2022年6月，哈尔滨医科大学附属第二医院在《Infection and Drug Resistance》期刊发表研究型文章。韩开宇教授担任通讯作者，探因医学提供宏基因组下一代测序(mNGS)检测服务。研究共纳入80例肺部感染合并胸腔积液患者，以培养结果作为参照，评估了mNGS对胸腔积液标本中微生物的检测能力及诊断有效性。

图1: 研究入组流程图

· 主 / 要 / 结 / 果

| mNGS与培养的诊断性能

共28例患者通过mNGS技术鉴定出了肺部感染的潜在病原体。进一步分析表明，以50条特异性序列(Unique reads)作为优化阈值，可使mNGS诊断感染的敏感性和特异性最大化。在该阈值下，mNGS的敏感性达100%、特异性为64.9%(图2)、阳性预测值为18.8%、阴性预测值为100%。

图2：不同阈值下的mNGS灵敏度和特异度

mNGS组中仅3例患者的胸腔积液培养呈阳性，分别检出草绿色链球菌、唾液链球菌和白色念珠菌。mNGS结果显示，细菌是最常见的潜在病原体(图3)，其诊断细菌性肺部感染的敏感性和特异性分别为100.0%和66.67%。mNGS最常检出的真菌为念珠菌和肺孢子菌、最常检出的病毒为巨细胞病毒。

此外，mNGS在4例无肺结核病史的患者中检出了分枝杆菌。综合患者临床特点、实验室检查结果、影像学表现以及mNGS提供的特异性序列、相对丰度等指标，最终判定为活动性感染并给予相应治疗。治疗后，4名患者的病情均有所改善。

图3：mNGS检出结果中细菌、真菌、病毒的分布

| mNGS对混合感染的诊断性能

在mNGS结果阳性的患者中，11例(39.29%)患者被诊断为混合感染。其中，最常见的是细菌和细菌混合感染(6/11, 54.55%)、其次是细菌和真菌混合感染(3/11, 27.27%)。其他2名患者中，1名为细菌和病毒混合感染、1名为真菌和真菌混合感染(图4)。

图4：各种病原体感染患者的比例

| mNGS与实验室检查结果的相关性分析

与非低蛋白血症患者相比，低蛋白血症患者的mNGS检测阳性率显著增加，且患真菌感染的几率更大(图5A)。此外，中性粒细胞百分比(NEUT%)和D-二聚体水平异常患者的mNGS检测阳性率高于该指标正常的患者(图5B-1)。NEUT%和D-二聚体水平异常患者中，细菌感染最为常见、其次是细菌和细菌的混合感染(图5B-2和3)。

图5：患者临床特点对mNGS检测结果的影响 (注：图B-1涉及的各指标正常范围：WBC: 4~10×10^9/L, NEUT%: 50~70%, D-dimer: 0~243ng/mL)

根据mNGS检测结果，将40例患者分为mNGS阳性组(n=28)和阴性组(n=12)。分析结果表明，mNGS阳性组的WBC和NEUT%显著高于阴性组(P<0.05)(图6A)。

图6：mNGS阳性组和阴性组间A)白细胞、B)中性粒细胞、C)D-二聚体的比较

| mNGS组与对照组的临床结果比较

mNGS组患者平均住院天数(11.5天)显著少于对照组(21天) (图7A)。此外，对照组共有4例(10%)再入院，而mNGS组仅有1例(2.5%)患者再入院(图7B)。

图7：使用mNGS 和培养的肺部感染患者之间A)住院时间和B)再入院的比较

· 重 / 点 / 讨 / 论

本研究选择了胸腔积液作为mNGS检测的标本。与获取BALF的侵入性手术相比，患者更愿意取胸水标本进行检查。与痰、BALF等正常带菌样本不同，胸腔积液在正常情况下无菌，可以更容易地锁定病原体。此外，采集胸腔积液的过程中不易引入定植菌，可在一定程度上避免污染物的干扰。

本研究通过mNGS检出了普雷沃菌、微单胞菌、卟啉单胞菌等厌氧菌。厌氧菌引起的胸腔感染多见于口腔卫生条件差和吸入性感染患者。在回顾患者病史和生活习惯后，发现mNGS组的一些患者存在口腔健康问题，日常清洁情况较差。综合分析后，认为普雷沃菌、微单胞菌、卟啉单胞菌是因口腔卫生问题引起吸入性肺部感染并产生胸腔积液患者的潜在病原体。

比较mNGS与培养结果发现，二者在属水平上的一致性较高，但mNGS能提供更具体的物种水平信息。培养与mNGS结果不同可能原因包括：1) 病原体的序列数低于检测阈值；2) 受到了环境或人类菌群中微生物基因组的污染。建议结合患者的临床特征、培养结果和测序报告进行综合分析。

本研究发现，NEUT%和D-二聚体异常患者的mNGS检出率高于正常患者；mNGS阳性患者的WBC和NEUT%水平均高于阴性患者。这与胸腔感染的3个阶段(渗出期、纤维蛋白渗出和脓液形成、组织形成)的特征相符。这些结果提示临床医生在进行胸腔积液培养或mNGS时，应根据患者的病史、病程和实验室指标(特别是WBC、NEUT%、D-二聚体)综合判断来选择最佳采样时间，以优化病原体检测的阳性率。

与对照组相比，mNGS组住院时间较短。根据mNGS病原体谱，临床医生能更准确地选择抗生素。本研究中，共13名患者根据mNGS结果调整了药物并对调整后的治疗反应良好。而对照组中82.5%的患者无法鉴定病原体，故多采用经验性抗生素治疗，从而延长了住院时间。这进一步证明，mNGS有助于避免不恰当的治疗和抗生素耐药性的产生，有助于缩短住院时间、降低治疗成本。

· 文 / 章 / 总 / 结

本研究表明，在肺部感染合并胸腔积液的患者中，mNGS对潜在病原体的检出率总体上优于培养法，尤其是对于罕见和苛养病原体。同时，mNGS也是检测混合感染的有力工具。

此外，胸腔积液mNGS结果与NEUT%和D-二聚体水平等实验室检查指标密切相关。结合mNGS结果、患者基础疾病状态和实验室指标，可以让临床医生更深入地了解肺部感染合并胸腔积液患者的病原微生物，根据mNGS结果调整治疗方案可显著缩短患者的住院时间。

原文链接：Clinical Application and Evaluation of Metagenomic Next-Generation Sequencing in Pulmonary Infection with Pleural Effusion