中国媒介生物学及控制杂志  2019, Vol. 30 Issue (2): 228-231

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王蒴, 王信惠, 黎唯
WANG Shuo, WANG Xin-hui, LI Wei
鼠疫免疫学检测技术的应用和研究进展
Progress in the application and study of immunological detection technology for Yersinia pestis
中国媒介生物学及控制杂志, 2019, 30(2): 228-231
Chin J Vector Biol & Control, 2019, 30(2): 228-231
10.11853/j.issn.1003.8280.2019.02.028

文章历史

收稿日期: 2018-11-25
网络出版时间: 2019-3-1 09:11
鼠疫免疫学检测技术的应用和研究进展
王蒴 , 王信惠 , 黎唯     
新疆维吾尔自治区疾病预防控制中心鼠疫防治科, 新疆 乌鲁木齐 830002
摘要: 鼠疫免疫学检测技术是掌握鼠疫流行动态,发现新鼠疫疫源地,确诊疑似鼠疫患者的重要手段。目前,鼠疫常用的免疫学检测方法有间接血凝试验(IHA)、酶联免疫吸附试验(ELISA)、放射免疫沉淀试验(RIPA)、胶体金免疫层析技术(GICA)以及酶免疫染色技术(EIT)等,各种检测技术皆有其优缺点,IHA和ELISA主要用于鼠疫检测;GICA和EIT主要用于人间鼠疫疫情处置工作中;RIPA因存在对人有害的放射性问题,现已不再使用。在鼠疫防控实际工作中,多种检测技术联合应用可避免假阳性,能起到更好的效果。
关键词: 鼠疫    免疫学    检测技术    
Progress in the application and study of immunological detection technology for Yersinia pestis
WANG Shuo , WANG Xin-hui , LI Wei     
Xinjiang Center for Disease Control and Prevention, Urumqi 830002, Xinjiang Uygur Autonomous Region, China
Supported by the National Science and Technology Major Project of China (No. 2018ZX10101002-002-009)
Corresponding author: LI Wei, Email:cdclw@126.com.
Abstract: Immunological detection technology for Yersinia pestis is an important tool to master the epidemic dynamics of plague, discover new plague foci, and confirm suspected plague cases. Now, the commonly used immunological detection methods for Y. pestis include indirect hemagglutination assay (IHA), enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA), radioimmunoprecipitation assay (RIPA), colloidal gold immunochromatography assay (GICA), and enzyme immunostaining technique (EIT). Each detection technology has its advantages and disadvantages. IHA and ELISA are mainly used for plague detection. GICA and EIT are used for human plague epidemics. RIPA is no longer used due to its radioactive harm to humans. In the actual plague prevention and control, a combination of multiple detection technologies, which could avoid false-positives and achieve better results, would be a better choice.
Key words: Yersinia pestis    Immunology    Detection technology    

鼠疫是由鼠疫耶尔森菌(Yersinia pestis,鼠疫菌)引起的一种自然疫源性疾病,啮齿动物为主要宿主和传染源,蚤类是主要传播媒介。在发生人间鼠疫时,鼠疫患者可间接转变为传染源,尤以肺鼠疫患者传染性最强,通过飞沫可造成大范围人间鼠疫的流行。鼠疫病程短、传染性强、传播速度快、致死率高,在我国被列为甲类传染病[1]

鼠疫“四步检验”方法在鼠疫检菌中发挥着重要作用[2],分离出鼠疫菌是判定鼠疫疫情、新鼠疫疫源地和临床诊断鼠疫病例的重要依据,但该法耗时费力,分离到鼠疫菌至少需要3 d时间[3],腐败标本、时间过久标本或鼠疫患者服用抗生素等情况下,均影响鼠疫菌的检出,尤其在人间鼠疫疫情处理过程中寻找潜在鼠疫患者显然时间过长,从而易造成鼠疫疫情的扩散和蔓延,错过最佳治疗时间。因此,寻找快速、简便、特异的免疫学检测技术用于鼠疫疫情控制十分必要。间接血凝试验(IHA)最早应用于鼠疫领域,在鼠疫防控和科学研究中发挥了重要作用,随着新材料和检测技术的进步,陆续出现了酶联免疫吸附试验(ELISA)、放射免疫沉淀试验(RIPA)、鼠疫F1McAb酶免疫染色技术(EIT)、胶体金免疫层析技术(GICA)等免疫学检测新技术,并逐步应用于鼠疫监测和人间鼠疫疫情处置工作中,现就鼠疫免疫学检测技术的应用和研究进展作一综述。

1 免疫学检测技术

免疫学检测技术的原理是通过抗原和抗体特异性反应结合实现的,F1抗原是鼠疫菌特有的荚膜抗原,是菌体表面主要的免疫活性物质,能够刺激感染性机体产生抗体并引起主要的抗体反应[4]。抗原与相应抗体在体外一定条件下发生特异性结合,形成抗原-抗体复合物,鼠疫免疫学检测技术通常用已知的F1抗原/抗体检测未知的F1抗体/抗原。

2 间接血凝试验

IHA是世界卫生组织(WHO)推荐的鼠疫血清学常规诊断方法,是目前我国应用最广泛的鼠疫免疫学检测方法之一[5]。IHA原理是将已知的鼠疫F1抗原/抗体吸附于致敏的绵羊红细胞上,携带F1抗原/抗体的红细胞在一定反应条件下与标本中相应的抗体/抗原产生特异性结合,通过沉淀呈现凝集相用以观测实验结果。IHA包括:正相间接血凝试验(IHA),用于检测血清中的鼠疫F1抗体;反相间接血凝试验(RIHA),用于检测动物脏器或骨髓等标本中的鼠疫F1抗原;该检测方法在既往的鼠疫防控工作中发挥了十分重要的作用。IHA通过初筛试验和复判试验两步完成,初筛试验用于选择出阳性标本,复判试验则为了排除假阳性。IHA有2种方法,分别为试管法和微量法,2种方法的阳性率差异无统计学意义[6]。Meyer[7]研究发现,IHA检出阳性率高于细菌学,但IHA检出阳性率低于ELISA和GICA等方法,王成祥等[8]分别用IHA、ELISA检测3 260份动物血清样本,用RIHA、ELISA、GICA检测322份自毙动物材料,结果显示,IHA阳性检出率低于ELISA,RIHA阳性检出率低于ELISA和GICA。

IHA主要用于鼠疫自然疫源地调查、疫源地监测、疑似鼠疫患者的诊断和追溯诊断。根据血凝阳性率和滴度可以预测该地区动物间鼠疫流行强度及趋势。在未分离到鼠疫菌的情况下,IHA具有重要的诊断意义。IHA具有敏感性高、特异性强、快速、易操作等优点,但存在操作繁琐、结果稳定性差;温度、酸碱度、嗜异性凝集素等造成非特异凝集等不足[9]。RIHA主要用于新鲜(腐败)脏器标本、干枯动物骨骼标本中鼠疫F1抗原的检测,甚至在腐败1年后的材料中仍可获得阳性结果,对判定当地鼠疫流行和追溯疫源有一定意义。RIHA方法具有特异、快速的特点。但用该方法判定结果最短需2 h,还需有一定的技术要求,容易出现非特异性凝集[10]

3 酶联免疫吸附试验

ELISA是一种灵敏、特异、快速、简便的检测方法,20世纪70年代后在医学领域得到广泛应用。ELISA检测原理是将鼠疫F1抗原/抗体包被于酶标反应板上,通过抗原/抗体反应将标本中的鼠疫F1抗体/抗原结合在反应板上,经酶标记的抗原/抗体进行再次结合,通过酶催化底物产生颜色酶标仪机读或肉眼观测达到检测目的。1979年Cavanaugh等[11]首次将ELISA应用于人和啮齿动物的鼠疫诊断中。在人类鼠疫诊断中,将酶标记在抗IgG抗体上,若有抗F1的IgG结合在酶标板上,则这种标记抗体就结合上去显示阳性反应;而在动物鼠疫监测中,是将酶标记在提纯的F1抗原上,这样就使ELISA成为适用于不同动物但仅可检测鼠疫的方法[12]。国内外很多学者对ELISA进行改良,使其应用范围更广。Splettstoesser等[13]用F1抗原ELISA捕获法检测鼠疫患者血液、尿液和淋巴腺液中的F1抗原,结果显示,ELISA法的敏感性和特异性均高于RIHA,该法最低检测浓度可达到4 ng/ml。热娜·吐尔地等[14]用夹心法ELISA检测动物血清鼠疫F1抗体,同时用IHA法进行比对,ELISA检测长尾黄鼠(Spermophilus undulatus)、犬(Canis lupus familiaris)血清鼠疫F1抗体的阳性率和平均滴度均高于IHA,差异非常显著。王信惠等[15-16]建立ELISA捕获法检测犬和猫(Felinae)鼠疫抗体IgM方法,并观测犬和猫感染鼠疫菌后鼠疫抗体IgM的消长动态,犬和猫鼠疫抗体IgM高峰期分别为5~23和7~10 d,犬和猫鼠疫抗体IgM分别在第46天和第30天后降至阳性标准以下,通过检测犬和猫鼠疫抗体IgM对及时掌握北方旱獭(Marmota bobak)和南方家鼠鼠疫自然疫源地动物间鼠疫近期流行状态有积极意义。目前在我国鼠疫监测中,已广泛使用ELISA(夹心法)检测各种不同血清中的鼠疫F1抗体和脏器或骨髓中的F1抗原。常娅莉等[17]研制的鼠疫菌ELISA诊断试剂盒经杜春红等[18]应用效果评价,其特异性、稳定性和敏感性均高于IHA和RIHA,现已批量生产,在鼠疫防治和科研工作中具有广泛的应用前景。

4 放射免疫沉淀试验

RIPA于20世纪70年代引入到鼠疫F1抗体的检测中,80年代初我国学者建立的RIPA应用于全国大部分地区的鼠疫监测工作中,并证实RIPA是一种敏感性高、特异性强的检测方法。RIPA是用放射性核素标记鼠疫特异性抗原,当被检血清中含有鼠疫特异性抗体时,抗原抗体反应形成抗原抗体复合物,根据抗原抗体复合物的放射性含量,即可检测出血清中特异性抗体的含量。

RIPA具有特异性高、敏感性强、检出率高等优点。杨智明等[19]用RIPA对云南省2 956份人血清进行鼠疫F1抗体检测,结果显示,RIPA的阳性检出率和阳性抗体几何平均滴度均高于IHA,且IHA阳性者RIPA无一阴性。赵志海和王迈[20]用标记的鼠疫菌F1抗原(125I-F1)与抗假结核菌等10种菌的21份血清进行交叉实验,均未出现交叉反应。用IHA检测感染鼠疫56个月的黄鼠血清呈阴性,12个月后用RIPA法仍能检测到抗体,说明RIPA能检出不完全抗体,从而提高了检出率。此外,RIPA适用于静息期内的疫源探索,对发现新鼠疫疫源地,鉴定疫源地的活动状态也具有重要意义。云南省野鼠鼠疫疫源地于1974年被发现,自1985年有学者用RIPA对该省疫源地的动物血清进行流行病学调查,结果除在疫源地的5个县检出阳性血清外,还在其外围的2个县检出了阳性血清,不仅验证了疫源地的分布,还发现了新的疫源地[21]。虽然RIPA具有较高的敏感性和特异性,但同时具有放射性同位素,对操作者存在潜在危害,现已几乎不再使用。

5 胶体金免疫层析技术

GICA是一种特异、敏感、快速、易操作的检测方法。该方法兴起于20世纪80年代,是一种新的免疫学检测方法,在生物、医学等领域得到了广泛应用。Chanteau等[22-23]最先将GICA引入到鼠疫早期诊断和检测应用中。鼠疫F1抗原GICA法的原理是将鼠疫F1单克隆抗体、鼠疫F1抗原分别固定于硝酸纤维素膜作为检测带和质控带,胶体金标记鼠疫F1单克隆抗体固相后放置于加样孔和检测带之间,应用膜层析双抗原夹心法检测样本中的鼠疫F1抗原。该方法按照金颗粒标记对象不同(F1抗原或F1抗体),可以检测不同对象(F1抗体或F1抗原)。

近年来鼠疫抗原/抗体胶体金技术逐渐成熟,并广泛应用于鼠疫的快速诊断和监测中。王鹏等[24]建立的检测鼠疫F1抗原/抗体胶体金试纸条,可在15 min内检出粗制F1抗原浓度为0.5 ng/ml,最小检出EV菌菌量为10万菌体/ml,特异性达到100%,与44株鼠疫近缘菌无交叉反应。2006年为评价该胶体金试纸条在现场应用中的效果,采用GICA、IHA及ELISA分别对新疆维吾尔自治区(新疆)1 304份和内蒙古自治区(内蒙古)100份血清进行检测,新疆血清检测中,GICA、IHA和ELISA 3种方法符合率高度一致,GICA敏感度高于IHA及ELISA;内蒙古血清检测中,GICA与IHA的检测结果完全一致。采用RGICA、RIHA和F1-ELISA分别对新疆224份和内蒙古100份鼠类脏器标本进行检测,新疆鼠类脏器检测结果显示,RGICA、RIHA和F1-ELISA 3种方法和检菌结果符合率高度一致,RGICA的敏感性高于RIHA及F1- ELISA;对内蒙古鼠类脏器检测中,RGICA和RIHA与检菌结果完全一致,且RGICA比RIHA的敏感性高13%。证实该胶体金免疫层析试纸条具有较好的敏感性与特异性[25]

GICA法实验结果肉眼可测,不需要任何仪器,尤其适合野外和突发疫情的情况下使用。但GICA法易造成漏检,试剂的灵敏度也会限制GICA法的灵敏度,胶体金试剂的灵敏度为10 ng /ml,当检测量低于10 ng /ml时,即容易出现假阴性[26]。该法只能用于初筛检测,不能作为确诊依据,需与IHA或ELISA法结合应用,结果更为可靠。

6 鼠疫F1McAb酶免疫染色技术

EIT也称酶免疫组织化学技术,是指在一定条件下,应用酶标抗体(抗原)与组织或者细胞标本中的抗原(抗体)发生反应,形成带酶分子的复合物,酶催化底物产生有色的不溶性产物,使组织或细胞被染色,通过显微镜可识别标本中抗原(抗体)的分布位置和性质,也可通过图像分析技术达到定量的目的。随着鼠疫F1单克隆抗体的出现,相关学者将鼠疫F1McAb与酶免疫染色技术相结合,建立了鼠疫F1McAb酶免疫染色法:将待检标本进行固定后,加入辣根过氧化物酶标记的鼠疫F1单克隆抗体,最后加底物进行显色。鼠疫F1单克隆抗体的特异性和酶免疫染色鼠疫菌的敏感性相结合技术,提高了检测的准确性,在检测实验室感染鼠疫菌小鼠脏器标本F1抗原中得到很好的应用,HRP-F1McAb酶免疫染色技术检测阳性率为98%,与细菌学、RIHA和ELISA 3种方法阳性检出率差异无统计学意义,具有较好的敏感性和特异性[27]。白雪薇等[28]用EIT法对细菌标本进行鼠疫菌检测,细菌标本酶免疫染色法检测结果与实际相符,酶免疫染色技术检测鼠疫菌的灵敏性为1 000菌体/ml。EIT法对仪器要求不高,显色后在普通显微镜下可观察结果,1 h完成实验,且标本可长期保存,是一种简便、特异、省时的检测方法,适用于鼠疫早期快速诊断与疫情监测工作。

7 结语

IHA在我国应用可追溯到70年代,至今已40余年,曾在鼠疫研究和鼠疫追溯诊断方面发挥着重要作用,至今仍在应用。IHA属于液相反应,溶液pH值、温度、离子强度以及标本腐败程度均影响反应结果,滴度高的标本存在前滞反应易漏诊,且不同批次的试剂存在一定差异,稳定性难以保证。RIPA虽然敏感,但阳性标本和假阳性标本的敏感性均提高,特异性也难保证且对人体存在放射性危害,现已基本不太使用。ELISA属于固相反应,受标本腐败程度影响较小,在酶标板洗涤过程中可将未结合的抗原或抗体以及标本杂质洗涤清除,从而保证了结果的特异性和稳定性。EIT是目前镜检鉴定鼠疫菌最快的方法,常温1 h出结果,鼠疫F1McAb保证了结果的特异性,该法快速、特异、简便,适用于鼠疫疫情的处理。

鼠疫免疫学检测方法的敏感性、特异性和稳定性取决于鼠疫F1抗原和抗体纯度,目前鼠疫免疫学检测中所用的F1抗原仍是粗提的,纯度较低。重组F1抗原易提取、纯度高且具有良好的免疫活性,用重组F1抗原代替天然F1抗原已十分必要[29]。鼠疫F1McAb的推广和应用保证了免疫学检测技术的敏感性和特异性。近年来,GICA在鼠疫野外监测及快速诊断中得到较好地推广应用,GICA操作简单,无需仪器,具有较高特异性和敏感性,15~30 min即可判定结果,但该法只能定性不能定量,需与ELISA或IHA等其他方法联合应用。每一种鼠疫免疫学检测方法都有其优缺点,在条件允许的情况下,应多种方法同时应用,可以有效解决非特异性、假阳性等问题,达到有效、快速、准确地判定鼠疫疫情的目的,从而阻止鼠疫疫情的进一步传播和扩散。

参考文献
[1]
邵奎东, 丛显斌, 吕景生. 鼠疫检验技术概述[J]. 中国地方病防治杂志, 2015, 30(1): 27-29.
[2]
夏连续, 海荣. 鼠疫实验室技术手册[M]. 北京: 北京出版社, 2013: 70-71.
[3]
郑爱新, 于国林. 鼠疫耶尔森菌检测技术研究进展[J]. 现代预防医学, 2009, 36(2): 342-343, 348.
[4]
Leal EA, Moreira JD, Nunes FF, et al. Humoral and cellular immune response of mice challenged with Yersinia pestis antigenic preparations[J]. Braz J Infect Dis, 2017, 21(6): 620-626. DOI:10.1016/j.bjid.2017.09.001
[5]
李存香, 王鹏, 申小娜, 等. 野生型鼠疫噬菌体YP060的分离和生物学特性鉴定[J]. 中华流行病学杂志, 2016, 37(6): 868-871. DOI:10.3760/cma.j.issn.0254-6450.2016.06.025
[6]
杜国义, 史献明, 董国润, 等. 鼠疫血清学研究进展[J]. 中国媒介生物学及控制杂志, 2009, 20(1): 91-92, 94.
[7]
Meyer KF. Serological tests for the confirmation of plague infections:a preliminary communication[J]. Bull World Health Organ, 1964, 30(5): 750-751.
[8]
王成祥, 梁坤, 王信惠, 等. 鼠疫检验新技术在乌鲁木齐县灰旱獭鼠疫疫源地中的应用[J]. 疾病预防控制通报, 2017, 32(2): 36-38. DOI:10.13215/j.cnki.jbyfkztb.1609020
[9]
张玉芬, 杜春红, 苏超, 等. 云南省贡山县鼠疫指示动物血清流行病学调查[J]. 疾病监测, 2015, 30(11): 922-924. DOI:10.3784/j.issn.1003-9961.2015.11.008
[10]
庄金秋, 梅建国, 王艳, 等. 反向间接血凝试验(RIHA)在动物疾病诊断中的应用进展[J]. 中国动物检疫, 2016, 33(6): 55-59. DOI:10.3969/j.issn.1005-944X.2016.06.017
[11]
Cavanaugh DC, Fortier MK, Robinson DM, et al. Application of the ELISA technique to problems in the serologic diagnosis of plague[J]. Bull Pan Am Health Organ, 1979, 13(4): 399-402.
[12]
苏鹏, 宋志忠. 我国鼠疫血清学诊断方法的应用和研究进展[J]. 中国地方病学杂志, 2006, 25(6): 726-728. DOI:10.3760/cma.j.issn.1000-4955.2006.06.055
[13]
Splettstoesser WD, Rahalison L, Grunow R, et al. Evaluation of a standardized F1 capsular antigen capture ELISA test kit for the rapid diagnosis of plague[J]. FEMS Immunol Med Microbiol, 2004, 41(2): 149-155. DOI:10.1016/j.femsim.2004.02.005
[14]
热娜·吐尔地, 阿不力米提·买托乎提, 布仁明德, 等. 灰旱獭-长尾黄鼠鼠疫疫源地监测中应用ELISA检测F1抗体的可行性分析[J]. 中国人兽共患病学报, 2014, 30(4): 373-376. DOI:10.3969/cjz.j.issn.1002-2694.2014.04.006
[15]
王信惠, 阿布力克木·阿布都热西提, 温娟, 等. 酶联免疫吸附试验检测牧犬接种鼠疫强毒菌后血清F1和IgM抗体变化及其应用前景分析[J]. 中华地方病学杂志, 2016, 35(2): 115-118. DOI:10.3760/cma.j.issn.2095-4255.2016.02.008
[16]
王信惠, 温娟, 王鹏, 等. 猫感染鼠疫菌后F1抗体及其IgM变化与在监测中的应用前景分析[J]. 中华地方病学杂志, 2016, 35(5): 316-319. DOI:10.3760/cma.j.issn.2095-4255.2016.05.002
[17]
常娅莉, 席仲兴, 吴智远, 等. 鼠疫菌F1抗原双抗体夹心ELISA诊断试剂盒的研制[J]. 中国生物制品学杂志, 2013, 26(11): 1632-1636. DOI:10.13200/j.cnki.cjb.001949
[18]
杜春红, 王鹏, 常娅莉, 等. 鼠疫菌F1抗体/抗原酶联免疫诊断试剂盒的应用评价[J]. 微生物学免疫学进展, 2014, 42(4): 21-25. DOI:10.13309/j.cnki.pmi.2014.04.005
[19]
杨智明, 董兴齐, 彭何碧, 等. 放射免疫沉淀试验检测人血清鼠疫F1抗体诊断标准的研究[J]. 中国地方病防治杂志, 1999, 14(4): 208-210.
[20]
赵志海, 王迈. 应用放射免疫沉淀试验(RIP)检查鼠疫菌F1抗体的研究1.实验室研究部分[J]. 中国地方病学杂志, 1982, 1(3): 180-184.
[21]
杨智明, 梁云, 张丽云, 等. 放射免疫沉淀试验在云南鼠疫监测中的应用及效果评价[J]. 中国地方病防治杂志, 1999, 14(2): 97-100.
[22]
Chanteau S, Rahalison L, Ratsitorahina M. Early diagnosis of bubonic plague using F1 antigen capture ELISA assay and rapid immunogold dipstick[J]. Int J Med Microbiol, 2000, 290(3): 279-283. DOI:10.1016/S1438-4221(00)80126-5
[23]
Chanteau S, Rahalison L, Ralafiarisoa L, et al. Development and testing of a rapid diagnostic test for bubonic and pneumonic plague[J]. Lancet, 2003, 361(9353): 211-216. DOI:10.1016/S0140-6736(03)12270-2
[24]
王鹏, 杜春红, 郭英. 胶体金免疫层析法快速诊断鼠疫的实验研究[J]. 地方病通报, 2006, 21(1): 1-3, 5. DOI:10.3969/j.issn.1000-3711.2006.01.001
[25]
王鹏, 徐兵, 张忠兵, 等. 鼠疫胶体金免疫层析试纸条在新疆、内蒙的现场应用评价[J]. 医学动物防制, 2006, 22(4): 245-248. DOI:10.3969/j.issn.1003-6245.2006.04.005
[26]
谢辉, 于晓涛, 李君, 等. 胶体金在不同培养温度鼠疫F1抗原检测中遇到的问题[J]. 青海医学院学报, 2016, 37(2): 114-117. DOI:10.13452/j.cnki.jqmc.2016.02.008
[27]
白雪薇, 刘合智, 周松, 等. HRP-F1McAb酶免疫染色技术检测小鼠脏器鼠疫F1抗原应用效果评价[J]. 国外医学医学地理分册, 2016, 37(1): 70-72. DOI:10.3969/j.issn.1001-8883.2016.01.017
[28]
白雪薇, 刘合智, 史献明, 等. 酶免疫染色技术快速检测鼠疫耶尔森菌[J]. 中国地方病防治杂志, 2016, 31(1): 20-21.
[29]
王鹏, 张建中. 鼠疫免疫学检测的研究进展[J]. 中国人兽共患病学报, 2009, 25(10): 996-999. DOI:10.3969/j.issn.1002-2694.2009.10.018