北京使用核酸混檢,結果究竟靠譜嗎?

中小學、大學和大型公司可以定期使用混合核酸檢測來確保學校和公司的安全開放。

任何檢測手段都要和有效的隔離手段結合才能控制疾病的傳播。

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撰文 | 史雋

撰文 | 史雋

美國確診人數 2877238

全球確診人數 11500302

新發地新冠疫情暴發以後，北京開始進行大規模的核酸檢測，很多時候採取了和武漢做全民檢測時相同的混合測試 (pooled test) 的策略：混合來自於好幾個人的樣品在一個測試中進行檢查。

混檢策略並不是一個新的想法，二戰時期，哈佛大學經濟學家羅伯特·多夫曼（Robert Dorfman）就開發了混合測試的方法來檢測美軍的梅毒感染情況。數十年後，混合測試又用於篩查血液樣本中的愛滋病毒 (HIV) 和肝炎病毒。

世界上新冠疫情暴發以後，盧安達等感染率比較低、檢測能力又有限的國家，也大多採用混合檢查。最近，美國的公共衛生官員也越來越多地提出，應考慮使用混合測試的方法，來提高發現和隔離新冠感染病例——特別是無症狀/輕症狀感染者——的能力。雖然美國FDA尚未批准任何實驗室或測試中心使用混合測試，但是它在6月中旬對新冠核酸試劑盒生產商發布了指南，希望生產商能夠首先證明混合樣品不會降低準確率。

混合測試的基本原理

簡單地說，混合測試是這麼進行的：

假設檢測實驗室從五個人那裡收集了樣本，例如鼻咽拭子樣本。實驗室從每個樣本中取出一部分混合在一起，做成一個混合樣品。隨後，檢測人員對這個混合樣本執行一項診斷測試，而不是對五個樣本分別做診斷測試。

如果混合樣本的核酸檢測結果：

1) 是陰性，則可以推斷出所有患者均為核酸陰性。

2) 是陽性，則需要回去對五個樣本分別進行單獨測試，找出哪（幾）個是陽性的。

混合測試的優點

相對於單一樣本的核酸檢測，混合測試的優勢和局限性是什麼呢？

混合測試最大的優勢就是，在同樣的時間內，可以用更少的人力和耗材檢測更多的人。正是因為採用了混檢策略，武漢僅用9天就完成了650萬人的核酸檢測 [1]。

在一個人口眾多的國家（地區）進行大規模檢測時，持續測試每個人是不可行的，因為根本沒有足夠的資源來支持。檢測的人力是一個方面，核酸檢測所需要的試劑是另一個方面。3月初，歐美大規模暴發新冠疫情的時候，核酸檢測要用到的化學試劑、提純RNA的試劑盒、甚至鼻咽拭子取樣用的棉籤等等，一度全世界短缺。當時，美國學術界和工業界的很多實驗室都把自己的庫存捐獻出來做新冠病毒檢測。冰島一直推行的全民無條件新冠核酸檢測也在那時候被迫暫停了一段時間。

然而，只有進行大規模的檢測——而非只局限於有症狀的疑似患者——找出無症狀/輕症狀患者，將他們隔離，才能有效地控制傳播，使學校等公眾場所能夠安全開放。

美國經過了3個多月的努力，檢測能力目前是每天50多萬樣本，如果採用混合測試法，檢測量可以增加到每天500萬。

圖：美國全國新冠統計數據（來自於The COVID Tracking Project）。

混合核酸測試的局限性

既然混合測試法有這麼大的優勢，為什麼各國不從一開始就採取這個策略呢？

這是因為混合測試法有一個最大的缺點：假陰性率會增加，準確度下降。

舉兩個假設的情況給大家解釋為什麼假陰性率會增加：

情況1：

假設使用的是飽受爭議的美國CDC的核酸RT-PCR檢測試劑盒。這個試劑盒一共測三個新冠基因片段，其中兩個是新冠特異的基因片段，第三個是所有類似於SARS的冠狀病毒都有的基因片段。除此以外，還包括一個控制探針 (control probe) 針對人的RNase P基因。這個探針的目的是用來保障取樣足夠和RNA提純過程沒有出錯。如果取樣不夠，或者RNA純化出錯導致RNA降解，探針就讀不出數值，檢測結果就是「無效（invalid）」，還需要重新再測。

如果有位陽性感染者，在鼻咽拭子取樣的時候，樣本量取得不夠。如果對這個樣本用美國CDC的核酸試劑盒進行單獨的核酸檢測，雖然新冠基因是陰性，RNase P控制探針的結果也是陰性，最終結果就顯示「無效（invalid）」，還需要重新再測。

然而，如果把這個人的樣本和其他4個人混合在一起，進行混合核酸測試——其他4位都是核酸陰性，且取到了足夠的樣本。這時，用美國CDC的核酸試劑盒去檢測5個人的混合樣本，測出新冠基因是陰性，RNase P的控制探針是陽性 （表明樣本取樣提純沒有出錯），因此得出結論：這5位都是核酸陰性。那位陽性感染者得到的就是一個「假陰性」結果。

情況2：

不同核酸檢測的設計不同，導致試劑盒的敏感度和特異性也不同。假設所用核酸試劑盒的敏感度是500個新冠RNA/毫升。有一位陽性感染者取樣，提純樣本裡面的RNA以後，用1µg總RNA量來做RT-PCR，裡面包含了500個新冠RNA/毫升，那麼檢測結果是陽性。

可是如果他的樣本和其他4個人混在一起檢測，還是用1µg總RNA量來做RT-PCR，假設是等量混合，那麼他的RNA實際只佔~20%。1µg總混合RNA裡面大約只有100個新冠RNA/毫升。受試劑盒敏感度的限制，結果會是假陰性。

因此，混合測試對於病毒含量高的樣本比較合適，因其被稀釋以後仍然能夠超過試劑盒的敏感度。

混合測試的適用環境

混合核酸檢測應該使用在特定的環境下：

• 最近一項以色列的研究表明，新冠病毒的核酸檢測可以用到多達32個樣本的混合，而不會降低測試的敏感度[2]。然而，美國的衛生官員通常說的是5個左右的樣本混合。一般的規律是，被檢測人群的感染率越高，能夠混合的樣本數量就越小。

• 混合測試適用於感染率低 (

然而，當檢測陽性率增加到10%以上時，就會有很多混合樣本是陽性結果，需要進一步分開測試大量的單個樣本，反而更費時費力。目前在美國，這意味著，在亞利桑那州，當前的檢測陽性率超過22％，不適合使用混合核酸檢測；而在麻薩諸塞州，檢測陽性率低於2％，這種方法可能有意義。

• 中小學、大學和大型公司可以定期使用混合核酸檢測來確保學校和公司的安全開放。學校的一個教室或者宿舍，公司的一個辦公區域可以合併成一個混合樣本進行測試，從而快速確定這個人群組是否有感染。因為只要有一個感染，整個組都需要隔離來以防萬一。

• 混合樣本可以通過測試兩次來提高置信度。甚至可以採用更嚴格的拆分池測試法 (split-pool test) 來提高準確率[3]。拆分池測試法的基本操作是：

1) 對一個混合樣本 (假設是8個樣本的混合) 測試兩次。如果兩次結果都是陰性，那麼認為8個人都是陰性。

2) 如果混合樣本的兩次測試中有任何一次測試結果是陽性，就將這個混合樣本分成兩半 (每一半包括4個樣本)，每一半再測試兩次。

3) 繼續將兩次結果都是陰性的混合樣本 （注意這時候已經是4個樣本的混合）篩除。

4) 如果這些4個混合的樣本有任何一個測試結果為陽性，就再繼續對半分為2個樣本的混合。依此重複，直到單個樣本為止。

在感染率低的條件下，拆分池測試法與單獨測試相比，總測試量還是會少一些。而且，拆分池測試法也減少了最終所需要的單個測試的數量，比起簡單的將混合樣本直接拆開，它用了相對更少的測試，算是兩種測試方法之間的折中手段。

總 結

最後要強調，任何檢測手段都要和有效的隔離手段結合才能控制疾病的傳播。光有檢測，卻不能好好的隔離陽性患者，是導致美國疫情始終不能得到很好的控制的根本原因。（見《張文宏、史雋、顏寧等探討科學抗疫：北京為何需要大規模核酸檢測》一文中的討論）

理想的測試是能夠在幾分鐘（而不是幾天）內出結果。如果需要幾天才能知道結果，又沒有很好的隔離，感染者就有機會在等待結果的過程中把病毒傳給他人。

混合核酸檢測在得到陽性結果以後，還要進行單個樣品檢測，最後才能確認具體哪個樣本是陽性。因此，確認陽性樣本所花的時間幾乎是一開始就進行單樣本檢測的兩倍。這意味著被檢測者在等待結果的時候，就需要未雨綢繆的隔離。測試結果是陽性的人更需要隔離，直到病毒被徹底清除。

不管採用什麼檢測策略，如果隔離不到位，任何檢測策略都不可能成功。

參考文獻

[1] http://www.chinanews.com/gn/2020/05-25/9194183.shtml .

[2] I. Yelin et al., Evaluation of COVID-19 RT-qPCR test in multi-sample pools. Clinical Infectious Diseases, (2020).

[3] https://www.cnn.com/2020/07/06/health/coronavirus-pool-testing-wellness/index.html .