重归正常生活的“免疫通行证”？一文看懂血清学检测

随着世界上越来越多的国家和地区将重启社会经济、恢复人们日常生活提到日程上来，针对新冠病毒疾病（COVID-19）的血清学检测（serological test）成为人们关注的焦点之一。这种检测能够帮助发现曾经受过新冠病毒感染的人群，而受过感染的人群可能对新冠病毒已经产生免疫力。发现产生免疫力的人群正在成为多个国家“复工复学”计划的一部分。那么，血清学检测结果能够成为让人们重归正常生活的“免疫通行证”么？今天，药明康德内容团队将结合公开资料，回答与血清学检测相关的几大问题。

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药明康德内容团队制图

什么是血清学检测？

血清学检测是检验血液中针对特定病原体的抗体的检测方法。当病原体侵入人体后，人体的免疫系统会对入侵的病原体产生免疫反应。其中的一个方面是人体中的B淋巴细胞会产生针对病原体的特异性抗体。这些抗体主要分为两大类，一类为IgM抗体，在病原体入侵后较早时间达到峰值（1周左右），随后会逐渐下降。另一类为IgG抗体，这类抗体水平在病原体入侵后较晚才达到峰值（4周左右），但是可能在人体中存在几个月至几年的时间。血清学检测主要是通过不同手段来检测血液中的IgM和IgG抗体的存在和水平高低。

血清学检测为什么重要？

在COVID-19疫情爆发之后，大家最初经常听到的检测手段是核酸检测，那么既然有了核酸检测，为什么还需要开发和使用血清学检测？它们又有什么不同？

核酸检测检查的是患者样本中是否有新冠病毒的核酸序列存在，它的优点是灵敏度高，但是也有一定的缺陷。通常它需要将样本运送到特定的实验室中进行检测，一来一回可能需要1天的时间。而且，对于曾经受到新冠病毒感染，然后康复的患者来说，体内的新冠病毒已经被清除，使用核酸检测不再能够检测到新冠病毒核酸序列的存在。而这些康复的患者的血液中通常会存在针对新冠病毒的抗体。因此，血清学检测可以找出这些患者，他们可能因为症状轻微或者没有症状，自己并不知道曾经受到过新冠病毒的感染。

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图片来源：123RF

血清学检测对学术研究、疗法和疫苗开发，以及公共卫生政策都有重要的影响。

对于流行病学研究来说，知道广大人口中到底有多少人受到新冠病毒感染非常重要，而血清学检测能够帮助给出这个问题的答案。

而在血浆疗法和疫苗开发方面，血清学检测对评估疗法和疫苗的有效性都很重要。血浆疗法是获取受到新冠病毒感染，并且康复的患者的血浆作为疗法，其潜在的假设是康复患者的血浆中存在着针对新冠病毒的中和性抗体。血清学检测能够确认康复者血浆中的抗体水平和活性，从而评估和预测血浆疗法的有效性。

在疫苗开发过程中，血清学检测则被用来检验候选疫苗的免疫原性（疫苗激发免疫反应的水平）。使用血清学检测结果来筛选候选疫苗是疫苗开发过程中的重要步骤。

如同本文开头所说，血清学检测现在是多个国家和地区制定公共卫生政策，恢复社会经济和人们正常生活的一部分。发现对新冠病毒产生免疫力的人群将有利于让这些人群早日复工复学，回归正常生活。

血清学检测有哪几种类型？

目前在开发和已经上市的血清学检测主要有三种类型：分别为快速诊断检测（rapid diagnostic test, RDT），酶联免疫吸附测定（ELISA），和中和检测（neutralization assay）。

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快速诊断检测通常为测流检测，它们通常检测从扎手指获得的血液样本、唾液、或者鼻拭子样本。这种检测便携而且速度快，可以在病床边使用，然而它们通常只能给出定性结果，即样本中是否存在抗体。这一检测与常见的怀孕检测很相似，如果样本中存在抗体，在检测棒上的相应位置上会出现有颜色的线。

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▲快速诊断检测机理示意图（图片来源：参考资料[4]）

ELISA检测通常为基于实验室的检测，它们可以给出定性结果，也可以给出定量结果。这些检测将病毒中的抗原蛋白固定在96孔测试板上，然后加入患者的样本（血液、血浆、或者血清）。样本中的抗体会与固定在测试板上的抗原结合，然后抗体-抗原复合物能够被另外一种抗体通过显色或荧光反应检测出来。

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▲ELISA检测机理示意图（图片来源：参考资料[4]）

中和检测是在实验室环境下检验患者体内的抗体能否防止病毒感染细胞的检测。中和检测能够告诉研究人员患者体内的抗体对病毒的活性和效力如何。这种检测依靠细胞培养手段，将病毒和细胞培养在一起，同时加入不同浓度的患者血清。这一检测能够发现患者血清中的抗体达到什么水平才能够阻止病毒的繁殖。

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▲中和检测机理示意图（图片来源：参考资料[4]）

血清学检测的缺陷和挑战？

近来，关于新冠病毒的血清学检测新闻可谓层出不穷。FDA官方网站列表上就列举了超过100种血清学检测。而使用血清学检测对大众进行筛查的研究结果也开始出现在科学期刊和新闻报道中。那么，血清学检测准确么？我们应该怎么理解血清学检测的结果。

提到血清学检测的准确性就需要了解检测的两个相关指数——灵敏度（sensitivity）和特异性（specificity）。

灵敏度指的是实际为阳性的样本中，检测判断为阳性的样本比例，例如真正存在新冠病毒抗体的样本中，被检测出含有抗体的样本的百分比。它的计算公式为：真阳性样本数/（真阳性+假阴性）样本数。

特异性指的是实际为阴性的样本中，检测判断为阴性的样本比例。它的计算公式为真阴性样本数/（真阴性+假阳性）样本数。

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▲灵敏度和特异性概念示意图（图片来源：FeanDoe / CC BY-SA，https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0）

如果想要使用血清学检测对广大人群进行筛查，那么这两个指标就非常重要，特别是如果人群中受到新冠病毒感染人数占比不高，假阳性结果可能极大地影响检测结果。

举个例子：假设1000个人中有50个人曾经受到新冠病毒感染，身体中携带着针对新冠病毒的抗体（真阳性），计算出的新冠病毒感染率为5%。如果我们用一个灵敏度和特异性都为90%的血清学检测对这一人群进行检测，会得到什么结果？

由于检测的灵敏度为90%，那么50个真阳性患者中只能检测到45名患者，而由于特异性为90%，950名没有受到新冠病毒感染的人中会有95人被检测出阳性。如果不加修正，用这一检测检查出的患病率为（95+45）/1000 = 14%，远高于真正的5%。

而如果真实患病率为1%时，检测结果的差距将更为悬殊，使用这一检测，1000人中将检测出（990 X 0.1）+（10 X 0.9）= 108名患者，患病率为10.8%。使用它进行筛查时，大约每10个阳性结果中才有1个是真正的阳性。

因此，使用血清学检测对广大群众进行筛查时，提高血清学检测的灵敏度和特异性非常重要。上周的药明康德“齐心同力”论坛上，英国BioIndustry Association首席执行官Steve Bates先生指出，英国对旨在用于大众筛查的血清学检测进行了评估，并且定下了灵敏度和特异性都需要高于98%的标准。可惜的是还没有一项检测能够达到这一标准。这也体现了开发一款准确的血清学检测的难度。

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此外，血清学检测的结果能否与对新冠病毒的免疫力划等号仍然是一个有待证实的问题。康复患者的体内抗体水平如果过低，可能并不能防治他们再度被新冠病毒感染。而从另一方面来看，人体对病毒的免疫反应并不只限于B细胞生成抗体的免疫反应。T细胞也会对新冠病毒产生免疫反应并且起到清除病毒的作用。因此，血清学检测呈阴性，并不能确认这个人对新冠病毒没有产生免疫力。

如梅奥诊所实验室总裁William Morice博士在药明康德“齐心同力”线上论坛中所说，对于血清学检测来说，需要和分子测试结合起来进行研究，进一步了解病毒和宿主之间的相互作用，才能得出更有力的结论。

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图片来源：123RF

如何改善血清学检测？

鉴于目前市场上有多种不同的血清学检测，而且它们的表现良莠不齐，上周，FDA发表声明，将与美国国立卫生研究院（NIH）的国家癌症研究所（NCI）和国家过敏与传染病研究所（NIAID），以及美国疾病控制和预防中心（CDC）合作，建立NIH评估血清学检测开发商提供的产品的能力。从中筛选出表现优秀的检测，以帮助FDA的健康建议和决策。

世界卫生组织（WHO）也与合作伙伴一起，利用全球性的实验室网络评估不同的血清学检测。截至4月中，WHO的合作伙伴创新诊断基金会（Foundation for Innovating Diagnostics, FIND）已经选出5款基于抗原的快速诊断检测，27款基于抗体的血清学快速诊断检测，和7款血清学ELISA检测，并将对这些检测进行第三方的严格评估，评估结果将在FIND官方网站上公布。

同时，世界各地的研究人员都在密切关注COVID-19康复患者的健康状况，观察他们是否会再次被新冠病毒感染。这将提供康复者体内的抗体水平能否防止进一步病毒感染的线索。

我们期待随着血清学测试本身准确性的不断提高以及血清学检测在广大人群中的进一步普及，它们能够在流行病学研究、疗法/疫苗开发、以及指引公共卫生政策方面发挥出应有的威力，早日帮助控制COVID-19疫情扩散，让人们回归正常生活。

参考资料：
[1] Advice on the use of point-of-care immunodiagnostic tests for COVID-19. Retrieved April 20, 2020, from https://www.who.int/news-room/commentaries/detail/advice-on-the-use-of-point-of-care-immunodiagnostic-tests-for-covid-19#.Xo_1jdsCuUE.twitter
[2] The Promise and Peril of Antibody Testing for COVID-19. Retrieved April 20, 2020, from https://jamanetwork.com/journals/jama/fullarticle/2764954
[3] Everything we know about coronavirus immunity and antibodies — and plenty we still don’t. Retrieved April 20, 2020, from https://www.statnews.com/2020/04/20/everything-we-know-about-coronavirus-immunity-and-antibodies-and-plenty-we-still-dont/
[4] Serology-based tests for COVID-19. Retrieved April 20, 2020, from https://www.centerforhealthsecurity.org/resources/COVID-19/serology/Serology-based-tests-for-COVID-19.html
[5] Coronavirus (COVID-19) Update: Serological Test Validation and Education Efforts. Retrieved April 20, 2020, from https://www.fda.gov/news-events/press-announcements/coronavirus-covid-19-update-serological-test-validation-and-education-efforts