德国医院监测中残余血清SARS-CoV-2 N抗原检测的评估

《Journal of Medical Virology》：Assessment of Residual-Serum SARS-CoV-2-N-Antigen Testing for Hospital Surveillance in Germany

　　

医院常规SARS-CoV-2监测对于预防院内传播至关重要，尤其是在老年和多病共患患者中。虽然RT-PCR检测敏感，但资源密集，而快速抗原检测缺乏敏感性。本研究评估了在Omicron流行期间，血清N抗原ELISA检测住院患者活动性SARS-CoV-2感染的诊断性能和实用性。在德国一家三级医疗大学医院进行了一项前瞻性、非干预性诊断准确性研究，时间从2023年1月6日至2月8日。研究人员使用商业ELISA检测残余血清样本中的N抗原，并与呼吸道拭子的RT-PCR结果进行比较。在样本和患者水平计算诊断延迟、敏感性、特异性和预测值。在2030名住院患者（12,558个患者日）中，610名接受了ELISA筛查。敏感性和特异性分别为60.6%和99.9%，对于≥10⁴基因组当量/mL的样本，敏感性提高到89.6%，特异性为99.9%。早期感染显示出更高的敏感性（78.6%），而晚期感染为25.5%。在配对同队列仅PCR情景中，联合PCR加可用血清N抗原工作流程将未知风险时间减少了243个患者日，相当于每100个队列患者日减少1.94个未知风险日（95% bootstrap CI, 1.38–2.57）。残余血清SARS-CoV-2 N抗原检测具有高特异性和早期敏感性，无需额外采样即可补充基于PCR的医院监测。这种方法可能提高常规住院护理中意外感染的检测效率。

**研究背景与问题**
新型冠状病毒肺炎（COVID-19）是由严重急性呼吸综合征冠状病毒2型（SARS-CoV-2）引起的疾病，在医院环境中对老年、多病共患或免疫功能低下患者构成严重威胁。及时检测住院患者中的SARS-CoV-2对启动适当治疗、预防院内传播和保护医护人员至关重要。当前主要诊断策略依赖于实时逆转录聚合酶链反应（RT-PCR）检测鼻咽或口咽拭子，但该方法资源密集，且快速抗原检测（RAT）敏感性不足。随着Omicron变异株流行，许多感染者无症状或症状不典型，增加未被识别的传播风险。血清N蛋白（核衣壳蛋白）抗原检测（antigenemia）作为替代工具，可反映活动性病毒复制，并与病毒载量和疾病严重程度相关，且能在感染早期出现。然而，其在常规住院监测中的诊断性能和实用性仍缺乏系统评估。为此，研究人员在德国一家三级医院开展了一项前瞻性诊断准确性研究，旨在评估血清N抗原ELISA作为RT-PCR的补充工具，用于住院患者监测的可行性和效果。该研究论文发表在《Journal of Medical Virology》。

**研究方法**
研究人员采用前瞻性、非干预性诊断准确性研究设计，在德国波鸿鲁尔大学附属医院（500床位）进行，观察期34天（2023年1月6日至2月8日）。纳入所有至少有一份残余血清样本的成年住院患者（共2030例，贡献12,558个患者日）。关键方法包括：使用商业ELISA试剂盒（ScheBo? SARS-CoV-2 Antigen ELISA）检测残余血清中的N抗原浓度，以≥2.97 pg/mL为阳性阈值；以同期呼吸道拭子RT-PCR（Cobas 6800平台，Ct≤40为阳性）作为参考标准；在样本水平和患者水平计算敏感性、特异性、阳性预测值（PPV）、阴性预测值（NPV）及似然比；通过配对同队列分析评估联合工作流程对未知风险天数的减少量（未知风险天定义为患者住院期间无任何SARS-CoV-2检测结果可用的天数）；采用Bootstrap法计算95%置信区间。

**研究结果**
**3.1 患者特征**：2030名住院患者中，中位住院时间5天（IQR 3–10），住院期间PCR阳性患者死亡率为15.3%（9/59），显著高于PCR阴性患者的3.9%（76/1,971）（风险比3.96，95% CI 2.08–7.51）。残余血清样本来自1,884例患者，其中610例随机接受ELISA筛查。

**3.2 筛查覆盖率和诊断延迟**：联合工作流程（PCR+ELISA）下，总体未知风险天数为3,189天（25.4/100患者日）。在配对同队列仅PCR情景中，未知风险天数为3,432天（27.3/100患者日），表明血清N抗原检测使未知风险时间减少243个患者日（每100患者日减少1.94天，95% bootstrap CI 1.38–2.57）。在566例接受双检测的患者中，53例的首次阳性结果来自ELISA（解决了126个未知风险日），表明ELISA可提供更早的风险分类。

**3.3 ELISA诊断性能**：在样本水平（801对样本），ELISA敏感性为60.6%（95% CI 50.28–70.28），特异性为99.86%（95% CI 99.21–100），PPV为98.36%，NPV为94.73%。在患者水平（566例），敏感性降至29.31%（95% CI 18.09–42.73），特异性为99.8%（95% CI 98.91–100），PPV为94.44%，NPV为92.52%。表明ELISA具有极佳的规则入能力，但规则出能力有限。限于病毒载量≥10⁴基因组当量/mL（GE/mL）的样本时，敏感性升至89.6%（95% CI 79.7–95.7），特异性为99.9%（95% CI 99.2–100）。

**3.4 检测阳性病例**：在99例PCR阳性且平行ELISA检测的样本中，60例（60.6%）ELISA阳性，39例假阴性中32例病毒载量≤10⁴ GE/mL，与ELISA定量下限（LoQ）一致。在患者水平，58例PCR阳性且接受ELISA的患者中，17例（29.3%）至少一次ELISA阳性。

**3.5 血清N抗原可检测性与病毒载量**：血清N抗原阳性率随病毒载量增加而升高。在RT-PCR阳性样本中，每增加1 log₁₀ GE/mL，血清N抗原阳性优势比（OR）为5.77（95% bootstrap CI 3.60–18.43，p<0.001）。然而，在抗原阳性且具数值浓度的样本中，定量浓度与病毒载量相关性较弱（Spearman rho=0.23，p=0.076）。ROC分析显示，对于RT-PCR阳性、病毒载量≥10⁴ GE/mL和≥10⁵ GE/mL，AUC分别为0.803、0.889和0.936。

**3.6 阶段依赖性检测**：根据病毒载量变化轨迹将感染分为早期/峰值和晚期。在早期/峰值阶段，ELISA敏感性为78.6%（95% CI 63.2–89.7），而晚期阶段仅为25.5%（95% CI 17.5–39.9），特异性均为100%。早期/峰值阶段阳性率显著高于晚期（OR 10.73，95% CI 4.55–25.27，p<0.00001），表明抗原血症主要局限于感染早期和高复制阶段。

**讨论与结论**
讨论部分指出，血清SARS-CoV-2 N抗原ELISA可大规模实施，具有高特异性和良好操作可行性。虽然总体敏感性低于RT-PCR（尤其患者水平），但该检测在感染早期/峰值阶段具有高敏感性，可有效识别活动性感染，且通过使用残余血清无需额外采样，简化了工作流程。与PCR相比，联合工作流程减少了未知风险天数，有助于及时风险分类。值得注意的是，抗原血症的短暂性意味着阴性结果不能排除感染，尤其在血清转化后（抗体中和导致抗原浓度下降）。Omicron感染在已接种疫苗或既往感染患者中病毒载量较低，也降低了检测率。此外，持续抗原血症与不良结局相关，提示可能用于风险分层。从实践角度看，血清检测可自动化批量处理，适合资源有限环境。结论部分翻译：本研究提供了来自常规住院护理环境的证据，表明血清核衣壳抗原ELISA尽管敏感性有限，但具有高特异性、实际可行性，并为医院监测带来潜在的工作流程益处。随着COVID-19变得地方性流行并伴有不可预测的季节性激增，广泛的PCR筛查可能不再可持续。残余血清抗原检测为PCR提供了一种经济有效的补充，优先识别感染早期/高复制阶段的患者，同时排除大多数恢复期、低风险病例。除了SARS-CoV-2，这种方法还展示了现有医院实验室工作流程如何支持新兴病原体的可扩展住院监测。