痰液宿主细胞因子特征在成人与儿童结核病诊断中的应用及全球验证研究

本研究深入探讨了利用痰液中宿主细胞因子特征诊断结核病（TB）的新策略，通过多中心样本分析，验证了其在成人、儿童及不同地域（如冈比亚、南非等）中的应用潜力，并识别出与治疗反应相关的生物标志物（如EGF、IL-15等），为开发快速、低成本的结核病筛查与治疗监测工具（如侧向层析试纸POC测试）提供了重要依据，尽管全球统一签名性能有限，但区域特异性签名表现突出。

　　

背景

结核病（TB）仍是全球最致命的传染病，每年导致超过百万人死亡，其中约270万病例因诊断障碍未被发现。当前诊断方法如痰涂片镜检灵敏度低，培养法成本高且耗时长，GeneXpert Ultra虽快速但受限于基础设施。世界卫生组织（WHO）优先推荐开发快速筛查工具，尤其针对HIV感染者（PLWH）和儿童。宿主生物标志物（如细胞因子）因其在痰液中高表达潜力，成为侧向层析试纸（POC测试）的理想候选，成本低廉且无需专业设备。前期研究曾发现FGF、IL-13和IFN-γ的三标志物签名在冈比亚成人中表现优异，但样本量小且未验证涂片阴性病例。本研究旨在扩大样本量，评估该签名在成人、儿童及全球样本（南非、越南、秘鲁）中的适用性，并探索治疗反应相关标志物。

材料与方法

研究纳入冈比亚MRC诊所的成人和儿童疑似TB患者，症状包括咳嗽（成人≥2周，儿童任意时长）伴发热、盗汗或体重减轻。基线痰样本用于常规诊断（涂片、培养、GeneXpert）和生物标志物评估，TB患者治疗1和2个月后追加采样。非TB患者归类为其他呼吸道疾病（ORD），含急性感染和慢性病（如哮喘、COPD）。涂片阴性者通过分子细菌负载测定（MBLA）确认，结合确诊ORD（两次微生物阴性）分析。全球样本来自FIND生物库，定义明确TB（培养阳性）和ORD（培养阴性）。痰液消化使用Sputolysin^?等体积处理，离心后上清液用多重细胞因子阵列（Bio-Plex Pro? 27-plex和37-plex面板）检测细胞因子如IL-1β、IFN-γ、VEGF等。统计分析包括Wilcoxon检验、ROC曲线、随机森林模型（训练集/测试集划分），多重检验校正采用Benjamini-Hochberg法，治疗反应分析使用纵向Wilcoxon和Friedman检验。

结果

参与者 demographics

冈比亚队列741人（428例TB，313例ORD），TB组女性占30% vs. ORD组48%，年龄中位数TB组31岁、ORD组40岁（p<0.0001）。全球样本414例HIV阴性成人（221 TB，193 ORD），性别无显著差异。

单变量分析

37种分析物在TB与ORD间差异显著，多数TB中升高，仅APRIL在ORD中更高（p=7.24E-08）。最佳单标志物为MMP-2（AUC 0.73，灵敏度58%，特异性81%）。原三标志物签名（FGF、IL-13、IFN-γ）性能下降（AUC 0.76）。

签名识别

针对冈比亚成人，8标志物签名（FGF、IL-1β、IL-8、IL-10、IL-12p70、IL-13、MIP-1β、VEGF）区分涂片培养阳性TB与ORD，AUC 0.78，灵敏度79%，特异性67%。涂片阴性TB使用三标志物（IL-1β、IL-7、VEGF），AUC 0.74。儿童（n=17 TB vs. n=23 ORD）四标志物签名（FGF、IL-4、MIP-1α、RANTES）AUC 0.87，灵敏度82%，特异性87%。随机森林模型全分析物签名AUC 0.86，12标志物签名AUC 0.82，三标志物（MMP-2、TNFSF13B、RANTES）AUC 0.74。

全球签名

五标志物全球签名（FGF、OPN、MMP-1、TNF、IL-1β）AUC 0.71。泛非洲签名（冈比亚和南非，IL-11、IL-1β、IL-2、IL-6、TNF-α）AUC 0.79，冈比亚单独AUC 0.85，南非单独AUC 0.71。

治疗反应

39例TB患者随访中，15例（3.5%）2个月后培养阳性。13种标志物（如EGF、IL-1β）治疗中显著下降。基线四标志物签名（EGF、IL-15、MIP-1β、TNF-β）预测快慢反应者，AUC 0.74，灵敏度75%，特异性80%。

讨论

痰液宿主细胞因子签名有望用于TB筛查，尤其在高负担地区。MMP-2为最佳单标志物，但多分析物签名必要。签名在成人、儿童和区域特异性（如泛非洲）表现良好，但未达WHO目标，需更大样本验证。治疗反应签名（如EGF、IL-15）可基线预测疗效，助力个体化治疗，但需远期复发验证。局限包括样本量小、亚组不足（HIV+、儿童），且痰液采集不如血液便利，但 cytokine 水平更高，利于POC测试开发。结合AI影像（如CAD）可提升性能，但全球统一签名受限，支持区域化策略。