基于贝叶斯潜在类别分析的结核菌素与新型抗原皮肤试验在牛结核病诊断中的性能比较及年龄依赖性研究

本研究针对牛结核病(bTB)诊断中结核菌素皮肤试验(TST)存在的交叉反应和灵敏度不足问题，通过贝叶斯潜在类别分析评估了新型定义抗原皮肤试验(DSTs)与传统TST在22个埃塞俄比亚奶牛场的446头牛中的诊断性能。研究发现DSTs具有84-88%的灵敏度和79-85%的特异性，性能介于高灵敏度单皮内试验(SIT)和高特异性比较皮内试验(CIT)之间，且能区分疫苗接种动物，为BCG疫苗接种计划的实施提供了可行路径。研究还首次量化了诊断无反应性(anergy)的年龄依赖性影响，发现CIT和DST10的灵敏度随牛龄增长显著下降。该研究为优化bTB诊断策略提供了重要依据。

　　

牛结核病(bTB)是由结核分枝杆菌复合体(MTBC)引起的慢性传染病，严重威胁畜牧业发展和公共卫生安全。一个多世纪以来，结核菌素皮肤试验(TST)一直是诊断bTB的主要方法，但其存在明显局限性：与卡介苗(BCG)疫苗产生交叉反应，无法区分感染和接种动物；灵敏度受多种因素影响，包括环境分枝杆菌干扰、免疫抑制状态和诊断无反应性(anergy)现象。特别是在 endemic感染地区，老年牛可能出现广泛病变却对结核菌素无反应的"无反应性"状态，但这种现象从未被量化研究。与此同时，新型定义抗原皮肤试验(DSTs)使用ESAT-6、CFP-10和Rv3615c等特异性抗原，有望解决传统TST的局限性，但其现场性能特别是年龄依赖性尚未充分评估。

来自亚的斯亚贝巴大学Aklillu Lemma病理生物学研究所、剑桥大学兽医医学系和宾夕法尼亚州立大学的研究团队在《Scientific Reports》发表了这项开创性研究。研究人员在埃塞俄比亚22个奶牛场对446头未接种疫苗的牛进行了全面测试，包括三种DSTs(肽基DST10、DST30和融合蛋白基DSTF)、两种TST(比较皮内试验CIT和单皮内试验SIT)、干扰素γ释放试验(IGRA)和IDEXX M. bovis抗体检测。研究创新性地扩展了Walter-Hui潜在类别模型，引入年龄催化项来评估诊断无反应性的证据，这是首次在自然感染群体中量化年龄对bTB诊断性能的影响。

关键技术方法包括：1)在22个埃塞俄比亚奶牛场建立446头牛的观察队列，其中142头进行重复测试；2)采用拉丁方设计同时实施五种皮肤试验(三种DSTs和两种PPDs)；3)使用贝叶斯潜在类别分析评估八种诊断试验的性能，创新性地引入年龄催化模型；4)通过后验预测检验验证模型假设；5)使用留一法交叉验证进行模型比较。

在"Age-dependence of apparent prevalence"部分，研究发现所有诊断试验(除IDEXX外)都显示6岁左右阳性率峰值后随年龄下降的趋势，CIT从75%降至52%，DST10从83%降至68%，这种变化模式提示存在超越简单年龄相关无反应性的复杂机制。

"Latent class analyses"部分显示，包含年龄催化项的WH-AC模型拟合最佳，通过留一法交叉验证证实其优越性。该模型估计DSTs的灵敏度(84-88%)和特异性(79-85%)介于高灵敏度SIT(99%)和高特异性CIT(100%)之间，其中融合蛋白基DSTF表现最优(灵敏度87%，特异性85%)。

"Age dependence of test sensitivity"部分揭示诊断性能的年龄依赖性存在显著差异：CIT灵敏度从75%(犊牛)降至52%(9岁牛)，DST10从83%降至68%，而SIT和CITz的灵敏度保持稳定。这种测试间变异模式不支持简单的全局无反应性假说，可能反映环境分枝杆菌暴露随年龄增加对CIT的干扰。

"Test agreement for repeat tested animals"部分显示，传统TSTs的测试间一致性(83-87%)高于DSTs(73-74%)，Cohen's Kappa系数表明CITz、SIT和IGRA具有良好一致性(0.66-0.75)，而CIT和DSTs仅达中等一致(0.46-0.57)。

研究结论指出，DSTs在灵敏度和特异性间取得了理想平衡，其区分感染与接种动物(DIVA)的能力为实施BCG疫苗接种计划创造了条件。年龄依赖性分析首次为诊断无反应性提供了量化证据，但测试间变异模式表明环境分枝杆菌暴露可能也是重要影响因素。值得注意的是，由于研究人群bTB高流行，设计对评估DSTs特异性效能不足，未来需要在无病群体中验证。

这项研究具有多重重要意义：首先，为bTB诊断提供了性能优化的新选择，DSTs兼具CIT和SIT的优点；其次，年龄依赖性效应的发现提示需要针对不同年龄牛优化测试策略；最后，建立的扩展Walter-Hui模型为慢性传染病诊断评估提供了新方法学范式。研究成果将直接影响全球bTB防控策略，特别是在考虑引入BCG疫苗的国家。未来研究应聚焦提高DSTs灵敏度、开发新型分子定义结核菌素，以及在无病群体中进行大规模验证试验。