中国公共卫生  2012, Vol. 28 Issue (1): 69-71   PDF    
登革1型病毒荧光定量PCR快速检测
熊建英1, 张复春2, 马丹娟1, 朱利1, 张玲1, 胡凤玉2, 黎诚耀1, 钟志成1, 万成松1, 赵卫1     
1. 南方医科大学公共卫生与热带医学学院中心实验室, 广东广州510515;
2. 广州市第八人民医院
摘要: 目的 建立登革1型病毒的快速特异的荧光定量PCR检测方法。方法 设计登革1型病毒特异的引物和TaqMan探针,制作标准曲线,并检测其特异性、重复性、再现性和敏感性,采用荧光定量PCR和常规PCR对临床标本进行检测比较。结果 成功构建了标准曲线,回归方程为Y=-3.410logX+45.10,相关系数R2=0.999,扩增效率Eff=96.5%,灵敏度可达103 copies/mL,此荧光定量PCR方法对登革1型病毒检测高度特异,与其他3型登革病毒和乙型脑炎病毒之间并无交叉反应;采用登革病毒种特异引物探针和本研究建立的登革1型病毒型特异引物探针对166份cDNA样本进行荧光定量PCR检测,均发现126份为阳性,阳性率均为75.9%,Ct值为20.84~36.36,浓度范围为1~1.3×104copy/μL;常规PCR方法检测到其中36份为阳性,阳性率为21.7%。结论 荧光定量PCR方法能够快速灵敏地检测登革1型病毒,并能实现对病毒滴度的绝对定量。
关键词: 荧光定量PCR     登革病毒     TaqMan探针    
Development of real-time PCR for detection of dengue virus type 1
XIONG Jian-ying1, ZHANG Fu-chun2, MA Dan-juan1, et al    
Central Laboratory, School of Public Health and Tropical Medicine, Southern Medical University, Guangzhou 510515, China
Abstract: Objective To develop a real-time PCR method for the detection of dengue viruses.Methods Multiple alignments of dengue virus sequence were designed and used to develop a system of real-time PCR to detect dengue virus type 1 strain.The system was validated for specificity,sensitivity,repeatability,and reproducibility and then applied to a series of human samples.Results The specificity of the system was determined by experimentall tests on different flaviviruses.There were no cross reactions with Japanese encephalitis virus(JEV)and other serotypes of dengue virus.The system allowed the detection of less than one infectious particle and was able to detect dengue virus type 1 in human samples where infectious virus cannot be isolated.Conclusion The system developed is valuable for rapid detection of dengue virus type 1 and epidemiological studies.
Key words: real time PCR     dengue virus     TaqMan-based probe    

登革病毒(dengue virus,DEN) 属黄病毒属1,为单股正链RNA 病毒2,可导致登革热和登革出血热。登革病毒病流行于热带和亚热带地区,每年约有5 000 万至1 亿人感染,已成为全球公共卫生关注的焦点之一3。登革热的诊断目前主要依赖病毒分离培养以及血清中特异性IgM、IgG 抗体测定,但是所耗时间长,在早期诊断中受到一定限制4。而常规PCR 方法扩增产物需要凝胶电泳检测,易造成实验室交叉污染。本研究拟建立可对登革1 型病毒感染进行早期诊断的更省时、特异的荧光定量PCR 方法。现将结果报告如下。

1 材料与方法 1.1 材料 1.1.1 病毒株与临床标本

登革病毒1-4 型毒株标准株 (DEN-1 夏威夷株、DEN-2 新几内亚株、DEN-3-H87 株和DEN-4-H241 株,均由本实验室保存) ; 登革1 型病毒感染者临床标本(广州市第八人民医院) ; 乙型脑炎减毒活疫苗(成都生物制品研究所) 。

1.1.2 主要试剂与仪器

普通PCR 反应试剂、荧光定量 PCR 试剂、RNA 提取试剂盒、反转录试剂盒(大连TAKARA 宝生物公司) 。Mx3005p 荧光定量PCR 仪(美国Stratagene 公司) 。

1.2 方法 1.2.1 引物探针设计

从GenBank 中下载80 株不同年份和不同地区的登革1 型病毒基因组全序列,登革2、3、4 型病毒以及黄病毒属其他病毒均分别下载10 株,用Clustal W 进行比对,寻找保守序列。使用BeaconDesigner 7.0 软件设计引物探针,由大连TAKARA 宝生物公司负责合成。上游引物: 5'-GATGAGATCCAG ATGGAGTAGAAAG-3'; 下游引物: 5'-TCAGTTGTCCCATTATAAGAAGGAG-3'; 探针: 5'FAM-ACAGCCAGTGTTCCAGTCATCAGCA-Eclipse3'。保守基因(80bp,位于编码非结构蛋白基因NS2A 处) 由Takara 公司合成至 pMD18-T 载体中,命名为PMDns2a。登革病毒总引物探针参见文献〔5〕。常规PCR 登革1 型引物参见文献〔6〕。

1.2.2 荧光定量PCR 扩增反应

(1) 反应体系: 取2 μL DNA,上、下游引物、探针、参比染料Rox reference Dye II 各 0.5 μL,Ex taq 酶预混液12.5 μL,加去离子水至总反应体积 25 μL。扩增条件: 95 ℃ 30 s 预变性; 95 ℃ 5 s 变性、60 ℃ 20 s 退火延伸,40 个循环。(2) 引物与探针最佳浓度优化: 以相同浓度质粒为反应模板,引物浓度(10 μmol /L) 不变,引物量从0.2 ~ 0.6μL 以0.1 μL 递增; 探针浓度(3 μmol /L) 不变,探针量从0.2 ~ 0.7 μL 以0.1 μL 递增; 采用矩阵法优选引物和探针的最佳浓度。

1.2.3 标准曲线的制备

提取质粒PMDns2a 并且线性化后 10 倍倍比稀释,依次从1010 copies /mL 稀释到104 copies /mL。 各取2 μL 进行荧光定量PCR,用去离子水做空白对照。

1.2.4 荧光定量PCR 特异性、重复性、敏感性试验

参照文献〔7〕,用建立的荧光定量PCR 方法对登革1-4 型病毒标准株以及乙型脑炎减毒活疫苗株进行检测。线性化后的 PMDns2a 质粒10 倍倍比稀释6 个浓度,从1.01 × 107 稀释到 1.01 × 102 copies /μL,分不同的时间重复3 次,每次做3 个重复孔,验证重复性和再现性,变异系数(即相对标准偏差 RSD) 需< 25%8。此外,对PMDns2a 质粒进行10 倍倍比稀释,荧光定量PCR 检测比较其敏感性。

1.2.5 临床标本检测

对广州市第八人民医院提供的cDNA 标本进行荧光定量PCR 检测,用登革病毒总引物探针进行验证,并且根据Ct 值对荧光定量PCR 方法以及常规PCR 方法进行比较。荧光定量PCR 检测以Ct 值< 37 并且扩增曲线呈 S 型为阳性判定原则9。其中Ct 值< 35 且扩增曲线良好可直接判定为阳性,Ct 值为35 ~ 37 需要重复实验。2 次实验均能得到良好S 型扩增曲线方可判定为阳性。根据该标准可确定检测标本是否为阳性,并且可计算阳性率。参照文献〔10〕 将Ct 值分为4 类对结果进行分析,即< 25,25 ~ 29.9,30 ~ 34.9,≥35。

1.3 统计分析

应用SPSS 13.0 软件进行统计分析。配伍组资料采用随机区组设计资料的方差分析(two-way ANOVA) ,P < 0.05 为差异有统计学意义。

2 结果 2.1 引物与探针浓度优化

上、下游引物的量分别为0.2、 0.3、0.4、0.5、0.6μL; 探针量为0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7 μL。通过对同一浓度模板、不同浓度引物和探针的扩增结果进行比较,发现当探针量和引物量均为0.5 μL 时,Ct 值最小,荧光强度增加值(△Rn) 较高,故本实验采用引物量和探针量均为0.5 μL。

2.2 标准曲线制备

荧光定量PCR 标准曲线相关系数R2 = 0.999,扩增效率Eff = 96.5%,回归方程Y =-3.410logX + 45.10(Y 为Ct 值,X 为模板浓度) ,表明标准曲线的Ct 值与初始浓度有较好的线性关系。

2.3 特异性

对登革1 型病毒提取核酸的扩增结果为阳性,而对其他3 型登革病毒以及乙型脑炎病毒提取核酸的扩增结果均为阴性,表明所建立的针对登革1 型病毒的荧光定量 PCR 方法不会受到其他3 型登革病毒和乙型脑炎病毒干扰。

2.4 重复性和再现性(表 12)
表 1 重复性测量结果统计分析

表 2 不同浓度的Ct值均值及变异系数

结果表明,配伍设计有效 (F = 2 539.037,P < 0.001) ; 而3 个重复孔之间结果无明显差异(F = 0.814,P = 0.471) 。各个浓度的Ct 值均值及变异系数分析结果表明,重复性标准差(SDr ) 为0.04 ~ 0.42,再现性标准差(SDR ) 为0.098 ~ 0.29,变异系数< 2.5%,方法具有良好的重复性和再现性。

2.5 敏感性

本研究建立的荧光定量PCR 方法检测,敏感性可达到1 copy /μL。

2.6 临床标本的检测(表 3)
表 3 临床标本不同检测方法的比较

采用登革病毒种特异引物探针和本研究建立的登革1 型病毒型特异引物探针对166 份 cDNA 样本进行荧光定量PCR 检测,均发现126 份为阳性,阳性率均为75.9%,Ct 值为20.84 ~ 36.36,浓度范围为1 ~ 1.3 × 104 copies /μL; 常规PCR 方法检测到其中36 份为阳性,阳性率为21.7%。表明设计的引物探针对登革1 型病毒检测的敏感性和特异性较高,可适用于临床样本的早期快速检测。

3 讨论

本研究通过对4 个血清型的登革病毒基因组序列同源性分析,发现登革1 型病毒在非结构蛋白基因NS2A 处有一段 80bp 的保守序列,而且该段基因序列与登革病毒其他3 型及其他黄病毒属之间存在较大差异。设计的引物探针经研究证实与其他3 型病毒及乙脑病毒间不存在交叉反应,显示出较高特异性,而且敏感性可达1copy /μL,与Isabelle7的报导结果接近。验证试验的Ct 值差异小,表明该方法稳定性较好。 以阳性质粒制作的标准曲线回归方程Y =-3.410logX + 45.10,相关系数R2 = 0.999,扩增效率EfF = 96.5%,可根据此标准曲线对样品中的登革1 型病毒进行绝对定量。

利用本研究设计的荧光定量PCR 方法对临床标本进行了检测。在166 份标本中,检测出126 份为阳性,而常规PCR 方法只检测出36 份,可见荧光定量PCR 法比常规PCR 法更加灵敏,而且常规PCR 法从病毒核酸提取、逆转录、PCR 反应与电泳,整个过程大约需6 ~ 7 h,而采用本方法仅需3 h 左右,能同时完成多个样本的高通量检测,可实现对临床疑似病例的早期快速检测和鉴别诊断,并具有快速、敏感、特异并可对标本中病毒进行定量的优点。

参考文献
〔1〕 贡树基,赵卫,曹虹,等.登革2型病毒全长基因组的长链RTPCR法扩增[J].中国公共卫生,2006,22(4):429-430.
〔2〕 周永兵,左丽,刘伟,等.不明原因发热病人血清中登革病毒核酸检测[J].中国公共卫生,2008,24(5):623-624.
〔3〕 Halstead SB.Dengue[J].Lancet,2007,370:1644-1652.
〔4〕 David M,Morens MD.Dengue fever and dengue hemorrhagic fever [J].The Pediatric Infectious Disease Journal,2009,28:635-636.
〔5〕 姚锦绣,赵卫,张玲,等.实时荧光PCR技术检测登革病毒的研究[J].华西医学,2009,24(4):912-914.
〔6〕 Tanaka M.Rapid identification of flavivirus using the polymerase chain reaction[J].Journal of Virological Methods,1993,41:311-322.
〔7〕 Leparc-Goffarta I,Baragatti M,Temmam S,et al.Development and validation of real-time one-step reverse transcription-PCR for the detection and typing of dengue viruses[J].Journal of Clinical Virology,2009,45:61-66.
〔8〕 Yang L,Zhang H,Guo J,et al.International collaborative study of the endogenous reference gene LAT52 used for qualitative and quantitative analyses of genetically modified tomato[J].Agricultural and Food Chemistry,2008,56(10):3438-3443.
〔9〕 朱水荣,张政,卢亦愚,等.嗜肺军团菌荧光定量PCR检测[J]. 中国公共卫生,2008,24(9):1111-1113.
〔10〕 Ito M,Takasaki T,Yamada K,et al.Development and evaluation of fluorogenic taqMan reverse transcriptase PCR assays for detection of dengue virus types 1 to 4[J].Journal of Clinical Microbiology, 2004,42(12):5935-5937.