微觀獵手：宏基因組二代測序（mNGS）在『疑難重癥感染性疾病診斷』中的突破與希望

發(fā)布日期：2024-12-11瀏覽次數：

宏基因組二代測序技術（metagenomics next generation sequencing， mNGS）是一種新興的高通量測序技術，可以直接對來自環(huán)境樣本中的所有微生物的DNA或RNA進行測序，而無需預先培養(yǎng)這些微生物。這一技術的發(fā)展極大地推動了我們對復雜微生物群落的理解，并在多個領域得到了廣泛的應用，其中一個應用領域與人類健康息息相關，那就是在人類感染性疾病中的診斷與耐藥檢測。 感染性疾病是威脅人類健康的主要疾病之一，世界衛(wèi)生組織（World Health Organization，WHO）指出，全球每年約1500萬人死于感染性疾病。此外，抗生素的耐藥性問題也日益嚴重，至2050 年，抗生素的耐藥性問題可能導致 3 億人死亡。感染性疾病的快速精準治療需要盡快明確病原微生物及抗生素的耐藥性，然而，傳統(tǒng)的診斷方法很大程度上依賴于培養(yǎng)來分離和鑒定病原微生物，難以滿足臨床需求。因此，感染性疾病的診斷迫切需要快速、精準的病原體檢測技術。 mNGS的技術特征與臨床應用 mNGS無需預設，能夠直接對樣本中所有的核酸序列進行高通量測序，一次性完成細菌、病毒、真菌和寄生蟲等微生物檢測。mNGS 不基于預先培養(yǎng)、富集或擴增且無偏倚的技術特點使其可以快速全面地鑒定出可能的致病病原體，除了目的靶標外，mNGS 也能覆蓋到病原基因組的其他區(qū)域，獲得更多的序列信息，用于溯源進化分析、預測病毒的傳播模式和分析突變位點等，是一種高效的臨床診斷工具。 從臨床應用看，mNGS可用于中樞神經系統(tǒng)急性感染、中樞神經系統(tǒng)病毒感染、慢性中樞神經系統(tǒng)感染、血流感染、疑難呼吸道感染、呼吸道重癥感染、腹腔感染、關節(jié)假體感染等。大量的臨床研究也證實mNGS在罕見、新發(fā)病原體檢測和多重病原體感染等臨床應用場景中具有臨床價值，mNGS 檢測陰性結合臨床癥狀有助于排除感染性疾病診斷。 2019年以來國內發(fā)布了多篇專家共識，概括來說，mNGS 的適應證主要包括： （1）危重感染； （2）免疫功能障礙； （3）難治性或既往療效不佳的感染； （4）應用傳統(tǒng)方法無法確定病原； （5）疑似新病原引起的感染； （6）群體性感染事件。 另外，mNGS技術可作為一種有用的工具可對免疫力低下者中致病微生物的核酸進行檢測，解決其臨床病原診斷相對復雜耗時（易感染，共感染，基于免疫檢測的方法抗體反應弱）的問題。除此之外，mNGS在菌株分型、毒力與抗生素耐藥基因檢測、毒力判斷、醫(yī)院感染監(jiān)測、社區(qū)傳染性疾病暴發(fā)監(jiān)測等方面具有巨大的潛力，可以為臨床診斷及治療提供高效精準的病原學依據。因此，在臨床實踐過程中，mNGS 正在改變著感染性疾病的診治方式。 某研究用常規(guī)培養(yǎng)、呼吸道病原體核酸檢測、NGS 3種方法對肺部感染患者不同樣本（BALF、痰、肺組織、血液、胸腔積液）進行檢測，結果顯示NGS的檢測陽性率遠遠高于其他兩種檢測方式 mNGS應用于感染性疾病的適應證 相較于傳統(tǒng)檢測技術，mNGS成本較高，因此目前各專家共識一般不對普通感染性疾病進行mNGS的推薦，推薦的mNGS適應證基本集中在一些疑難重癥感染以及不明感染的輔助診斷上。此外，mNGS技術存在一定的局限性，對于來源于無菌部位的樣本，mNGS能夠對判斷病原體提供價值較高的診斷證據；但當樣本來自于肺部等有正常菌群定植的器官時，現有技術則不能準確鑒別定植菌和感染菌。而且mNGS無法區(qū)分檢測到的病原菌的致病性狀態(tài)。因此，mNGS檢測結果并不能作為感染性疾病診斷的單一指標，在做出診斷和治療決策前，一定要結合患者的病情，綜合判斷。 《宏基因組高通量測序技術應用于感染性疾病病原檢測中國專家共識》 共識1：對常規(guī)微生物學檢查容易明確病原體的感染，如尿路感染通過尿培養(yǎng)手段，不建議 mNGS。 共識2：患者表現為發(fā)熱或發(fā)熱癥候群，病因未明確（符合不明原因發(fā)熱定義），考慮感染或不除外感染，但規(guī)范性經驗抗感染治療無效，考慮應用常規(guī)技術檢測的同時，或在其基礎上，開展mNGS。 共識3：各種原因導致患者急危重癥表現，不除外感染所致，或考慮繼發(fā)或并發(fā)危及生命的嚴重感染，建議常規(guī)檢測的同時，或在常規(guī)檢測基礎上，開展mNGS。 共識4：免疫受損患者疑似繼發(fā)感染，常規(guī)病原學檢查未能明確致病原或/和規(guī)范性經驗抗感染治療無效，建議進一步完善常規(guī)病原學檢測的同時，或在其基礎上，開展mNGS。 共識5：疑似局部感染，病原學診斷未明確、不及時處理則后果嚴重（危及生命或會導致局部功能不可逆性喪失）時，考慮常規(guī)檢測的同時，或在其基礎上，開展 mNGS。如眼部（角膜炎/潰瘍、眼內炎、急性視網膜壞死等）、鼻部、耳部、喉部感染、糖尿病足、外傷累及深部組織等情況。 共識6：高度疑似感染性疾病，但病原學診斷未明確且常規(guī)抗感染治療無效，建議進一步完善常規(guī)病原學檢測、處理原發(fā)感染灶（如拔去導管、外科引流或拔去引流管、玻璃體切除）、調整經驗抗微生物治療方案的同時開展mNGS。 共識7：慢性感染，或慢性疾病不除外感染，尤其是二者臨床表現相似、難以鑒別時，病情嚴重或抗感染治療療效不佳需要明確病因，建議在完善常規(guī)檢測、調整經驗治療的同時開展mNGS。 共識8：除以上共識 2~7 之外的患者人群，不建議無條件普遍進行 mNGS 檢測；進行 mNGS 檢測前請感染病學和/或臨床微生物學專家會診。 共識9：不建議應用 mNGS 技術評估抗感染治療效果。 共識10：針對微生物，考慮出現疑似新發(fā)病原體，或某特殊病原體，缺乏傳統(tǒng)技術或傳統(tǒng)技術手段不能確定種屬時，建議常規(guī)檢測的同時，或在其基礎上，開展mNGS。 共識11：臨床表現高度懷疑感染性疾病而多種傳統(tǒng)技術反復檢測不能明確致病微生物，但仍高度懷疑微生物所致，建議繼續(xù)完善更多檢測技術的同時或在其基礎上，開展mNGS。 共識12：傳統(tǒng)病原學檢測的結果不能解釋臨床表現的全貌或/和抗感染治療的反應，懷疑同時存在其他病原感染時，建議進一步完善更多檢測技術的同時或在其基礎上，開展mNGS。 共識13：感染性疾病的病原體已明確或高度懷疑某病原體，臨床表現提示該病原體可能具有特殊的毒力表型，需要了解其毒力因子的相關信息時，可以考慮對感染相應臨床標本進行 mNGS 物種鑒定的同時，采用mNGS檢測毒力基因。 共識14：感染發(fā)生在正常有微生物定植的部位，或檢測標本采集有污染時（如支氣管肺泡灌洗液），不建議采用mNGS進行耐藥性檢測。 共識15：感染發(fā)生在正常無微生物定植的部位且標本采集過程污染概率低時，可以考慮采用mNGS進行物種鑒定的同時檢測耐藥基因，并通過耐藥表型試驗對耐藥基因進行驗證。對有菌種特異性的耐藥性基因，在測序深度足夠時，可以考慮應用 mNGS 檢測獲得性的耐藥基因，預測耐藥表型。 共識16：出現某種疾病的聚集性發(fā)病或暴發(fā)，懷疑是微生物導致的感染性疾病但病原不明，且常規(guī)快速檢測無結果時，建議完善常規(guī)檢測的同時或在其基礎上開展mNGS明確致病微生物。 共識17：感染性疾病患者有特殊區(qū)域（如北美地區(qū)有某些致病性真菌）旅居史，或有特殊職業(yè)工作史（如畜牧業(yè)、屠宰業(yè)、水產業(yè)等），感染病原未明，建議常規(guī)手段檢測的同時開展mNGS。 《中國宏基因組學第二代測序技術檢測感染病原體的臨床應用專家共識》 推薦意見１：若懷疑細菌、真菌、DNA、病毒、寄生蟲、不典型病原體感染且需進行二代測序檢測時，建議采用DNA檢測；若懷疑RNA病毒感染時，則建議采用RNA檢測（Ａ，Ⅱ）。 推薦意見２：對于臨床疑似感染的病重、病?；蛎庖咭种啤⒚庖呷毕莼颊?，建議在完善傳統(tǒng)實驗室及分子生物學檢測的同時，采集疑似感染部位的標本進行二代測序（Ｂ，Ⅱ）。 結語 宏基因組二代測序技術憑借其無偏倚、廣覆蓋、高通量和快速精準的優(yōu)勢，在臨床診斷、微生物生態(tài)學研究和公共衛(wèi)生等多個領域展現出巨大的應用潛力。未來，隨著測序成本的降低和技術進步，mNGS有望在更多場景中發(fā)揮作用，進一步推動生命科學和醫(yī)學的發(fā)展！ [1]劉靜,閆莉莉,趙淑賢,等. 宏基因二代測序在肺部感染病原菌檢測的應用 [J]. 安徽醫(yī)科大學學報, 2023, 58 (06): 1046-1050. DOI:10.19405/j.cnki.issn1000-1492.2023.06.029. [2]王成彬,高通量測序技術在臨床感染性疾病實驗室診斷中的應用.中華醫(yī)學雜志,2023，103(15) : 1087-1091. DOI: 10.3760/cma.j.cn112137-20220915-01955 [3]中華醫(yī)學會檢驗醫(yī)學分會臨床微生物學組,中華醫(yī)學會微生物學與免疫學分會臨床微生物學組,中國醫(yī)療保健國際交流促進會臨床微生物與感染分會,宏基因組高通量測序技術應用于感染性疾病病原檢測中國專家共識.中華檢驗醫(yī)學雜志,2021，44(02) : 107-120. DOI: 10.3760/cma.j.cn114452-20201026-00794 [4]《中華傳染病雜志》編輯委員會,中國宏基因組學第二代測序技術檢測感染病原體的臨床應用專家共識.中華傳染病雜志,2020，38(11) : 681-689. DOI: 10.3760/cma.j.cn311365-20200731-00732 [5]趙聰琳,劉凱,周永召,靶向二代測序技術與宏基因組二代測序技術在病原微生物檢測中的應用.中華預防醫(yī)學雜志,2024，58(01) : 114-121. DOI: 10.3760/cma.j.cn112150-20230201-00072