《Frontiers in Microbiology》：The application value and limitations of metagenomic detection technology based on cerebrospinal fluid samples in suspected central nervous system infection: a retrospective study
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本研究通过回顾性分析246例疑似中枢神经系统（CNS）感染病例，系统评估脑脊液宏基因组下一代测序（mNGS）技术的诊断效能。结果显示mNGS与临床诊断符合率达73.2%，显著优于传统培养（54.1%）和常规检测（61.4%），尤其在病毒、结核分枝杆菌和混合感染检测中优势明显。研究首次系统分析了mNGS假阴性风险因素（年龄、全身感染状态、头痛症状和脑脊液葡萄糖水平），并明确了EB病毒、链球菌等病原体的临床指导价值，为mNGS的精准临床应用提供了重要依据。
背景
中枢神经系统（CNS）感染包括脑膜炎、脑炎和脓肿等危及生命的临床急症，其高死亡率主要源于病原体鉴定的挑战。传统诊断方法如脑脊液培养、聚合酶链反应（PCR）和抗原/抗体检测存在灵敏度不足、检测周期长和病原体覆盖范围窄等局限性，导致近半数病例无法明确病因，阻碍针对性治疗的实施。
方法
研究设计
本研究回顾性分析了2022年6月至2024年3月江门市中心医院收治的285例疑似CNS感染病例。按照筛选标准排除39例后，最终纳入246例患者。纳入标准包括具有脑膜炎或脑炎症状、或影像学提示可能为脑炎/脑膜脑炎，且在mNGS检测前已接受经验性抗感染治疗。排除标准包括拒绝腰椎穿刺、存在腰椎穿刺禁忌症、临床资料缺失或无法明确诊断的病例。
诊断标准与临床数据收集
由三名副高职称以上的神经科医师独立应用复合临床-微生物学参考标准确立临床诊断，该标准强制整合临床表现、脑脊液分析、影像学发现、常规微生物检测结果和治疗反应。根据此标准，病例被分为CNS感染和非CNS感染两类。专家在审阅所有信息后独立诊断，最终诊断需至少两名专家达成共识。
标本处理与检测方法
腰椎穿刺采集脑脊液标本后，将1-2mL样本保存于无核酶管中，于-20°C冷冻，48小时内进行mNGS检测。另取5mL样本接种血培养瓶，使用BacT/ALERT 3D自动化系统培养，阳性培养物通过基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱（MALDI-TOF MS）鉴定。其余标本进行常规脑脊液检查、涂片分析和生化评估。
mNGS检测流程
样本经过机械裂解后，平行提取DNA和RNA。使用商业试剂盒进行核酸提取，并在每批次实验中设置阴性对照以建立污染物背景谱。建库采用酶切片段化方法，最终文库插入片段约为200-300bp。DNA和cDNA文库等量混合后，在Illumina NextSeq DX500平台上进行高通量单端测序（75bp），每个样本至少产生1500万条原始读数。
生物信息学分析
使用bcl2fastq（v2.20.0）将原始数据转换为FASTQ文件，经fastp（v0.23.1）质控后，采用BWA-MEM（v0.7.17）比对至人类参考基因组（GRCh38/hg38）以排除人类序列。非人类序列进一步比对至定制微生物参考基因组数据库（IDseqDB v3.0.0），该数据库包含12,142种细菌、10,061种病毒、2,680种真菌、206种分枝杆菌、654种寄生虫和120种支原体/衣原体基因组。
结果
患者基本情况
研究共纳入246例疑似CNS感染患者，其中129例确诊为CNS感染，117例为非CNS感染。CNS感染组患者表现出更显著的临床表现和更严重的脑脊液生化参数改变。
诊断性能比较
mNGS与临床诊断的总体符合率为73.2%（180/246），显著高于培养（54.1%，133/246）和常规方法（61.4%，151/246）。mNGS对各类感染的阳性检出率均高于培养和常规方法，尤其在病毒、结核分枝杆菌、混合感染和罕见感染检测中优势显著。
mNGS与培养结果一致性
在细菌和真菌检测中，mNGS与培养的病原体检出一致率为61.9%。不一致结果主要源于mNGS阳性而培养阴性的情况，占不一致结果的81.3%。
mNGS阳性结果对临床管理的影响
87例mNGS阳性结果共鉴定出41种病原体物种。评估显示mNGS结果对临床治疗具有重要指导价值，其中EB病毒、链球菌属、结核分枝杆菌复合群、人类α疱疹病毒1型和葡萄球菌属的检测最具临床用药指导意义。
假阴性风险因素分析
年龄、全身感染状态、头痛症状和脑脊液葡萄糖水平是mNGS假阴性的关键影响因素。较低年龄组（特别是<18岁和18-59岁）患者假阴性风险更高，病毒感染者中无头痛症状与假阴性结果显著相关，而细菌感染者中较低的脑脊液葡萄糖水平与检测成功率呈负相关。
讨论
本研究系统评估了mNGS在疑似CNS感染诊断中的价值，结果显示其与临床诊断的阳性符合率（58.5%）符合文献报道范围（45%-70%）。mNGS的广谱覆盖特性使其在排除感染方面具有重要参考价值，阴性预测值（67.9%）显著高于培养（52.2%）和常规方法（58.5%）。
假阴性结果主要源于病毒漏检，这与病毒载量低、基因组小、RNA易降解以及人类核酸干扰等因素有关。风险因素分析提示，年轻患者临床表现不典型可能影响送检时机，而无头痛症状可能反映脑膜受累有限或病原体浓度较低。
mNGS的中位检测时间（1.83天）显著短于传统培养（6.86天）和常规方法（4.08天），为精准治疗提供了及时依据。研究还发现罕见病原体如人型支原体的颅内感染案例，凸显了mNGS在疑难感染诊断中的独特价值。
值得注意的是，mNGS检测包含标本中所有微生物核酸而非仅存活病原体，因此临床解读需结合患者实际情况。EB病毒和TTV等病毒的检测结果解释尤为复杂，可能需要结合qPCR病毒载量定量和血清学检测进行综合判断。
研究存在单中心回顾性设计的局限性，且未系统收集配对脑脊液和血浆样本进行病毒定量检测，未来需要更大样本的前瞻性研究进一步验证。
结论
mNGS在疑似CNS感染的诊断、治疗和预后评估中具有重要作用，与传统方法联合应用可提高病因诊断准确性。该技术尤其适用于病原体多样或传统技术难以识别的感染病例，但其病毒检测效能仍有待提升。临床应用中需将mNGS结果与患者临床表现和实验室数据相结合，以避免假阳性或假阴性结果的误导。
