疫情观察｜抗原试剂盒到底是个啥原理？检测技术的前景又在哪？

作者：Springer Nature |

编译：唐诗 |

在全球绝大多数国家都采行与病毒共存政策后，感染新冠病毒的人数大量增加。截至2022年6月5日，冠状病毒已导致全球约5.29亿例感染和超过600万例死亡。

严重急性呼吸综合征冠状病毒2和严重急性呼吸综合征冠状病毒属于网状病毒科冠状病毒家族的β-COV，网状病毒科是一种没有分割的单链RNA病毒。

SARS-Cov-2 病毒结构包括表面蛋白 （S）、包膜蛋白 （E）、膜蛋白 （M）、核衣壳 （N） 蛋白和 RNA 基因组。SARS-Cov-2 基因组的结构包括两种 ORF1a、ORF1b 和四种结构蛋白：N 蛋白、M 蛋白、E 蛋白和 S 蛋白。

严重急性呼吸综合征冠状病毒2（SARS-Cov2）结构示意图，检测方法和刺突蛋白的基因组注释。

如图所示，S蛋白是冠状病毒感染的关键蛋白。SARS-Cov-2对ACE2的亲和力是严重急性呼吸综合征冠状病毒对ACE2的10-20倍，S蛋白是临床治疗和诊断的关键靶点。

虽然已经开发出针对S蛋白的授权疫苗，但病毒表面S蛋白经常发生突变，从而导致接种疫苗的个体感染这种冠状病毒的可能性仍然很高，随着病毒的变异，疫情的防控变得越来越具有挑战性。

目前，八个变体包括Lambda（C.37），MU（B.1.621），Zeta（P.2），Eta（B.1.525），Thela（P.3），Lota（B.1.526），Kappa（B.1.617.1）和Epsilon（B.1.427，B.1.429）。

受到关注的阿尔法（B.1.1.7）、贝塔（B.1.351）、伽马（P.1）、德尔塔（B.1.617.2）和奥密克戎（包括BA.1、BA.2、BA.3、BA.4、BA.5和后代谱系）[B.1.1.529]和世界卫生组织发布的两种正在监测的变异株降低了疫苗的作用，疾病防治的难度也在增加。

因此，需要找到一种快速、简单和灵敏的检测技术，作为逆转录聚合酶链反应（RT-PCR）技术或联合RT-PCR技术的替代方案。通过准确的技术及早发现病毒是目前疫情针对性预防和预后能力的最重要方面。

A:2019年12月至2022年5月的2019年冠状病毒大流行时间表。

B:SARS-Cov-2病毒变异株的出现分为三大类：变异株、关注的变异株和正在监测的变异株。

变异株的八个变体是Lambda（C.37），MU（B.1.621），Zeta（P.2），Eta（B.1.525），Thela（P.3），Lota（B.1.526），Kappa（B.1.617.1）和Epsilon（B.1.427，B.1.429）;

值得关注的五个变体是阿尔法（B.1.1.7）、贝塔（B.1.351）、伽马（P.1）、德尔塔（B.1.617.2）和奥密克戎（包括BA.1、BA.2、BA.3、BA.4、BA.5和后代谱系）[B.1.1.529];

根据病毒的特点，我们有三种检测病毒的方法：

第一种是检测病毒特有的RNA，这就是之前我们反反复复进行的核酸检测RT-PCR方法。

第二种是检测病毒的抗原，也就是检查人体里有没有病毒特有的蛋白质，这就是我们现在用的抗原检测盒。

第三种是检测人体内针对病毒的抗体，即便人体已经痊愈了，抗体在一段时间内依然存在。检查抗体，就可以知道是否感染过病毒。

三种方法中，核酸检测最准确，因为它可以对病毒核酸进行扩增，一点点的病毒就能检测到。但是价格比较贵，时间也相对较长。抗体检测需要采血，而且只有在感染后期才能测到，限制了它的使用。

相比来讲，抗原检测操作简单，速度快，价格也相对便宜，是一种比较合适的自测方式。今天我们重点来讲一下目前最为常见的抗原检测。

抗原检测针对N蛋白抗原位点。与PCR方法相比，虽然抗原检测的准确性较低，但更短，更容易，执行成本更低，更适合即时检测（POCT）检测。

因此，大多数国家批准的家庭自检检测都是基于抗原检测的。早期筛查可以在有症状的个人和确诊病例的接触者中快速且经济高效地发现COVID-19，因此可以迅速采取必要行动。

抗原检测也有几种技术路线，比较常用的是胶体金法。首先，我们需要通过生物化学方法，准备三种抗体：

抗体1：能够结合新冠病毒抗原，同时还携带了金原子胶体的抗体，俗称金标抗体；

抗体2：能够结合新冠病毒抗原，但不携带金原子胶体；

抗体3：能够结合抗体1的抗体，即抗-抗体。

抗原检测盒里面有多层试纸，抗体1分布在试纸最前端的金垫上，而且可以移动，抗体2固定在检测线（T线）部位，抗体3固定在质控线（C线）部位。当溶液滴到试纸上时，由于毛细现象，溶液会从左到右逐渐布满整个试纸。

抗原检测原理图

溶液会首先遇到抗体1，如果溶液中含有病毒抗原，这些抗原就会与抗体1结合。随后，它们会一起来到抗体2所在的T线。注意：抗体2也能结合病毒抗原，所以就会出现抗体1-病毒抗原-抗体2的三明治结构，相当于病毒抗原作为“胶水”，把抗体1和抗体2粘在一起了。抗体2的位置是不能动的，一部分抗体1被抗体2拉住，上面的胶体金就会显现出红色。

溶液中含有病毒时T线处形成的三明治结构

溶液会携带剩余的抗体1继续前行，来到C线处，这里的抗体3可以结合抗体1，而无论抗体1是否携带病毒抗原。所以，抗体1会在C线处再次聚集，形成第二条红线。

无论溶液中是否有病毒，C线处都会形成抗体1的聚集

总结一下：如果溶液中含有病毒抗原，抗体1就会聚集在T线处，显示第一条红线；无论溶液中是否有病毒抗原，抗体1都会聚集在C线处，形成第二条红线，这就是“一条红线是阴性，两条红线是阳性”的原因。

阳性结果

阴性结果

抗原检测方法的灵敏度低于PCR测定，但操作快速简单，使抗原检测成为SARS-Cov-2家庭或POCT检测的更好方法。

传统的病毒抗原检测方法容易出现假阴性结果，准确度低，不利于患者的临床诊断和治疗。

抗原或抗体检测在病毒检测中的应用已经相当成熟，但特异性差和抗体在体内出现之前的时间滞后意味着，与PCR检测技术相比，抗原和抗体检测更常用作SARS-Cov-2核酸检测的补充检测。

然而，最近的一系列研究表明，将传统的免疫学方法与新兴的纳米材料（充当信号放大）相结合，如AuNPs，石墨烯或电化学检测平台，是未来抗原和抗体检测预后能力的新方向。

随着检测技术的不断更新和发展，体外诊断技术向两个方向发展：一是以实验室为主的检测单元，向高精度、集成化方向发展；其次，检测单位主要面向家庭、小诊所、药店等，正在向简单、便于携带、快捷、方便的个人健康管理方向发展。

在此背景下，携带方便、操作简单、速度快的POCT技术发展迅速。即时检测分为三种类型：

固相POCT检测，基于抗原抗体免疫检测;

液相POCT（小化学发光技术和微流控芯片技术）;

分子POCT（基于PCR检测技术的核酸分子检测技术）。

目前，POCT检测技术已应用于多种类型的分析，包括血糖、血气分析、心肌标志物和传染病检测。

随着COVID-19的全球爆发，市场上也出现了许多COVID-19 POCT检测产品，例如Accula SARS-Cov-2测试。这些试剂盒包括一次性微流体比色皿和用于样品检测的高精度读数仪（手持式或台式分析仪）。

这些个性化检测可以在不到 30 分钟的时间内产生结果，从而大大减少了检测时间，但与传统检测相比，POCT 检测质量控制系统的缺陷（缺乏受控检测）使得确保每批的稳定性和准确性具有挑战性。

此外，用户对操作说明的理解不足会导致测试结果不准确。利用POCT产生的大量数据进行智能分析，监测人群健康状况，合理分配医疗资源，仍然是一个挑战。

但希望POCT产生的大数据能够成为公共卫生和流行病学监测的有力支撑。通过将最新的检测技术应用于POCT，正在逐步解决当前的一系列问题。为了提高检测的准确性，POCT将成为未来SARS-Cov-2或其他流行病学检测的最重要工具。

SARS-Cov-2大流行将更多的病毒检测技术带到了最前沿。

目前，核酸检测仍然是检测SARS-Cov-2及其变种的最流行的方法。作为RT-PCR的补充方法，抗原检测更适合家庭检测。血清抗体检测也是监测感染中后期抗体变化的重要方法。

等温扩增技术、CRISPR技术、生物传感器和微流控芯片技术等新方法仍在开发中，尽管这些诊断技术具有操作简单、检测时间短、设备价格低廉、便携性、设备可用性以及与RT-PCR相当的高灵敏度和特异性等优点。

然而，上述大多数技术尚未经过大规模测试和验证，也没有经过各种类型的临床样本的测试和验证。此外，试剂的稳定性、设备成本和这些技术的自动化程度仍不确定。

因此，要将这些技术的广泛应用纳入临床试验，或进入家庭、小诊所、药房、超市和机场进行公共感染控制，并协助对正在进行的大流行进行战略管理，还有很长的路要走。

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