《The Lancet Microbe》：Predicting bloodstream infection by plasma cell-free metagenomic sequencing: a prospective cohort study
编辑推荐：
面对接受强力化疗或造血干细胞移植的白血病患儿面临危及生命的血流感染高风险，临床上亟需一种能在症状出现前预警感染的筛查方法。本研究评估了血浆微生物无细胞DNA宏基因组测序（mcfDNA-Seq）在预测高风险白血病患儿血流感染方面的性能，发现其在感染症状出现前3天具有约52%的预测灵敏度，在诊断时灵敏度可达81%，为基于该技术的抢先治疗策略提供了重要证据，有望革新免疫功能低下患者的感染管理范式。
在儿童白血病的治疗战场上，化疗和造血干细胞移植是强有力的武器，但它们会严重削弱患者的免疫系统，使其成为感染侵袭的“不设防之地”。其中，血流感染尤为凶险，是导致这类患者治疗中断、产生长期后遗症甚至死亡的主要原因之一。尽管风险分层的抗生素预防能将感染风险降低约一半，但长期使用可能加剧细菌耐药和“突破性感染”，这条路似乎越走越窄。那么，能否像气象预报预测暴雨一样，在血流感染的“暴风雨”来临之前，就提前发出精准预警，从而让医生有机会进行“精准抢险”——即针对特定病原体进行抢先治疗，而不是“广撒网”式的预防？这正是本研究试图回答的核心问题。为此，研究团队将目光投向了一项新兴技术：血浆微生物无细胞DNA宏基因组测序。
这项研究是一项严谨的前瞻性队列研究，旨在系统性评估血浆微生物无细胞DNA宏基因组测序（mcfDNA-Seq）在预测高危白血病患儿血流感染中的价值。论文最终发表于《The Lancet Microbe》杂志。
为了回答上述问题，研究人员主要运用了以下关键技术方法：首先，在美国圣裘德儿童研究医院前瞻性招募了158名25岁以下、正在接受白血病治疗且感染风险高的患者，构建了研究队列，并前瞻性收集其剩余的临床血浆样本。其次，采用微生物无细胞DNA宏基因组测序（mcfDNA-Seq）技术，对在血流感染发生前7天至发生后1天期间收集的血样，以及从同一群体中、在无发热或感染时采集的对照血样进行分析，以鉴定其中的病原体DNA。整个测试过程在临床实验室改进修正案和美国病理学家学院认证的实验室内进行，并对样本状态设盲。
研究结果
研究参与者与样本
在2017年8月9日至2022年2月28日期间，共有158名白血病患者入组。其中，60名患者发生了94次可评估的血流感染事件。同时，研究还纳入了162次可评估的对照事件。
mcfDNA-Seq的预测与诊断灵敏度
研究评估了mcfDNA-Seq在不同时间点的检测能力。在感染症状出现前3天的预测期内，mcfDNA-Seq对所有血流感染事件的预测灵敏度为51.9%（95% CI 40.5–63.1），恰好超过了预设的50%这一“有利灵敏度”目标。当仅分析细菌性感染时，预测灵敏度为53.8%（42.2–65.2）。而在血流感染诊断当天或后一天（诊断期），其诊断灵敏度显著提高，对所有感染事件为81.3%（71.0–89.1），对细菌感染为83.1%（72.9–90.7）。灵敏度在感染前第7天最低，并随着感染日的临近逐日升高。
影响预测灵敏度的因素
通过多因素分析，研究发现预测灵敏度在急性淋巴细胞白血病患者中显著高于急性髓系白血病患者。此外，预测灵敏度在感染发生前3天内最高。值得注意的是，由于在多种微生物感染中，需检测到所有培养出的病原体才算成功，因此其预测灵敏度远低于单一微生物感染。
mcfDNA-Seq的预测特异性
特异性分析是评估筛查工具避免“误报”能力的关键。在没有任何感染迹象的对照样本中，mcfDNA-Seq检测到任何细菌或酵母菌的预测特异性为82.7%（76.0–88.2）。当将分析范围限制在常见的血流感染病原体时，特异性提高至88.9%（83.0–93.3）。研究还发现，在对照样本中检测到的病原体，其DNA浓度通常远低于血流感染样本中目标病原体的浓度。
临床假阳性结果的相关因素
研究进一步探索了哪些情况容易导致“假阳性”。结果显示，单纯胃肠道功能紊乱，或胃肠道功能紊乱联合近期使用过高剂量阿糖胞苷，与临床假阳性结果显著相关。这表明，肠道黏膜屏障的损伤可能导致微生物或其DNA进入血液循环，但并未引起真正的临床感染。
mcfDNA-Seq额外检出的生物体
在血流感染诊断时，mcfDNA-Seq除了能检测出血培养确认的病原体，还在36%的样本中额外检出了血培养未发现的生物体。然而，这些额外生物体大多未得到针对性抗菌治疗，且其DNA浓度在感染发生前的动态变化趋势显示，它们不像真正的致病菌那样在感染前呈现浓度上升的轨迹，提示其临床意义可能有限。
结论与讨论
本研究证实，血浆微生物无细胞DNA宏基因组测序（mcfDNA-Seq）能够在部分免疫功能严重低下患者的血流感染临床症状显现之前，检测到致病病原体，其预测灵敏度达到了预设的有临床指导价值的阈值。这为开发一种基于mcfDNA-Seq筛查指导抢先治疗的新范式提供了关键证据。这种新范式有望预防高达50%的血流感染事件，从而减少脓毒症、死亡及其他严重后遗症的风险，并可能降低总体抗生素暴露和耐药性产生。
同时，研究也客观揭示了该技术的局限性。其预测特异性受到诸如胃肠道屏障功能障碍等因素的影响，且会检测到一些临床意义不明确的病原体DNA。为此，研究者提出了优化临床应用的具体策略：通过将结果限制在常见血流感染病原体亚组、对检测到的DNA分子浓度设定更高的阈值（如≥140分子/微升）、或者排除胃肠道疾病等高假阳性风险的患者，可以在不牺牲灵敏度的情况下有效提高特异性。此外，实施每周3次（非连续日）的监测频率，结合阳性结果后的快速重复检测以观察DNA浓度变化轨迹，有助于区分真正的感染信号与背景噪音。
总之，这项研究标志着感染防控向精准、主动预警迈出了重要一步。尽管在投入常规临床实践前，仍需开展干预性临床试验来验证mcfDNA-Seq指导的抢先治疗是否能切实改善患者结局，并解决成本、周转时间及抗菌药物管理等问题，但其展现的潜力无疑为保护这些脆弱患者群体带来了新的希望，可能引领该领域诊疗范式的转变。
