质谱技术用于呼吸道病毒的诊断

质谱技术⽤于呼吸道病毒的诊断
由于病毒能够影响宿主的代谢途径,例如糖酵解、磷酸戊糖途径、⾕氨酰胺分解及脂肪酸合成,因此病毒感染后的VOCs可能发⽣变化[37]。2010年Phillips等[38]⾸次报道了减毒活流感疫苗接种对呼吸中氧化应激产物的影响,发现健康⼈的减毒活流感疫苗接种引起了氧化应激的呼吸⽣物标记物的持续增加。2014年Aksenov等[39]应⽤GC-MS研究了⼈⿐病毒感染的体外⽓道细胞的VOCs,随后Abd等[40]研究了从5种病毒[甲型流感病毒(Influenza A virus,IAV)甲型流感、⼄型流感病毒、腺病毒、呼吸道合胞病毒和副流感病毒]以及3种细菌(卡他莫拉菌、流感嗜⾎杆菌和肺炎军团菌)的培养物和菌落VOCs中,鉴定出与感染细菌有关的2种重要的VOCs,即庚烷和甲基环⼰烷。2018年Purcaro等[41]应⽤顶空固相微萃取——全⼆维⽓相⾊谱飞⾏时间质谱法得到了病毒感染细胞的指纹图谱,并评估了2种重要的呼吸道病毒,即呼吸道合胞病毒和IAV,结果在呼吸道合胞病毒和感染的细胞培养物中均观察到碳氢化合物过量。这⼀发现与增加的氧化应激结果相⼀致,因此断定氧化应激与呼吸道病毒感染有关。Traxler等[42]应⽤GC-MS分析了感染IAV的猪的呼出⽓VOCs,发现6种VOCs可能与疾病进展有关,包括⼄醛、丙醛、⼄酸正丙酯、甲基丙烯酸甲酯、苯⼄烯和1,1-⼆丙氧基丙烷。随后其研究团队在2019年分析了IAV和化脓性链球菌共感染的细胞的VOCs[43],认为⼄醛和丙醛的排放增加反映出细菌感染,⼄酸正丙酯与病毒感染有关。Schultz等[44]应⽤LC-MS/MS检测IAV感染猪模型的免疫相关脂质组(类花⽣酸)学影响,结果发现IAV感染会导致所分析的羟基⼆⼗碳三烯酸、羟基⼆⼗⼆碳六烯酸和环氧⼆⼗碳三烯酸的⽔平发⽣集体变化。
近⽇来⼏项研究先后报道了LC-MS⽤于检测SARS-CoV-2病毒相关蛋⽩。Gouveia等[45]应⽤串联质谱法在SARS-CoV-2病毒的体外研究中发现,受感染Vero细胞存在6个病毒蛋⽩的101个肽段,并提出14种肽的候选清单,可⽤于靶向质谱检测的开发以及SARS-CoV-2的诊断。Gordon等[46]在⼈体细胞中克隆、标记、表达了26种SARS-CoV-2蛋⽩,并应⽤组合型四极杆Orbitrap质谱鉴定了与每种蛋⽩物理相关的⼈类蛋⽩,结果他们确定了66种可药物化的⼈类蛋⽩,并筛选了两套具有抗病毒活性的药物,这可能会研发出COVID-19的有效⽅案。Shajahan等[47]应⽤⾼分辨率质谱对⼈细胞表达刺突蛋⽩亚基S1和S2的糖基化定位,表征了棘突蛋⽩上的定量N-糖基化谱并观察到S1受体结合域上意想不到的O-糖基化修饰,这可能推动疫苗的研发。
病毒样本
电喷雾质谱技术也可以有效地⽤于检测病毒病原体[48,49,50]。Sampath等[48]应⽤PCR结合电喷雾质谱技术对9种不同冠状病毒,包括SARS-CoV进⾏检测。他们提出该⽅法可以在所有3种⼈类病毒的混合物中识别和区分SARS和其他已知冠状病毒,包括⼈类CoV 229E和OC43。Cordey等[49]开发了RT-PCR/电喷雾电离质谱技术并对流感病毒进⾏检测和分型,该⽅法针对201个IAV或⼄型流感病毒感染的⿐咽拭⼦的分型进⾏了评估,结果显⽰RT-PCR/电喷雾电离质谱技术对所有样本检测率分别为91.3%和95.3%,在所有不可分型的标本中均显⽰出低病毒载量。随后Mengelle等[50]应⽤此PLEX-ID™系统对流感病毒及其亚型进⾏了检测,并与RespiFinder®试剂盒鉴定的流感病毒进⾏⽐较,结果显⽰PLEX-ID™系统的敏感度、特异度、阳性和阴性预测值分别为87.4%、96.5%、92.2%和94.1%。使⽤
Anyplex™Ⅱ RV16检测试剂盒进⼀步对13个结果不⼀致的样品检测发现,7个与RespiFinder®⼀致,⽽6个与PLEX-ID™⼀致。
基质辅助激光解吸电离飞⾏时间质谱仪(matrix-assisted laser desorption/ionization time of flight mass spectrometry,MALDI-TOF-MS)已经成为微⽣物鉴定和诊断的潜在⼯具。许多研究⼈员已经证明了MALDI-TOF-MS⽤于诊断流感病毒、肠病毒、⼈乳头瘤病毒、疱疹病毒、肝炎病毒等临床传染性病毒样本的实⽤性[51,52,53]。在⼤多数研究中,采⽤了通过PCR扩增病毒遗传物质,并通过MALDI分析/鉴定扩增⼦的⽅法。Sjöholm等[51]报道了⼀种基于MALDI-TOF-MS的⾼效筛选⽅法,⽤于多重检测存在于不同档案⽣物学样品中的所有⼈类疱疹病毒,他们证实MALDI-TOF-MS⽅法对病毒的敏感性和检出限很⾼,可与寡核苷酸微阵列和多重PCR等参考⽅法相媲美。Yi等[52]报道了使⽤基于PCR的MS⽅法检测⾼危型⼈乳头瘤病毒,他们表明该⽅法的⾼检出率和低成本效益使其适合于常规临床环境中的诊断和流⾏病学研究。Piao等[53]将多重PCR与MALDI-TOF-MS联合使⽤,可同时检测出8种与⼈类肠道感染相关的病毒。Calderaro等[54]证实MALDI-TOF-MS是⼀种有效,快速且廉价的⼯具,可从不同的临床样品中鉴定出多种脊髓灰质炎病毒⾎清型。他们进⼀步研究发现,通过MALDI-TOF-MS可以检测到特定的病毒⽣物标志物,这些标志物有助于将病毒感染的细胞与健康细胞区分开[55]。多篇⽂献报道了MALDI-TOF-MS可⽤于甲型流感、狂⽝病毒以及克⾥⽶亚-刚果出⾎热病毒的诊断[56,57,58]。北京协和医院⾦奇课题组应⽤多重PCR结合MALDI-TOF-MS技术在241个样本中快速检测与⼿⾜⼝病相
关的病毒[59],随后⼜将其⽤于21种呼吸道病毒的诊断[60]。该课题组在2017年应⽤其建⽴了通⽤冠状病毒筛选⽅法[61]。由于分⼦检测⽅法往往针对⼀个基因,⽽冠状病毒的基因型会发⽣变异,导致检测的假阴性率,该课题组建⽴的冠状病毒筛选⽅法能够靶向2个或4个基因,从⽽提⾼冠状病毒的诊断率。不⾜是该⽅法基于已知的冠状病毒序列,仅使⽤该⽅法很难检测到未知的⼈冠状病毒

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