采集的200份献血者血清样本及2003年5月采集的2,200份献血者血清样本均未检出SARS抗体。
分析386例经血清学确诊的SARS-CoV感染患者的SARS-CoV RNA检测情况(数字).在发病的头4天内,有一部分患者(11%-42%)的呼吸道中检测到病毒RNA,但在粪便或尿液标本中分别直到发病的第5天和第7天才检测到病毒RNA。呼吸道和粪便样本病毒RNA阳性的比例逐渐增加,然后在疾病的大约11天达到峰值。虽然在发病前4天,鼻咽抽吸物和喉咙和鼻子拭子是最有效的样本,但在发病第5天后,粪便样本更有用。尽管临床标本的检出率从第16天开始逐渐下降,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).少量唾液、气管内吸液和痰标本可用于检测(表3).
由于临床最大的需要是在发病前5天内确诊SARS的实验室诊断,我们研究了在这段时间内经血清学确诊的SARS- cov感染患者的不同标本的诊断率(表4).在疾病的早期,痰似乎是一个很好的临床标本,尽管检测的标本数量很少。鼻咽抽吸物以及咽喉和鼻子拭子似乎具有相当的敏感性(分别为30%和28%),而粪便标本在疾病的前5天是不太有用的标本(敏感性20%)。唾液和气管内吸入物是可选标本(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用性。在第一个标本检测为阴性的患者中,有25人在发病前5天内采集了第二次标本(任何类型)。这25人中有3人是阳性的;来自第二个标本的额外诊断产量约为12%(数据未显示)。
回顾性地从储存的RT-PCR病毒RNA阳性的临床标本中分离出病毒(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周最为成功,在发病22天后通常为阴性,尽管RT-PCR在这些标本中检测到病毒。
2003年4月,对在鉴别诊断中考虑到SARS的患者进行护理的临床医生提供了第一代SARS- cov诊断检测。通常,新的实验室诊断测试在引入常规临床实践之前要进行广泛的评估和验证。然而,在SARS这种人们知之甚少的新疾病中,这些第一代检测结果是提供给临床医生的,但有一项理解,即这些检测尚未得到验证,必须谨慎解释结果。
继续改善RT-PCR方法的灵敏度(12)使得这些第一代诊断方法的敏感性分析不那么相关。然而,这些结果为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的持续时间提供了有用的信息。
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条件下处理的,之前进行了加强和加强的安全和良好实验室操作规范教育。考虑到在高峰期每天处理多达250个标本进行RT-PCR检测和血清学检测,BSL3实验室无法管理工作量。实验室工作人员没有出现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60%,非SARS组0.6%,对照组0.3%)说明了SARS- cov与SARS临床综合征的相关性。用这些第一代RT-PCR检测SARS病毒RNA的灵敏度低于血清学检测。相应地,在417名临床诊断为SARS的患者中,92%的患者和45个不相关对照的配对血清都没有血清转化为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发生了血清转化。配对血清只能从“非SARS”组的少数(379名患者中的25名)患者中获得。在临床一线工作人员面临巨大压力的时候,几乎没有动力从被认为没有感染SARS的患者那里获得恢复期血清。这25名患者可能是较大的非sars患者群体中的一个有偏见的样本。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,这一事实支持了这一论点。即使是“非SARS”类别的患者也有发热的、呼吸系统的、通常是肺炎的疾病;“非SARS”类别的两名患者中,有血清转化证据的一名患者患有未诊断的肺炎,而另一名患者患有未诊断的发热性疾病,没有肺部影像学实变。 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SARS爆发最严重时期,在本港采集的2400份献血者血清中,没有发现抗体。这一发现表明,SARS-CoV感染在普通社区的传播很小,大多数感染与聚集性和医院暴发有关(13).
在383例血清转化为SARS-CoV的患者的呼吸道、粪便和尿液标本中,RT-PCR对SARS-CoV的检出率表明,从发病开始,直到发病后大约11天,病毒脱落逐渐增加。由于第一代RT-PCR检测灵敏度较低,这些结果反映了疾病期间不同临床部位病毒载量的增加。虽然这些数据是横断面的,但在之前的一项研究中,在发病后第5、10和15天收集的鼻咽标本中,对鼻咽抽吸物中的病毒载量进行了纵向跟踪;这项研究的结果还表明,病毒载量在患病第10天达到峰值(4).在呼吸道病毒感染中,这种病毒载量逐渐增加的情况是不寻常的。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率逐渐下降(14).临床标本中SARS-CoV检出率和病毒载量的这种“渐强”模式具有许多含义。该模式解释了第一代诊断试验在发病前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感染方面的功效存在根本差异。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,在疾病的最初几天内,甚至在特定的适应性免疫反应被激活之前就开始这样做。SARS患者似乎没有这种反应,呼吸道病毒载量(4)只有在出现抗体反应时,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,并需要适应性免疫反应来控制感染。最后,患病第2周的病毒载量峰值将预测病毒更有可能在患病后期传播。此结果与流行病学观察结果相符(15).关于病毒载量的观察,医院频繁使用类固醇治疗(16)是一个混杂因素,可能会导致疾病后期病毒载量的增加。
疾病期间不同标本的相对病毒检出率表明,呼吸道标本(鼻咽吸液、咽拭子)在疾病的前4天更有用,而粪便样本在疾病的后期更有用。另一方面,尿样在疾病的任何阶段都没有用处。产痰性咳嗽在疾病早期并不常见,但在产痰的患者中,这种标本提供了高诊断率。因此,鼻咽吸液、咽拭子和痰,如果有的话,是发病前5天最好的标本。
除呼吸道外,在粪便和尿液样本中检出病毒,说明非典型肺炎并不局限于呼吸道。在一些患者中发现与抗菌药物使用无关的腹泻,支持了该疾病不单纯是呼吸道疾病的证据(4).一些动物冠状病毒(如小鼠肝炎病毒和猫冠状病毒)具有多器官趋向性(17).在发病数周后,通过RT-PCR可在呼吸道、胃肠道和尿道检测到病毒脱落,这反映了病毒在这些部位的持续复制。然而,在患病第3周后,SARS-CoV不能轻易地从这些部位培养出来。在发病第3周后,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和降低病毒的感染性。这一观察结果也符合发病2周后感染明显消失的情况。回顾性进行病毒分离的事实可能影响了总体隔离率。然而,SARS-CoV在冷冻和解冻中表现相对稳定,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)。在任何情况下,这种偏向在疾病的早期和晚期都是一致的。
总之,SARS与新型SARS冠状病毒在流行病学上密切相关。病毒从呼吸道脱落的不寻常情况可能解释了这种疾病的一些观察到的传播模式,包括倾向于影响卫生保健工作者。
陈医生负责玛丽医院的临床病毒学诊断服务。他对呼吸道疾病和其他病毒性疾病的快速病毒诊断特别感兴趣。
致谢
我们感谢林超英、卢建峰和关少伟提供的出色技术援助,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供分析。
研究经费来自美国国家过敏和传染病研究所的公共卫生研究基金A195357和威康信托基金GR067072/D/02/Z。
参考文献
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Lingappa小,麦当劳C,ParasharU,西蒙P,安德森l.SARS的出现源于不确定性。 新兴感染疾病.2004;▪▪▪:10.
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福尔摩斯KV.冠状病毒。进:Knipe DM, Howley PM,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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