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HIV-1感染的检测方法


 

截止2003年底,据估计全球约有4000万人感染HIV/AIDS。根据世界卫生组织(WHO)和联合国艾滋病项目组统计,2003年的新增感染者超过500万,也就是说每天新增的感染者约有14000人。从1981年美国诊断出第一例HIV感染者开始,到2002年已有886,575例病人被诊断为艾滋病患者。目前美国约患者有80到90万的HIV携带者,估计每年新增40,000例感染者。

    能否对HIV感染作出快速准确的诊断是阻止其流行扩散的关键,因为每个HIV感染者血清状况的了解有助于防止感染的再次传播。从1985年推出HIV抗体检测方法后,HIV感染的诊断方法已经有了很大改进。本文概述了一系列已被美国食品和药品管理局(FDA)批准在美国使用的HIV检测技术,并对新近研制出来的代表诊断技术未来发展的几种方法做了述评。

标准HIV检测方法

   HIV检测应针对那些有某种危险行为因素或临床表现与HIV感染有关的病人(表1)。HIV检测已渐渐被列入常规医疗检测的范围,而不再仅仅归属于专门的机构和检测中心。感染HIV后很快会发生血清学反应。初次感染后,HIV特异性抗体的滴度会缓慢升高(图1)。抗体反应的时间会因个体差异和病毒因素的不同而有所变化。

表1:HIV检测常见指征

 

提示HIV感染的临床症状和体征

l        发热和不明原因的疾病

l        粘膜念珠菌病(鹅口疮)

l        慢性复发性皮肤病(牛皮癣)

l        不明原因的淋巴结病变,伴有或不伴有疲劳与体重下降

提示HIV感染、性传播疾病、乙型和丙型肝炎等感染风险升高的疾病

l        复发性肺炎或菌血症

l        结核

l        机会性感染(如肺囊虫病,隐球菌病,巨细胞病毒感染)

l        宫颈或肛门癌,淋巴瘤,卡波济氏肉瘤

HIV高危行为

l        静脉药瘾者

l        男性同性恋

l        与可能的HIV感染者进行无保护措施的阴道性交或肛交

l        与多个性伴侣进行没有保护措施的阴道性交或肛交

孕娠妇女

可能的急性职业性暴露

摘自:HIV咨询、检测和举荐指南修正版。MMWR,2001

图1HIV疾病进程中病毒量、CD4计数和HIV抗体滴度的变化

 

 

 

       CD4计数

     抗体滴度

      病毒量

       


             急性感染期    无症状期      AIDS

     在美国,HIV-1病毒是绝大多数HIV感染的病原体。HIV-2病毒主要出现在非洲,尤其是在西非地区。HIV-2的传播方式与HIV-1相同,都会发生机会性感染和AIDS,但HIV-2所致的免疫缺陷发展得较为缓慢和温和。因为HIV-2在美国较为少见,所以HIV-2未被列为常规检测。HIV-2的检测对象主要包括性伙伴为HIV-2感染者的人、来自HIV-2流行地区的人、在HIV-2流行区接受过输血或与HIV-2流行区的人共用针具的人、有HIV-2高危感染风险或已感染HIV-2的妇女的孩子。

    标准的HIV检测原则由两步检测方法组成。无论是血清还是血浆标本,首先需要采用酶免方法(EIA)对HIV抗体进行筛检。如果EIA检测结果为阴性,则不需要再做进一步检测。如果EIA检测结果为HIV抗体阳性,则需进行确认试验。确认试验通常采用免疫印迹(WB)或免疫荧光试验(IFA)。在一些HIV高度流行的贫困地区,会再次进行EIA并将其作为确认试验。

   酶免疫检测 酶免疫检测通常将HIV-1抗原包被在微孔板上来检测HIV-1 特异性抗体。标本中的HIV抗体通过与包被在微孔板上的HIV抗原发生反应形成免疫复合物。第一代EIA试剂所用的抗原为病毒裂解产物;第二代EIA采用了重组蛋白和合成肽抗原;第三代EIA采用双抗原夹心技术来检测IgG和IgM,加强型第三代试剂还可检测HIV-1O群毒株。

     目前已有多个HIV-1 EIA试剂盒得到了FDA的批准。HIVABHIV-1/HIV-2(rDNA)EIA试剂盒(Abbortt公司)采用重组的HIV-1 env和gag和HIV-2env蛋白。用于Vironostika HIV-1 Microelisa试剂盒(bioMérieux 公司)采用的HIV-1抗原是由HIV-1 病毒在T-淋巴细胞中培养增殖后经纯化和灭活后得到的。Genetic Systems rLAV EIA试剂盒(Bio-Rad公司)采用的抗原是由在CEM细胞中增殖的源于淋巴结肿大相关病毒(LAV)的HIV-1毒株和含有HIV-1包膜蛋白gp41抗原成分的大肠杆菌重组蛋白组成的。

    在1990年,易变异的HIV-1 O群毒株被分离出来并确定了其特性。在美国,由O群毒株引起的HIV感染非常罕见,它主要出现在非洲,也有一些病例出现在欧洲。HIV-1 O群毒株感染最流行的国家是喀麦隆。除非是采用全病毒裂解产物和/或含有O群特异性抗原决定簇的抗原,否则一般EIA试剂盒难以检测到O群毒株特异性抗体。FDA已经批准了两种检测O群毒株的EIA试剂盒。一是Vironostika HIV-1plus O Microelisa 试剂盒(bioMérieux公司),它采用灭活及纯化的病毒溶解蛋白以及氨基酸序列与HIV-1O群毒株(ANT70)跨膜免疫显性区域相对应的合成肽制成。Genetic Systems HIV-1/HIV-2 Plus O EIA试剂盒(Bio-Rad 公司)使用的是gp160和p24重组蛋白,代表HIV-2 的跨膜糖蛋白 gp36和一个模拟HIV-1 O群毒株特异性抗原决定簇的合成多肽。

     除抗体检测外,EIA技术也能检测血液中的病毒成分。HIV p24抗原检测试剂能检测血清中的病毒衣壳蛋白p24,p24通常出现在病毒感染的急性期。然而用p24抗原检测试剂检测HIV感染的结果令人失望,因为从检测p24抗原到用标准的EIA来检测HIV抗体估计平均时间仅为6天,不是所有近期感染者的p24 抗原浓度都能达到可检测水平。

   Coulter HIV-1 p24抗原检测试剂盒(Beckman Coulter公司)采用抗HIV-1 p24抗原的鼠单克隆抗体包被微孔板。从被HIV-1的HTLV-IIIB株感染的人T细胞中得到的纯化HIV-1 p24抗原被用作定量标准品。尽管自2004年4月起Coulter公司已停止生产这种用于临床检测的试剂盒,但市场上仍可见到已经生产的由FDA批准的试剂盒。这种试剂盒仍会继续供研究使用。

    第一,二代检测试剂能在感染后的6-12周内检测到HIV抗体。第三代检测试剂能在感染后的3-4周内检测到抗体,而p24抗原检测试剂能将窗口期缩短至2周。HIV抗体检测试剂具有高度的敏感性与特异性(表2) 。

表2,几种HIV-1酶免检测试剂的性能比较

 

 

敏感性(%)

特异性(%)

酶免疫测定HIVAB HIV-1/HIV-2(rDNA)EIA

Vironostika HIV-1 Microelisa System

Genetic System rLAV EIA

Vironostika HIV-1 Plus O Microelisa System

Genetic System HIV-1/HIV-2 Plus O EIA

Coulter HIV-1 p24抗原检测

100

100

100

100

100

95.--100

99.

100

99.

99.--100

99.

99.

免疫印迹(WB)

Genetic System HIV-1 Western Blot

CambridgeBiotech HIV-1 Western Blot

 

100

 

87.--89.

免疫荧光检测(IFA)

  Fluorognost HIV-1 IFA

 

99.--100

 

99.

唾液检测

Vironostika HIV-1 Microelisa System

OraSure HIV-1 Western Blot

 

98.--99.

99.--99.

 

7.7—99.6

60.8—63.1

尿液检测

Calypte HIV-1尿EIA

Cambridge Biotech HIV-1尿Western Blot

 

97.--9.0

99.--100

 

99.

94.--100

快速检测

OraQuick

Reveal快速HIV-1抗体检测

Uni-Gold Recombigen HIV检测

 

99.

99.

100

 

100

99.

99.—99.8

    免疫印迹(WB)。 特异性的HIV-1蛋白可以通过SDS--聚丙烯酰胺板状凝胶电泳分离得到,电泳后凝胶上的蛋白质再被转印至硝酸纤维素膜上。在孵育过程中,标本中的HIV-1抗体与主要的HIV-1抗原(p17,p24,p31,gp41,p51,p66,gp120,gp160)结合。如果HIV-1特异性抗体有足够的浓度,则可在硝酸纤维素膜上相对应的HIV-1蛋白位置上看到抗原抗体复合物。美国CDC制定的WB阳性标准为出现下列3条主带中的任何两条:即p24,gp41,和gp120/160。区分gp120与gp160非常困难,所以在判断WB实验结果时会将这两个糖蛋白视为一种反应物。Genetic System HIV-1 Western Blot试剂盒采用的是经纯化与灭活后的生长在CEM细胞中的HIV-1LAV株。Cambridge Biotech HIV-1 Western  Blot(Calypte生物公司)所用的是在H9/HTLV-IIIB T淋巴细胞中增殖后经纯化和灭活的HIV-1。


 免疫荧光测定法(IFA)

 IFA采用人T 细胞表达的病毒表面抗原,主要用于检测HIV-1特异性抗体。当标本中有HIV抗体时会与固定在IFA玻片上的HIV-1 抗原结合形成抗原-抗体复合物,标记抗体为异硫氰酸荧光黄(FITC)标记的抗人免疫球蛋白。通过对感染与未感染细胞之间荧光的程度和类型进行比较判断每个标本的检测结果。Fluorognost HIV-1 IFA(Sanochemia Pharmazeutika 公司)采用的是从HTLV-IIIB分离到的HIV-1 抗原。虽然可能HIV-2抗体有一定程度的交叉反应, 但Fluorognost HIV-1IFA并不是用来确定HIV-2抗体或鉴别HIV-1和HIV-2抗体的。

  其它检测方法

   非侵入性标本如唾液与尿液的采集为那些因不喜欢抽血而不接受HIV检测的人提供了一个好的选择,同时也消除了因针刺抽血导致血源性病原体如HIV和乙、丙型肝炎感染的可能性。但是与血标本检测相比,唾液与尿液的检测的灵敏度与特异性都较低(表2) 。

  唾液检测 唾液是一个复杂的混合物,包括有腮腺、下颌下腺、舌下腺和小唾液腺的分泌物,含有粘液素、细菌、白细胞、脱落上皮细胞和齿龈间粘液等。牙缝间粘液,或粘膜分泌液,是经血清成分的被动转运从口腔粘膜进入口腔的。用唾液来进行HIV-1检测所存在的问题在于标本的不稳定性和检测的低灵敏度。

     OraSure HIV-1标本收集装置(Epitope公司)能使粘膜分泌液加速从粘膜表面流到一个可吸收的棉垫上,棉垫中含有的防腐剂能防止抗体被唾液中的蛋白酶降解。将标本进行离心以洗脱出棉垫中的唾液,洗脱液被稀释后加入到微孔板内进行检测。Oral Fluid Vironostika HIV-1 Microelisa System(bioMérieux公司)所用的抗原来自T细胞中培养的一株HTLV-III,经纯化和灭活的抗原被包被在微孔板上。OraSure HIV-1 Western Blot(OraSure公司)采用的是在H-9/HTLV-IIIB T 淋巴细胞中增殖并经纯化和灭活后的全病毒裂解物。

 尿液检测  Calypte HIV-1尿液EIA(Calypte 生物公司)采用重组HIV-1包膜蛋白来检测HIV-1抗体。标本中的抗体会与包被在微孔板上的重组gp160包膜蛋白结合。Cambridge Biotech HIV-1 Urine Western Blot采用的抗原是部分纯化和灭活的从HTLV-IIIB T淋巴细胞中增殖得到的病毒。

    快速检测

    采用标准检测程序的实验室通常需要48小时至2周方能报告检测结果,因此病人须再次回到医院诊所来取检验结果。对许多病人而言,这一等待过程常常令人焦虑不安,而有些人永远也不会再回去取他们的检验结果。快速检测可以进行现场检测(POCT),使病人在初次就诊时即可得到检测结果,及时获得诊治或咨询。快速检测能检测在分娩时还不知道自己是否感染HIV的妇女,使分娩中的母亲和产后的婴儿及时得到抗病毒治疗,由此大大减少了垂直传播的风险。

     在美国,每年医护人员在工作中会受到大约60到100万次的针刺伤害,其中发生在医院里的超过38万次。在2001年年底,美国CDC收到了57例自愿报告的与职业性暴露有关的HIV感染,另外还有138例可疑性病例。当意外地接触到感染者的体液后,快速检测结果可以使接触者得到及时的治疗措施。快速免疫检测试剂由人工操作,肉眼判读,20分钟内即可得到结果。快速检测试剂使用方便,操作人员只需经过简单培训即可进行试验。CDC建议由快速检测方法获得的阳性结果即使经后续的EIA检测为阴性,也须进一步采用WB或IFA进行确认。CDC还建议快速检测结果为阳性者,即使随后进行的确认试验为阴性或临界,仍应在4周后再次采集血液标本进行确认检测。

    快速免疫检测系统包被的抗原来捕获血清或血浆中的HIV-1抗体,再加入标记物形成肉眼可见的颜色反应。Reveal HIV-1(MedMira公司)快速检测试剂采用的膜包被抗原为含有HIV结构蛋白的合成肽,用于血清与血浆标本的检测。Uni-Gold Recombigen HIV Test(Trinity 公司)采用的是基因重组蛋白,代表了HIV-1包膜蛋白。OraQuick快速HIV-1 抗体检测(OraSure 公司)采用免疫层析技术制备,除采用指尖或是静脉全血或血浆标本外,2004年3月,该试剂被FDA批准成为第一个用于唾液标本检测的HIV快速检测试剂。

   新的检测方法

   核酸扩增  急性HIV感染期,在抗体形成前可以从血清和血浆中检测到病毒。为了检出这些早期抗体阴性/RNA阳性的感染者,很多实验室开始将核酸扩增试验作为常规HIV诊断检测方法的一部分。三种主要的核酸扩增方法包括逆转录PCR(Amplicor HIV-1 Monitor Test,Roche公司) 、核酸序列扩增(NucliSens HIV-1 QT Test, Organon Teknika公司)和信号扩增支链DNA(Quantiplex HIV-1 RNA,Bayer公司)。一个标本筛查方案必须包含创建一个用于筛查HIV RNA的抗体阴性的标本库。只有当第一次筛检是阳性时,个体标本才会进行HIV RNA检测。当临床HIV检测人群中急性、抗体阴性病例很少时,样品库的建设可以提高效率及预测值。基于抗体阴性标本库的HIV RNA检测在临床上能有效地鉴别急性HIV感染。急性HIV感染的诊断有助于进行早期治疗和早期感染的研究,更重要的是,它将有助于为阻止二次传播而制订的干预方案的实施。

   抗原和抗体EIA的结合 为缩短HIV感染与实验室诊断之间的窗口期,将p24抗原EIA与传统抗体EIA结合在一起用于同步检测HIV p24抗原和抗体的新的单一检测试剂已经被开发出来。与第三代EIA相比,第四代EIA将诊断窗口期平均缩短了4天。Murex HIV Ag/Ab 联检试剂(Abbott公司)固相包被有HIV-1抗原(p31和gp41)、HIV-2 抗原(p36)重组蛋白 、HIV-1 O群多肽(pg41)和抗-p24 单克隆抗体。VIDAS HIV DUO Ultra(bioMérieux公司)固相包被了三种不同的抗p24单克隆抗体、HIV-1 gp160 、检测HIV-1 O群的gp41和HIV-2 gp36,用于IgG 、IgM和IgA抗体的检测。评估性研究显示该检测方法的灵敏度为100%,特异性为98。1%--100%。抗原抗体联检EIA已经市场化,但是在美国还未得到FDA的批准。虽然这些检测方法与传统抗体检测方法相比在急性HIV感染的检测上显示了高度的敏感性,但仍逊于高敏感抗原检测方法, 高敏感抗原检测方法能平均提前1-2天检出急性HIV感染。

  总    结

    临床或其他相关机构在选择一项特殊检测技术时应基于几个因素进行考虑,这些因素包括检测的准确性、病人的喜好与接受程度、标本采集是否方便、操作培训的难易程度,检测所需的实验室设施以及是否得到FDA的批准。已得到公认的检测方法如EIA、WB和IFA可以检测HIV抗体,p24抗原检测方法能进行早期的病毒检测。唾液和尿液标本检测方法的应用使得标本能在非侵入性的状况下进行采集,而快速检测方法的进展使医患双方得以迅速获得检测结果。

     尽管HIV的检测技术取得了显著进展,但在美国近90万HIV感染者中仍有多达1/3的感染者并不清楚他们自己的HIV感染状态。而且每年在公立医疗卫生机构进行咨询与检测的250万人中,有超过30%的人永远也得不到他们的HIV检测结果。抗病毒治疗的效果已在延长患者生命和降低HIV/AID携带者的发病率方面得以显现。因此为使感染者能得到及时的抗病毒治疗,HIV感染的准确和早期检测就显得尤为重要。

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