
建立新型冠状病毒质控品体系,为以荧光PCR法为原理的新型冠状病毒核酸检测及其试剂盒的性能评价提供可靠的质控物质。
将新型冠状病毒毒株原液10倍梯度稀释得到浓度依次为106、105、104、103、102拷贝/ml的5组阳性质控品,进行核酸提取和荧光定量PCR检测Ct值,计算Ct值的均值、标准差、变异系数、变化趋势,对质控品进行均一性和稳定性评价。
在本实验5个浓度梯度内,Ct值与质控品浓度成线性相关。均一性评价中,各浓度组质控品的变异系数分别为4.60%、2.67%、2.22%、2.04%和2.50%。稳定性评价中,在4 ℃保存条件下的质控品的检测结果不随时间延长而改变。
建立的新型冠状病毒质控品在4 ℃保存条件下均一性和稳定性好,可用于新型冠状病毒核酸检测及相关试剂盒的性能评价。
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2019年12月湖北省武汉市相继出现新型冠状病毒肺炎病例,目前国际病毒分类委员会已将引起该病症的病毒正式命名为SARS-CoV-2[1]。新型冠状病毒(2019-nCoV)属β冠状病毒属,同为β冠状病毒属的中东呼吸综合征冠状病毒(MERS-CoV)和严重急性呼吸综合征冠状病毒(SARS-CoV)曾大规模暴发[2,3]。截至2020年5月19日24时,据31个省(自治区、直辖市)和新疆生产建设兵团报告,累计确诊病例80 965例,累计死亡病例4 634例[4]。
2019-nCoV基因组中ORF1ab和N基因是保守序列,《新型冠状病毒肺炎实验室检测技术指南(第六版)》规定,实时荧光检测上述2个特异性靶基因结果均为阳性时报告新型冠状病毒核酸阳性。《新型冠状病毒肺炎诊疗方案(试行第七版)》中指出,在疑似病例基础上,实时荧光检测新型冠状病毒核酸阳性是判定确诊病例依据之一[5]。核酸检测的灵敏度和特异度高,但容易受到样本在采集、保存、运输、检测等环节的影响出现假阴性[6,7]。目前2019-nCoV检测试剂盒中含阴阳质控品各一,仅能对核酸提取和PCR过程进行有限监控。为了实现从样本采集后到检测的全程监控,提高检测的灵敏度和特异度,本研究制备了2019-nCoV质控品,并进行了均一性和稳定性评价。
2019-nCoV毒株来自广东省疾病预防控制中心病原微生物检验所,毒株编号20SF014。
Vero-E6细胞;LabServ预分装磁珠法病毒总核酸提取试剂盒;达安基因2019-nCoV核酸检测试剂盒(荧光PCR法);达安基因2019-nCoV定量参考品质粒;三洋MCO-18AIC二氧化碳培养箱;Thermo Scientific KingFisher Flex全自动核酸提取仪;ABI 7500荧光PCR仪。
将毒株原液稀释得到浓度为100 TCID50/50 μl的1组阳性质控品,再按10倍梯度稀释得到浓度依次为10、1、0.1、0.01 TCID50/50 μl的4组阳性质控品,然后将不含病毒液的细胞维持液作为1组阴性质控品。以上6组依次定义为A-F组。通过定量参考品质粒绘制标准曲线,将病毒液荧光定量Ct值换算为病毒拷贝数,确定各组阳性质控品中的病毒拷贝数。
2019-nCoV的分离培养在广东省疾病预防控制中心的三级生物安全实验室内进行。根据《新型冠状病毒肺炎实验室检测技术指南(第六版)》,2019-nCoV对热敏感,56 ℃、30 min可有效灭活病毒。将灭活毒株原液和A-E组质控品各2份接种于长有单层Vero-E6细胞的培养管中,每管接种0.2 ml,于37 ℃培养,连续观察7天是否出现细胞病变(cytopathic effect, CPE),盲传第二代后通过观察时间内是否出现CPE验证阳性质控品的安全性。
质控品制作完成后,随即在每组质控品中随机取20管,两名实验者每人分别检测10管,计算每组Ct值的均数、标准差、变异系数,判断每组质控品均一性;并以该结果作为每组质控品L-J质控图警告限(
±2s)和失控限(
±3s)的计算依据。
每组质控品随机取30管,按照保存条件4 ℃、室温(20 ℃)、37 ℃平均分为3小组,每小组在第2、4、6、8、10天各取2管检测。与L-J质控图警告限(
±2s)和失控限(
±3s)比较,利用一元线性回归说明质控品的变化,判断不同保存温度下质控品的稳定性。
通过定量参考品质粒绘制标准曲线,得出病毒拷贝数X的对数值与Ct值Y的关系为Y=-3.16lgX+42.18(R2=0.99,P<0.05),A-E组质控品病毒拷贝数的数量级依次为106、105、104、103、102拷贝/ml, A-E组质控品Ct值均数见均一性检验结果。
接种灭活毒株原液和A-E组阳性质控品到Vero-E6细胞,连续观察7日均未出现CPE,盲传第二代结果仍为未出现CPE。
各组质控品随机取20管,A-E组每管阳性质控品均被判为2019-nCoV阳性,F组阴性质控品均未检测到2019-nCoV RNA,符合率为100%。A-E组阳性质控品的变异系数均小于5%,表明阳性质控品均一性较好,结果见表1。

新型冠状病毒阳性质控品均一性检测Ct值
Ct value of homogeneity detection of 2019-nCoV quality control products
新型冠状病毒阳性质控品均一性检测Ct值
Ct value of homogeneity detection of 2019-nCoV quality control products
| 组别 | 检测数量 | 均数![]() | 标准差s | 变异系数CV(%) |
|---|---|---|---|---|
| A | 20 | 21.91 | 1.01 | 4.60 |
| B | 20 | 25.19 | 0.67 | 2.67 |
| C | 20 | 28.48 | 0.63 | 2.22 |
| D | 20 | 31.72 | 0.65 | 2.04 |
| E | 20 | 35.25 | 0.88 | 2.50 |
各组质控品随机取30管分别在37 ℃、室温(20 ℃)、4 ℃条件下放置不同时间后的检测其Ct值,由均一性评价结果可得各组阳性质控品的警告限(
±2s)和失控限(
±3s)。在37 ℃条件下,各组阳性质控品检测结果在第4天开始超出、在第6天全部超出各自失控限。同时,低浓度组在第6天开始出现未检测到2019-nCoV RNA情况。以上说明质控品在37 ℃保存稳定性差,结果见表2。

新型冠状病毒阳性质控品37 ℃条件下稳定性检测Ct值
Ct value of stability detection of 2019-nCoV quality control products stored at 37 ℃
新型冠状病毒阳性质控品37 ℃条件下稳定性检测Ct值
Ct value of stability detection of 2019-nCoV quality control products stored at 37 ℃
| 组别 | 第2天 | 第4天 | 第6天 | 第8天 | 第10天 | 警告限 ±2s | 失控限 ±3s |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| A | 21.26/21.27 | 25.31/25.72 | 28.39/28.65 | 29.51/30.36 | 37.86/38.77 | 19.89,23.93 | 18.88,24.94 |
| B | 24.65/25.05 | 27.75/29.84 | 31.89/33.04 | 34.79/36.72 | 39.43/N | 23.84,26.54 | 23.17,27.21 |
| C | 28.16/28.24 | 32.67/33.23 | 33.94/38.03 | 38.21/39.79 | 38.66/N | 27.22,29.75 | 26.58,30.38 |
| D | 31.57/31.92 | 32.33/34.62 | N/N | N/N | N/N | 30.43,33.02 | 29.78,33.66 |
| E | 35.32/36.11 | 35.65/35.70 | 38.41/N | N/N | N/N | 33.48,37.01 | 32.60,37.89 |
在室温(20 ℃)条件下,B-E组质控品在10天评价期间内出现超出警告限的情况,但没有阳性质控品未检测到2019-nCoV RNA。一元线性回归分析结果表明,在10天评价时间内,A-E组质控品Ct值随着保存时间延长而增大(P<0.05),但β值较小,质控品Ct值增幅较小。以上说明质控品在室温(20 ℃)短暂保存时稳定性尚可,结果见表3。

新型冠状病毒阳性质控品室温(20 ℃)条件下稳定性检测Ct值
Ct value of stability detection of 2019-nCoV quality control products stored at room temperature(20 ℃)
新型冠状病毒阳性质控品室温(20 ℃)条件下稳定性检测Ct值
Ct value of stability detection of 2019-nCoV quality control products stored at room temperature(20 ℃)
| 组别 | 第2天 | 第4天 | 第6天 | 第8天 | 第10天 | R2 | β | P |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| A | 20.51/20.73 | 20.99/22.01 | 21.62/21.80 | 21.10/21.12 | 22.67/23.47 | 0.53 | 0.23 | 0.02 |
| B | 24.55/24.77 | 25.43/25.91 | 25.30/26.15 | 25.40/25.61 | 26.78/27.54 | 0.64 | 0.24 | 0.01 |
| C | 28.19/28.65 | 29.71/30.12 | 29.98/30.57 | 29.21/29.65 | 31.04/31.26 | 0.57 | 0.25 | 0.01 |
| D | 30.69/32.25 | 31.67/32.29 | 31.85/32.38 | 31.80/31.54 | 34.86/35.24 | 0.49 | 0.34 | 0.02 |
| E | 33.48/33.58 | 34.97/36.52 | 35.21/35.30 | 34.09/37.38 | 39.18/39.43 | 0.80 | 0.58 | 0.01 |
在4 ℃条件下,各组质控品在10天评价期间内的检测结果均在相应警告限内。一元线性回归分析结果表明,在10天评价时间内,各组质控品Ct值与保存时间不存在线性相关(P>0.05)。以上说明各组质控品Ct值不随时间延长而改变,质控品在4 ℃保存稳定性较好,结果见表4。

新型冠状病毒阳性质控品4 ℃条件下稳定性检测Ct值
Ct value of stability detection of 2019-nCoV quality control products stored at 4 ℃
新型冠状病毒阳性质控品4 ℃条件下稳定性检测Ct值
Ct value of stability detection of 2019-nCoV quality control products stored at 4 ℃
| 组别 | 第2天 | 第4天 | 第6天 | 第8天 | 第10天 | R2 | β | P |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| A | 20.51/20.64 | 20.90/21.22 | 21.19/21.21 | 20.55/20.79 | 20.14/20.75 | 0.08 | -0.03 | 0.44 |
| B | 24.56/25.11 | 24.72/25.00 | 24.04/25.12 | 24.15/24.70 | 24.11/24.47 | 0.31 | -0.08 | 0.09 |
| C | 27.24/27.31 | 28.60/29.12 | 28.59/28.87 | 27.56/27.94 | 28.06/28.56 | 0.05 | 0.05 | 0.55 |
| D | 30.64/30.81 | 30.53/31.32 | 30.62/31.25 | 30.45/31.23 | 30.37/30.79 | 0.03 | -0.02 | 0.66 |
| E | 34.22/34.85 | 33.67/34.29 | 34.08/34.17 | 33.81/33.91 | 34.14/34.75 | 0.01 | -0.02 | 0.74 |
根据荧光定量PCR原理可知,每个反应管的Ct值与反应管内模板起始拷贝数的对数成线性相关[8]。由标准曲线得出各组阳性质控品病毒拷贝数依次为106、105、104、103、102拷贝/ml,阳性质控品梯度稀释准确。安全性评价中,接种阳性质控品的Vero-E6细胞未出现CPE,证明了经灭活的阳性质控品的安全性。病毒毒株经过56 ℃、30 min灭活后,质控品的实验操作可在一、二级生物安全实验室内进行。在均一性评价中,根据Westgard多规则质控法[9],A6(A组第6号质控品,下同)、D20、E12出现12S警告状态,其Ct值依次为24.28、30.14、33.37,进一步使用13S、22S、41S、R4S、10X规则可判定A、D、E组阳性质控品在控,出现12S警告状态可判定为随机误差;B、C组阳性质控品Ct值均在警告限内,即B-D组阳性质控品在控。实验周期为10天的稳定性评价中,37 ℃条件下的质控品稳定性差,不能作为标准质控品;室温条件下其稳定性可维持数日,4 ℃条件下稳定性好。质控品病毒载量高达106拷贝/ml的情况下,37 ℃和常温条件下其稳定性仍受不同程度影响。提示在实际检测工作中,受检者样本及时送检或4 ℃保存运送,可减少假阴性的出现。基于日常实验室工作经验、疫情下样本检测周期较短的原因,此次稳定性评价中没有加入-20 ℃的保存条件,如今后应用过程中确实存在-20 ℃保存的需求,增加-20 ℃的保存条件可进一步增加稳定性评价的完整性。
本次使用的2019-nCoV核酸检测试剂盒使用说明显示的分析灵敏度即最低检测限为500拷贝/ml。理论上而言,弱阳性质控品浓度越接近最低检测限,检测的灵敏度越高。但有研究表明,浓度接近最低检测限的质控品的检测稳定性较低,易受核酸提取过程(如有机溶剂去除不彻底)、扩增过程(如仪器、试剂、孔间温度不均一性)、实验人员个体操作差异等问题影响,导致出现假阴性结果[6,7,10]。因此有建议称,核酸检测的弱阳性质控品浓度应为检测限的2~5倍[11]。本次实验中E组质控品为弱阳性质控品,病毒载量为102拷贝/ml,现实中可能出现因试剂盒不同导致检测限不同的情况,此时应选择相应浓度的质控品作为其弱阳性质控品。
患者感染2019-nCoV的临床诊断依据包括流行病学史、临床症状、实验室检测结果,确诊需以实验室检测为准[5]。《新型冠状病毒肺炎诊疗方案(试行第七版)》中指出检测方法分为病原学检测和血清学检测,病原学检测又分为病毒基因测序和实时荧光定量PCR检测,血清学检测为IgM、IgG特异性抗体检测。基因测序准确性是三者中最高的,缺点是检测成本高、检测周期长,不适合在临床检测中大规模开展。荧光定量PCR检测优势在于灵敏度和特异度均较高,其不足在于检测结果容易受样本、实验条件、试剂等影响而出现灰区或假阴性。第七版诊疗方案首次加入了血清学检测作为确诊依据。与核酸检测相比,特异性抗体检测操作更为简单快捷,其灵敏度和特异度降低,可作为核酸检测很好的补充。核酸检测(荧光PCR法)是当前疫情防控形势下重要的检测手段,本研究制备新型冠状病毒质控品均一性和稳定性好,在4 ℃保存条件下、病毒拷贝数102~106范围内,阳性质控品病毒拷贝数的对数值与Ct值呈线性关系,可作为2019-nCoV核酸检测的质控品。该质控品可在样本采集后随同样本保存运送、参与核酸提取及荧光PCR检测,这种全程监控可有效提高检测的灵敏度和特异度,既为检测工作提供良好的参照,也为疫情防控多增加一份保障。
所有作者均声明不存在利益冲突


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