新生儿筛查：串联质谱分析法革命

新生儿筛查，是检测新生儿是否有能治疗的遗传病，代谢病，内分泌病和血液病的过程。州法律规定对新生儿进行新生儿筛查作为州公共健康计划的一部分。目前，50个州都提供新生儿筛查服务，事实上美国每年超过4百万的新生儿（>99%）都进行一些疾病的筛查，例如苯丙酮酸尿(PKU)，先天性甲状腺功能减退，半乳糖血症，和血红蛋白病。由于科学进步，消费者拥护，和财政鼓励例如联邦对镰型红细胞检测的支持，这些计划在过去十年内得到迅速扩大。大多数州都有自己的新生儿筛查计划，虽然一些州通过与其他州的地区合作运行计划，而哥伦比亚和宾夕法尼亚地区与私人实验室签订检测服务合同。

串联质谱分析法(MS/MS)有助于增加通过新生儿筛查计划检查疾病的数量。1995年，一些实验室开始使用一种MS/MS方法，该方法由Millington 和 Chace开发，经Naylor改编的用于新生儿筛查。基于这些计划的成功开展，美国健康资源与服务部 （HRSA）在2005年发布了一个来自美国医学遗传学会(ACMG)的报告，支持在新生儿筛查计划中使用MS/MS作为扩展筛查性能以及计入更多疾病的手段。从那以后，州计划就加速了对MS/MS的采用，目前，所有州使用MS/MS筛查至少31种疾病，还有多达50的，取决于州。

这篇文章说明实验室如何在新生儿筛查中使用MS/MS，为什么临床实验室工作人员应了解新生儿筛查计划，并且应展望现场的新兴问题。

先天性代谢缺陷（IEM）概括

婴儿如果生下来就氨基酸代谢失调，其缺乏脂肪转为能量或分解为氨基酸需要的特定酶，或这种酶生成不足。后者中，此类先天性代谢缺陷(IEM)会导致氨基酸积累，如果未发现且未治疗，会变成中毒。例如，带特殊DNA突变的婴儿缺乏酶苯丙氨酸羟化酶，不能代谢必需氨基酸，苯丙氨酸。MS/MS能有效地筛查这种代谢病，称为苯丙酮尿症（PKU），还可以筛查许多其他IEM，包括氨基酸，无机酸和脂肪酸氧化病。

新生儿筛查代谢病始于1961年，那时Robert Guthrie开发了一种简单的，效率高成本低的筛查试验用于筛查苯丙酮尿症（PKU）。各个州迅速采用了该试验，到20世纪60年代后期，筛查PKU的习惯已蔓延到全部50个州，和一些发展中国家。随着研究者开发新试验，包括用于主要先天性甲状腺功能减退，镰型红细胞病，氨基酸病和半乳糖血症的试验，新生儿筛查中包括的IEM数量多年以来逐渐扩大。

先天性代谢缺陷：发生率

生来有IEM的婴儿不少见。在美国，活产婴儿中IEM的总体发生率预计为1/4000(5)。但是，各个病的发生率和频率不定，取决于人口的种族和种族构成，帮助医生进行鉴别诊断可用的筛查计划的范围。

草拟 ACMG 报告的作者估算美国活产婴儿中仅PKU的发生率为1/12000，所有氨基酸病的组合发生率高达1/6000。这些估算未包含其他IEM，例如有机酸病，一些尿素循环病，和先天性乳酸酸血症，需要氨基酸分析用于诊断和监测治疗。表1提供了加拿大不列颠哥伦比亚进行的研究中报告的几种IEM的发生率。

分析程序

简言之，质谱仪是一种分析仪，基于分子离子的质量/电荷(m/z)比区分和量化分子离子。如其名，MS/MS仪器常常由两个质谱仪组成，用一个反应室或碰撞室区分。这些仪器如何工作的完整说明不在本次讨论范围中，但是描述足以说明它们可检测并量化体液中的化合物，因此用于新生儿筛查很理想。

出生后不久，医院工作人员从新生儿通过刺后跟并且在一种特殊滤纸上采集一滴血来获取毛细血管血，这种滤纸被称为Guthrie卡。最初的时候，使用MS/MS用于新生儿筛查的实验室用甲醇从血斑中洗提婴儿样本，接着用butanolic HCl衍生化，蒸发，然后用恰当的有机溶剂复溶，引入分光计中。许多计划仍在使用这个技术，而越来越多的实验室转变为直接洗提和注射技术，因为这样既节省了样本制备时间，实验室也省略了腐蚀性化学物，butanolic HCl。

用于实际分析，技师从干血斑取3-mm穿孔，然后搅打15分钟用甲醇提取。接下来的步骤包括添加一种内部标准溶液，和蒸发提取物。然后技师把丁基引进残留物，使用MS/MS分析。另一种方法，一些筛查计划跳过丁基化步骤，直接注射洗出物到仪器中。这种方法学限定用甲醇洗提样本，离心样本，然后蒸发洗出液直到其变干。技师然后用注射溶液复溶洗出液-通常是乙腈、甲酸，和水-将其置于密封的微量滴定盘中用于MS/MS分析。

更完整的图

用于新生儿筛查的MS/MS技术的开发和宣传大大地改善了IEM的检测。表2显示了以MS/MS为基础在5年期间检测超过2百万的新生儿鉴定的8个代谢病的流行率。事实上，如果不是新生儿筛查计划广泛使用MS/MS技术，表1和表2中报告的数据都不会提供。

目前七个州使用MS/MS筛查超过50个IEM。此外，去年，所有州使用这个技术筛查不少于30个医学状况（图1）。总而言之，MS/MS是一种成本低效率高的技术，支持同时进行大容量筛查新生儿多种代谢病，包括氨基酸病，脂肪酸氧化病和有机酸病。

面临挑战

当这种技术的采用迅速普及时，许多临界分析的，实验室，和政策问题仍需解决。在分析和实验室面前，这些问题包括：开发并改进分析物特异性临界值以最小化假阴性/假阳性；开发并改编跨新生儿筛查实验室指导方针以确保结果质量可比较；改善新生儿筛查计划的管理以确保其与临床实验室合作缩短周转时间；和改善临床实验室，筛查计划，基于社区的代谢专科医生，和基层医疗提供者之间的交流以尽可能快地取得样本，获得明确诊断。

新生儿筛查实验室用不同方式安装并运行MS/MS；因此，现场的关键性需求正在方法学途径上达成共识。这样做也能改善实验室之间结果的可比较性。为了接近这个共识，临床和实验室标准研究所最近发布了一组指南，用串联质谱分析法进行新生儿筛查；批准的指南（www.clsi.org）。

新生儿筛查计划也需要更好地理解自然史和MS/MS鉴定为IEM潜在阳性的婴儿的多变症状。此挑战强调该事实，成功的新生儿筛查需要一个真正的团队努力，不仅是识别危险的婴儿，还要确保这些婴儿接受正确的诊断评估。婴儿一旦被发现真正受到影响，就需要迅速转诊到合适的医学专科医生处进行持续临床评估和治疗。

也许实验室面临的最关键的分析性问题是对开发良好的临界值的需求。对使用MS/MS的大型新生儿筛查计划的已发表的评论表明，临床实验室需要更关注为多种分析物开发合适的临界值。假阳性结果会给父母带来极度焦虑，又常常需要消费有限的资源收集后续样本，执行重复试验。现在业内正在讨论的一个建议是为新生儿的不同亚种群建立不同的临界值。

尽管新生儿筛查采用MS/MS明显增加了日常评估的IEM的数量，许多州政府面临决定性的政策决定，关于是否将某些MS/MS可检测到的代谢病纳入他们州的计划中。2005 ACMG/HRSA报告建议在核心的新生儿筛查组中包括29种病。作者认为这些病适于所有新生儿筛查计划，因为这些病有筛查试验和有效治疗，还存在关于这些病的自然史的大量知识体系。这些病中，MS/MS可鉴定23种，使其成为核心的新生儿筛查计划的主导技术。

更多扩展

由于各种各样的原因，州新生儿筛查计划筛查更多先天性病的公共压力逐渐增加，包括科学进步，减少发病率和死亡率的希望，以及私营机构和其他势力提供的市场效能。但是，其他问题超出前沿MS/MS技术检测额外的IEM的能力。新生儿筛查计划和MS/MS技术的扩展不仅仅只依靠发展实验室采集样本，操作MS/MS，分析结果，和解读数据的专业技术。另一个关键因素是需要培训一个完整的公共卫生团队以进行区别化诊断，确保及时跟进，和展开合适的治疗。

2003年，美国健康与人类服务部部长特许新生儿和儿童遗传病部长顾问委员会推荐用于有效地降低有遗传病或有遗传病风险的新生儿和儿童的发病率和死亡率的普遍新生儿筛查试验的最恰当的用途，技术，政策，指南，和标准。该组织继续回顾关于应添加到新生儿筛查计划中的额外的IEM的已发表的文献。未来很可能的候选纳入的疾病包括溶酶体贮藏病和黏多醣症。

另一个关键原因是扩大新生儿筛查计划的代价。目前，主要经济来源是第三方支付者的付费。来自美国政府审计署(GAO)的报告预计约2/3的资金来自收费和联邦分类财政补贴的催缴单，尤其是母婴健康块，医疗补助计划，和其他财政收入。费用包括大部分筛查成本，但是不包括治疗和后续项目。

不能计算成本-效率的精确数据，因为缺少确切检测容量。Schulze及其同事估算每个使用MS/MS的程序的成本为每个实验7.50美元。他们使用观测频率4100个新生儿中1例来计算检测一个受到影响的婴儿的成本为30,750美元。作者恰当地建议通过减少早期未诊断出且未治疗的IEM小儿科病人每年约30,000-40,000的医疗或医院开支或者50万-150万的终身医疗费用，就能迅速补偿这个花费。

2005，加拿大研究者进行的另一个分析暗示，为了使一个MS/MS筛查计划有效果，疾病应分类为单个组，但是，筛查单个组中所有可能疾病不划算。这些研究者建议得到的年度筛查增支成本将会通过筛查PKU和9种其他病最优化。

另一方面，技术进步使筛查更多疾病变得可行，然而，为了使此类扩展的筛查成本低效率高，且临床上有效，将需要其他资源。这些包括用于立即跟进，迅速安排验证试验时间，和专业治疗的资源。此外，为了减少受影响婴儿家庭的焦虑，临床实验室需要高效运行，并与治疗儿童的代谢单元保持紧密联系。

看来是未来将会带来额外的多元技术，包括DNA阵列，在新生儿筛查计划中有用。尽管解析阳性NDA微阵列芯片结果和一个婴儿的临床表现之间的联系将会是一个复杂的挑战，我们期待此技术为检测IEM带来巨大希望。