用于下呼吸道感染全过程管理中的宏基因组下一代测序应用的框架结构

《Journal of Infection》：Structured framework for the application of metagenomic next-generation sequencing in the whole-process management of lower respiratory tract infections

基于42例下呼吸道感染患者的回顾性研究，宏基因组测序（mNGS）显著提升病原检测率（88.1%），其中92.9%患者调整抗生素治疗（靶向/窄谱抗生素占66.7%），尤其对复杂感染改善显著。研究提出整合临床特征、影像学及mNGS数据的标准化解读流程，为优化诊疗路径提供循证依据。

赵美华|余希生|赵美增|张国清

上海交通大学医学院附属上海总医院嘉定分院，中国上海市黄家花园路800号，201803

摘要

目的

本研究旨在评估宏基因组下一代测序（mNGS）在优化下呼吸道感染（LRTIs）的诊断-治疗路径方面的影响。

方法

这项回顾性观察研究分析了2023年6月至2024年10月期间上海总医院嘉定分院收治的42例连续的下呼吸道感染患者。评估了包括人口统计特征、实验室结果、放射学发现、mNGS解读、治疗调整和预后在内的全面临床数据。

结果

尽管38名患者（90.5%）在mNGS检测前接受了无效的经验性抗生素治疗，但mNGS在42名患者中检测到了病原体（88.1%）。超过一半的患者（22/42，52.4%）有合并症，大约一半的病例炎症生物标志物水平在正常范围内。在33.3%（14/42）的病例中观察到了提示特定病原体的特征性CT表现。结合临床特征对mNGS报告进行解读后，30名患者（30/42，71.4%）的最终诊断与mNGS结果一致。重要的是，92.9%（39/42）的患者接受了治疗调整：66.7%（28/42）转为使用针对性/窄谱抗生素，26.2%（11/42）在排除感染后停止了抗菌治疗。接受针对性治疗的患者普遍表现出临床改善和影像学上的缓解，尤其是在复杂感染的情况下。

结论

虽然mNGS提供了强大的病原体检测能力，但其临床应用需要与多维患者数据相结合。本研究提出的标准化方案有潜力提高下呼吸道感染管理的诊断效率和资源利用。

引言

下呼吸道感染（LRTIs）是一个重大的全球健康挑战，是最致命的传染性疾病之一，也是全球第四大死亡原因。LRTIs的临床范围很广，包括社区获得性肺炎（CAP）、医院获得性肺炎（HAP）以及慢性疾病（如COPD和支气管扩张症）的并发症感染。其管理中的一个关键障碍是经常缺乏明确的病因诊断，在中国几乎一半的肺部感染病例中都存在这种情况[1]。这种诊断不确定性，加上难以区分真正的感染和定植，常常迫使临床医生依赖经验性抗生素治疗。

传统的诊断方法主要基于细菌和真菌培养，这些技术是基石，但存在显著局限性。特别是在使用抗生素之前的情况下，它们的敏感性较低，且周转时间长达3-5天，这经常导致诊断延迟[2]、[3]。这种延迟加剧了经验性广谱抗生素的使用循环，促进了抗菌耐药性的产生并增加了医疗成本。

宏基因组下一代测序（mNGS）作为一种变革性的诊断工具应运而生。这种不依赖培养的技术可以对临床样本中的所有核酸进行无偏序分析，从而在无需预先假设的情况下检测到多种病原体（细菌、病毒、真菌和寄生虫）。其主要优势包括速度快（结果可在24-48小时内获得）和高敏感性（与培养相比，mNGS受抗生素预处理的影响较小）[4]、[5]。例如，一项研究表明，即使在开始使用抗生素后，mNGS仍能保持较高的病原体检测率，而传统培养方法在这种情况下往往失败[6]。这些特点使得mNGS在复杂下呼吸道感染的诊断中得到了迅速应用[7]、[8]。

尽管mNGS具有巨大潜力，但其临床应用需要与多维患者数据相结合。本研究提出的标准化方案有潜力提高下呼吸道感染管理的诊断效率和资源利用。

引言

下呼吸道感染（LRTIs）是一个重大的全球健康问题，是最致命的传染性疾病之一，也是全球第四大死亡原因。LRTIs的临床类型多样，包括社区获得性肺炎（CAP）、医院获得性肺炎（HAP）以及影响慢性疾病（如COPD和支气管扩张症）的感染。其管理中的一个关键障碍是经常无法确定确切的病因，在中国几乎一半的肺部感染病例中都存在这种情况[1]。这种诊断不确定性，加上难以区分真正的感染和定植，常常迫使临床医生依赖经验性抗生素治疗。

传统的诊断方法主要基于细菌和真菌培养，这些技术是基石，但存在显著局限性。它们的敏感性较低，尤其是在使用抗生素之前的情况下，且周转时间较长（3-5天），这经常导致诊断延迟[2]、[3]。这种延迟加剧了经验性广谱抗生素的使用循环，促进了抗菌耐药性的产生并增加了医疗成本。

宏基因组下一代测序（mNGS）作为一种变革性的诊断工具应运而生。这种不依赖培养的技术可以对临床样本中的所有核酸进行无偏序分析，从而在无需预先假设的情况下检测到多种病原体（细菌、病毒、真菌和寄生虫）。其主要优势包括速度快（结果可在24-48小时内获得）和高敏感性（与培养相比，mNGS受抗生素预处理的影响较小）[4]、[5]。例如，一项研究表明，即使在开始使用抗生素后，mNGS仍能保持较高的病原体检测率，而传统培养方法在这种情况下往往失败[6]。这些特点使得mNGS在复杂下呼吸道感染的诊断中得到了迅速应用[7]、[8]。

尽管mNGS具有巨大潜力，但其融入常规临床实践仍面临若干挑战。关于其应用的标准化指南尚未完善，导致不同临床场景下的使用存在差异[9]、[10]。仍存在一些技术和解读上的限制，包括难以区分病原体和环境污染物或共生菌、缺乏标准化的结果解读标准以及高昂的相关成本[11]、[12]。因此，只有通过严格的患者选择、最佳样本选择和细致的临床关联等结构化方法，才能充分发挥mNGS的诊断效用。现有证据最支持其在免疫功能低下者、患有未分化感染的危重患者以及疑似混合、罕见或新型病原体病例中的应用[13]、[14]。在样本类型中，通过支气管镜获取的支气管肺泡灌洗液（BALF）的诊断性能始终优于痰液，主要是因为它可以减少口咽部的污染[15]、[16]、[17]。

尽管大多数研究集中在比较mNGS与传统方法的检测率上，但在建立指导临床医生如何在整个患者管理过程中最佳应用mNGS的综合性框架方面仍存在关键空白[18]、[19]、[20]、[21]。mNGS报告的复杂性要求采用标准化的解读方法以避免误诊[22]、[23]。尽管多学科团队讨论有所帮助，但一线临床医生仍缺乏实用、系统的操作流程[24]。

因此，为解决这一空白并提高mNGS在LRTI管理中的应用效率，本研究分析了42例疑似下呼吸道感染病例。基于我们的分析，我们提出了一种标准化的临床工作流程，包括基于证据的患者选择、样本收集指南以及mNGS报告的情境化解读框架，最终旨在支持准确的临床决策和抗生素管理。

部分摘录

研究对象

本研究回顾性分析了2023年6月至2024年10月期间入住上海交通大学医学院附属上海总医院嘉定分院的42例连续疑似下呼吸道感染患者。纳入标准包括：

●

年龄≥14岁

●

胸部影像学检查显示新出现的或进行性的肺部浸润、实变或磨玻璃样阴影

●

愿意接受支气管镜检查并进行mNGS检测

排除标准为医疗记录不完整。所有纳入的患者

患者特征

42名纳入患者的临床特征总结见表1。该队列的一个主要特征是症状持续时间较长，90.5%（38/42）的病例症状持续超过两周，其中61.9%（26/42）的症状持续超过三周。这种延长的临床过程提示可能存在耐药性微生物、苛养性病原体或潜在的免疫功能低下状态。与此观察结果一致，90.5%（38/42）的患者表现出症状不佳或不完全

讨论

本研究强调了在结构化临床框架内使用mNGS以最大化其诊断效用的关键重要性。虽然传统微生物学方法在复杂病例中的阳性率通常较低，但我们的发现表明，通过系统化的方法审慎应用mNGS可以显著影响患者管理。

结论

本研究提出了一个结构化的框架，用于指导mNGS在下呼吸道感染诊断中的临床应用。我们的发现表明，全面评估治疗反应、免疫状态和特定的CT表现可以识别最有可能从mNGS检测中受益的患者，从而优化诊断效率和资源分配。标准化的解读工作流程为将复杂的mNGS报告整合到临床决策中提供了初步方案。

参与同意

这是一项回顾性观察研究，根据伦理批准，无需患者签署知情同意书。

伦理批准

这是一项观察性研究。研究伦理委员会确认无需伦理批准。

作者贡献声明

赵美华：撰写——初稿、验证、概念构思。余希生：撰写——初稿、方法学、调查。赵美增：方法学、调查。张国清：撰写——审阅与编辑、正式分析、监督。所有作者均已阅读并同意发表的手稿版本。

数据可用性

本研究的所有其他相关数据可在合理请求下从相应作者处获得。

作者资格声明

所有作者均符合ICMJE的作者资格标准。

资金支持

本研究得到了上海总医院嘉定分院科技创新项目[2024-KJJB-08]的支持。

利益冲突声明

作者声明没有已知的利益冲突或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢

作者感谢患者、他们的家人以及参与研究的调查人员和工作人员。