编者按：《中国体外诊断产业发展蓝皮书》·卷（以下简称“蓝皮书”）将按章节陆续在体外诊断快讯定期连载部分内容，以回馈广大实验医学、体外诊断同仁对协会工作的支持。
自年首卷公开出版发行以来，蓝皮书系列已逐年连续出版至第五卷，与前几卷相比，本卷更具体地介绍了自新冠疫情发生至今，我国体外诊断行业所面对的挑战与机遇，更突出地展现了国内该领域创新技术产品及各分类产品市场容量。该书主编宋海波教授、姚见儿博士及各位编委们一直努力的致力于推动中国IVD产业的健康发展，本书在编辑过程中得到了全国卫生产业企业管理协会医学检验产业分会各副会长单位和国内知名企业家们的大力支持与合作，在上海科技出版社和Springer-Verlag（施普林格）出版机构的鼎力支持下，得以如期出版发行，该书的英文版也于年10月正式出版发行。谨对参与该书编辑、审校等工作的所有同志们表示由衷的谢意！
本期内容提要：
上期我们主要刊登了尿液分析市场现状，产品出口及注册备案情况，技术创新情况及各家尿液分析产品的参数等。本期为第三篇第一章第四节《粪便及肠道微生态检测》，多项研究显示，粪便中携带部分脱落的人体消化道表皮细胞，检测其中的基因信息对结直肠肿瘤的早期筛查具有一定参考价值。近年来，粪便DNA检测在肿瘤早期筛查中已经显示出较好的市场规模和应用前景。目前国内外已有一系列公司开发了基于粪便标本基因甲基化检测的肠癌早筛产品，如KARS、APC等基因的突变；SDC2、BMP3和NDRG4等基因的甲基化等。
本节涉及的内容包含粪便的常规检测内容、应用，多功能粪便分析仪产品介绍，主要生产厂家和市场分析，结直肠癌早筛技术及产品介绍，微生态检测技术及应用方向等内容。近五年来，国内很多企业加大了粪便分析仪的研制投入，仪器的性能得到了较大的提升。粪便分析仪在中国的发展，经历了粪便标本处理仪、半自动分析仪、到目前阶段的“准”全自动化多功能分析仪三个阶段，现今这三个阶段的设备并存于市场中，而自动化多功能分析仪无疑具有更为广阔的市场前景。
一、概述
粪便检测是以人类粪便为研究对象，检测其外观性状、形态颗粒、生物化学等的改变，以及研究粪便中携带的人类基因信息、致病性微生物、共生微生物等相关信息。粪便检测对胃肠功能失调、消化机能障碍，以及消化道溃疡、梗阻、出血、或与肠道连通的器官病变，如肝、胆炎症及寄生虫病等的诊断都具有重要的意义，对消化道的炎症、肿瘤、出血和肠道寄生虫病等疾病的诊断也极为重要。粪便标本取材方便，无创伤，可以对多种疾病进行病因学和病原学检查。粪便检测不仅适用于住院病人和一切疑有消化道疾病的病人，也常作为健康体检、慢病筛查的内容。
多项研究显示，粪便中携带部分脱落的人体消化道表皮细胞，检测其中的基因信息对结直肠肿瘤的早期筛查具有一定参考价值。近年来，粪便DNA检测在肿瘤早期筛查中已经显示出较好的市场规模和应用前景。目前国内外已有一系列公司开发了基于粪便标本基因甲基化检测的肠癌早筛产品，如KARS、APC等基因的突变；SDC2、BMP3和NDRG4等基因的甲基化等。于年10月发表的《中国早期结直肠癌筛查流程专家共识意见（,上海）》首次明确提到，粪便DNA单靶点和多靶点甲基化检测，与免疫化学法粪便隐血试验（fecalimmunochemicaltest,FIT）联合检测，可作为肠道肿瘤的筛查方法之一；粪便基因检测具有取材容易、受检者无需特殊准备、无创等优点，有望应用于肠道肿瘤高危人群的普查[1]。
此外，粪便中细菌DNA及代谢物检测也可用于评估人体肠道微生态健康状况。人体肠道微生物的种类和数量占到人体共生微生物的90%以上，和人体消化道器官一起组成人体肠道微生态系统，并密切影响人体健康。肠道微生物对人类自身细胞不能消化的食物成分进行降解，构建宿主-菌群共代谢网络，肠道细菌参与产生的代谢物深刻影响人体正常新陈代谢和免疫功能。维持肠道微生态系统的平衡，是维系和加强宿主免疫反应、抵抗外来致病菌、帮助人体消化吸收、物质能量代谢、促进人体生长发育的决定因素之一，并直接或间接地调控人体多个系统的功能，人体微生态失衡与以肠道疾病为代表的多种疾病的发病机制有着密切关联[2]。粪便中含有大量来自肠道的微生物细胞和代谢物质，可以作为评估微生态健康的“窗口”。
二、粪便常规检测及多功能粪便分析仪
（一）、粪便常规检测的内容及应用
粪便的常规检测主要包括一般外观性状检测、粪便形态学检测、粪便化学和免疫学检测等。
一般外观性状检测，主要观察粪便的颜色如淡黄色、绿色、果酱色等；形状如扁平带状、球形硬便，硬度如软便、硬便、水样便、粥样便等，粪便的外观性状检测，主要通过肉眼观察判断。临床和健康管理机构常根据布里斯托大便分类法将大便分为七类。因大便的性状和其待在大肠内的时间有关，可以用它来推测食物经过大肠所需的时间，并判断消化能力和肠道健康状况。该方法由英国布里斯托大学的希顿和路易斯于年首次发表在《北欧肠胃病学杂志》(ScandinavianJournalofGastroenterology)上。第一到第七型依次为①粗糙颗粒的羊粪球状、②表面凹凸的麻花状、③表面有裂痕的香肠状、④表面光滑的香肠状、⑤断边光滑的柔软块状、⑥粗边蓬松的糊状，以及⑦无固体块的完全液体状。第一型和第二型表示有便秘；第三型和第四型是理想的便形，尤其第四型是最容易排便的形状；第五至第七型则代表可能有腹泻（新生儿正常是第六型）。此外，粘液如脓液、带血粪便等，各种肠道寄生蠕虫，如钩虫、蛔虫、蛲虫、绦虫片等，也可在粪便外观检测中发现。
粪便的形态学检测，指观察粪便中有形成分的形态特征。主要有人类细胞（红细胞、脓细胞、嗜酸性细胞、上皮细胞、巨噬细胞等），寄生虫卵与原虫，食物残渣，结晶，细菌等。粪便有形成分形态的观察方法目前一般采用湿涂片显微镜观察技术。粪便形态学的手工检测一般由操作人员在载玻片上滴适量生理盐水，用洁净竹签取粪便样本涂片，涂片应保持均匀，厚薄适宜，以尚能透过字迹为宜。然后放在显微镜下观察形态。而自动化的粪便分析仪则可以通过整合的形态学检测模块以及图像传输系统完成该项检测。
粪便的化学和免疫学检测是利用被测物质的化学和免疫学特性，检测其在粪便中是否存在及其含量。常见的临床意义重大的粪便免疫学检测项目有：隐血检测、转铁蛋白检测、轮状病毒抗原检测、腺病毒抗原检测、幽门螺杆菌抗原检测等。其中，粪便潜血检测在英文中常被称为FOBT（fecaloccultbloodtest），因21世纪以来多采用免疫学方法检测血红蛋白作为隐血指标，所以英文也常称其为FIT（fecalimmunochemicaltest）或iFOBT（immuno-FOBT），以区别于最早发明的化学法粪便潜血检测（gFOBT，guaiacfecal-occultbloodtest，愈创木脂测试）。粪便潜血检测最显著作用是预测并降低结直肠癌病死率。据不完全资料统计，可降低结直肠癌病死率10%~30%，所以，防治指南大力推荐其作为一线筛查项目[3]。除此之外，其无创、易被接受、以及低成本等也是被推荐的重要原因。粪便免疫学检测还可以通过特定的检测试剂，对肠道致病性病毒、致病性细菌和寄生虫等进行检测，用于评价个体的感染状况。
目前临床实验室对粪便的检测，主要开展粪便常规检测（外观检测、形态学检测）、免疫化学检测（主要有隐血检测、部分致病性病毒和细菌抗原检测等）、寄生虫筛查、微生物培养等项目。随着自动化粪便分析平台的普及，粪便常规检测的方便程度、效率和准确度在近年来都已有较大的进步[4-6]。
（二）、多功能粪便分析仪产品介绍
多功能粪便分析仪，或名粪便分析工作站、多功能粪便分析工作站（FecesAnalysisSystem）等，一般用于实验室或临床检验科对粪便标本进行常规检测。粪便分析仪是在手工检测的经验和基础上发展起来的、利用现代技术研制的自动化设备，目的是使粪便检测实现自动化，提高效率，规范管理，改善环境。随着粪便检验自动化技术的发展和日趋成熟，粪便检验工作效率得到提升，检出率逐步提高，生物安全性也得到更好的保障，有效减轻了检验工作人员的压力。
粪便分析仪一般包括标本处理、形态学检测、免疫学检测和三废处置等四大功能模块。近年来的自动化粪便分析仪通常还整合有标本图像识别和处理系统。
标本处理模块是指将固态、半固态的粪便处理成有代表性的应用液，满足形态学和免疫学检测需求。标本处理模块一般包含进样系统、加液系统、混匀系统和过滤系统。有些机型增加浸泡功能，有些仪器采用不过滤技术。根据仪器具体型号和实际操作需求，进样系统可以分为盘式或条式进样等方式。混匀系统可以采取旋转混匀、机械搅拌混匀、气泡混匀等方式；过滤系统有全过滤分离法、侧向过滤法、底部过滤法、抽滤法等方式，也有的仪器采用不过滤方法直接涂片。有些设备还配有标本外观拍照和记录功能。
形态学检测模块通常包含显微镜、固定在显微镜上的流动计数池、或者使用一次性计数板、液体样本输送系统等。显微镜有不同放大倍数的镜头，以及图像传输系统；流动计数池有单通道和多通道；一次性计数板可以是单个池或多个池。一般通过全自动显微镜系统或半自动显微镜系统完成。配置全自动显微镜系统的粪便分析仪，由仪器自动完成图像的采集和存储，操作人员可随时对存储的图片进行分析、编辑。配置半自动显微镜系统的粪便分析仪，由操作人员通过手工操作显微镜完成图像采集及分析。
免疫学检测模块一般使用胶体金法，定性分析粪便标本中的被检测对象，包含集成化、自动化的微量加液模块、试剂添加模块、检测分析模块等。
三废处置模块是指对废物、废气、废液进行控制，从而改善实验室环境。
数据处理模块一般包含单位基本信息设置、病人信息建立、报告处理、数据导入、备份、医院系统甚至出具报告等功能。
最近几年，粪便分析仪/工作站的性能不断提升，已在中国市场得到较为广泛的推广应用，中国以外的市场也在不断扩大。
（三）、主要生产厂家及市场分析
粪便自动化检测仪器的发展目前还处于初级阶段。年2月，国内第一款“多功能粪便分析工作站”获得批文。该仪器将粪便标本处理、形态学镜检、免疫学检测几个创新技术融合在一台设备上，采用全过滤分离法标本处理技术，使用全自动显微镜自动获取镜检图片，首次开发出具有4个试剂位、20个检测位的免疫学检测机构，实现对粪便标本多项目、全自动化检测。
近五年来，国内很多企业加大了粪便分析仪的研制投入，仪器的性能得到了较大的提升。粪便分析仪在中国的发展，经历了粪便标本处理仪、半自动分析仪、到目前阶段的“准”全自动化多功能分析仪三个阶段，现今这三个阶段的设备并存于市场中，而自动化多功能分析仪无疑具有更为广阔的市场前景。迄今为止，国内市场上的自动粪便处理仪也基本上都是中国企业生产的设备。目前国内市场占有率较高的厂家有厦门信道、四川沃文特、科域生物、湖南海路等（表1）。
表1国内主要的自动粪便分析仪厂家及产品信息
自动粪便分析仪可以称得上是体外诊断行业中少有的“只有国内品牌”的细分领域，而相对于中国的医疗机构数量，直到近几年之前，自动化粪便分析仪的普及率仍然显著偏低。据中国体外诊断网（CAIVD）于年发布的《粪便自动分析仪发展史暨年全国产品状况》，国内这三种设备在市场上的保有量在当时大约仅有台，分布在各个医院。究其原因，可能有以下几个：①发达国家由于卫生条件好、寄生虫及其他微生物感染率低，因此对粪便的镜检不再看重，而是对粪便潜血的免疫学检测及消化系统肿瘤早筛早诊比较重视。粪便检测在国内外的侧重点有所不同，国内厂商可以参考和依据的数据不足；②产品开发技术难度比较大，粪便形态比较多，如何选取并处理样本至关重要，但目前没有比较统一有效的标准，对自动化处理模块的设计制作提出了较高要求；③粪便常规收费较低，科室开展积极性不高。
但是在我国，粪便分析仍然是各级医疗机构实验室开展和应用最广泛的基础检验项目之一，粪便常规检查覆盖了临床路径检查项目的绝大部分，是医生作出临床诊断重要的诊断依据。因此，随着产品技术的不断改进以及临床应用效果的不断优化，相信全自动粪便分析仪会在各级医疗机构更加普及。尤其是年初以来，新冠肺炎等新型传染性疾病的种类和传播方式愈发复杂，给各医疗机构的检验工作带来了极大的挑战。带有病原体的粪便会通过气溶胶传染，带来扩散的危险。因此，能够实现全封闭、自动化、零接触的全自动粪便分析仪对于临床就有着非常重大的意义。据公开资料显示，截至年底，沃文特品牌的粪便分析仪全国装机量约为余台（数据来源于其招股说明书），其他厂商的装机量也在逐年上升。比起前几年，市场接受度和覆盖率已经有了极大的发展。可以预见，全自动粪便分析仪将迎来广阔的发展前景。
三、基于粪便检测的结直肠癌早筛
（一）、结直肠癌早筛技术及产品介绍
结直肠癌是一种常见的严重危害人类健康的恶性肿瘤，其发病率居我国恶性肿瘤第3位，死亡率居第5位。肠癌的早期筛查和早期诊断对患者生存至关重要。结肠镜检查是目前早期发现结直肠癌和癌前病变的金标准，然而由于其创伤性以及对医疗条件的要求，患者的依从性受到限制。近20年来，我国结直肠癌患者的总体生存率有一定改善，这可能与我国初级医疗卫生服务可及性的改善、筛查与早期诊断技术的发展以及治疗技术的提高有关。然而，我国的结直肠癌生存率与美国等发达国家仍存在着相当大的差距[7]。筛查是加强结直肠癌早期诊断的有效方法，能有效降低大肠癌的发病率和死亡率，而且能进行一级和二级预防。而粪便检测具有可居家采样、无侵入性、方便快捷等特点，成为近几年结直肠癌筛查的重点研究方向之一。
目前，基于粪便检测的结直肠癌早筛方法主要有粪便免疫化学检测（FIT）技术和粪便DNA检测技术。《中国早期结直肠癌筛查流程专家共识意见(,上海)》在我国早期结直肠癌人群筛查流程中，明确建议目标人群（50-75岁）应实行FIT和（或）粪便DNA检测，非高危人群建议每年进行FIT检测或每1-3年进行粪便DNA检测[1]。需要注意的是，筛查和早期诊断的不同之处在于，筛查是对目标人群进行潜伏期癌症和癌前病变的评估，癌症早期筛查筛选出的阳性结果还需要经其他技术手段（影像学、穿刺活检等）明确诊断。
FIT方法的技术原理是使用免疫抗原反应对粪便隐血进行检测。据一项发表于《AnnalsofInternalMedicine》杂志上的荟萃分析结果显示，FIT对结直肠癌（CRC）的总体诊断准确度较高[8]。FIT的诊断性能主要取决于阳性检测结果的截点数值。研究者们共分析了19项试验，包含,多例受试者，并且提供了关于在美国使用的8种不同FIT的数据。除FIT的敏感性和特异性之外，还计算了阳性和阴性似然比（LR），分别评估这些检查“纳入”或“排除”CRC诊断的能力。为阳性LR设定的截点为数值＞5，对于阴性LR为0.2。结果显示，FIT对诊断CRC的敏感性为79%，特异性为94%。来自这些试验的汇总数据显示阳性LR为13.10，阴性LR为0.23。FIT样品数增加不会影响汇总的FIT对CRC的敏感性、特异性、阳性LR或阴性LR。研究中评估的不同FIT品牌的性能也无显著差异。不过研究者承认，因为多数研究未进行头对头比较，故对这些结果的解释还需谨慎。
粪便DNA检测技术的原理则是检测粪便中残存的基因片段中的突变。由于携带肿瘤突变信号的异常肠道细胞会脱落到粪便中，通过检测粪便里的脱落细胞，可以有效捕获肿瘤的突变基因，这为早期结直肠癌的分子检测提供了理论基础。原癌基因KRAS突变是结直肠癌发生的重要早期事件。而抑癌基因启动子高甲基化也是肿瘤发生的另一重要机制，已有研究证实肿瘤抑制因子BMP3和NDRG4基因高度甲基化是结直肠癌早期的重要生物学特征。结直肠癌早期DNA标志物众多，联合检测多个相关基因要比检测单个突变基因更加敏感。年美国一项大样本量前瞻性研究结果显示，多靶点DNA标志物（KRAS突变、BMP3甲基化和NDRG4甲基化）与FIT联合检测和单独FIT相比，其对肠癌和进展期腺瘤敏感性更高，肠癌敏感性达92.3%，进展期腺瘤敏感性达42.4%，特异性达86.6%[9]。
基于该项研究，美国精密科学公司（ExactSciences）曾与梅奥诊所合作，开发了基于多靶点粪便FIT-DNA联合检测技术的大便DNA结直肠癌筛查试剂盒（Cologuard），并于年8月获得了FDA批准，进入美国医保，得到美国预防服务专责小组（USPSTF）等权威指南推荐。Cologuard应用PCR技术检测7个KRAS基因突变位点，以及NDRG4和BMP3基因的DNA甲基化状态。产品建议适用人群为50岁及以上具有结直肠癌平均风险的群体。Cologuard产品的安全和有效性于年在一项筛选了人的大型临床试验中得到了证实。该试验将Cologuard与粪便FIT进行对比，结果证实Cologuard能准确检测癌症和末期瘤，其效果优于FIT。Cologuard能检测出92%的结直肠癌及42%的末期瘤，而FIT筛选能检测到74%的癌症及24%的末期瘤。然而，Cologuard在校正鉴定结直肠癌或末期瘤阴性患者方面没有FIT准确，Cologuard的阴性筛选结果为队列的87%，FIT结果为95%[10]。公司于年下半年发布Cologuard2.0版本，从简便易用角度出发，去掉KARS突变和FIT检测，灵敏度依然保持在92%，假阳性减少30%，成本同步降低5-10%，但截止年末该版本尚未获得FDA批准。
在中国，基于FIT和/或DNA靶点的粪便检测产品也正在蓬勃发展中，近年来已有一批产品成功面市（表2）。长安心人类SDC2基因甲基化检测试剂盒（荧光PCR法）是国内首个获得国家药品监督管理局（NMPA）批准的粪便DNA肠癌检测伴随诊断产品，由广州康立明生物科技股份有限公司开发，于年3月纳入国家药监局创新医疗器械特别审批通道，年11月20日正式获批三类医疗器械注册证并上市。年3月，长安心获欧盟（CE）批准上市。长安心的检测靶点是粪便中脱落肿瘤细胞中的SDC2基因甲基化。注册资料显示，该试剂盒适用于临床医生建议患者做肠镜检查的依据之一，并不能作为肿瘤早期诊断或确诊的依据。根据国家药监局公开的临床试验技术评审报告显示，长安心人类SDC2基因甲基化检测试剂盒（荧光PCR法）（CSZ1835）在例试验样本（结直肠癌例，非结直肠癌例）中达到Kappa值=0.85，Kappa0.75，说明产品与金标准（肠镜+病理）一致性好。据康立明公司公开宣传资料，其正在与包括医院、医院、医院在内的各家科研合作试点，进行前瞻性筛查研究。截至年底，尚未公布其研究数据。
年11月，由杭州诺辉健康科技有限公司开发的常卫清人类KRAS基因突变及BMP3/NDRG4基因甲基化和便隐血联合检测试剂盒（PCR荧光探针法-胶体金法）获国家药监局批准上市。该产品的预期用途说明中指出，其“适用于40-74岁结直肠癌高风险人群筛查”，不能替代肠镜，不能用于普通人群的肿瘤筛查，临床诊断过程中不应以本产品检测结果作为临床诊断的唯一依据。年9月，诺辉健康在当年度中国临床肿瘤学会（CSCO）学术年会上公开发布与常卫清产品相关的中国首个癌症早筛前瞻性大规模多中心注册临床试验（ColorectalCancerEarlyScreeninginChina,Clear-C）数据。据其公开资料显示，“Clear-C”注册临床试验由浙江大医院作为牵头研究单位，联合8医院共同开展，于年9月正式启动，两年内累计入组数据近6例，实际纳入统计分析数据例，常卫清对结直肠癌患者筛查的灵敏度为91.9%，对进展期腺瘤的检测灵敏度为63.5%。
除了以上两款获得NMPA审批的结直肠癌分子检测产品之外，国内还有多家公司正在研发相关产品，并已获得一系列成果。年，上海锐翌生物科技公司于《中华消化内镜杂志》杂志发表联合医院、同济医院医院第医院获得的临床数据，应用甲基化特异度PCR法对例患者（结直肠癌例，进展期腺瘤38例）粪便中的SDC2和SFRP2基因启动子甲基化进行检测，并与单个基因甲基化检测和FIT的检测性能相比较，发现SDC2和SFRP2两基因联合检测在肠癌组中的灵敏度为97.73％（/），显著高于单基因SDC2检测[70.45％(93/)]、SFRP2检测[81.82％(/)]以及FIT检测[69.70％(92/)][11]，其肠癌早筛产品常易舒正在向NMPA进行申报。上市公司华大基因也于年3月发布了由其自主研发的多组学泛癌种早筛技术和肠癌早筛技术，并公开了回顾性临床试验结果，其肠癌早筛产品华常康目前也正在向NMPA进行申报。
表2国内主要基于粪便检测的肠癌早筛产品
作者：
湖南海路生物科技有限公司李降龙、王婷婷
厦门信道生物技术有限公司廖清华
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