针对下呼吸道感染的靶向下一代测序的定量解释模型：一项多中心前瞻性研究

《Respiratory Research》：Quantitative interpretation models for targeted next-generation sequencing in lower respiratory tract infections: a multicenter prospective study

　　

摘要

背景

下呼吸道感染（LRTIs）是全球主要的健康负担之一。尽管靶向下一代测序（tNGS）在病原体检测方面具有潜在优势，但其临床应用受到缺乏经过验证的定量判别标准的阻碍。

方法

我们从2022年1月到2025年3月，在中国東部的五个重症监护病房对631名疑似LRTIs的患者进行了多中心前瞻性研究。这些患者的支气管肺泡灌洗液样本同时接受了tNGS检测和传统的微生物学检测（CMT）。专家小组A通过将患者分为LRTI和非LRTI两组，并根据全面的临床标准识别出具有临床意义的病原体，从而建立了参考标准。专家小组B不了解tNGS的定量数据，仅基于检测到的微生物提供定性解读，以排除定量参数的影响。专家小组C不了解所有tNGS数据，基于传统的微生物学检测结果结合临床表现进行解读。我们使用一个训练队列（n = 420）开发了基于每百万 mapped 读数中每千碱基的读取次数（RPKM）和病原体拷贝数的定量诊断模型，并在独立队列（n = 211）中对其进行了验证。

结果

在631名患者中，有358人（56.7%）符合LRTI的诊断标准。77名患者出现多重感染，其中大部分患者同时感染了鲍曼不动杆菌（Acinetobacter baumannii）和铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa）。tNGS在检测革兰氏阴性细菌、念珠菌属（Candida）物种和肺孢子菌（Pneumocystis jirovecii）方面表现出更好的效果，而CMT在检测曲霉菌属（Aspergillus）物种方面表现出色。定量模型在区分细菌病原体方面表现出优异的性能。仅使用传统微生物学检测的敏感性和特异性分别为58.7%和74.7%。将临床表现纳入CMT后，敏感性提高至68.8%，特异性为72.0%。相比之下，定性tNGS的敏感性为78.5%，特异性为76.6%，而基于模型的算法显示出最高的诊断准确性，敏感性为82.4%，特异性为85.0%。在抗菌素耐药性预测方面，tNGS的准确性为中等（AUC 0.715），对关键的抗菌素耐药性标志物（包括KPC、NDM、OXA-48和mecA）的检测一致性较高。

结论

我们开发并验证了基于tNGS的病原体检测定量模型，能够精确地区分致病菌和背景微生物。这些模型代表了tNGS在LRTI诊断和抗菌素耐药性检测临床应用方面的重大进展。