寄生虫感染的生物分析检测：免疫测定与基于生物传感器的诊断技术进展

《Analytical Biochemistry》：Bioanalytical Detection of Parasitic Infections: Advances in Immunological Assays and Biosensor-Based Diagnostics

　　

**寄生虫病诊断的免疫学方法回顾**
- 回顾用于寄生虫病诊断的免疫学方法。
- 比较新兴生物传感器与传统诊断检测法。
- 重点介绍核酸、电化学及适配体生物传感器。
- 讨论各项技术的优势、局限性及诊断性能。
- 概述即时检测寄生虫病的未来方向。

**引言**
寄生虫病是全球最重要的公共卫生问题之一，由肠道蠕虫和原虫寄生虫引起，在发达国家尤为突出。例如，全球约有35亿人感染寄生虫，导致各种疾病结局。寄生虫病与驱动这些疾病流行率和发病率的地理、社会和经济因素密切相关[1]。这些疾病的负担与地理、社会和经济因素密切相关，这些因素推动着它们的流行和发病，且对低收入和中等收入国家的人群影响尤为严重[2]。

在这些寄生虫中，最突出的病理疾病包括疟疾、利什曼病、恰加斯病（美洲锥虫病）和血吸虫病[3]。血吸虫病由血吸虫属（腹吸虫）引起的，全球感染人数超过2.4亿，估计在74个流行国的7亿人受到影响[6], [7], [8], [9], [10]。根据世界卫生组织2023年的数据，39个国家约有6.75亿人感染，需要预防性化疗以阻止其传播。淋巴丝虫病的全球基线估计显示，有2500万名男性患有鞘膜积液，超过1500万人患有淋巴水肿。至少3600万人仍伴有这些慢性疾病表现[11]。

这些寄生虫感染普遍存在，需要快速的流行病学工具来加以了解。分子流行病学，特别是分子生物学技术，使科学家能够揭示疾病决定因素、定义寄生虫的遗传构成并确定传播模式。这些创新为新诊断方法奠定了基础。基于分子生物学的技术使科学界能够识别疾病决定因素和致病寄生虫的遗传结构，后者每年导致数百万人死亡。传统方法存在不足，包括多步骤分析、耗时长、需要昂贵设备和熟练人员操作，且在应用场景中受限。因此，一些诊断方法和传感器紧凑、快速、简便、低成本且适用于现场[12]。在过去20年里，许多新的诊断技术和检测系统被开发出来，避免了旧方法的缺点。这些传感器和诊断系统更灵敏、成本更低、更可靠且更易于使用，并能够实现多物种分析和改进记录管理[13], [14], [15]。

在这方面，生物传感器是检测临床重要分析物的有前景的方法，因其具有高灵敏度和选择性[16], [17]。随着分子生物学的出现，在不同样品基质中准确快速地检测和量化寄生虫成为可能。在寄生虫诊断文献中，一个关键差距是很少有综述系统地关联寄生虫群体和诊断平台之间的敏感度、特异性和综合性能指标[18], [19]。为解决这一差距，本综述系统评估了基于免疫学和生物传感器的检测技术，批判性地审视了其诊断性能，并概述了诊断的临床证据，以及即时检测（POC）应用的未来方向。通过将常规数据整合到单一比较框架中并分解敏感度和特异性设置，本综述既作为参考也作为战略指南。这对于寻求跨学科可迁移性的研究者尤为相关，在一种寄生虫学背景下获得的见解可以有意义地应用于另一种并加以改进。

**章节摘要**

**基于免疫学的寄生虫感染检测方法**
基于免疫学的诊断方法相较于传统寄生虫学方法具有显著优势，包括更高的精确性、时效性、灵敏度以及检测低感染强度寄生虫的能力。免疫学诊断的进展使得开发劳动强度较低的快速检测成为可能，这在流行社区和即时检测设施中均具有重要价值[20]。血清学检测对于疾病监测尤其宝贵。

**生物传感器：原理与组成**
传统免疫学和寄生虫学诊断检测法的不足，如多步骤操作、长分析时间、昂贵设备和复杂方案，促成了生物传感器技术作为潜在诊断平台的开发。第一个生物传感器是由Clark和Lyons（1962年）发明的电化学血糖检测设备，基于固定化葡萄糖氧化酶电极[83], [84]。此后，该领域发展迅速，取得了巨大进展。

**生物传感器在医学科学早期诊断中的应用**
生物传感器已显示出彻底变革疾病诊断的潜力。它们对临床管理的影响已得到充分证实，因为特异性、灵敏度和速度对于早期诊断和治疗启动至关重要。微流控和纳米技术等技术进步，结合分子生物标志物发现，应能提高其诊断效率[104]。实际上，基于核酸的生物传感器在检测和诊断各种疾病方面前景广阔。

**用于检测寄生虫感染的生物传感器：原理与技术基础**
基于核酸的生物传感器通过Watson-Crick碱基配对实现高特异性，以识别寄生虫特异性的DNA或RNA序列。DNA生物传感器常用于诊断实验室设置中。在迄今为止开发的众多传感设备中，电化学DNA生物传感器因其高灵敏度和快速响应而受到最多关注。此外，电化学方法可以被简化和精简，以便使用低成本电子设备进行核酸分析。

**用于原虫寄生虫检测的核酸生物传感器**
已报道了多种电化学生物传感器用于检测寄生虫感染期间的核酸生物标志物，如图3所示。目前，关于基于核酸的生物传感器用于诊断寄生虫感染的研究主要集中在原虫感染上。在疟疾诊断方面，Lee及其同事鉴定了选择性结合恶性疟原虫乳酸脱氢酶（PfLDH）——疟疾的关键生物标志物——的DNA适配体，并设计了电化学阻抗传感器。

**蠕虫生物传感器开发的挑战与现状**
基于核酸生物传感器的方法用于检测蠕虫寄生虫的报道尚不充分，构成了该领域的一个关键差距。蠕虫诊断中特有的问题包括：（1）高度复杂的多阶段生活史及其不同的抗原谱；（2）已表征的可用于生物传感器设计的分子靶标非常有限；（3）可获取的临床样本中寄生虫DNA/RNA浓度极低；（4）蠕虫基因复杂性极高。

**生物传感器用于寄生虫诊断的优势与局限**
生物传感器代表了一类用于检测寄生虫的革命性设备，多项 compelling 论据支持其相对于传统免疫学技术的使用。其主要优势在于生物传感器能够提供近乎实时的交互数据，可用于快速临床决策并支持流行病学监测[149]。其中包括电化学生物传感器，它们提供强信号放大和目标特异性检测。

**未来方向**
下一代寄生虫病诊断将汇集纳米技术、微流控、分子生物学和数据科学。关键研究意义在于：已鉴定和确认新型生物标志物，为更好的生物传感器设计奠定了基础。具体而言，循环游离DNA、细胞外囊泡和微小RNA是寄生虫的有前景的诊断标志物。灵敏的电化学基因传感器将不需要采集血浆或尿液样本。

**结论**
寄生虫病的负担仍然巨大，尤其是在诊断基础设施有限的资源匮乏环境中。传统方法已充分确立并广泛使用，但因复杂性和成本而在现场应用方面受限。免疫学技术，主要是酶联免疫吸附试验（ELISA）和间接荧光抗体试验（IFAT），大大提高了许多蠕虫和原虫感染的诊断灵敏度和特异性；然而，它们仍需要实验室基础设施和受过训练的人员。

**CRediT作者贡献声明**
Abdur Rahim：写作–审阅与编辑、项目管理、概念构思。
Akhtar Hayat：写作–审阅与编辑、项目管理、正式分析、数据整理。
Essam R. I. Mahmoud：写作–审阅与编辑、项目管理、资金获取、数据整理。
Abdulwahab Abuderman：写作–审阅与编辑、软件、资源、资金获取。
Khalaf F. Alsharif：写作–审阅与编辑、资金获取、数据整理。
Ibrahim F. Halawani：写作–审阅与编辑。

**利益冲突声明**
作者声明不存在可能影响本文所述工作的已知财务利益冲突或个人关系。

**出版同意书**
不适用。

**伦理批准**
作者已阅读并遵守期刊对投稿稿件的伦理标准。

**数据可用性声明**
本综述未产生新数据。

**资助**
本研究由中国山东省济南山东协和学院高层次人才科研启动基金（SDXHQD2026026）及沙特阿拉伯麦地那伊斯兰大学科研院资助。

**利益冲突声明（补充）**
? 作者声明以下财务利益/个人关系可被视为潜在利益冲突：Abdur Rahim博士报告其曾接受COMSATS University Islamabad提供的支持。Abdur Rahim博士报告与巴基斯坦伊斯兰堡COMSATS University存在关系，包括：雇佣关系。NA 如有其他作者，他们声明不存在可能影响本文工作的已知财务利益冲突或个人关系。

**致谢：**
在本文准备过程中，作者使用ChatGPT-5.2润色语言；没有科学内容、性能数值、结论或参考文献由AI生成，所有作者均审阅了文本，按需编辑了输出，并对本文发表的全部内容承担全部责任。作者还感谢沙特阿拉伯麦地那伊斯兰大学科研院资助本研究。

Abdul Qadeer | Safia Arbab | Hanif Ullah | Khalid J. Alzahrani | Ibrahim F. Halawani | Khalaf F. Alsharif | Abdulwahab Abuderman | Essam R.I. Mahmoud | Akhtar Hayat | Abdur Rahim | Christie M. Sayes