技术角度分析武汉全员新冠病毒核酸筛查可行性

作者：荧光定量PCR仪   发布时间：2020-05-25

    5月11日，武汉市新冠肺炎疫情防控指挥部涉疫大数据与流行病学调查组下发《关于开展全市新冠病毒核酸筛查的紧急通知》(下称“紧急通知”)，其中通知武汉各区新冠肺炎疫情防控指挥部：经研究决定，在武汉全市范围内开展全员新冠病毒核酸筛查“十天大会战”。各区按10天期限，做好本辖区全员核酸筛查计划安排。

    想法很好，但是可行性高吗？暂且不说费用、动员能力，就武汉目前的核酸检测能力而言，几乎不可能在10天完成千万人次的核酸检测！

    一、现有的检测能力

    4月19日，武汉市人民政府副市长李强表示，武汉市现有53家核酸检测技术机构，211个核酸检测点，日均检测能力4.6万人次。而湖北省有189家核酸检测实验室，3月30日以来的日均检测量达到5.4万人次，4月17日的检测量达到8.9万人次。
    

    而在2月21日左右，武汉日均核酸检测力仅为2万次，那个时候刚刚完成四类人员核酸检测的清零，封城已过4周！现在已经5月中旬，就算动员全省的检测能力，就算日均核酸检测达到20万次，也得一个多月测完1000万人，经过一个月的人员流动，这十天采样检测的意义不大。更何况，核酸检测只有50%的准确率，确切说，可能有一半的病毒携带者的检测结果为阴性！

    那么，是否可以将武汉现有核酸检测能力再提高数倍？不是没有这个可能，但是很难在10天内完成。经过三个多月的努力，湖北省4月17日的检测量达到8.9万人次。4月25日，广东省日平均核酸检测6到8万份；5月11日，北京每天检测量达到约4.8万。

    从这些数据看，全国没有一个省市可以达到每天100万次的核酸检测。今天刚刚出了一个数据：我国每天核酸检测能力为150万份！各省市都有自己的检测需求，不可能都援助武汉完成十天会战。

    二、为什么提高核酸检测能力比较难？这涉及多方面的原因。

    首先，核酸检测的原理决定了检测效率不太高。核酸检测的目的是检测病毒的基因（DNA或RNA）序列。然而，病人样本的病毒含量比较低，所以，需要通过聚合酶链式反应（PCR）对病毒的基因进行扩增放大。如此，病毒序列可以被放大成千上万倍，进而通过核酸荧光探针检测出来。如果样本中没有病毒基因序列，则不会有核酸被扩增，最终的荧光信号很弱。以上就是PCR检测病毒的大致过程。

    PCR技术发展于上个世纪80年代，1993年获得诺贝尔化学奖，现在是基因检测的主要手段，差多不也是唯一手段。所不同的是目前的PCR反应实现了批量自动化，检测效率比过去提高了很多。即便如此，相对于免疫检测技术，PCR检测速度仍然很慢。一个PCR检测需要几十轮扩增循环，即便是自动化，至少得半小时以上，还不包括采样、前处理的时间。所以，一般情况下，至少等2个小时才能获得PCR结果。

    另外一个硬伤是，PCR的检出率不到50%。由于样本的核酸含量很低、核酸的不稳定性，一些样本中的病毒基因在保存、运输、前处理过程中就降解了；而且冠状病毒是RNA病毒，比DNA更容易降解，这些原因都可能导致假阴性的结果。所以，疑似病例至少要经过两次核酸检测才能够确诊。

    前段时间，一些国外媒体报道国内的一些检测试剂的准确率低，可能真的不是因为国内厂家卖不合格的试剂。受PCR反应原理的限制，欧美国家的检测试剂的准确率也不会高到哪儿去。

    另外，要强调一点，这些检测试剂的成本是很低的，检测过程的消耗量小，规模化生产没有问题，所以，试剂盒从来不缺。检测能力提不上去，缺的是检测人员，检测设备，超规模的检测方法。

    为什么很难短期内提高核酸检测能力，这不仅仅是技术问题，还有法律，监管问题。法律规定了向公众发布检测结果必须要取得检测资质。尤其是传染病的检测，事关重大，不可能让个人自行检测，只能由具备资质的机构来检测。而核酸检测需要P2实验室，也就是二级生物安全的实验室，对于室内质评、时间质控等等都有比较高的要求。然而，此次疫情爆发以前，核酸检测实验室没有那么多，检测人员和设备也不够，甚至湖北很多小县城没有核酸检测机构。一时之间，要召集这么多专业人员，建立这么多检测机构，并取得资质，确实是一件很难的事情。人类历史上，从来没有出现过这么大范围的核酸检测，也从来没有哪一个国家部署过这么多检测机构。

    三、到底需要什么样的检测能力？

    虽然有非典的经验，禽流感的经验，但是这次新病毒的潜伏期长、传染力强，远远超过此前的估计。从传染病预防的角度看，我们确实需要可以及时检测所有人的技术和相应的实验室部署。中国按14亿人口算，要在2周隔离期内完成全员核酸检测，意味着每天至少要测1亿人！不一定真的去测这么多人，但是规划并部署这么大规模的检测能力，是对未来新传染病的战略性防控。我们并不知道下一次传染病的潜伏期是否只有14天，也不知道下次病原体在空气中存活的时间有多长。只有及时检测，才能隔离病患、切断传染链。同时，为了尽快恢复生产生活，必须在尽可能短的时间内完成四类、八类人群的检测。而四类、八类人群的数量上限就是总人口数，如果是十天隔离期，每天就得检测十分之一的人口数！而我国现有的检测力为每天150万份，还远远做不到大规模及时筛查。

    四、注重多种检测技术的发展，推广更可靠的检测方法

    前面已经说过了，用PCR检测核酸的一个硬伤：速度慢。即便采用高度自动化的车间去检测，将大量的样本并行检测，一个循环也得4个小时。一些检测机构还专门配备了样本低温运输的物流网，单日检测量达到7万次！核酸检测的自动化确实还有提升空间。但是，这克服不了PCR检测的另外一个硬伤：准确率低！

    所以，还需要大力发展其它检测方法，以弥补核酸检测的不足。病毒不止有核酸，还有蛋白质构成的衣壳，其它的病原体也含有各自特有的蛋白质。蛋白质比核酸要稳定得多。而且检测蛋白质的方法比检测核酸要多，检测原理也截然不同。其中一些免疫学检测（抗体抗原检测）方法速度快，灵敏度也很高，准确率可以达到90%以上！

    虽然抗体抗原检测有上述优势，但是在新传染病发现的前期，要获得抗体抗原并用于检测试剂的开发是比较难的，至少比获得病毒的基因序列要难！知道了病毒的基因序列，用计算机就可以设计检测试剂。然而，要获得病毒的抗体，就得用病毒样本进行动物实验，这个时间至少得一周，研发检测试剂又得花一周时间，等到试验审批，可能是一个月后了！

    如果是在新传染病发现的前期，没有抗体抗原的检测试剂可用，确实只能用多次核酸检测来确诊。然而，现在已经过去了几个月，病毒抗体的检测的试纸条已经出来了很多家，抗原的检测试剂也出来了几家。一些试纸条的检测原理类似于早早孕试纸，以胶体金为显色剂，成本比核酸检测还低很多，操作比核酸检测简单太多，15分钟内可以出结果。

    不过，抗体检测也有其不足，抗体是人体免疫系统产生的，用于中和病毒。病人感染的前一周，体内免疫反应不足，可能不产生抗体；康复的病人中，病毒已经清除，但是体内还保留大量抗体。所以，抗体检测只是一个间接检测。

    抗原检测是直接检测病毒蛋白的方法，虽然检测技术更难研发，但是现在也出来了，不过好像还没有通过审批。无论是从准确率、灵敏度，抗原检测都可能高于核酸检测。

    五、武汉的疫情已经得到控制，花费那么多检测费用值不值？

    写这篇文章的时候，没想到一篇参考新闻居然404了：“十天大会战”武汉拟全民筛查花费超10亿，专家希望“冷静下来”。用百度快照，也许还可以看。中国医学科学院院长王辰院士表示，“并不是所有患病的人都能够检测出核酸呈阳性，而且核酸对于真实病例的检测率不过30%至50%。”也就是说，超过50%的被感染者的核酸检测呈现假阴性。《健康报》在题为《全民筛查，武汉再次拼了》的报道中称，根据湖北省相关部门测算，武汉全员完成核酸检测所需费用超过10亿元。这些费用很可能由武汉市、区两级财政承担。

    如此说来，用10亿元也不能排除50%的病毒携带者，而且也没有能力完成这种规模的检测，就算一次筛查准确率100%，也不代表以后不会感染。

    个人认为，在武汉疫情已经得到控制的情况下，这10亿还不如用于研发推广一些更加可靠的检测方法！或者用于发展本地的检测机构。

    2月22日，当湖北省费力地将核酸检测能力提高到每日2万例时，广东省一个机构的日均检测样本能力达了7万例！国内的疫情重灾区的检测能力还比不上一个单位，确实让人吃惊！