《Frontiers in Microbiology》：Urine-based diagnostic tests for tuberculosis: a scoping review highlighting unmet diagnostic needs
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引言：目前结核病（TB）的诊断依赖于痰液或特定部位标本的采集，这在某些人群中存在关键的局限性。尿液已被证明是一种替代性样本，尿液中脂阿拉伯甘露聚糖（LAM）检测就证明了这一点。除了LAM，目前尚无基于尿液的检测方法在临床上成熟应用，非LAM尿液抗原检测和基于尿
引言：目前结核病（TB）的诊断依赖于痰液或特定部位标本的采集，这在某些人群中存在关键的局限性。尿液已被证明是一种替代性样本，尿液中脂阿拉伯甘露聚糖（LAM）检测就证明了这一点。除了LAM，目前尚无基于尿液的检测方法在临床上成熟应用，非LAM尿液抗原检测和基于尿液的核酸扩增技术（NAATs）的证据仍然缺乏系统性的整合。这项范围综述旨在全面梳理当前证据，并找出基于尿液的结核病诊断检测中的不足。
方法：我们在三个数据库（PubMed、Scopus和Embase）中进行了一项范围综述，纳入了评估基于尿液的TB诊断检测并报告了诊断性能指标的研究。我们提取了关于尿液检测类型、国家、结核病类型、研究人群和HIV状态的数据。研究结果通过描述性总结和可视化来展示趋势。我们还提取了基于尿液的NAATs技术和尿液浓缩方法的技术方案。
结果：总共纳入了1995年至2024年间发表的208篇报告了274项基于尿液的检测的研究。大多数研究在高负担国家进行，重点关注肺结核（44.7%）、成年人群（62.5%）和HIV感染者（31.3%）。基于LAM的检测在文献中占主导地位，占所有检测的49.3%（n = 135），主要为侧向流动层析形式。非LAM尿液抗原检测评估较少（n = 26），通常在小型队列和基于实验室的检测中进行。基于尿液的NAATs在技术方案上显示出广泛的差异性。只有少数研究（n = 10）评估了尿液浓缩方法。
结论：尽管存在巨大的未满足需求，但针对肺外结核、儿童和非HIV感染者的基于尿液的TB诊断检测证据仍然有限。尽管尿液LAM是应用最成熟的检测方法，但对非LAM尿液抗原检测和基于尿液的NAATs的评估仍处于探索性阶段，具有研究数量少、队列规模小以及主要基于实验室检测的特点。需要进一步的研究来识别和验证可靠、广泛适用的基于尿液的诊断检测，以应对这些不足。
论文主体部分内容总结
引言
结核病（TB）的快速、准确诊断对于及时治疗、改善预后和减少传播至关重要。然而，当前诊断工具存在局限性。传统的诊断主要依赖痰液标本，但对于难以获取或痰液不足的患者（如HIV感染者、儿童、危重患者）以及肺外结核（EPTB）患者而言，痰液诊断面临挑战，获取部位特异性标本（如脑脊液、胸膜液、活检组织）往往是侵入性且难以获得的。因此，基于非部位特异性标本（特别是尿液）的诊断方法应运而生。尿液样本采集简便、安全，尤其适用于无法产生痰液的患者。目前，大部分研究集中于检测结核分枝杆菌（MTB）细胞壁成分——脂阿拉伯甘露聚糖（LAM）的基于尿液的侧向流动层析检测（LFA）。尽管世界卫生组织（WHO）已推荐对HIV感染者进行尿液LAM检测，但其诊断效用主要限于严重免疫抑制人群，且特异性问题也限制了其应用。除LAM外，尿液还含有循环微生物成分，例如被称为经肾DNA（trDNA）的短片段无细胞DNA，这或许具有更高的特异性和更广泛的诊断潜力。然而，尽管前景广阔，基于尿液的TB诊断检测仍未得到充分利用，其临床价值有待进一步研究。此前大多数综述主要聚焦于尿液LAM检测和用于泌尿生殖系统结核（UGTB）的基于尿液的NAATs（主要是Xpert MTB/RIF）。由于UGTB（存在完整菌体）与非UGTB（目标物为过滤进入尿液的抗原或trDNA）的生物学基础不同，现有综述对更广泛的基于尿液的诊断检测领域关注不足，尤其是在可能显著影响检测性能的尿液预处理等技术方案方面。因此，需要进行一项范围综述来梳理当前基于尿液的TB诊断检测的现状，识别知识缺口，并指导未来研究。本综述的目标是整合不同尿液检测方法的证据，特别关注可能影响检测性能的技术方案。
方法
本研究遵循乔安娜布里格斯研究所范围综述方法学、系统综述和荟萃分析首选报告项目扩展等规范，并在开放科学框架平台前瞻性注册。综述按照相关标准进行。我们系统地检索了三个数据库（PubMed、Scopus、Embase），时间截至2024年7月。检索策略围绕“尿液”、“诊断”和“结核病”等核心词展开。研究的纳入标准基于人群-概念-背景框架，评估用于活动性TB诊断的基于尿液的检测的诊断性能。人群涵盖任何形式的TB患者，不排除UGTB。概念为以尿液作为非部位特异性标本的诊断检测。我们接受的参考标准包括微生物学确认（如培养或NAATs）或由研究者定义的复合参考标准。研究未限制年龄或合并症，但排除了评估潜伏感染的研究。尿液检测包括旨在检测MTB DNA、病原体衍生抗原（如LAM）或宿主衍生标志物的检测。我们纳入了以英文发表、至少报告一项诊断性能指标（如阳性率、灵敏度、特异性、受试者工作特征曲线下面积）的研究。我们采用了多种研究设计，但排除了不符合框架的研究、定性研究、综述、病例报告、会议摘要、非人类样本研究、样本量过小（<20）的研究等。筛选过程由多名评审员独立进行标题/摘要和全文筛选，分歧由第三方解决。数据提取采用标准化流程，并进行交叉核对。提取的数据包括研究特征、检测类型、诊断性能等。对于病原体检测（抗原和DNA），我们额外提取了用于分析的尿液体积和浓缩方法。对于基于尿液的NAATs，由于我们的概念重点是描述尿液作为非部位特异性标本时NAAT的表现，因此专门针对UGTB的研究被排除在该部分分析之外，并额外提取了样本储存条件、收集时间、预处理方法、靶基因和扩增子大小等信息。研究结果通过描述性总结和可视化（如气泡图、网络图、总结表）进行综合，以绘制基于尿液的TB诊断检测的全景图。
结果
研究筛选与特征
数据库检索共识别出6110条记录。在去除重复记录后，对3374条记录进行了标题/摘要筛选，最终有208篇出版物（报告了274项检测）符合纳入标准，被纳入最终综述。这些研究发表于1995年至2024年之间，在57个国家进行。大多数研究在非洲（52.2%）和亚洲（29.6%）进行，且主要在高TB负担国家开展。在TB类型方面，研究主要集中在肺结核（PTB，单独或与肺外结核合并），占71.1%。专门针对肺外结核（不含UGTB）的研究占9.6%，UGTB研究占7.7%。大部分研究（62.5%）针对成年人群，儿科人群研究较少（9.6%）。在研究人群中，31.3%的研究专门针对HIV感染者，28.4%的研究同时包含HIV感染者和非HIV感染者。
基于尿液的诊断检测概览
在纳入的274项检测中，71.2%发表于过去十年。基于LAM的检测是研究最频繁的，占49.3%，自2009年以来持续有文献发表。非LAM尿液抗原检测的研究明显较少，占9.5%。基于尿液的分子检测（包括NAATs、RNA扩增、杂交和测序等）是第二大类别，占24.1%。传统的检测方法（如尿培养、抗酸杆菌涂片）研究较少，且76.0%是在UGTB诊断背景下进行的。病原体衍生检测在文献中占主导地位（>90%），而基于宿主的生物标志物检测研究相对较少。
基于尿液的抗原检测
LAM检测中，最常研究的是侧向流动层析，其中Alere Determine LAM Ag 和 Fujifilm SILVAMP TB LAM 是被评估最多的。除LFA外，也有研究使用酶联免疫吸附试验、化学发光酶免疫分析等方法检测LAM。非LAM尿液抗原检测（如CFP、Ag85B、MPT64、ESAT-6）的研究则少得多，大多数队列规模较小（<100人），且没有研究报告了这些检测在即时检验（POC）形式（如侧向流动装置）中的应用，绝大多数是在实验室环境下使用免疫测定法进行的。在尿液浓缩方面，有8项研究评估了用于抗原（主要是LAM）检测的尿液浓缩方法。大多数采用基于过滤的浓缩方法，如离心超滤装置。研究表明浓缩可以提高诊断性能，例如，Savolainen等人报告使用Vivapore浓缩后，LAM检测灵敏度从0.06提高到0.54。Amin等人使用真空浓缩器实现了高达0.98的LAM检测灵敏度。Dass等人使用100 kDa截留分子量的Amicon滤器浓缩MPT51和MPT64抗原，对微生物学确诊的EPTB病例的灵敏度达到0.90。Connelly等人则将尿液浓缩与LFA形式的LAM检测结合在POC形式中进行。
基于尿液的核酸扩增技术（NAATs）
在排除了专门针对UGTB的研究后，本部分总结了23项基于尿液的DNA NAATs研究。这些研究在技术方法上存在高度可变性。尿液收集方案各异，有些研究指定了晨尿标本或连续三天收集标本以最大化分析物浓度。所有检测均在储存的尿液样本上进行。在较新的研究中，偶尔会添加乙二胺四乙酸和/或Tris-HCl等防腐剂以防止DNA降解。离心通常用于去污染或去除细胞碎片，早期研究主要分析沉淀部分，而较新的研究则使用上清液。DNA提取方法差异很大，包括经典的化学提取、商业试剂盒、磁珠捕获和硅胶基质树脂等。最近的研究中，商业试剂盒（如QIAmp DNA Mini Kit）的使用更为常见。最常靶向的基因是IS6110，扩增子大小从38 bp到大于300 bp不等。对于巢式PCR，内部扩增子大小在67至316 bp之间。有两项研究明确评估了尿液浓缩对NAATs的影响。Bordelon等人使用磁珠DNA捕获系统，未发现TB患者与非TB患者之间的DNA水平存在显著差异，但在TB阳性/HIV阳性个体中检测到更高的DNA水平。Patel等人使用了10 μm孔径的滤柱，报告的灵敏度为0.43，特异性为0.89。
基于尿液的宿主衍生生物标志物检测
与病原体衍生检测相比，基于宿主的生物标志物检测研究较少，占10%，且主要出现在近年。这些研究采用酶联免疫吸附试验、多重免疫分析、核磁共振和质谱等平台来识别不同的生物标志物。蛋白质组学研究通常评估免疫介质，如干扰素-γ诱导蛋白10和新蝶呤，这些标志物在肺结核患者中相对于健康对照持续升高。多项生物标志物的组合被评估以提高灵敏度。代谢组学和脂质组学分析识别出以氨基酸和能量代谢失调为特征的独特指纹图谱。此外，比色传感器阵列检测尿液中的宿主衍生挥发性有机化合物特征，能够区分TB病例，尽管在HIV阳性个体中诊断性能显著降低。
讨论
研究趋势概述
过去十年间，基于尿液的TB诊断研究出版物稳步增长，这反映出人们日益认识到尿液作为一种实用、无创标本的价值。尽管有所扩展，但文献中仍存在关键缺口：相对于肺外结核，肺结核研究更多；与成年人相比，针对儿童的研究较少；针对非HIV感染者的研究也有限。这凸显了最需要广泛适用、无创TB诊断的人群与文献中最常代表的人群之间存在不匹配。
基于尿液的抗原检测
LAM检测，特别是侧向流动层析形式，是文献中最常被引用的，这反映了其即时检验的便捷性、商业可及性以及在HIV相关结核中的有力证据。相比之下，对非LAM尿液抗原的研究仍然稀少，且大多局限于使用实验室检测（如酶联免疫吸附试验）的小规模研究，即时检验形式几乎缺失。这些发现表明，非LAM尿液抗原目前仍处于概念验证评估阶段。用于抗原检测（尤其是LAM）的尿液浓缩方法已被探索，研究表明浓缩可改善诊断性能，但浓缩机制、截留分子量和输入尿液体积等因素是关键影响因素。由于存在发表偏倚，阴性或不确定结果的研究可能未被发表，这可能限制了对该领域全面结论的获取。
基于尿液的核酸扩增技术（NAATs）
基于尿液的NAATs构成了基于尿液的诊断文献的重要组成部分。尿液核酸检测在UGTB（可检测完整菌体DNA）和非UGTB疾病（需检测经肾的无细胞DNA）之间存在根本差异。大多数针对非UGTB的DNA检测旨在检测经肾DNA。对经肾DNA生物学特性的理解（即其为可溶性片段，主要存在于上清液中）对方法学有重要影响。为了提高经肾DNA回收率，采用了多种方法，包括使用离液剂、固相捕获系统和序列特异性富集策略。IS6110因其在MTB基因组中的多拷贝性质而被广泛用作诊断靶标。近期研究中使用超短扩增子的趋势与经肾DNA的片段化性质相符。总体而言，基于尿液的NAATs在技术方法上表现出显著的异质性，这为直接比较诊断准确性带来了困难。关于尿液浓缩策略的证据有限，且发现存在异质性，表明其性能可能受宿主因素影响。针对经肾DNA的检测与旨在回收完整杆菌的检测（如大体积离心用于Xpert MTB/RIF）所需的浓缩策略不同，强调了方法需与生物学靶标相匹配。
基于尿液的宿主衍生生物标志物检测
关于基于尿液的宿主生物标志物检测的研究仍然有限且处于探索阶段。大多数研究采用了最初在血液中识别的候选生物标志物，而非专门针对尿液发现和优化的标志物。这些生物标志物反映了由TB引起的全身性免疫和代谢扰动，但缺乏疾病特异性，并且可能与TB流行地区的其他感染或炎症状况重叠。HIV合并感染会进一步改变宿主特征，使解读复杂化。尽管目前研究存在规模和异质性方面的局限，但这些方法可能作为有前景的辅助工具，需要更大规模和更多样化队列的进一步研究来确立其诊断效用。
优势与局限性
本范围综述的一个关键优势是全面梳理了近三十年来基于尿液的TB诊断研究。尽管由于显著的异质性，我们未进行定量综合，但这使我们能够聚焦于诊断性能之外的关键技术方案，例如尿液预处理程序。本研究的局限性包括：排除了非常小的队列和基于加标实验的纯分析性研究，这可能遗漏一些早期诊断创新；快速发展的领域（如CRISPR检测、新一代测序）可能代表不足；发表偏倚是现有证据的主要局限，可能高估了成功方法。
结论
总而言之，LAM作为基于尿液的TB诊断检测已被广泛研究。除LAM外，过去十年间，对非LAM尿液抗原和基于尿液的NAATs的研究有所扩展，展示了概念验证的诊断潜力；然而，这些研究仍受限于数量少、队列规模小以及以实验室评估为主的特点。在非LAM尿液检测研究中观察到的技术方案的多样性反映了一个探索性的研究格局，表明尚无成熟可靠的、广泛适用的LAM以外的尿液诊断检测方法。虽然尿液浓缩方法可能提高检测产量，但由于缺乏系统的、头对头的浓缩与未浓缩尿液的比较研究，关于浓缩方法增量价值的明确结论有限。总体而言，需要在这些领域（即非LAM尿液抗原、基于尿液的NAATs和尿液浓缩方法）进行进一步研究，以识别和验证可靠的基于尿液的TB诊断检测。基于尿液的诊断代表了一种有前景但尚未充分利用的TB诊断途径。这些发现共同强调了将未来基于尿液的诊断开发与世界卫生组织的目标产品特征和高负担环境下的实施重点保持一致的重要性。
