通过高分析灵敏度微滴数字PCR方法同时检测临床样本中不同人乳头瘤病毒类型并定量病毒DNA载量。

Simultaneous Detection and Viral DNA Load Quantification of Different Human Papillomavirus Types in Clinical Specimens by the High Analytical Droplet Digital PCR Method.

作者信息John Charles Rotondo, Lucia Oton-Gonzalez, Chiara Mazziotta, Carmen Lanzillotti, Maria Rosa Iaquinta, Mauro Tognon, Fernanda Martini
PMID33329471
发布时间2020-11-19
DOI10.3389/fmicb.2020.591452

实验完整度

研究包含体外质粒模型、临床CIN标本和细胞系多个证据层级,并进行了方法学验证(灵敏度、特异性、重复性)及与qPCR对比的功能验证。

主要模型

HeLa细胞系 SiHa细胞系 CaSki细胞系 CIN临床标本

重点核对

ddPCR最优退火温度48°C,引物浓度225 nM 线性化质粒(BamHI/EcoRI酶切)用于ddPCR检测 CIN标本检测使用未酶切DNA,ddPCR阳性率51.1%,qPCR 40% HPV DNA载量以拷贝/细胞表示,使用EIF2C1基因确定细胞当量 qPCR使用SYBR Green,引物浓度0.5 μM,退火温度60°C

摘要

人乳头瘤病毒(HPVs)是小DNA肿瘤病毒,主要感染肛门生殖器和上呼吸道的黏膜上皮。对更具分析性的HPV DNA定量检测方法的需求日益增加。本研究开发了一种新型微滴数字PCR(ddPCR)方法,可同时检测和定量不同HPV类型的HPV DNA。首先使用含有HPV16、HPV18、HPV11和HPV45 DNA的四种重组质粒测试ddPCR的敏感性、准确性、特异性以及批内和批间变异。将该方法扩展到检测/定量宫颈上皮内瘤变(CIN,n=45)标本和人类细胞系(n=4)中的HPV DNA。比较了临床样本的ddPCR和qPCR数据。该检测在检测/定量HPV16/18/11/45 DNA方面表现出高准确性、敏感性和特异性,且批内/批间变异低。ddPCR在51.1%(23/45)的CIN DNA样本中检测到HPV DNA,而qPCR检测出40%(18/45)的CIN为HPV阳性。ddPCR检测为阳性的5例CIN,qPCR检测为阴性。在CIN标本中,ddPCR测定的平均HPV DNA载量为3.81拷贝/细胞(范围0.002–51.02拷贝/细胞),而qPCR为8.04拷贝/细胞(范围0.003–78.73拷贝/细胞)。ddPCR和qPCR在SiHa、CaSki和HeLa细胞中一致检测到HPV DNA,而HaCaT检测为HPV阴性。ddPCR/qPCR在CINs/细胞系中同时检测的HPV DNA载量之间相关性良好(R2 = 0.9706,p < 0.0001)。我们的数据表明,ddPCR是一种有价值的技术,可用于定量CIN标本和人类细胞系中的HPV DNA载量,从而改善临床应用,例如在使用HPV型特异性检测进行HPV相关病变初诊后的患者管理。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
开发一种能够同时检测和定量不同HPV类型(HPV16/18/11/45)DNA的微滴数字PCR(ddPCR)方法,并评估其在临床标本和细胞系中的应用价值。
核心机制
文中未明确说明
主要证据
通过质粒梯度稀释验证ddPCR的准确性(R2=1或0.9999),在CIN标本和细胞系中检测HPV DNA,ddPCR阳性率高于qPCR,且两种方法定量结果高度相关(R2=0.9706)。
研究意义
ddPCR可作为一种有价值的工具,用于改善HPV相关病变初诊后的患者管理,并可能应用于其他HPV相关癌症。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

ddPCR参数优化

确定GP5+/GP6+引物的最佳退火温度和浓度,以最大化荧光信号分离。

使用103 copies/μL pUC19_HPV16质粒,测试不同退火温度(46-60°C)和引物浓度(112-900 nM),选择48°C和225 nM作为最优条件。

2

质粒线性化比较

评估限制性酶切线性化质粒与环状质粒对ddPCR检测效率的影响。

将pUC19_HPV16质粒用BamHI酶切线性化,与未酶切环状质粒分别10倍梯度稀释(105至100 copies/μL),进行ddPCR检测。

3

ddPCR特异性、准确性和灵敏度评估

验证ddPCR对HPV16/18/11/45的特异性、定量准确性和最低检测限。

使用含有HPV16/18/11/45完整基因组的线性化质粒进行梯度稀释,检测准确性;以HPV52质粒和阴性对照验证特异性;通过检测低至1 copy/反应评估灵敏度。

4

ddPCR重复性和重现性评估

评估ddPCR的批内和批间变异。

对线性化质粒进行10倍梯度稀释,每个浓度在单次实验中重复3次(批内),并在3次独立重复实验中进行检测(批间),计算CV值。

5

临床样本和细胞系中HPV DNA的ddPCR检测

应用ddPCR检测CIN标本和细胞系中的HPV DNA,并定量病毒载量。

从45例CIN组织、SiHa、CaSki、HeLa和HaCaT细胞系中提取DNA,使用ddPCR检测HPV DNA载量,以EIF2C1基因作为细胞当量参考。

6

qPCR验证与比较

使用qPCR验证临床样本和细胞系中的HPV DNA,并与ddPCR结果进行比较。

使用SYBR Green qPCR检测相同样本中的HPV DNA,比较两种方法的检出率和定量结果。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

验证样本或模型特征
验证分子表达变化
验证免疫效应
数据分析与统计

产品清单

实验环节名称品牌货号
pUC19重组质粒载体--NC_001526.4,
pGEM1重组质粒载体--GQ180792.1
限制性内切酶Bam H1Thermo Fisher ScientificER0051
限制性内切酶EcoRIThermo Fisher ScientificER0271
BamHI-Lsp1109I缓冲液(10X)Thermo Fisher ScientificB57
EcoRI缓冲液(10X)Thermo Fisher ScientificB12
SiHa细胞系ATCCHTB-35TM
CaSki细胞系ATCCCRM-CRL-1550TM
HeLa细胞系ATCCCCL-2TM
HaCaT细胞系ElabscienceEP-CL-0090
QIAmp DNA Blood and Tissue试剂盒Qiagen69504
鲑鱼精子DNAThermo Fisher ScientificAM9680
QX200TM AutoDG微滴数字PCR系统Bio-Rad1864100
QX200TM ddPCRTM EvaGreen SupermixBio-Rad1864035
DG32TM自动微滴生成卡Bio-Rad1864108
用于EvaGreen的自动微滴生成油Bio-Rad1864112
PX1TM PCR板封膜仪Bio-Rad1814000
SimpliAmpTM热循环仪Applied BiosystemA24811
EIF2C1基因Bio-Rad10031258
CFX96 TouchTM实时荧光定量PCR检测系统Bio-Rad1855196
SsoAdvancedTM通用SYBR® Green SupermixBio-Rad1725271

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
ddPCR反应条件
引物GP5+/GP6+序列、退火温度48°C、引物浓度225 nM、循环数45
阅读提示:Methods中'ddPCR Development'和'Results'的'ddPCR Assay Performance Maximization'
质粒线性化
质粒种类(pUC19/pGEM1)、限制性内切酶(BamH1/EcoRI)、消化条件(37°C 2小时,80°C 20分钟)
阅读提示:Methods中'HPV Types and HPV Recombinant Plasmids'
临床样本处理
CIN标本数量n=45、细胞系种类、DNA提取试剂盒(QIAmp)、阴性对照(ddH2O和鲑鱼精子DNA)
阅读提示:Methods中'Clinical Samples, Cell Lines, and DNA Extraction'
qPCR条件
SYBR Green supermix、引物浓度0.5 μM、退火温度60°C、循环数40、模板量50 ng
阅读提示:Methods中'qPCR'