1987年John首次提出病毒载量(viral load)的概念,指出它代表的是病毒的负荷,即体内复制的病毒的数量。实际上,体内复制的病毒的数量是不能直接测量的,一般用血浆中HIV RNA的拷贝数代表HIV的病毒载量。HIV病毒载量与疾病进展速率和预后有强相关关系,它比CD4+T细胞计数更能有效地反映抗病毒治疗的效果,病毒载量测定广泛用于评估HIV感染的进程,确定抗病毒治疗的方案以及监测抗病毒治疗的效果。与血清学检测方法相比,HIV病毒载量测定的方法学十分复杂,影响因素多,对实验室条件和技术水平的要求高,更容易出现错误和误差。因此,理解各种检测方法的原理和特点,了解各种影响因素的来源及其作用的程度,采取全面的质量管理措施对于得出正确的结果十分重要。
一 病毒载量测定的方法学
1 HIV-1 Quantiplex ( bDNA ) 实验:
是分支DNA杂交实验。血浆HIV-1 RNA通过逐级放大的信号定量而不是靶核酸的扩增,不需要RNA提取和纯化以及PCR扩增。主要步骤是:首先离心浓缩病毒颗粒,然后用去垢剂和蛋白酶K裂解毒粒,释放病毒RNA。裂解产物与两组寡核苷酸探针一起孵育,第一组捕获病毒RNA、与HIV-1 pol基因的保守区杂交,同时与结合在微孔板上的寡核苷酸探针杂交。第二组寡核苷酸探针进行信号放大,它包括4种成分:与靶RNA和预放大寡核苷酸均具有同源性的寡核苷酸探针、预放大寡核苷酸探针、放大寡核苷酸探针和与碱性磷酸酶结合的寡核苷酸探针。每一个组分都通过杂交与下一个位点结合,按照这种方式,信号被逐级放大而靶RNA并没有复制。用碱性磷酸酶特异的底物通过化学发光进行检测,发光强度与结合的核酸量成正比,HIV-1 RNA的绝对量由在同一板上反应的外标曲线来确定。
信号扩增的主要优点是避免了提取和扩增目标核酸可能带来的固有的错误,试验的重复性相当好,特别是在动态范围的下限。由于并没有PCR反应,不会受能够抑制Taq DNA聚合酶的血浆物质和抗凝剂 (例如肝素)的影响。实验使用针对HIV-1 pol基因多个保守区的80多条寡核苷酸探针,能够与HIV-1 M群的A—F亚型结合,最大限度减少了病毒基因变异对实验准确性的影响。
HIV-1 Quantiplex ( bDNA ) 实验已经被美国FDA批准。3.0版实验方法对探针设计和稀释液配方作了较大改进,目的是尽可能减少非特异杂交、增强信号的强度,从而降低背景信号、提高敏感性。3.0版也提高了扩增容量,每块板能做84份标本。除了标准方法以外,还发展了超敏感方法,检测的动态范围可以达到75-500000cp/ml。如果先用标准方法,有44%标本在检测下限以下,需要用超敏法重复,如果先用超敏方法,有17%的标本在检测上限以上,需要用标准方法进行重复,因此选择试验方法时最好了解病人的情况,包括以前检测的结果和抗病毒治疗的历史。
2 Amplicor HIV-1 Monitor实验
是基于目标HIV-1 RNA的cDNA的多聚酶链反应。用异硫氰酸胍法提取病毒RNA,用异丙醇沉淀核酸,使用热稳定重组的、具有逆转录酶和DNA聚合酶活性的rTth DNA多聚酶,逆转录和PCR一步完成。在生物素标记的HIV gag区引物、rTth DNA多聚酶、脱氧三磷酸核苷和合适的缓冲液成分存在的条件下,cDNA被扩增到非常高的拷贝数。将扩增产物变性,单链DNA与微孔板上包被的HIV特异性寡核苷酸探针结合、然后加过氧化物酶标记的亲和素,与生物素标记的扩增产物结合,在加入HRP特异的产色底物以后就可以确定扩增产物的数量。实验使用已知浓度的内部定量标准,在提取RNA之前加到每份标本中,既可以定量标本中的HIV RNA,又可以弥补血浆中存在的影响提取和扩增的抑制因子。内标由体外转录的RNA组成,与靶扩增片段大小相同,并具有相同的HIV-1 gag区引物结合位点,产生的扩增产物同样也被捕获在微孔板上,最后用酶联检测系统读出光密度。
Amplicor HIV-1 Monitor是被美国FDA批准的HIV-1 RNA定量实验,1.0版能够定量400-750000拷贝/毫升的HIV RNA,需要0.2毫升血浆。超敏试验能够检测更低水平的HIV RNA,改进的方法包括增加标本用量(0.5毫升血浆)、超速离心浓缩病毒颗粒、减少重悬液体的体积等等,这使得检测的敏感性提高到50cp/ml。但是与此同时检测的上限也下降了(7.5万)。因此将二个版本的程序结合起来,检测的动态范围就是50-750000 cp/ml。但是如果没有选用合适的方法,一份标本就需要检测二次,因此最好事先了解病人的情况,再决定使用哪一种方法。比如抗病毒治疗的历史、以前的病毒载量等等。
在共同的动态范围内,标准的和超敏的方法测定HIV RNA浓度具有很好的相关性。1.5版实验也已经推出,在美国只用于研究。1.5版对M群内所有的亚型都可以同等的扩增,在引物、热循环条件和缓冲液成分上有些不同。1.0版使用的引物是SK642和SK431,扩增片段是142bp的HIV-1gag序列。1.5版的引物也是在gag区域,但是上游引物变为SK145,两个碱基的变化增加了与M群病毒的同源性。下游引物变为SKCC1B,向3,,端保守区略微移动,与SK431相比有一个碱基的变化。1.5版的退火温度降低、缓冲液成分进一步增加了对HIV不同株的扩增。为了适应扩增长度的增加,内部定量标准(qs)增加了20个核苷,但是与1.0版使用相同的捕获探针,其他与1.0版完全相同。
Amplicor HIV-1 Monitor方法的优点是有内部定量标准,被临床和包括美国NIH ACTG实验室在内的大批实验室广泛接受。试验完成需要1天时间,可以同时检测大量标本。由于使用的是PCR扩增的方法,受PCR固有的一些因素的影响,包括污染的危险、一些血浆成分和抗凝剂可能影响酶活性等等。这可以通过改进试验操作加以克服,包括采用固定的工作流程、使用阳性和阴性对照以及内部定量标准等等。
