抗原检测原理：与病毒表面蛋白结合，让新冠“现形”
       新冠病毒是一种RNA病毒，基因组全长约30 kb，主要编码4种结构蛋白和16种非结构蛋白。4种主要的结构蛋白分别为刺突蛋白(spike protein，S protein)、包膜蛋白(envelope protein，E protein)、囊膜蛋白(membrane protein，M protein)和核衣壳蛋白(nucleocapsid protein，N protein)[1]。

  图1 新冠病毒结构示意简图(图源：[1])

  要确定样本中的新冠病毒，那么就要让隐匿在样本中的病毒“现形”。简而言之，携带了“荧光”标记的抗体专一地去找新冠病毒，找到了就紧紧地与病毒表面的抗原蛋白(N或S蛋白)“抱在一起”，这样就能够通过自己身上的“荧光”让新冠“现形”。

  具体来说，新冠抗原试剂盒包括一条硝酸纤维素膜(nitrocellulose，NC膜)纸状材料，一块嵌藏在样品垫和T线(测试线)中的小红垫子。这块红垫子上固定着能与新冠病毒结合的胶体金或者荧光微球标记的抗体（或其他材质的彩色抗体），用以显示抗体在测试条上的位置。

  图2 免疫测流层析法原理示意图(图源：[2])

  样本与缓冲液混合后滴在样品孔上，在NC膜的毛细力拉动下，从试纸的一端流向另一端。在这一过程中，新冠病毒首先与红垫子上的标记抗体相结合，随后与T线的第二组抗体结合，形成抗体复合物沉淀并显色。没有与病毒结合的抗体继续在试纸上迁移并遇到第三组位于C线（对照线）上的抗体。C线抗体不是用来检测新冠病毒的，而是捕获剩余的未结合抗体，呈现的横线表示测试完成。

  抗原检测最早什么时候能检出新冠？准确率如何？

  要回答这个问题，就需要知道新冠感染过程。奥密克戎感染后有2-4天潜伏期，在此期间患者通常并不表现相关的感染症状;在感染的初期，新冠的主要病原标志物，如RNA和相关的抗原蛋白会大量表达而出现在人体中;随后，人体免疫系统在入侵人体的病毒刺激下将开始抗病毒免疫应答过程，开始出现相关症状;在这一阶段患者的上呼吸道样本中的病毒含量开始快速增长，对其进行病毒核酸和抗原的检测能够有效判断新冠的早期感染。传染风险主要集中在症状前2~3天到症状后8天内，抗原检测的窗口期为症状出现后的5-12天[3]。

  图3新冠病毒感染和人体免疫系统响应时间示意图(图源：[4])

  伴随着免疫应答的开始，针对病毒主要抗原，如N蛋白和S蛋白等的早期响应抗体IgM开始出现，开始抑制病毒的感染与复制。2周左右，患者体内的病毒含量和IgM的表达接近顶峰。该阶段，对患者上呼吸道样本的病毒抗原和血液样本中的IgM进行检测，可以对感染的急性期进行判断。在接下来1周左右内迅速发生抗体类型转换，开始大量产生对应的IgG、IgA等类型抗体，期间T细胞免疫也同时开始发挥作用，识别并清除被感染细胞。这个时期抗体检测可在当前感染和近期曾经感染检测出新冠病毒，准确度可达95%-100%。

  表1 新冠病毒三种检测方法的对比

  数据来源：[2]丨制图：生物探索编辑团队

  抗原检测灵敏度比核酸检测低100至1000倍，但一般仍足以发现正在传播病毒的人。核酸检测作为新冠病毒检测的“金标准”，准确度高，可检测到低病毒载量，检测下限为每毫升102~103基因组拷贝。但耗时长、成本相对高，且需要专业人员和工具;抗原检测可实现快速检测，操作简单、成本低，但准确度不如核酸检测，病毒载量低或是无症状的情况下存在漏检。抗原检测下限为每毫升105~106基因组拷贝，但病毒载量低于每毫升106基因组拷贝的个体不太可能传播病毒，因此抗原检测可快速识别最有可能传播病毒的感染者[3]。

  图4 核酸、抗原和抗体检测窗口期示意图(图源：[3])

  研究表明在无症状阶段，与核酸检测相比，抗原检测可达到不同程度的临床准确度（灵敏度，36%~82%；特异度，大约98~100%）[5-7];在抗原检测窗口期，抗原检测灵敏度在新冠症状出现后的前七天为80.0％(95%CI 71.0–88.0)，在症状出现后的第二周为76.0％(59.0–88.0)，在第三周下降到19.0％(6.0–38.0)[8]。抗原检测出现假阳/阴性的概率在10%左右。以核酸检测结果作为对照，在针对无症状个体的筛查计划中，两次独立但连续的快速抗原检测阳性可以提高阳性结果的准确度。
       参考文献：

  [1]Gil C, Ginex T, Maestro I, et al. COVID-19: Drug Targets and Potential Treatments. J Med Chem. 2020 Nov 12;63(21):12359-12386. doi: 10.1021/acs.jmedchem.0c00606. Epub 2020 Jun 26. PMID: 32511912; PMCID: PMC7323060.

  [2]陈晨,胡劲超,曹姗姗等.新型冠状病毒抗原快速检测研发现状及展望[J].中国生物工程杂志,2021.41(06):119-128.DOI:10.13523/j.cb.2105056.

  [3]Peeling RW, Heymann DL, Teo YY, et al. Diagnostics for COVID-19: moving from pandemic response to control. Lancet. 2022 Feb 19;399(10326):757-768. doi: 10.1016/S0140-6736(21)02346-1. Epub 2021 Dec 20. PMID: 34942102; PMCID: PMC8687671.

  [4]Drain, P. K. Rapid Diagnostic Testing for SARS-CoV-2. N Engl J Med 386. 264–272 (2022).

  [5]Pray IW, Ford L, Cole D, et al. Performance of an Antigen-Based Test for Asymptomatic and Symptomatic SARS-CoV-2 Testing at Two University Campuses - Wisconsin, September-October 2020. MMWR Morb Mortal Wkly Rep. 2021 Jan 1;69(5152):1642-1647. doi: 10.15585/mmwr.mm695152a3. PMID: 33382679; PMCID: PMC9191905.

  [6]Prince-Guerra JL, Almendares O, Nolen LD, et al. Evaluation of Abbott BinaxNOW Rapid Antigen Test for SARS-CoV-2 Infection at Two Community-Based Testing Sites - Pima County, Arizona, November 3-17. 2020. MMWR Morb Mortal Wkly Rep. 2021 Jan 22;70(3):100-105. doi: 10.15585/mmwr.mm7003e3. Erratum in: MMWR Morb Mortal Wkly Rep. 2021 Jan 29;70(4):144. PMID: 33476316; PMCID: PMC7821766.

  [7]Drain P, Sulaiman R, Hoppers M, et al. Performance of the LumiraDx Microfluidic Immunofluorescence Point-of-Care SARS-CoV-2 Antigen Test in Asymptomatic Adults and Children. Am J Clin Pathol. 2022 Apr 1;157(4):602-607. doi: 10.1093/ajcp/aqab173. PMID: 34668536; PMCID: PMC8973256.

  [8]Boum Y, Fai KN, Nikolay B, et al. Performance and operational feasibility of antigen and antibody rapid diagnostic tests for COVID-19 in symptomatic and asymptomatic patients in Cameroon: a clinical, prospective, diagnostic accuracy study. Lancet Infect Dis. 2021 Aug;21(8):1089-1096. doi: 10.1016/S1473-3099(21)00132-8. Epub 2021 Mar 25. Erratum in: Lancet Infect Dis. 2021 Jun;21(6):e148. Erratum in: Lancet Infect Dis. 2021 Jul;21(7):e182. PMID: 33773618; PMCID: PMC7993929.