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dPCR的发展历史、原理及其应用(2)

来源:数字PCR;核酸定量 作者:冯兆民;舒跃龙
发布于:2017-06-16 共7243字
  dPCR可以对样品进行绝对定量,直接检测出样品中的拷贝数,相对于qPCR,不需要建立标准曲线,灵敏度更高;dPCR通过分液,提高了PCR反应对抑制剂如SDS、EDTA、肝素的耐受程度,特别是环境、粪便样本[5];然而,qPCR由于受到抑制剂的影响,扩增效率往往会偏低(表2)。  
  【表2数字PCR与实时荧光定量PCR的比较】  
  qPCR方法是对反应体系中荧光信号进行实时收集,通过反应的循环阈值,对初始模板进行检测和定量,主要应用于病原体的检测和定量,基因表达的相对定量,单核苷酸多态性分析,检测的动态范围广;而dPCR方法是将PCR反应体系进行分液,通过读取荧光信号的有或无进行计数,直接得出样品的拷贝数,可应用于病毒载量的绝对定量,拷贝数的变异分析,罕见突变的检测等,相比于qPCR,检测的灵敏度更高,本文也对dPCR和qPCR在应用方向上进行了比较。
  
  3 dPCR的应用。
  
  3.1病毒载量的绝对定量。
  
  目前,有 研 究 比 较 了 不 同 的dPCR平 台 和qPCR对HIV DNA的定量,结果显示QX100和Quantstudio dPCR的 变 异 系 数 分 别 为14.3%和17.5%低于qPCR的42.8%,表明dPCR的定量结果更 加 准 确;针 对 病 人 样 本HIV DNA的 检 测,QX100dPCR的检出率为80%高于qPCR的检出率62%[6].另有研究利用微滴式dPCR对戊型肝炎病毒的RNA进行定量,微滴式dPCR的分析灵敏度为80(IU)/mL,微滴式dPCR和qPCR对临床样本 的 定 量 有 很 好 的 一 致 性,秩 相 关 系 数rs为0.89[7].因此,dPCR可以对核酸的病毒载量进行绝对定量,且有较高的灵敏度。
  
  Sanders等评价了dPCR对DNA和RNA绝对定量的准确度、灵敏度和重复性[8,9],为后期的定量研究提供了基础依据。2012年,Pinheiro等[10]确定了微滴式dPCR对Lambda DNA的检测范围在37-131 000拷贝/反应,线性关系R2=0.9994,有效的对Lambda DNA进行了定量。White等[11]第一次利用dPCR对GBV-C RNA病毒进行了绝对定量,逆转录dPCR的检出限在每反应中3~10个模板分子,表明dPCR在低丰度的样本中,有更好的扩增。有研究也利用逆转录dPCR对水生RNA病毒成功的进 行 了 定 量[12].2016年,Yan等[13]对 感 染H7N9的病人连续采取十个不同治疗期的样本进行检测定量,针对qPCR检测阴性的样本,dPCR仍检测出病毒的存在,表明dPCR定量H7N9病毒载量比qPCR更灵敏。
  
  3.2产前诊断。
  
  传统的产前诊断方法为侵入性的如羊膜穿刺、绒毛膜取样,这存在一定风险的胎儿丢失,利用超声波或生物化学标记对样品进行筛查。非侵入产前诊断(无创产前诊断)对胎儿的影响较小,检测更加准确,成为目前新的诊断方法。1997年,Lo等[14]发现母体内胎儿游离DNA(Cell-freefetal DNA,cffDNA)的存在,为无创产前检测提供了可能。2007年,Lo等[15]利用新的dPCR方法无创伤的检测了cffDNA中的非整倍染色体,通过检测孕妇血浆中21号染色体上PLAC4 mRNA的SNP等位基因的不平衡性;及评价胎儿DNA中21号染色体的含量与参照染色体相比是否过表达,可检测含有25%cffDNA血浆样本中21号染色体的整倍性。有研究比较了dPCR和RT-PCR对孕妇血浆中cffDNA的定量效果,表明微流体数字PCR比RT-PCR有更小的偏倚,dPCR的定量准确度是传统RT-PCR的3.1倍,两者定量的变异系数分别为16%和49%,检 测 的 灵 敏 度 分 别 为100%和90%[16].2012年,Barrett等[17]利用dPCR的方法对孕妇血浆中cffDNA进行了镰状红细胞贫血的检测。此外,dPCR在检测样本中罕见基因突变上也有自己的优势,有研究利用dPCR检测了X染色体的基因位点,成功识别了血友病的突变基因及胎儿的Rh血型[18,19].
  
  3.3癌症诊断检测。
  
  MicroRNA(miRNA)是一类由内源基因编码的长度约为19~24个核苷酸的非编码单链RNA分子。MicroRNA在细胞增殖、分化与凋亡过程中发挥重要功能,其也与癌症的发生关系密切,被当作癌症标志物[20,21].Hindson等[22]系统的建立了微滴式dPCR检测和定量microRNA的方法。2013年,Ma等[23]利用微滴式dPCR技术定量了非小细胞性肺癌病人血浆中低丰度的mi-croRNA的含量,dPCR对microRNA的检测范围在1~10 000拷贝/μL;相比qPCR,dPCR定量mi-croRNA的拷贝数 有更高 的 灵 敏 度,可 对 血 浆 中miR-21-5p和miR-335-3p定 量,qPCR只 能 定 量miR-21-5p.通过利用QuantStudio 3DdPCR也成功对血浆样本中的microRNA的含量进行了有效的定量[24].2014年,Li等[25]利用微滴dPCR定量痰标本中的microRNA进行肺癌诊断,表明dPCR可以对痰标本中的miR-31和miR-210绝对定量,为肺癌的临床诊断提供了新的技术。有研究利用dPCR技术检测样品中极微量的基因和罕见基因突变,如表皮生长因子及K-RAS基因突变,对癌症进行诊断检测[26-28].
  
  3.4下一代测序技术的应用。
  
  随着测序技术的发展,下一代测序技术(Next generation sequencing,NGS)应运而生。近年来,NGS技术得到了快速的发展,特别是在临床病原微生物的鉴定,发挥了重大作用[29].为了获得高质量的测序结果,测序文库的准确定量是必要的。White等[30]利用微流体dPCR对454和Solexa测序平台的文库进行了准确定量,dPCR的 变 异 系 数 为11.8%明 显 低 于qPCR的21.2%,结果更加准确,并对纳克级的细菌及哺乳动物的DNA进行了测序。通过对NGS文库定量方法的比较,dPCR的定量结果更加灵敏和准确[31].利用dPCR方法实现了测序文库的绝对定量,降低了样本的用量。
  
原文出处:冯兆民,舒跃龙. 数字PCR技术及其应用进展[J]. 病毒学报,2017,(01):103-107.
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