实时荧光定量PCR简介、结果分析及报告

广西临床检验中心广西临床检验中心周向阳实时荧光定量PCR简介、结果分析及报告广西临床检验中心PCR技术简介1实时荧光定量PCR技术原理2实时荧光定量PCR结果分析3结果报告的要点分析4广西临床检验中心1985年，Kary.B.Mullis教授发明了具有划时代意义的PCR技术。1993年，Kary.B.Mullis因该技术的发明而获得诺贝尔化学奖。一、多聚酶链式反应（PCR：PolymeraseChainReaction)广西临床检验中心PCR反应过程•93℃~98℃变性：加热使双链DNA变为单链。•37℃~65℃退火：降温使引物和互补模板在局部形成杂交链。•70℃~75℃延伸：耐热DNA聚合酶按5′→3′方向催化以引物为起始点的延伸反应。广西临床检验中心循环次数DNA的链数121222243238102101024202201,048,576302301,073,741,82410亿PCR特点：高效扩增、忠实复制PCR技术原理广西临床检验中心PCR产物的电泳检测和分析ladderPCRfragment广西临床检验中心二、实时荧光定量PCR(RealtimeQuantitativePCR)•定义：在PCR反应体系中加入荧光基团，利用荧光信号累积实时监测整个PCR进程，最后通过Ct值和标准曲线对未知模板起始浓度进行定量分析的方法。广西临床检验中心TaqMan作用机理reverseprimerRQforwardprimer3'3'5'5'3'5'5'1.PolymerisationprobeQ3'3'5'5'3'5'5'2.StranddisplacementQ3'3'5'5'3'5'5'3.CleavageR3'5'5'3'5'5'4.PolymerisationcompletedQR3'1.每产生一条DNA链，就切断一条探针2.每切断一条探针，就产生一个单位信号3.信号强度与结合探针的DNA分子数成正比广西临床检验中心普通PCR实时荧光定量PCR开管操作、需要后处理、易造成污染，假阳性率高。闭管操作、无需后处理、避免了污染，防止假阳性。PCR结束后，对终点产物进行分析，不能定量，重复性差。实时监测PCR扩增，在指数扩增期对起始模板进行定量，重复性好。人工分析结果，操作复杂，存在误差。仪器自动分析，操作简单，增加了灵敏度和客观性。与普通PCR的区别广西临床检验中心实时荧光定量PCR应用病原体检测转基因食品检测基因表达研究基因表达差异分析亲子鉴定、个体识别基因分型广西临床检验中心三、实时荧光定量PCR结果分析扩增曲线的认识结果分析时几个基本概念数据分析的一般流程样本复检的一般情况广西临床检验中心PCR扩增曲线线性图扩增曲线线性图谱：横坐标：扩增循环数（Cyclenumber）；纵坐标：荧光强度（DeltaRn）。基线期指数增长期线性增长期平台期阈值线CT值广西临床检验中心基线期指数扩增期平台期线性扩增期扩增曲线对数图谱：横坐标：扩增循环数（Cyclenumber）；纵坐标：荧光强度（DeltaRn）。PCR扩增曲线对数图广西临床检验中心扩增曲线线性基线期：指PCR反应处于起始阶段。此阶段，扩增产物很少，所产生的荧光信号很低，反应了系统背景情况。指数增长期：指PCR达到其最大的扩增阶段，理想条件下，每一循环后，PCR产物呈指数倍增加。线性增长期：指PCR达到稳定的线性扩增阶段，PCR产物呈几何倍数增加。平台期：由于原料消耗殆尽，扩增减缓，荧光信号不再随循环数增加而增加。S型曲线的四个特征性阶段广西临床检验中心结果分析时的几个基本概念基线（Baseline）阈值线（Threshold）Ct值（Cyclethreshold）广西临床检验中心基线•基线（Baseline）：扩增曲线中的水平部分。调整原则：如果Ct值18，不需调整，使用自动分析结果；如果Ct值18，修改终点，再分析一次；起点一般取3~6，终点一般取12~15。广西临床检验中心阈值线•阈值线（Threshhold）：荧光扩增曲线上人为设定的一个值，它可以设定在荧光信号指数扩增阶段任意位置上，但一般我们将荧光域值的缺省设置是3-15个循环的荧光信号的标准偏差的10倍。手动调节阈值线的原则：要大于样本的荧光背景值和阴性对照的荧光最高值，同时要尽量选择进入指数期的最初阶段，真正的信号是荧光信号超过域值。广西临床检验中心Ct值•Ct（CycleThreshhold）值：每个反应管内的荧光信号到达设定的域值时所经历的循环数被称为Ct值（thresholdvalue）。•PCR扩增过程中，荧光信号开始由本底进入指数增长阶段的拐点所对应的循环次数，是实时荧光定量PCR判断阴、阳性和进行定量分析的依据。广西临床检验中心数据分析一般流程曲线分析（AmplificationPlot）标准曲线分析（StandardCurve）定值浓度或Ct值数据分析三部曲广西临床检验中心数据分析一般流程该步骤主要是对扩增曲线进行整体或单个的调整，主要包括：对数曲线与线性曲线的转换、模板或内标检测探针的选择、基线的调整、阈值的设定等几个方面。曲线分析（AmplificationPlot）广西临床检验中心数据分析一般流程对数曲线与线性曲线的转换：一般情况下，我们对实验结果的分析都是在线性曲线基础上进行的，因此在实验扩增结束后，需先将对数扩增曲线转换为线性曲线，以便于后续的分析。曲线分析（AmplificationPlot）广西临床检验中心对数曲线与线性曲线的转换对数曲线线性曲线广西临床检验中心数据分析一般流程检测通道的选择：该步骤主要是由于多色荧光检测在PCR检测中的应用越来越广泛，比如含有内标的试剂，内标的检测通道与目的基因的检测通道不同，因此需根据需求选择不同的通道进行结果分析。曲线分析（AmplificationPlot）广西临床检验中心对数曲线与线性曲线的转换目的基因：FAM内标：HEX广西临床检验中心数据分析一般流程基线的调整：其作用直观反应为曲线基线形状的高低或均一性变化。通常情况下，选择自动分析，此时仪器会针对每条曲线进行优化分析，因此效果通常比较好。在基线自动分析的基础上，如果出现某些形状异常的曲线，则在其他结果分析完成后，再单独对异常曲线进行手动基线调整分析。曲线分析（AmplificationPlot）广西临床检验中心数据分析一般流程手动基线设定原则：1.基线的结束点应在进入线性期的前几个循环；2.基线开始点应避开反应开始时不稳定的几个循环；3.基线应选择比较平坦的区域；4.基线设定以刚好超过正常阴性对照品扩增曲线的最高点。曲线分析（AmplificationPlot）广西临床检验中心自动基线与手动基线自动分析结果基线设定为起始值为6，结束值为12广西临床检验中心数据分析一般流程阈值设定：在基线调整后则可进行阈值设定，一般选择人工阈值设定，即通过人为的移动阈值线，到达良好分析效果的目的。阈值的高低直接关系着最后的定量结果的准确性。阈值设定的原则：阈值线一般置于曲线的指数扩增初期，通常是曲线倾斜程度整体一致的地方。曲线分析（AmplificationPlot）广西临床检验中心阈值线的设定阈值线三原则：指数扩增初期、整体曲线倾斜程度一致、高于阴性对照的地方广西临床检验中心数据分析一般流程整体曲线的观察：分析是否存在污染（主要是试剂污染）；分析是否有因物理或其他因素造成的异常曲线情况；阴性对照分析：观察是否存在污染；阳性对照分析：观察是否在质控范围内；标准品分析：观察标准品分布是否均匀，梯度是否正常，Ct值是否正常；曲线分析（AmplificationPlot）广西临床检验中心数据分析一般流程该面板主要用于标准曲线参数的分析，通过对曲线各个参数的统计，可以判断实验定量的准确程度或者试剂的稳定程度。其主要包括三个参数：Slope（斜率）、Intercept（截距）和R2（线性相关性）。标准曲线分析（StandardCurve）广西临床检验中心PCR扩增的数学原理理想的PCR反应：X=X0*2n非理想的PCR反应：X=X0(1+E)nn:扩增反应的循环次数X：第n次循环后的产无量X0：初始模板量E：扩增效率等式仅在限定的扩增指数增长期成立。超过此时期后，扩增过程即由指数扩增降低至稳定的扩增速率，最终达到平台，不再扩增。广西临床检验中心实时荧光PCR定量原理上图为外标定量方法原理图。模板DNA量越多，荧光达到域值的循环数越少，即Ct值越小。标准品与待测样本的扩增效率一致。Log(浓度)与循环数呈线性关系，通过已知起始拷贝数的标准品可作出标准曲线，根据样品Ct值，就可以计算出样品中的起始模板量。k=-1/log(1+E)CtLogC0广西临床检验中心标准曲线分析斜率、截距、相关性广西临床检验中心数据分析一般流程Slope（斜率）：理论值为-3.32。可以从两个方面来分析，首先是标准曲线的10倍梯度关系，如果梯度正确，斜率数值会比较接近理论值；其次是试剂的扩增效率，当梯度正确的情况下，扩增效率越高越接近理论值。Intercept（截距）：不同公司的试剂截距有很大的不同，主要是指只有1个病毒扩增时，曲线出现的Ct值。R2（线性相关性）：指示本次实验标准品的线性关系。注：优质试剂的标准品每次实验的参数是比较稳定的，做质控分析后偏差应在±2SD范围内，Ct值变异系数应小于10%。标准曲线分析（StandardCurve）广西临床检验中心数据分析一般流程通过上述步骤分析后，可以得到一个比较准确的定量结果或Ct值，如果在上述步骤中没有记录到异常曲线或者情况，则可以发出正确的报告，对于异常的曲线或者情况，则需单独分析，确定复检的必要性。定值浓度或Ct值广西临床检验中心复检的一般情况-失控阳性质控或阳性样本的失控阴性质控或阴性样本的失控广西临床检验中心失控的一般情况阳性质控或者样本没有典型的扩增；阳性质控Ct值或者定值偏差在±2SD之外阳性质控或者样本扩增曲线异常，不呈典型的“S”型，如直线倾斜扩增或者折线型；阳性质控或样本失控的一般表现广西临床检验中心失控的一般情况核酸提取中的随机误差：如核酸提取过程中的丢失、有机溶剂的去除不彻底、标本中产生扩增抑制物的残留、所用耗材存在PCR抑制物等；仪器问题：如扩增仪孔间温度的不均一性、孔内温度与所示温度的不一致性等；试剂问题：如Taq酶和（或）反转录酶的失活、探针的纯度及标记效率和核酸提取试剂的效率等；阳性质控或样本失控的一般原因广西临床检验中心失控的一般情况纯化核酸：但不能完全避免来自标本核酸提取过程中所混入的去垢剂、有机溶剂的抑制作用；重复性实验：对临床样本进行重复双份测定，避免由于操作的随机性导致结果的误差，同时也可以监测试剂的稳定性；稀释标本：对于含有已知抑制物的标本如强溶血，则可对标本在扩增前进行稀释，再来测定；使用“内质控”：即内标，可以避免由于试剂、扩增仪或标本处理不当所致的假阴性，因此卫生部建议使用带有“内标”的检测试剂；阳性质控或样本失控的预防措施广西临床检验中心失控的一般情况标本间的交叉污染：如在实验过程中，由于操作不当，或者样本采集不当造成的交叉污染；产物污染：通常指扩增产物泄漏导致的气溶胶污染；试剂污染：如在提取过程中或配制反应液时造成了试剂污染，从而使得检测结果出现污染；阴性质控或样本失控的一般原因广西临床检验中心失控的一般情况对实验室进行严格的分区使用带“滤芯”的吸头设立“阴性”质控（与标本同时处理）使用防“污染”（含UNG）的PCR试剂阴性质控或样本失控的预防措施广西临床检验中心假阳性的控制—UNG酶+dUTP防污染体系UNG酶的作用原理：在PCR产物或引物中用dU代替dT。dU化的PCR产物与UNG一起孵育，因UNG可裂解尿嘧啶碱基和糖磷酸骨架间的N-糖基键，可除去dU而阻止TaqDNA聚合酶的延伸，从而失去被再扩增的能力，其对不含dU的模板无任何影响。广西临床检验中心假阴性的控制—内标FAM:525nmHEX