细菌会“发光说真话”吗？自校准化学发光让尿路感染药敏检测更快更准

尿路感染是临床最常见且易反复发作的感染之一，病情可由轻微不适发展为严重甚至危及生命的状态，并带来显著的门急诊、住院和经济负担。由于不同致病菌对抗生素的敏感性存在明显差异，临床若主要依赖经验性用药，既可能造成治疗失配，也会促进耐药菌的出现与传播，因此迫切需要以循证结果直接指导用药。与此同时，传统药敏试验依赖分离培养和后续检测，整体流程较慢，难以及时满足急性或重症患者的治疗需求；现有快速表型药敏方法虽有进展，但很多仍依赖细菌定量，而接种量偏差会直接影响结果判断，限制了其临床应用价值。在这种背景下，开发一种无需精确定量、能够直接检测临床尿液样本、同时兼具快速性与准确性的药敏技术，不仅是提升尿路感染精准治疗水平的关键，也是减少抗生素滥用、降低耐药风险的重要现实需求。

基于此背景，本研究构建了一种基于CuO纳米酶的过氧化氢酶化学发光快速药敏检测平台。该方法利用CuO纳米颗粒催化H₂O₂触发luminol发光，而细菌相关过氧化氢酶可分解H2O2并削弱化学发光信号；当敏感菌受到抗生素作用后，细胞结构被破坏，更多过氧化氢酶释放到体系中，从而使处理组信号下降更加明显。为避免临床样本中细菌定量不准带来的误差，研究进一步引入未加抗生素组作为内参，以抗生素处理组与未处理组的信号比值ΔCL1/ΔCL0作为自校准判别指标，从而在不依赖精确菌量测定的前提下，实现对尿路感染常见致病菌敏感性与耐药性的快速区分，并为临床抗生素处方提供更直接、更可靠的依据（图1）。

图1  基于过氧化氢酶化学发光传感器的抗生素敏感性检测机制与流程。

此方法已在临床尿液样本中得到验证。针对46例大肠杆菌感染样本，该平台在头孢他啶和头孢吡肟检测中的AUC分别达到0.98和1.00，分类一致率分别为93.5%和100%（图2）；针对25例肺炎克雷伯菌感染样本，头孢他啶和头孢吡肟的AUC分别为0.956和1.00，显示出较高的判别准确性与稳定性（图3）。进一步地，基于头孢他啶、头孢吡肟及哌拉西林-他唑巴坦的联合检测结果，研究将临床药敏状态归纳为4类典型处方情景，从而将快速检测结果直接转化为抗生素选择依据（图4）。上述结果表明，该自校准化学发光策略不仅能够在真实临床样本中实现快速、准确的表型药敏评估，还具备为精准用药提供决策支持的实际应用潜力。

图2  基于ΔCL1/ΔCL0的临床大肠杆菌尿液样本快速药敏检测。A和C展示46份大肠杆菌尿路感染临床尿液样本在头孢他啶或头孢吡肟处理30分钟后的ΔCL1/ΔCL0分布，用于区分敏感与耐药；B和D为对应的ROC曲线，用于评估阈值判别性能及检测准确性。

图3  基于ΔCL1/ΔCL0的临床肺炎克雷伯菌尿液样本快速药敏检测。A和C分别展示25份肺炎克雷伯菌尿路感染临床尿液样本在头孢他啶或头孢吡肟处理30分钟后的ΔCL1/ΔCL0分布，用于区分敏感株与耐药株；B和D为对应的ROC曲线，用于评估判别阈值的分类性能与检测准确性。

图4  基于快速药敏结果的抗生素处方分层。依据ΔCL1/ΔCL0判定结果，将样本归纳为4类用药情景：a，头孢他啶与头孢吡肟均敏感；b，头孢他啶耐药、头孢吡肟敏感；c，头孢他啶敏感、头孢吡肟耐药；d，头孢他啶与头孢吡肟均耐药，但哌拉西林-他唑巴坦敏感。该图用于将药敏检测结果直接转化为抗生素选择依据。

综上，本研究提出的自校准化学发光药敏平台通过引入ΔCL1/ΔCL0读出策略，在避免细菌精确定量的前提下，实现了对临床尿液样本中常见尿路致病菌的快速表型药敏评估，并可进一步为多抗生素处方选择提供依据，体现出较好的方法学创新性和临床转化潜力。但该方法仍受应用场景限制，当前平台针对的是未被该传感器直接鉴定的单一常见尿路致病菌，因此在复杂性或可能涉及混合感染的尿路感染分析中应用仍受限制，更适用于已知病原或以单一致病菌为主的场景；此外，不同菌种的临床断点可能存在差异，应用时可能需要针对不同抗生素浓度和判读条件进行优化。同时，当前流程仍依赖多步离心、洗涤和混匀等人工操作，自动化程度有限。未来应进一步推动流程自动化，并拓展至更多菌种、更多抗菌药物及更复杂感染场景，以提升其真实临床应用价值。

原文链接：https://doi.org/10.1021/acssensors.4c03503