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【文献速递】宏基因组测序在免疫功能低下的疑似肺炎患者诊断中的应用

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  • 发布时间:2021-08-23 13:58
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【概要描述】肺炎是免疫功能低下患者发病和死亡的主要原因之一,早期识别致病病原体对于给予适当的抗菌治疗和改善临床预后至关重要。在免疫功能低下的重症肺炎患者中,结合培养和非培养技术仍未得到病原学诊断结果的情况并不少见。 宏基因组测序技术(mNGS)具有检测高通量和无偏倚的特点,可实现早期快速明确诊断,已越来越多地应用于感染性疾病的病原体检测。

【文献速递】宏基因组测序在免疫功能低下的疑似肺炎患者诊断中的应用

【概要描述】肺炎是免疫功能低下患者发病和死亡的主要原因之一,早期识别致病病原体对于给予适当的抗菌治疗和改善临床预后至关重要。在免疫功能低下的重症肺炎患者中,结合培养和非培养技术仍未得到病原学诊断结果的情况并不少见。
宏基因组测序技术(mNGS)具有检测高通量和无偏倚的特点,可实现早期快速明确诊断,已越来越多地应用于感染性疾病的病原体检测。

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文章题目:宏基因组测序在免疫功能低下的疑似肺炎患者诊断中的应用

发表期刊:Journal of Infection

发表时间:2021年2月

IF:4.842

作者:北京协和医院MICU杜斌教授团队

文章亮点:是评估mNGS在疑似肺炎的免疫功能低下患者中诊断性能的最大规模研究

 

PART1. 研究背景

肺炎是免疫功能低下患者发病和死亡的主要原因之一,早期识别致病病原体对于给予适当的抗菌治疗和改善临床预后至关重要。在免疫功能低下的重症肺炎患者中,结合培养和非培养技术仍未得到病原学诊断结果的情况并不少见。

宏基因组测序技术(mNGS)具有检测高通量和无偏倚的特点,可实现早期快速明确诊断,已越来越多地应用于感染性疾病的病原体检测。

 

PART2. 研究目的

      在免疫功能低下的疑似肺炎患者中,比较支气管肺泡灌洗液(BALF)mNGS和常规微生物学检测作为一线诊断方法的可能性,评估两种检测方法在不同类别病原体中的诊断性能。

 

PART3. 研究方法

1、研究设计与患者群体

对2017.4-2019.4北京协和医院ICU收治的141名免疫功能低下的疑似肺炎患者进行回顾性分析。60例患者经筛选纳入最终分析。患者在进入ICU 48小时内收集BALF样本进行mNGS检测,同时与其他相关样本(如血液、尿液)进行常规微生物学检测(包括涂片镜检、培养、抗原检测和多重PCR检测)。


2、mNGS结果判定

鉴于目前缺乏解读mNGS结果的标准方法,以及不同测序平台报告参数的多样性,本研究基于BGISEQ平台的mNGS结果解读文献进行了衍生和修订,来定义具有临床意义的微生物。

1、细菌(不包括分枝杆菌)、真菌(不包括霉菌)、病毒和寄生虫:当微生物在物种水平上相对丰度超过30%并且经文献证明具有肺部致病性,视为具有临床意义的微生物。

2、分枝杆菌:由于分枝杆菌污染可能性低并且核酸得率低,在物种水平上的严格比对序列数>3时,视为具有临床意义的微生物。

3、霉菌:霉菌(包括曲霉属、根霉属和毛霉属)考虑到环境污染和核酸提取效率,经文献证明具有肺部致病性,在物种水平上的严格比对序列数>10时,视为具有临床意义的微生物。

4、口腔共生菌不论相对丰度如何,都不应凭经验视为具有临床意义的微生物,除非有证据支持或经主治医师认为有临床价值。


3、以临床综合诊断为参考标准

由两位具有免疫受损宿主感染管理专业背景的医生分别独立审查所有患者的病历以及常规微生物学检测和mNGS结果,确定患者是否有感染性或非感染性病因,致病病原体根据临床表现、实验室检查、胸部影像学,微生物学检查(包括常规微生物学检测,确证试验和mNGS)和治疗反应确定。如果无法达成共识,则会咨询另外一位资深专家。

 

PART4. 研究结果

1、患者特征

60名患者中,52名(86.7%)在入院前接受了抗菌治疗,但只有7名(11.7%)接受了超过两周的治疗。最终根据临床表现、常规微生物学检测和mNGS的回顾性分析,肺炎确诊患者49例(82%),包括医院获得性肺炎40例和社区获得性肺炎9例。非感染性疾病患者11例(18%),具体如表1所示:

表1. 非感染性疾病患者类型

 

2、肺炎病原体分布

在49名肺炎患者中,22例(45%)单一病原体感染,27例(55%)多种病原体感染,其中15例为2种病原体,11例为3种病原体,1例为4种病原体。

41例(84%)真菌感染,包括30例耶氏肺孢子菌和22例曲霉菌,19例细菌感染(6例铜绿假单胞菌、4例鲍曼不动杆菌、3例结核分枝杆菌),14例病毒感染(7例巨细胞病毒和4例流感病毒A/B)。

铜绿假单胞菌、曲霉菌和巨细胞病毒引起的肺炎更可能与多种病原体感染有关,而肺孢子菌肺炎(PCP)和肺曲霉病(IPA)则是最常见的存在多种病原体感染的肺炎。

肺炎病原体分布如表2所示:

表2. ICU免疫功能低下患者肺炎病原体分析

注:a.包括嗜肺军团菌(n=1)和金黄色葡萄球菌(n=1)

b.包括屎肠球菌(n=2)、肺炎克雷伯菌(n=1)、诺卡氏菌(n=1)。肠炎沙门氏菌(n=1)、嗜麦芽窄食单胞菌(n=1)。

c.包括新生隐球菌(n=1)和根霉属 (n=1)

d.包括冠状病毒(n=1)和人偏肺病毒(n=1)

e. 副流感病毒(n=1)

 

3、常规微生物学检测与mNGS诊断性能比较

1、对于所有病原体,mNGS敏感性和特异性分别为61.2%和63.6%,常规微生物学检测的敏感性和特异性分别为73.5%和90.9%。mNGS与常规微生物学检测诊断准确性无明显统计学差异(P=0.108),分别为61.7% 和 76.7%。

2、对于不同类型病原体,mNGS和常规微生物学检测对细菌和病毒的诊断准确率相当(细菌83.3% VS 88.3%,病毒96.7% VS 93.3%),但mNGS的敏感性较常规微生物学检测高(细菌94.4% VS 89.5% , 病毒85.7% VS 71.4%)。

mNGS对真菌的诊断准确率较常规微生物学检测低(76.7%VS 99.2%),主要因为对曲霉菌的敏感性较低(45.5%)。

3、30例PCP患者中,染色方法3例(10%)阳性;PCR方法28例(93.3%)阳性。mNGS与PCR对于PCP患者的诊断准确率相当(98.3% VS 96.7%)。

诊断性能比较如表3所示:

表3.常规微生物学检测与mNGS在免疫功能低下的疑似肺炎患者中诊断性能比较

 

PART5. 讨论

1、BALF中mNGS的诊断能力与病原体类型有关,与常规微生物学检测相比,可以更准确地诊断细菌、病毒和肺孢子菌感染,对曲霉菌病的诊断不够敏感,分析与曲霉具有较厚的细胞壁导致核酸提取困难以及BALF中曲霉的含量较低有关。

2、免疫功能低下患者的病原菌谱与免疫功能正常患者的病原菌谱不同,多种微生物混合感染非常普遍。在该回顾性研究中,耶氏肺孢子菌和曲霉菌是最常见的病原体。

3、mNGS的优势在于检测的全面性,可以提供常规微生物学检测范围以外的病原体信息,当面临罕见病原体或某些实验室无法进行全面常规微生物学检测时,mNGS技术价值最高。

 

结论

      在免疫功能低下的疑似肺炎患者中多种微生物混合感染是常见的,对于所有病原体的检测,mNGS的总体诊断性能与常规微生物学检测无明显统计学差异 mNGS和常规微生物学检测联合应用可能是最好的诊断策略

 

关于金匙医学

 

金匙医学成立于2017年,坐落于北京昌平中关村生命科学园,公司不断深耕分子诊断技术在感染领域的应用。金匙医学与中日友好医院、北京大学人民医院、四川大学华西医院、中国医学科学院血液学研究所血液病医院、陆道培医疗集团等顶级院所建立了深入合作关系,服务临床千余家,面向呼吸、血液、检验、重症、感染等科室,提供病原微生物宏基因组诊断产品及检测服务的整体解决方案。 

 

金匙医学北京和天津公司是国家高新技术企业,已获得国家级科技型中小企业、天津市雏鹰企业、天津市战略性新兴产业领军企业等荣誉称号;获评2020年中关村“病毒检测技术TOP10”;连续两年蝉联清科集团评选的Venture 50最具投资价值企业,动脉网评选的未来医疗100强。 

 

金匙医学是业内发布了基于二代测序和三代测序病原微生物高通量检测产品的企业,也是行业内实现进口和国产测序平台双双高分通过国家临检中心mNGS室间质评的企业。金匙医学是一家拥有直接针对临床样本进行宏基因组分子耐药表型预测产品的企业,金识原血流感染检测产品是同类产品中通过中国食品药品检定研究院注册检并进入临床试验的产品。 

 

金匙医学在北京、上海、广州、天津拥有自己的医学实验室,面积超过17000m²,在武汉、成都、西安与当地医学实验室均有合作。此外,金匙医学协助郑州、深圳、南昌、济南、昆明、海口、南京等多家三甲医院实现院内开展病原基因检测项目。

 

金匙医学多位合伙人来自顶级外资药企、硅谷著名临床诊断公司以及国内成功基因检测类公司的管理层,多数从业时间都在二十年以上。公司现有员工400余人,企业90%以上人员为生命科学和临床医学背景,普遍在基因测序、医药、诊断企业,医疗机构和微生物研究机构工作多年。企业20%以上人员拥有博士学历,50%以上人员拥有硕士学历。 

 

金匙医学已获得数个I类,II类注册证,2项已授权发明专利,二十余项计算机软著,并与多家顶级临床院所深入合作,发表20余篇高分SCI文章,其中共一和共通讯作者文章5篇。2020年7月,金匙医学研发的“病原微生物测序数据分析软件”成功获得医疗器械注册证。

 

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