mNGS技术在PICU重症感染患儿病原诊断中的性能评估及临床影响研究

《BMC Pediatrics》：Clinical application and impact of metagenomic next-generation sequencing for the diagnosis of infectious diseases in severely immunocompromised pediatric patients

本研究针对儿科重症监护室(PICU)中免疫缺陷(ICH)和免疫正常(ICO)患儿感染病原诊断困难的问题，开展了一项回顾性研究，比较了宏基因组下一代测序(mNGS)与传统微生物检测(CMT)的诊断性能。结果显示，mNGS的阳性检出率(72.63% vs 55.31%)和敏感性(91.34% vs 73.23%)均显著优于CMT，特别是在呼吸道样本和脑脊液样本中表现突出。研究证实mNGS对66.0%患儿的诊疗产生了积极影响，为重症感染患儿的精准诊疗提供了新策略。

　　

在儿科重症监护室(PICU)中，严重感染是导致患儿死亡的主要原因之一。特别是对于免疫缺陷(ICH)患儿，由于免疫功能低下，更容易发生机会性感染、罕见病原体感染和混合感染，给病原学诊断带来巨大挑战。传统的微生物检测方法(CMT)存在检测周期长、阳性率低等局限性，往往无法满足危重患儿的快速诊断需求。

近年来，宏基因组下一代测序(mNGS)技术展现出强大的病原检测能力。这种技术不依赖于传统的微生物培养，能够直接对临床样本中的核酸进行高通量测序，从而实现快速、无偏倚的病原检测。然而，常规mNGS技术也存在一定的局限性，例如在人类宿主核酸背景下的病原体核酸丰度较低，会影响检测的敏感性。为了解决这一问题，研究人员开发了杂交捕获技术，通过特异性探针富集微生物序列，提高检测性能。

本研究旨在评估这种改进的mNGS技术在PICU危重患儿感染诊断中的价值。研究团队回顾性分析了复旦大学附属儿科医院PICU在2022年1月至2023年4月期间收治的97例患儿的179份样本，包括血液、支气管肺泡灌洗液(BALF)、痰液和脑脊液(CSF)等。根据免疫状态将患儿分为ICH组(58例)和免疫正常(ICO)组(39例)，比较了mNGS与CMT在病原检测方面的性能差异。

研究方法主要包括样本处理、核酸提取、文库构建、杂交捕获和测序分析等关键步骤。研究人员采用Benzonase酶处理样本以去除宿主核酸，使用QIAamp试剂盒提取DNA和RNA，通过杂交捕获技术富集微生物序列，最后在Illumina测序平台上进行测序。数据分析阶段，使用Trimmomatic进行数据质控，通过Kraken 2和Burrows-Wheeler Aligner等工具进行病原鉴定，并采用RPTM值进行标准化处理以确保结果准确性。

患者和样本特征

研究共纳入97例患儿，其中ICH组58例，ICO组39例。实验室检查显示ICH患儿的白细胞计数、中性粒细胞计数、CD3⁺T淋巴细胞计数、CD4⁺T淋巴细胞计数和CD45⁺白细胞计数均显著低于ICO组，证实了其免疫受损状态。此外，ICH患儿的儿科危重病评分(PCIS)也显著较低，表明病情更为严重。

mNGS与CMT阳性检出率比较

在所有179份样本中，mNGS的总体阳性检出率为72.63%，显著高于CMT的55.31%。这种优势在痰液和脑脊液样本中尤为明显。分层分析显示，无论是在ICH组还是ICO组中，mNGS的阳性检出率均显著高于CMT。值得注意的是，ICH样本的阳性检出率相对高于ICO样本，提示免疫缺陷患儿更易发生感染。

病原体检出情况

mNGS检出的病原体谱明显广于CMT。鲍曼不动杆菌、铜绿假单胞菌、肺炎克雷伯菌和金黄色葡萄球菌是两种方法共同检出的主要细菌。在真菌检测方面，mNGS检出了几乎所有耶氏肺孢子菌(7/8)，而CMT仅检出1例。此外，mNGS在病毒检测方面表现出显著优势，在ICH和ICO组中的病毒检出率分别为64.86%和50%，远高于CMT的28.83%和19.12%。

诊断性能评估

以临床诊断为金标准，mNGS的敏感性为91.34%，特异性为73.08%，曲线下面积(AUC)为0.822。相比之下，CMT的敏感性为73.23%，特异性为88.46%，AUC为0.808。在ICH组中，mNGS的敏感性达到94.94%，显著高于CMT的81.01%。在ICO组中，mNGS的敏感性为85.42%，也显著高于CMT的60.42%。

呼吸道真菌感染的诊断价值

研究特别关注了mNGS在下呼吸道真菌感染诊断中的价值。在15例临床诊断为真菌感染的样本中，mNGS的敏感性达到93.33%，显著高于CMT的26.67%。尤其是对于耶氏肺孢子菌感染，mNGS成功检出所有7例病例，而CMT仅检出1例。这一结果凸显了mNGS在机会性真菌感染诊断中的重要价值。

临床影响评估

mNGS结果对66.0%患儿的诊疗产生了积极影响，包括确立新诊断(60.8%)、增加药物治疗(53.6%)和调整治疗方案(28.9%)等。特别值得注意的是，ICH患儿从mNGS检测中获益更多，75.9%的ICH患儿诊疗方案因mNGS结果而优化，显著高于ICO组的51.3%。这表明mNGS在免疫缺陷患儿的感染管理中具有特殊价值。

本研究证实，基于杂交捕获的mNGS技术在PICU危重患儿感染诊断中表现出卓越的性能，特别是在免疫缺陷患儿和呼吸道真菌感染的诊断中优势明显。该技术不仅提高了病原体检出率，还对临床诊疗决策产生了积极影响，为重症感染的精准诊治提供了有力工具。未来需要更大规模的前瞻性研究来进一步验证这些发现，并探索将耐药基因检测整合到mNGS工作流程中的可能性。