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飞行时间质谱核酸检测技术在临床检测中的应用

2021.6.29

飞行时间(Time-of-Flight)质量分析器是一种利用静电场加速离子后，以离子飞行速度差异来分析离子质荷比的仪器，与脉冲激光源基质辅助激光解吸电离（Matrix-Assisted Laser Desorption/Ionization, MALDI）配合，组成了飞行时间质谱。MALDI软电离技术的发展，使得质谱成为检测生物大分子的重要手段。随着技术的不断改善，质谱已经成为生命科学中的重要工具，发展以质谱为核心的临床检测、分子诊疗新技术是实现精准医学的重要途径。质谱技术应用的发展历程如图1，平台——优化过的MALDI-TOF，技术路线如图2。

图1、质谱技术应用领域的发展历程

图2、飞行时间质谱核酸检测实验流程

深圳市第二人民医院中心实验室拥有功能齐备的分子诊断技术平台，包括：标准临床基因扩增（PCR）实验平台、高通量测序标准实验平台、临床质谱实验平台、细胞遗传实验产前诊断平台、流式细胞术免疫诊断平台、染色体微阵列分析（CMA）实验技术平台、数字PCR（Bio-Rad）实验平台、Luminex微流控芯片分析平台、多组学生化实验技术平台。其中临床质谱平台拥有3台不同类型的质谱仪，按购置顺序分别为：MassArray核酸质谱议用于SNP检测及基因检测项目研发；CLIN-TOF-II飞行时间质谱仪用于SNP检测、蛋白多肽检测及微生物组学；UPLC-MS-MS串联质谱仪用于小分子、治疗药物监测（TDM）及新生儿遗传代谢疾病筛查等代谢组学检测。相关设备见图3。

图3、中心实验室临床质谱平台

目前，我院中心实验室开展最成熟的核酸质谱检测项目是新生儿遗传性耳聋基因筛查，该项目从2016年开展至今，取得了很好的经济和社会效益，截至2018年底，累计完成8048例标本的检测量，总突变率为3.59%。遗传性耳聋基因检测是出生缺陷三级防控、优生优育领域重要的疾病防控项目：我国耳聋出生缺陷发生率约为1-3‰，正常人群耳聋基因携带率约为4.6%，新生儿传统物理听力筛查存在漏检风险， 80%听力缺陷的患儿是由听力正常的父母所生。

遗传性耳聋基因核酸质谱检测与传统基因检测方法比较有明显优势，具有全面、方便、准确、省时的特点：该项目可检测4个常见耳聋基因（GJB2、SLC26A4、12rRNA、GJB3）的20个高发突变位点，标本采集方便，口腔唾液、全血、足底血、脐带血均可作为受检标本，从婴儿至成年人均可监测，准确率99%以上， 3天内可出具检测结果，报告解读详细，通俗易懂。核酸质谱检测的耳聋基因相关20个位点信息及检测结果判读见图4、5。

图4、遗传性耳聋基因检测的相关基因及位点信息

·图5、耳聋基因核酸质谱检测结果判读示意

遗传性耳聋基因核酸质谱检测项目实验设计周密，操作技术人员经过1~2周项目操作培训可以胜任检测操作，实验所用仪器、试剂及实验结果都具有良好的稳定性。项目开展以来，实验室连续两年参加卫生部同类项目室间质评，均满分通过。近3年的检测结果汇总及室间质评结果见图6、7、8。

图6、2016年6月~2018年12月耳聋基因项目突变率统计

图7、2018年度耳聋基因项目突变率统计

图8、耳聋基因核酸质谱检测项目连续2年满分通过卫生部室间质评

深圳二院中心实验室在开展遗传性耳聋基因核酸质谱检测项目的同时，注重核酸质谱检测平台项目的拓展，平台应用以来，相继开展了鼻咽癌发病风险基因核酸质谱检测、脑胶质瘤基因突变的核酸质谱检测项目探索，完成对数十例病例检测和验证，准确率100%；与此同时，在国家大力发展精准医疗的大背景下，实验室在药物基因组领域开展了卡马西平、别嘌呤醇、氯吡格雷、华法林、他汀类等药物基因多态性的核酸质谱检测方法探索，已经完成引物设计及与现有PCR方法的比对，检测结果准确率也是100%，但上述项目在临床的应用和推广有待政策的支持。

实验室还利用飞行时间质谱进行了蛋白组学及微生物组学的相关研究探索：开展了幽门螺旋杆菌质谱检测研究、糖化血红蛋白酶解效率质谱检测等研究。已经完成的“急性白血病蛋白质谱分型模型”研究课题（图9），在质谱检测技术与基于聚类分析原理的人工智能数学模型结合应用领域进行了有益探索。