DNA微陣列芯片在皮膚分枝桿菌感染中的早期診斷價值

余茜 聞軼旸 高志琴 楊連娟

(同濟大學(xué)附屬皮膚病醫(yī)院真菌病科，上海 200443)

皮膚分枝桿菌感染是由分枝桿菌感染所致的皮膚及皮下組織的慢性肉芽腫性病變，其致病菌種類繁多。目前皮膚科較為常見的致病菌[1-2]是不典型(非結(jié)核)分枝桿菌，主要包括海分枝桿菌、龜分枝桿菌、膿腫分枝桿菌、潰瘍分枝桿菌、偶然分枝桿菌、鳥分枝桿菌等。盡管引起皮膚分枝桿菌感染性肉芽腫的致病菌可能不同，但是其組織病理學(xué)特征相似，主要表現(xiàn)為混合炎癥細胞浸潤[3]，因此確診只能通過病原菌的鑒定。

臨床上對皮膚分枝桿菌感染的病原學(xué)診斷較為困難，傳統(tǒng)的檢測方法[4]效率低、時間長、操作繁瑣，延誤診斷可能導(dǎo)致治療失敗，因此臨床上亟待一種能快速鑒定病原體的診斷技術(shù)。DNA微陣列芯片檢測技術(shù)[5]是近年來發(fā)展起來的一項新技術(shù)，以其高敏感、高通量和便捷為特點，可以快速對臨床可疑樣本做出病原學(xué)診斷。本研究以臨床上疑似皮膚分枝桿菌感染的患者為研究對象，與傳統(tǒng)的分枝桿菌細菌學(xué)培養(yǎng)和鑒定作對比，了解DNA微陣列芯片技術(shù)在皮膚分枝桿菌感染中的診斷價值。

1 資料與方法

1.1 研究對象

收集2020年1月—2020年12月我院門診收治的疑似皮膚分枝桿菌感染的患者6例。收集患者的臨床資料、病史以及皮膚組織和/或膿液，皮膚組織標本分為3份：1份進行病理學(xué)檢查，1份進行病原學(xué)培養(yǎng)，1份進行DNA微陣列芯片檢測。本研究經(jīng)上海市皮膚病醫(yī)院倫理委員會批準，全部調(diào)查和取樣均取得患者同意并簽署知情同意書。

1.2 儀器與試劑

應(yīng)用博奧公司的分枝桿菌菌株鑒定芯片以及微陣列芯片掃描儀LuxScan 10K/B進行芯片檢測。分枝桿菌菌株鑒定芯片可檢測臨床常見分枝桿菌的17個種或群，包括胞內(nèi)分枝桿菌、鳥分枝桿菌、戈登分枝桿菌、堪薩斯分枝桿菌、偶然分枝桿菌、瘰疬分枝桿菌、淺黃分枝桿菌、土分枝桿菌、龜分枝桿菌和膿腫分枝桿菌、草分枝桿菌、不產(chǎn)色分枝桿菌、海分枝桿菌和潰瘍分枝桿菌、金色分枝桿菌、蘇爾加分枝桿菌和瑪爾摩分枝桿菌、蟾蜍分枝桿菌、恥垢分枝桿菌，以及結(jié)核分枝桿菌復(fù)合群。

1.3 方法

皮膚組織培養(yǎng)及病原菌鑒定 患者活檢后取新鮮皮膚組織和/或膿液，剪碎后研磨，用無菌接種環(huán)接種于羅氏培養(yǎng)基上，32℃培養(yǎng)；待有細菌生長(2～12周)后使用無菌接種環(huán)挑取合適大小的菌落，提取菌落DNA，使用16S rDNA(引物為27F: 5-AGAGTTTGATCCTGGCTCAG-3; 1492R: 5-CTACGGCTACCTTGTTACGA-3)進行PCR擴增；PCR反應(yīng)條件：95℃預(yù)變性5min, 95℃變性30s，58℃退火30s，72℃延伸90s，35個循環(huán)，72℃終延伸7 min，反應(yīng)完成后取3 μL PCR產(chǎn)物進行1%瓊脂糖凝膠電泳檢測，確認PCR擴增片段；回收PCR產(chǎn)物，使用測序儀ABI 3730-XL進行DNA測序，將測序得到的基因序列與Genbank數(shù)據(jù)庫的序列作對比分析，進行同源性比較。

DNA微陣列芯片檢測皮膚組織分枝桿菌 患者活檢后取新鮮皮膚組織和/或膿液，剪碎后研磨，提取皮膚組織DNA備用。取2 μL提取的DNA模板，加入18μL鑒定試劑盒反應(yīng)體系中，進行PCR擴增；PCR反應(yīng)條件：37℃ 10 min，94℃ 10 min后, 94℃ 30s，60℃ 30s，72℃ 40s，35個循環(huán)，94℃ 30s，72℃ 1 min，10個循環(huán)，72℃終延伸7 min。將PCR產(chǎn)物與雜交緩沖液混合后水浴鍋中95℃變性5 min，隨后立即置于冰水混合物中冰浴3 min，吸取13.5 μL雜交混合物經(jīng)加樣孔加入微陣列芯片中，將密封好的雜交盒置于50℃水浴2 h。洗滌芯片后干燥，置于微陣列掃描儀LuxScan 10K/B中，使用相應(yīng)軟件進行信號的讀取和結(jié)果判讀。

2 結(jié) 果

2.1 基本資料

6例患者中男性4例，女性2例；年齡36～62歲，中位數(shù)年齡55.5歲；病程1～5個月，平均2.67±1.63個月。發(fā)病誘因多為海鮮接觸史或外傷史，發(fā)病起始部位多為暴露部位或是外傷部位；皮損多表現(xiàn)為多發(fā)性，呈淋巴管樣排列模式，也可表現(xiàn)為單發(fā)性(見表1)。

表1 6例皮膚分枝桿菌感染性肉芽腫患者臨床資料

2.2 病理學(xué)檢查

6例患者均進行組織病理學(xué)檢查，病理學(xué)結(jié)果無特異性，主要表現(xiàn)為真皮內(nèi)彌漫性混合炎細胞浸潤，包括多核巨細胞、淋巴細胞、嗜中性粒細胞、漿細胞等，形成肉芽腫樣結(jié)構(gòu)，部分區(qū)域可見局灶壞死(見圖1a、b)；GMS及PAS染色均未見明顯菌絲和孢子，抗酸染色未見陽性表達。

2.3 病原學(xué)檢查

6例患者皮膚組織研磨后接種于羅氏培養(yǎng)基。32℃培養(yǎng)14～28 d培養(yǎng)后，前5例可見黃白色濕潤菌落生長(見圖2a)，最后1例未見菌落生長。挑取菌落進行抗酸染色后可見分隔狀菌絲(見圖2b)。菌落經(jīng)過測序鑒定，依次為：①海分枝桿菌；②龜分枝桿菌；③海分枝桿菌；④海分枝桿菌；⑤海分枝桿菌。

圖1 a. 組織病理學(xué)表現(xiàn)可見彌漫性混合炎癥細胞浸潤(HE染色×100)；b. 高倍鏡下可見多核巨細胞、上皮樣細胞、淋巴細胞、嗜中性粒細胞等(HE染色×400) 圖2 a. 皮膚組織在羅氏培養(yǎng)基培養(yǎng)14～28 d后，可見黃白色濕潤菌落；b. 抗酸染色可見紅色棒狀菌絲(HE染色×1000)

2.4 DNA微陣列芯片檢測結(jié)果

6例患者皮膚組織提取DNA后進行DNA微陣列芯片檢測，6 h后檢測結(jié)果如圖3所示。前5例DNA微陣列芯片檢測結(jié)果與傳統(tǒng)培養(yǎng)、菌株測序結(jié)果一致，并且DNA微陣列芯片技術(shù)檢測率(6/6)高于傳統(tǒng)的培養(yǎng)方法(5/6)，耗時更短(見圖3)。

圖3 6例患者DNA微陣列芯片檢測結(jié)果：①、③～⑥號標本為海分枝桿菌/潰瘍分枝桿菌；②號標本為龜分枝桿菌/膿腫分枝桿菌

2.5 治療

6例患者均給予利福平300 mg，2次/日聯(lián)合克拉霉素250 mg，2次/日治療，3個月后6例患者皮損均消退。

3 討 論

近年來，皮膚分枝桿菌感染的報道逐年增加，這類疾病多與外傷[6-7]、整形外科手術(shù)[8-9]、紋身[10]、美容注射、假體填充[11]等有關(guān)。另外，免疫抑制劑和糖皮質(zhì)激素[12]的廣泛使用，以及艾滋病、器官移植、腫瘤、糖尿病等疾病的發(fā)病率逐年升高，重癥及播散型的分枝桿菌感染的發(fā)病率和致死率也呈逐年上升趨勢。皮膚分枝桿菌感染的病原體難以被短期清除，延誤治療可能會造成患者毀容、器官功能受限甚至是殘疾。一旦確診患者需接受長療程的抗分枝桿菌治療[4]，因此早期病原學(xué)檢測是治療成功的關(guān)鍵。

傳統(tǒng)的實驗室診斷方法[13]主要包括結(jié)核菌素皮膚實驗、組織病理學(xué)、細菌培養(yǎng)和以PCR為基礎(chǔ)的分子生物學(xué)檢查等。結(jié)核菌素實驗陽性支持結(jié)核分枝桿菌或是非典型結(jié)核分枝桿菌感染，但是不能確定致病菌種[14]，同時可能存在假陽性結(jié)果，例如接種卡介苗。組織病理學(xué)是檢測皮膚分枝桿菌感染最常規(guī)的方法，但鏡下表現(xiàn)無特異性，即使是最具代表性的結(jié)核樣肉芽腫，也難以與梅毒、肉芽腫性玫瑰痤瘡、利什曼病、真菌感染性肉芽腫相鑒別；通常需配合抗酸染色，對于檢測分枝桿菌感染，特別是少菌型，陽性率較低，同樣也不能鑒定分枝桿菌的菌種類型。細菌培養(yǎng)是診斷分枝桿菌性肉芽腫的“金標準”，是制定診療方案必不可少的一部分，但不同的分枝桿菌培養(yǎng)溫度有所差異，且不同的分枝桿菌培養(yǎng)所需時間也不相同，一般需要2～12周[15]；分枝桿菌的培養(yǎng)耗時耗力，陽性率低，因此傳統(tǒng)的診斷方法可能導(dǎo)致診療計劃被延誤。近年來，以PCR 為基礎(chǔ)的分子生物學(xué)診斷技術(shù)也應(yīng)用于疾病的診斷中[16]，如基因序列分析以及基因組分析等，但這些技術(shù)可能存在檢測范圍有限，或試驗結(jié)果不穩(wěn)定，亦或是操作步驟繁瑣等缺陷，故而限制了其在臨床上的廣泛使用。本研究所使用的DNA微陣列芯片檢測技術(shù)，操作簡潔快速，整體檢測過程6～8 h即可做出診斷，并且能有同時做出17種分枝桿菌的菌種鑒定，縮短了臨床診斷過程。

基因芯片技術(shù)始創(chuàng)于20世紀90年代，近年來DNA微陣列芯片技術(shù)逐漸用于臨床上的病原學(xué)診斷[5]，可對痰液[17]、分泌物、膿液、尿液、穿刺液(胸腹水、腦脊液[18]、心包積液、關(guān)節(jié)液、膽汁)等多種標本進行檢測，然而目前尚未見該技術(shù)用于皮膚組織的病原學(xué)檢測。本研究首次使用DNA微針芯片直接對皮膚新鮮組織進行檢查，前5例患者的檢測結(jié)果與培養(yǎng)測序結(jié)果一致，準確率高，因此DNA微陣列芯片診斷技術(shù)可以作為皮膚分枝桿菌感染的早期診斷方法。此外，我們發(fā)現(xiàn)臨床上高度懷疑皮膚分枝桿菌感染的病例，其培養(yǎng)陽性率不高。這一現(xiàn)象可能是由于患者就診前局部或系統(tǒng)抗生素的不合理使用，致使分枝桿菌感染在一定程度上得到緩解和治療，使得病原體的檢出率降低。DNA微陣列芯片檢測的靈敏度為1×103個菌/PCR反應(yīng)，敏感性高，對于臨床懷疑分枝桿菌感染的病例可進行芯片檢測，有助于提高診斷陽性率。本研究中6例患者，DNA微陣列芯片檢測出6例患者陽性，而皮膚組織培養(yǎng)5例陽性，因此提示DNA微陣列芯片檢測陽性率高于傳統(tǒng)的培養(yǎng)，但這一結(jié)果尚需大樣本的研究進一步證實。

綜上，DNA微陣列芯片診斷技術(shù)用于皮膚分枝桿菌感染的診斷具有簡潔、快速、靈敏度高等特點，可準確鑒定出常見的致病菌種，可為臨床早期診斷和治療提供有力的支持。但是該技術(shù)仍有缺陷，不能在檢測病原菌的同時做出藥敏檢測，因此尚不能完全替代傳統(tǒng)的培養(yǎng)和藥敏檢測。臨床上建議芯片檢測與傳統(tǒng)培養(yǎng)相結(jié)合，以期對皮膚分枝桿菌感染做出早期診斷，制定精準的治療方案。