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hLife | 精准诊断真菌感染:从技术突破到临床融合

真菌感染已严重威胁到全球数百万人的生命健康。它不仅可以引起浅表性真菌感染,甚至在人体免疫功能受损等情况下可导致全身性血流

真菌感染已严重威胁到全球数百万人的生命健康。它不仅可以引起浅表性真菌感染,甚至在人体免疫功能受损等情况下可导致全身性血流感染,尤其是免疫受损的人群。更令人担忧的是,这些病原体正迅速对所有已批准的四类抗系统性真菌感染药物产生耐药性,这使得对真菌感染的治疗变得愈加困难。早期诊断对治疗至关重要,但现有诊断方法普遍存在敏感性和特异性不足、检测周期较长等问题,严重限制了临床诊疗效率。

近日,中国科学院上海药物研究所陈昌斌研究团队在hLife上发表了题为“Diagnostics for human pathogenic fungal infections: Current status and future prospects”的综述文章(图1),总结了真菌感染诊断领域的最新进展,并深入探讨相关技术在抗真菌耐药性分析中的关键作用,为实现临床精准治疗和改善患者预后提供了新的思路。

图1 论文标题及作者信息

血清学检测:非侵入性诊断的核心方案

血清学真菌检测因非侵入性、无需培养且结果快,长期在临床真菌感染诊断中占据重要地位。该类方法通过检测真菌抗原或宿主抗体提供感染线索,尤其适用于难培养或隐匿性感染。侧流分析技术(LFA)凭借低成本、快速和便捷,已成为隐球菌性脑膜炎的主流检测平台。IMMY CrAg LFA等商用试剂盒(图2)表现突出。针对诊断难度较大的侵袭性曲霉病,新型侧流分析显著提升了血清学快速诊断能力。此外,新型侧流免疫分析(LFIA)试剂盒NG-TEST® Candida auris(图2)可在复杂样本中快速识别耳念珠菌,将检测时间缩短约48小时,但其临床应用仍需更大规模验证。为克服传统抗原检测交叉反应强、特异性不足的局限,研究者正开发基于病原体特异性多表位蛋白的新型抗原体系,为血清学检测的升级提供了新的方向。

图2 血清学真菌检测商用试剂盒

生物传感器与移动集成:即时精准检测的新范式

生物传感器由Leland C. Clark Jr.于20世纪中期提出,通过将生物识别元件与物理化学传感器相结合,把生物相互作用转化为可量化信号,具有高灵敏度和高精度优势。该技术已在病毒检测中广泛应用,但在真菌检测领域仍处于起步阶段。现有研究表明,电化学阻抗传感器、光电化学生物传感器可实现对白念珠菌和烟曲霉的快速精准诊断,表面增强拉曼光谱(SERS)能够对念珠菌进行快速鉴定。电子鼻技术结合时间序列分类算法,通过识别真菌释放的挥发性有机化合物实现病原体判别。此外,将基于聚集诱导发射发光原(AIEgen)的生物传感器与智能手机成像系统集成,可实现真菌感染的现场化、实时监测(图3),展示了即时精准诊断的应用前景。

图3 生物传感器在真菌检测中的作用

微流体检测:破解活菌识别难题的新途径

隐球菌性脑膜炎是隐球菌病最常见病症。临床上,复发性隐球菌性脑膜炎、持续感染所致隐球菌性脑膜炎以及隐球菌相关免疫重建炎症综合征(IRIS)的鉴别诊断尤为困难。传统培养法耗时长,且在真菌负荷较低时易出现假阴性;同时,隐球菌抗原在感染清除后仍可长期残留,显著干扰诊断判断。因此,现有基于抗原或DNA的检测手段难以反映真菌活性,可能误导临床决策。表面张力辅助的非混相过滤(IFAST)微流体技术结合ATP检测,凭借其高灵敏度和高特异性,能够快速识别活的新型隐球菌,为这类疾病的精准诊疗提供了关键技术支撑。

基于PCR的分子诊断:速度、灵敏度与多重检测能力的全面提升

PCR技术仍是当前真菌分子诊断的核心手段。随着自动化与一体化设备的发展,PCR迈入真正的“样本到结果(sample-to-answer)”时代。例如MoiM Dx Candida 9-plex可在单一流程中完成DNA提取、扩增与物种鉴定,显著提升实验室检测效率。2025年推出的DO-RAP(dual one-step recombinase-aided PCR)技术将磁珠富集与重组酶辅助PCR融合,可在3.5小时内完成关键念珠菌物种检测,灵敏度高达1 CFU/mL。多重PCR在微流体等技术赋能下取得突破,其中BioFire® FilmArray® meningitis/encephalitis(ME)panel可有效诊断中枢神经系统隐球菌感染。相比之下,泛真菌PCR通过靶向通用DNA标记实现多种真菌的同时检测,但对近缘物种分辨能力有限,尚未广泛应用,仍有待进一步优化与验证。

抗真菌耐药性分析:新技术揭示更复杂的分子机制

当前侵袭性真菌病治疗仅依赖四大类抗真菌药物,而白念珠菌、烟曲霉等耐药菌株的持续出现,使临床治疗面临严峻挑战。真菌耐药机制涉及药物靶点改变、基因组重塑等多种复杂过程,传统检测手段已难以满足需求,亟需更先进的诊断技术。全基因组测序(WGS)、泛基因组分析及全基因组关联研究(GWAS)显著拓展了人们对耐药机制的认识。脂质组学、蛋白质组学和代谢组学等多组学整合,则为解析耐药分子机制提供了更详尽的解析。同时,分子信标、环介导等温扩增(LAMP)芯片平台以及MALDI-TOF质谱联合机器学习等新方法,在耐药性表型及突变位点检测中展现出高灵敏度与特异性。上述技术的持续发展,将有助于临床制定更加精准和个体化的抗真菌治疗策略。

总结与展望

随着真菌感染威胁不断加剧,耐药菌株的扩散与诊断滞后推高了患者病死率,早期、精准且快速的病原学诊断已成为改善预后的关键环节。令人振奋的是,一系列新技术正逐步重塑真菌诊断格局。未来发展趋势将聚焦多技术深度融合,包括人工智能辅助成像、microRNA无创检测、PCR与微流控芯片的一体化平台,以及多病原同步检测体系,共同构建更全面的疾病监测网络。然而,这些创新成果真正走向临床仍需突破成本、基础设施和专业培训等现实瓶颈。这一进程不仅依赖科研持续突破,也有赖于公共卫生体系与产业界的协同推进。唯有多方合力,才能将技术创新转化为可及、可用的诊疗方案,为全球真菌感染防控夯实技术基础。