3.14知識分子The Intellectual
抗原檢測即將進入中國百姓的生活 | 圖源：istock.com，ShutterOK
編者按
相比國內民眾更為熟悉的 “全民核酸” “持48內核酸檢測陰性報告”，新冠抗原檢測試劑在國內的獲批姍姍來遲。此前知識分子曾介紹，英國、美國等地先後在Delta、Omicron等突變株流行後開始采取抗原檢測作為縮短隔離時間的判斷標準，但同時，相比核酸檢測的金標準，抗原檢測的靈敏度更低、存在一定的假陰性概率。那麽，抗原檢測與 “金標準” 核酸檢測相比有什麽優點？國外又是如何應用抗原檢測來科學防疫的呢？知識分子專欄作者周葉斌撰文詳細介紹。
撰文 | 周葉斌
責編 | 劉楚
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3月10日，國務院應對新型冠狀病毒肺炎疫情聯防聯控機制綜合組發布了試行的新冠病毒抗原檢測應用方案，讓抗原檢測進入中國大眾視野。緊接著3月12日，國家藥監局發布通告，批準了五款新冠抗原檢測產品的上市申請。
抗原檢測即將進入中國百姓的生活。兩年多的疫情中，國內廣泛使用的主要是核酸檢測，雖然中國工廠早已大量生產抗原檢測試劑，但一直以出口為主，國內對抗原檢測反而比較陌生。那麽抗原檢測的原理是什麽？歐美為何利用抗原檢測來確診新冠、又如何根據抗原檢測指導隔離策略？
抗原檢測原理
核酸檢測又被稱為PCR檢測，原理是通過檢測樣本中是否含有新冠病毒的基因組片段來確認樣本中是否存在病毒顆粒。常見的核酸檢測位點位於新冠病毒S蛋白基因，N蛋白基因與ORF1ab區域 [1]。目前，核酸檢測仍是新冠感染檢測的金標準。
抗原檢測則是檢測樣本中是否含有新冠病毒的蛋白質，如在新冠病毒表面的N蛋白與S蛋白，國際上批準的抗原檢測一般以檢測N蛋白為主，因為這個蛋白在病毒顆粒裡數量更多，檢測更容易 [2,3]。
圖1新冠抗原檢測試劑盒基本原理示意圖|圖源[4]
常見的抗原檢測大多採用測流免疫反應（lateral flow immunoassay）原理進行設計 [4]。采集的樣本會滴在測試卡的一側（一般會在測試卡上或放入測試卡前混合特定的測試液保證病毒蛋白被充分釋放），之後樣本液會流經含有被標記過的N蛋白抗體的結合區域（conjugate pad）。一旦樣本含有新冠病毒，病毒顆粒上的N蛋白會與N蛋白抗體結合，後者攜帶有標記（如金、熒光基團等），這相當於把N蛋白標記出來。之後，樣本液會繼續流到測試線（test line，T線），這一區域含有另一個N蛋白抗體，通過抓取被標記的N蛋白把它們固定在測試區域。此外，在測試線後一般還有一個對照線（control line，C線），這裡固定了針對抗體的抗體，從結合區域釋放出來的多餘帶標記抗體會在這裡被固定。
如果樣本中含有新冠病毒，測試線和對照線都會因有被標記過的抗體被固定住而 “顯色”。如果沒有新冠病毒，或者病毒數量很少，低於檢測下限，那麽在檢測線上，不會有被標記的抗體被固定，無法顯色。對照線因為是無差別抓取抗體，無論測試線結果如何仍會顯色，表明整個檢測有效。如果對照線無顯色，那試劑的標記抗體可能有問題，是產品缺陷，無論測試線結果如何都不能采信。
抗原與核酸檢測的優劣對比
對比設計原理可見，核酸檢測要對病毒的基因片段做擴增，需專業人員用專門的儀器做相關實驗，PCR擴增實驗本身耗時需幾小時，結果往往以 “天” 為部門。抗原檢測除了本身的試劑外，無需其它儀器；操作也非常簡單，無需專業培訓，與驗孕棒原理、操作都是類似的；從檢測到出結果，抗原檢測一般在30分鐘內，不少只需10-15分鐘 [5]。
簡單易用耗時短無疑是抗原對比核酸檢測的巨大優勢，但核酸在檢測的靈敏度上是要遠優於抗原的。原因也很容易理解：核酸檢測中的PCR是擴增病毒基因片段的過程，即便檢測樣本中病毒較少，核酸仍可通過擴增放大檢測出來。而抗原檢測中無法對樣本中的病毒蛋白做擴增，完全依賴於樣本起始的病毒量。因此，核酸的檢測下限要遠高於抗原。也就是說當樣本中只有少量病毒顆粒時，核酸仍有可能檢測出來，而抗原則不行 [3]。
靈敏度比核酸低導致抗原檢測的假陰性風險更高。這也是為什麽至今核酸仍是新冠檢測的金標準，包括美國在內的不少國家對於推廣抗原檢測都曾有過猶豫 [6]。
這也使得，當病毒量高時，抗原檢測與核酸檢測的一致性非常高。對比急性感染期內，載毒量的變化與抗原、核酸檢測陽性時間範圍的變化可以發現：對於核酸檢測而言，在症狀出現前到感染幾周之後都可以檢測為陽性，一些研究中甚至有幾個月後仍為核酸陽性的案例；但需要注意病毒培養實驗顯示，在症狀出現10-14天后，感染者體內已不法再分離出可繼續複製的活病毒了——即有傳染性的時間大概為出現症狀前兩天到有症狀後的10-14天內 [5]。
圖2個體感染新冠開始，載毒量的變化與抗原、核酸檢測各自能檢測的時間軸|圖源[5]
相比之下，抗原檢測檢測出陽性的時間段在出現症狀後的5-12天，與有症狀患者的傳染期高度吻合，而且載毒量越高（對應傳染性越強）抗原檢測的表現越好（假陰性可能越低）。
因此，我們可以把核酸檢測的結果看成是在檢測有沒有感染新冠，而抗原檢測的結果則表明有沒有傳染性 [6]。
如何用抗原檢測做新冠確診
目前，美國食品藥品監督管理局（FDA）、世界衛生組織（WHO）以及歐盟的監管機構對於抗原檢測的上市（緊急使用授權）標準都要求，在核酸檢測確認的標準樣本中達到80%的靈敏度（100個核酸檢測確認陽性的樣本中檢測出80個陽性）與98%的特異性（100個核酸檢測確認陰性的樣本中檢測出98個陰性）[5]。
但如前文所言，抗原檢測的靈敏度表現受樣品病毒載量影響很大。真實世界的流行病學數據表明，在實際應用中抗原檢測在有症狀人群中的靈敏度可以達到70-80%，而在無症狀中在一些研究中靈敏度僅有40%左右 [7]。
考慮到這種 “不穩定” 性，歐美等國在推廣抗原檢測特別是作為新冠確診工具時都頒布了比較複雜的指導方案 [5]，需要考慮到有無症狀，是否為密切接觸者以及所在環境是否為高傳播風險等因素。
例如，一旦出現新冠症狀，同時抗原檢測檢測為陽性，那麽抗原陽性可以作為確診依據，並進入隔離、通知密切接觸者等流程；如果抗原檢測為陰性，考慮到抗原假陰性風險不低，那麽仍需要用核酸檢測做排除，或者隔兩天再重新做抗原檢測 [5]。數據表明，對於有症狀的人來說，連續的抗原檢測整體檢測靈敏度與核酸檢測接近 [6]。
對於與確診者有過密切接觸但無症狀的人員，考慮到感染早期特別是在症狀出現前體內載毒量往往低於抗原檢測的下限，檢測時間應在密切接觸後5-7天（美國CDC）或2-7天（歐洲疾控中心）[5]。
利用抗原檢測指導隔離政策
從歐美上述確診方案可知，如果以確診新冠感染會目標，抗原檢測受靈敏度所限，執行起來更為複雜，並不比核酸檢測更具優勢。
然而，在Omicron暴發後，由於感染病例太多，遠超很多國家的核酸檢測能力，而居家自測、不佔用公共資源的抗原檢測發揮了極重要的診斷作用。加上抗原檢測高檢出率的時間段與感染者傳染期吻合度高，實踐中歐美國家還利用這一特點來判斷病例的傳染性，並以此基礎擴展出廣泛的應用場景。
歐洲特別是英國是抗原檢測應用的先驅。英國在2020年10月就通過大型研究 [8] 驗證了抗原檢測在檢測傳染期新冠患者時靈敏度極高，之後也嘗試通過普及抗原檢測，讓處於傳染期的感染者及時隔離、減少病毒進一步傳播。
英國等歐洲國家還將抗原檢測應用的擴展到優化縮減隔離時間。隔離新冠感染者的目的是阻止病毒進一步傳播。基於人群的研究 [9] 顯示，在確診後14天后，感染者基本都不再有傳染性，這也是大部分國家使用14天隔離期的理論依據;進一步研究顯示10天后有傳染性的感染者也極少，歐美國家又將隔離期縮短到10天。
需要注意的是，上述數字僅是絕大部分感染者不再有傳染性的時間，而人與人之前個體差異巨大，一些感染者在更少的天數後就沒有傳染性了，對他（她）們來說一刀切的10天或14天隔離政策都是過度隔離。
Omicron疫情暴發後，由於這個突變株的傳播速度遠超以往病毒株，歐美等國突然要面對大量感染者、密切接觸者需要隔離的情況。如果仍將感染者一律隔離14天，大量從事必要工作的人將長時間無法工作，社會基本運作受到影響。基於這一現實，英國決定利用抗原檢測結果與傳染性的高度相關性來進一步優化壓縮隔離時間。
具體策略如下：如果感染者在隔離期第6天起，每間隔24小時做一個檢測，連續兩次抗原檢測陰性，那麽可以解除隔離，這理論上使得感染者最早7天結束隔離。
為什麽可以這麽做？原因是抗原檢測在載毒量較高、也就是傳染性強的時候準確度比較高，剛好可以幫助排除、防止傳染者在傳染期內擴散病毒，這也是隔離感染者的初衷。考慮到抗原檢測的靈敏度比PCR差很多，一次檢測仍然存在較高的假陰性概率；采取每隔24小時做兩次檢測，如果連續兩次都是陰性，兩次測試都是假陰性 的可能性就極低了。
英國公衛部門一篇關於不同隔離政策模擬預測的預印版論文 [10] 顯示，感染者隔離期為10天時，結束隔離時可能有5.1%的人還有傳染性，直接縮短為7天，這一比例上升到15.8%。但如果加上連續兩個快篩陰性的要求，比例則減少為6.2%，與10天隔離的數字差異不大；與此同時帶來的好處是，平均每人多餘的隔離時間（對個人來說實際不需要隔離但仍被隔離的時間），會從141.6小時減少到81.6小時。
在不增加公共健康威脅的前提下，以科學為基礎，減少隔離者的犧牲，這是正確的走向。
通過檢測維持在校上課
相比歐洲，美國顧忌抗原檢測靈敏度低，實施的時機更為滯後。但在Delta、Omicron連續兩輪疫情導致美國感染病例長期居高不下時，美國政府、公衛專家與民眾都認識到了抗原檢測便捷性帶來的優勢，此後大幅增加了相關應用。
一個值得參考的應用是 “test and stay”，即通過在學校進行抗原檢測，在高傳染環境中減少學生不必要的隔離，維持在校上課。
疫情暴發階段，人群中的感染風險會非常高，學校教育會處於兩難境地。如果放棄密切接觸者的隔離，那學校可能會暴發超級傳播事件，即便孩童並非高危人群，但家長及學校教職工的風險也不容忽視；但如果堅持隔離，學校正常教學無法維系，不僅是學生的學業，身心發展也受到威脅。特別要注意，在一些極端情況下，有些學生可能自己從來沒感染過，卻因同學陸續感染不斷被要求隔離，長期上不了課。
美國CDC推薦的 “test and stay” 原則是按照學生從發生密切接觸起，在原來的隔離期（美國為10天）頻繁進行抗原檢測（檢測頻率各學校不同，從每兩天一次到每周兩次均有），只要測試結果為陰性就讓學生繼續正常在校學習，只有檢出陽性才轉入居家隔離 [11]。雖然抗原檢測不像核酸那樣靈敏，抓得住一切感染者，但陰性結果至少證明此時該學生不太可能處於傳染期，讓他（她）繼續在校上課對周圍的人是安全的。
一項追蹤2021年8月初到10月底數據的研究 [12] 中，CDC發現美國伊利諾伊州同一學區中採用 “test to stay” 政策的學校與維持傳統隔離政策的學校相比，學校中的新冠傳染數量並未增加，卻為超過1000多名密切接觸學生保留了總計超過8000天的在校學習時間。
最近，因為局部疫情暴發，多地將中小學課程從線下改為網課。但從國外疫情的經驗來看，在線上課並不能完全取代在校學習的體驗。長期網課對學生的學業發展、身心健康都有負面影響 [11]，“test to stay” 政策具有一定的參考價值。
抗原檢測並非完美無瑕
上文中我們可以看到，利用抗原檢測嘗試對隔離時間的優化、維系學生正常的在校學習都具有借鑒意義。除此之外，個人層面上，在參與人數較多的聚會活動前，一些歐美民眾會通過抗原檢測確認自己沒有“傳播”病毒的危險，是疫情中維持正常生活的一種方式。
但不可忽視的是，抗原檢測在應用中也會遇到各種挑戰。第一，如何保證抗原檢測的可及性。任何新冠檢測的需求隨疫情起伏都有著很大的波動，抗原檢測也不例外。當疫情在低谷時，很少有人會有做檢測的需求，此時廠家若維持檢測試劑的大量生產，將存在庫存擠壓過多導致虧損的可能性；一旦疫情暴發，大量民眾都會需要做檢測，此時又會發生試劑盒不夠的情況。
美國的教訓就非常值得深思。由於顧忌抗原檢測靈敏度不如核酸檢測，FDA雖然在2020年8月就批準了第一批三個抗原檢測產品的上市，但此後其他生產商的審批進程非常緩慢，美國也未大規模推廣抗原檢測 [4,6]。這導致美國市場上一度出現抗原檢測廠家競爭很少，價格也偏高。
但到Omicron暴發，核酸檢測完全無法滿足突增的檢測需求，抗原檢測成了非常重要的檢測手段。在2021年12月到2022年1月美國Omicron疫情高峰時期，抗原檢測在美國零售價格在單次檢測10-20美元之間，還經常斷貨，對防疫的影響極為負面 [13]。
相比之下，歐洲批準了大量不同廠家的抗原檢測產品，通過競爭保證了價格相對便宜，一些國家的零售價格在1美元甚至更低。英國更是在疫情期間通過政府採購方式長期全民免費發放抗原檢測試劑。即便如此，實際檢測的需求還是可能超出我們的預計，在2021年底Omicron高峰期，歐洲也遇到了抗原檢測緊缺的情況 [14]。
即便是國家採購免費發放，對政府財政的負擔也不容小覷。2022年2月以來，英國決定逐步恢復正常，解除新冠公共防疫措施，其中一條措施就決定從4月1日起不再為所有國民提供免費抗原檢測 [15]。
除了可及性外，如何讓非專業的普通民眾合理解讀抗原檢測結果也是挑戰。由於靈敏度不如核酸檢測，抗原的陰性結果解讀必須要謹慎，像有症狀這些高感染可能的情況必須要考慮多次連續檢測或用核酸確認。
一方面，對於普通民眾而言，不能排除實際是假陰性，卻獲得虛假安全感的可能性；另一方面，對於感染率低的地方，如果實際使用采取不分個人感染風險的大規模篩查，那陽性結果中假陽性佔比會較高（即陽性預測價值低），這對於非專業的普通民眾，容易引起不必要的恐慌。
為了保障供應量，監管部門可能批準多家產品，如何追蹤保障不同抗原檢測上市後的質量會是極大的挑戰。截至2021年12月，美國FDA緊急使用授權的快速檢測（絕大部分為抗原檢測）達28種，歐洲更是批準了160多家企業的產品 [5]。隨著突變株的不斷出現，及時跟蹤這些上市檢測試劑的實際表現，下降靈敏度特異性不足的試劑對監管部門而言是極大的壓力。甚至，還有一些未經審核的產品偷偷上市的問題，一旦泛濫很可能引起誤導。FDA最近陸續下架一些問題試劑，但由於抗原試劑種類繁多，及時追蹤考驗監管部門能力 [16]。
最後，個人自測的抗原檢測結果如何匯總也值得思考。核酸檢測通過專業實驗室完成，公衛部門可以直接匯總結果，很容易獲得陽性檢出率，感染病例數等重要數據，這些數據可以幫助我們判斷疫情現狀與走向。
Omicron爆發時，美國出現大量民眾抗原檢測的結果無法通過有效渠道上報匯總的情況，CDC以及各地公衛部門統計的感染病例幾乎全是核酸檢測確診，因此存在感染病例的嚴重低估。對於國內的衛生部門來說，如何讓抗原檢測不僅是方便個人做檢測，也讓個人可以便捷、安心地將檢測結果提供給公衛部門，是在推廣時需要考慮的。
參考文獻：（上下滑動可瀏覽）
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3.https://www.idsociety.org/covid-19-real-time-learning-network/diagnostics/rapid-testing/
4.https://asm.org/Articles/2020/August/How-the-SARS-CoV-2-EUA-Antigen-Tests-Work
5.https://www.nejm.org/doi/full/10.1056/NEJMcp2117115
6.https://www.npr.org/sections/coronavirus-live-updates/2021/09/14/1037077480/an-epidemiologist-says-at-home-testing-is-key-to-stopping-covid
7.https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/33846714/
8.https://www.ox.ac.uk/news/2020-11-11-oxford-university-and-phe-confirm-lateral-flow-tests-show-high-specificity-and-are
9.https://idpjournal.biomedcentral.com/articles/10.1186/s40249-021-00901-9
10.https://www.medrxiv.org/content/10.1101/2021.12.23.21268326v1
11.https://www.cdc.gov/coronavirus/2019-ncov/science/science-briefs/transmission_k_12_schools.html
12.https://www.cdc.gov/mmwr/volumes/70/wr/mm705152e2.htm?s_cid=mm705152e2_w
13https://www.propublica.org/article/heres-why-rapid-covid-tests-are-so-expensive-and-hard-to-find
14.https://www.euronews.com/2021/12/30/demand-for-covid-19-self-test-kits-skyrocket-in-europe-amid-omicron-surge
15.https://www.bbc.com/news/uk-60467183
16.https://www.fda.gov/medical-devices/safety-communications/do-not-use-certain-acon-flowflex-covid-19-tests-fda-safety-communication#:~:text=The%20U.S.%20Food%20and%20Drug,box%20(see%20images%20below).
製版編輯|薑絲鴨
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