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真的假的?COVID-19陽性與否,PCR的篩檢其實存在「灰色地帶」?

6月24日,一名從台灣返回日本的女留學生,在日本檢出COVID-19(又稱武漢肺炎、新冠肺炎)陽性,引起台灣是否潛藏社區感染的討論。中央流行疫情指揮中心後來聲明,女學生的檢測數據,應是落在「灰色地帶」,其中關鍵,就是台、日對PCR檢測數據的判讀。

目前,國際標準確診檢測工具都是針對病毒核酸進行PCR(polymerase chain reaction,聚合酶連鎖反應)。PCR檢測到底是什麼?有什麼不同種類?它的原理為何、又為何會出現指揮中心所說的「灰色地帶」 呢?

PCR為何是診斷工具的跨時代革命?

PCR中文為「聚合酶連鎖反應」,是實驗室診斷工具重大的革命,但其實,PCR很晚才被發明出來。

過去病毒、細菌檢測診斷或實驗最大的限制,是研究或檢測到一半,檢體和樣本就不夠用,必須透過「細胞培養」等方式,觀察細胞在感染病毒後是否產生病變(cytopathic effect, CPE),過程相對耗時費力。

1983年,美國化學家凱利.穆利斯(Kary B. Mullis)想到以參與DNA複製的「聚合酶」來複製實驗樣本的DNA,這個方法只要少量的DNA,就可以無限量複製,讓PCR的反應能在試管中又快又容易地進行,不只大大提升病菌檢測的時效,也帶動新藥的研發。1993年,穆利斯因而獲得諾貝爾化學獎。

PCR百百種,COVID-19用的是哪一種?

之後,PCR成為分子生物主要技術,並在此基礎上不斷推陳出新,常見的有「即時聚合酶連鎖反應(Real-Time PCR)」、「聚合酶連鎖反應限制性片段長度多態性(PCR-RFLP)」、「巢式聚合酶連鎖反應(Nested PCR)」及「多重聚合酶連鎖反應(Multiplex PCR)」等等。

這次用在COVID-19確診病例診斷上,包括台灣在內,多使用「即時反轉錄聚合酶連鎖反應(Real-Time RT-PCR)」,即將新型冠狀病毒的RNA「反轉錄」
「轉錄」是指將DNA上的遺傳訊息,抄錄到RNA的過程;「反轉錄」則是反向,透過「反轉錄酶」作用,以RNA為模板,合成出互補DNA(cDNA)。
成互補DNA後,再進行DNA擴增反應
互補DNA可以當作模板,在一輪輪的升降溫循環中,不斷重複「DNA變性」、「引子黏合」、「引子延長」的步驟,使雙股DNA從1條變2條,2條變4條,不斷乘以2,產生指數級放大。
,並以螢光染劑偵測每次PCR循環後產物總量,藉以判斷疑似病例檢體中是否含有病毒基因,是一種即時、定量的檢測技術。
這個檢測有兩大關鍵:第一,必須找到專一性高的「引子」(primer)
人工合成的短DNA片段,可以黏合在單股DNA上,界定複製的目標起始點和終點,一旦和DNA聚合酶結合,就會進一步延長,合成出DNA新的一股。
釣出病毒特定片段,由於引子設計有螢光標記,會隨反應過程增加亮度、被儀器記錄下來,因此能換算出病毒數量。此次世界衛生組織(WHO)在1月,即對各國公布COVID-19的病毒引子;第二,則是要算出病毒「陽性」定量的Ct值(cycle threshold)──即螢光亮度到達設定的閾值所歷經的循環數。如Ct值是38、代表檢體在歷經38輪放大後,觀測到螢光達到閾值,Ct值愈高,代表病毒RNA濃度愈低、患者體內病毒愈少。

為何同一病人,日本、台灣判讀卻不同?

關於6月24日從台灣返回日本、在日本入境時被檢出陽性的女留學生,疫情指揮中心事後解釋,日方提供的檢驗數值顯示,該女學生PCR的Ct值為37.38,台灣會列入「弱陽性」,會要再次採檢確認。國際上對於COVID-19確診並無一致的Ct值標準,台灣35以下才會被確診為陽性、32以上病毒應已不具感染力。

不過,醫檢單位從實際確診者的數據來看,確診者Ct值有時確實會超過35,部分基因序列測到的Ct值更可以到40幾。因此Ct值若在35至42,建議可以採檢第二次,或搭配抗體檢測、臨床症狀和接觸史來綜合判斷。

檢測為陽性,病毒不一定有感染力?

不過,能測到病毒序列和病毒是否具感染力不能一概而論。日方也表示,女學生在採檢時可能已不具傳染能力。

除了透過PCR檢測外,醫檢人員還可以在P3等級實驗室進行病毒的「細胞培養」,看看能否從檢體「種出病毒」,從而判斷病毒此時還有沒有感染能力。

臨床經驗顯示,Ct值介於30跟35間,有的人病毒養得出來,有的則否;一般而言,若病毒在Ct值31、32就養不出來,即會被認為已不具感染能力。

正因為同樣的Ct值的病人,病毒傳染力卻有差異,台灣早期規定確診個案必須要「三採陰」才能出院,以避免漏放。但若疫情嚴峻時,病人因無法確定是否無傳染力而延長住院,會壓縮醫療資源分配。

長庚大學團隊最新一篇刊登在《臨床微生物學》雜誌(Journal of Clinical Microbiology)研究發現,新冠病毒一個關鍵複製酶「nsp12」與N蛋白、E蛋白的RNA數量,其線性關係若被打破,代表病毒基因可能已經斷裂而不具感染力,此時即可考慮患者不用再隔離或出院,可以在感染人數爆發時,作為資源調度的參考。

諮詢專家/長庚大學新興病毒感染研究中心主任施信如

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