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王牌“神探”,mNGS寻找感染真相

2022-7-28 11:19| 编辑: 归去来兮| 查看: 514| 评论: 0|来源: 新民周刊 | 作者:周洁

摘要: 虽然mNGS技术出现并应用只是近几年的事,但毫无疑问,它正在深刻改变当下的诊疗现状。


虽然mNGS技术出现并应用只是近几年的事,但毫无疑问,它正在深刻改变当下的诊疗现状。

记者|周 洁
这是黄洋(化名)第9次住院了,之前的7个月,他前前后后住了8次院,每次出院几周,他准得再次回医院报到,因为又发烧了。医生也无法确定究竟是什么原因导至黄洋的发烧,只告诉他,他肺部有感染。
如此“规律住院”让黄洋的工作和生活都受到了极大影响,为了根治自己的“怪病”,他到复旦大学附属中山医院感染病科向科主任胡必杰教授求助。
通过胸部CT、实验室检查和过往治疗史,胡必杰主任首先排除了结核菌感染,但常规检查始终找不到致病的病原体,他凭经验按照非结核分枝杆菌感染给黄洋开了一些抗菌药,一个多礼拜后,黄洋出院了。可是没多久,黄洋发着烧又回来了。
胡必杰教授建议黄洋接受宏基因组测序技术(mNGS),这一次,有新的发现——诺卡氏菌。
“这个发现真是意料之外,但却在情理之中。抗菌药治疗对这个病人是有效果的,但常规的细菌培养却没有结果,这正是诺卡氏菌的特点。治疗这个病,抗菌药疗程要用足3个月,否则很容易复发,这也解释了病人为何多次治疗多次住院又反复发烧的现象。”搞清楚病原体后,知道自己的“敌人”是谁,“杀敌”事半功倍,按疗程用药后,黄洋的病彻底痊愈,再也不用时不时住院了。
这是胡必杰教授5年前刚刚接触mNGS时遇到的一个病人,应该说,这个病人很幸运,赶上了新技术的推广和应用,又有经验丰富的感染科医生保驾护航。而病人的诊断过程,令胡必杰教授也大受启发:mNGS确实能够在很大程度上解决疑难病原体的诊断问题。
一个明确的诊断,对于疾病治疗的重要性,不言而喻。
《新民周刊》记者采访多名感染科权威专家后发现,虽然mNGS技术出现并应用只是近几年的事,但毫无疑问,它正在深刻改变当下的诊疗现状。除了疾病诊断本身,mNGS技术在推动精准治疗、控制抗菌药滥用、减轻疾病负担等方面,也有着值得期待的表现。

尽快找到感染疾病的原因,不但可以挽救生命,减轻患者痛苦,也能降低总体疾病负担。

迷雾追踪,感染科医生的日常


一天中午,秦老伯(化名)买了一条鱼,回家杀鱼时,手被鱼身刺破,“小伤而已”,秦老伯没怎么重视,用创可贴把伤口包起来。
然而,仅仅一个下午的时间,秦老伯整只手发起了水泡,开始发烧,精神状态也很差。因为发热,他被家人先送到医院发热门诊,在当地医院辗转了几个科室后,才被送到广州医科大学附一院急诊,急诊医生接诊后非常重视并高度怀疑是“创伤弧菌”感染,这种菌以毒力强、感染死亡率高著称,必须尽快治疗。
时间在一分一秒过去,但致病菌尚不能确认,急诊主任想通过截肢避免病原体进一步攻击秦老伯的其他器官,引发脏器衰竭。
会诊时,广州医科大学附一院感染科主任卓超教授提出了不同意见,他认为,“创伤弧菌”在海鱼身上比较常见,但秦老伯那天处理的是淡水鱼;另一点,“创伤弧菌”毒性强,48小时内没有得到及时治疗就会危及生命,这个病人送来时距离被鱼划上已经30个小时了,虽然病程进展很快,但未必是“创伤弧菌”。“截肢对个人生活的影响是终身的,做手术容易,但一刀下去,手再也长不回来了,因此但凡有一线可能,在保证生命安全的前提下,我们也要去为病人争取。”卓超主任说。
于是,确定病原体成为当务之急。如何又准又快地找出致病元凶?卓超想到了mNGS,当天下午5点,病人标本被送去检测,第二天凌晨3点,结果就出来了,如卓超所料,病人感染的是淡水鱼中常见的一种细菌——“维氏气单胞菌”,虽然毒性也大,但不及“创伤弧菌”致命。
这个结果为患者的保手治疗争取了时间,治疗对症后,患者的高热也终于控制下来,虽然两周后病人还是因为前期处理失当导至手臂血管堵死,不得不截肢,但卓超已经拼尽全力,问心无愧。
很多人可能不理解,感染性疾病的诊治,很多时候是盲人摸象式的治疗。要知道,致病的微生物有细菌、病毒、真菌、支原体、衣原体、寄生虫等,感染后引起的症候可能很相似,但治疗这些病原体的药物各不相同。
细菌是临床上患者发病最主要原因,可是细菌还分为阴性菌、阳性菌、厌氧菌等,不同的细菌往往需要不同的抗菌药,甚至一些细菌还会产生耐药性。囿于检测技术等的不足,医生很可能找不到病人感染的具体原因,只能依靠经验给予治疗,这对感染科医生的能力无疑提出了更高的要求。

“一些疾病进展很快,传统的检测方法一时半刻得不到结果,这导至临床初始治疗可能有一些盲目性,这种盲目性带来的最直观的后果就是初始治疗药物没对路,病情可能迅速恶化,病人预后变差、住院的时间增加、整体医疗花费都会更高。”卓超说。
复旦大学附属华山医院抗生素研究所所长王明贵对此深有同感:“很多时候知道这个患者是细菌感染,但培养不出致病菌,临床医生拿不到证据,靠经验治疗就难免存在盲目性。”他补充道:“在三甲医院中,细菌性感染疾病的诊疗大约2/3都是靠经验,搞不清楚什么致病菌的情况下,很多医生倾向于选择广谱抗菌药,很多广谱抗菌药不但价格昂贵,还有多种副作用,也容易造成抗菌药滥用,导至耐药问题。”
王明贵不由感叹,感染性疾病的诊断,最大的问题就是病原诊断率太低。
层层迷雾中追踪真正的致病元凶,这是感染科医生的日常。
大家都知道早期诊断是防控感染性疾病的关键,但真正做到并不容易。为了找到致病元凶,医生往往会在第一时间采集患者的血液、痰液或尿液等进行培养,但是这个方法有个很大的缺点,就是慢,而且不一定有阳性培养结果。
王明贵向《新民周刊》解释:“假如患者在检测前使用广谱抗菌药,细菌将一定程度上受到抑制,极可能影响培养阳性率;第二个是传统病原微生物检测本身就存在局限;最后就是每个医疗机构检测水平的差异,微生物室的软件硬件、人员配备,实验室仪器设备等都会影响病原诊断结果。”
这些年,全球医疗界都在致力于感染病原学诊断水平的提高,而mNGS技术的出现,无疑是病原微生物检测领域的颠覆式创新。
传统的方法如细菌/真菌检测以培养为主,阳性率低,且耗时长,需要两三天才能出结果。而mNGS是高通量测序,可以同时测定几百万甚至上亿条DNA或RNA序列,灵敏度高,24小时或者更短时间就可完成检测。对于新发病原体,mNGS更是优势显著。
2020年的新冠肺炎疫情中,我国科学家花了仅仅6天就完成了新冠病毒的测序工作,使用的正是mNGS技术。这和2003年SARS病毒的鉴定花了5个多月相比,无疑是一个巨大的进步,也让mNGS一战成名。

基因检测在武汉金银潭医院中用于检测重症患者的感染病原。
王明贵给记者打了一个通俗易懂的比方:“如果说病原微生物是河里面的一条鱼,那么传统的微生物培养就相当于钓鱼,得一条一条地钓,效率比较低;mNGS相当于是撒网,大鱼小鱼都能一起捞上来,效率高。”不过王明贵也指出,这些鱼中,真正要紧的只有一条或者几条,如何分辨网中鱼的属性,也非常重要。“检测数据的分析和解读水平,同样是这一技术应用的重点。”

锁定真“凶”,新技术变身医生王牌


据WHO统计,在全球,感染性疾病导至患者死亡占全部死因的25%以上。感染性疾病可累及人体各系统,比如呼吸系统、神经系统等,对于病情危重需要尽快明确病原体,同时传统微生物检测技术反复阴性且治疗效果不佳的病人,mNGS技术成了医生手中的王牌。

浙江大学医学院附属邵逸夫医院俞云松在接受《新民周刊》采访时回忆,不久前,他接诊了一名脑膜炎患者,第一时间给病人安排了脑脊液样本的mNGS检测,“脑膜炎的致病原因很多,不同病原所致的脑膜炎临床表现上不少病例比较类似,脑膜炎的病原诊断率一直比较低。如果是通过传统的细菌学培养,阳性率不到10%,在没有获得有效的病原学证据前,医生通常会用广谱抗菌药先行治疗。这又在某种程度上导至了抗菌药的过度使用,因此临床上一直在寻找更好的病原体诊断技术”。
mNGS技术出现后,为临床医生的诊断提供了新的技术手段,这个病人的检测结果出来后,医生很快确定这是极少见的庚型肝炎病毒引发的脑膜炎。知道了发病原因,治疗迎刃而解。“即便是非感染性的脑膜炎症,mNGS检测也可以作为辅助诊断手段之一,检测结果阴性,可以帮助医生确定诊断方向。”在俞云松看来,对于感染性疾病来说,精准治疗无论对改善预后还是减少病原体耐药都是非常重要的。
俞云松还提到了mNGS在脓毒症病原诊断上的价值:“脓毒症病人通过既往的普通培养方法,我们拿到病原体的机会最多不超过20%。但结合这些新分子诊断技术,确诊率可提高到40%—50%,明显提高了病原诊断率。”
据重症专家的研究数据,我国每年脓毒症患者约568万,根据病情的严重程度,病死率可达28%—50%。而改善预后的关键措施之一就是及时有效的抗菌药物,强调应该在发病后1小时内给患者用上有效的抗菌药物。因此,俞云松希望未来mNGS技术更准、更快、更方便。
此外,他所在的团队还和其他研究单位联合开展了mNGS在肺炎病原诊断率方面的研究,研究结果已经在“Journal of Infection”上公开发表。该研究发现,mNGS检测到的微生物序列数受标本中微生物和人源细胞DNA含量双重影响,而去人源核酸会同时造成某些微生物序列数上升,某些微生物序列数下降,因此不建议对所有标本无差别应用。
目前,在去人员核酸检测技术领域,已经有Q-mNGS技术,它实现了人源和病原体核酸的相对定量检测,可溯源样本中病原及人源核酸的真实比例,实现真/假阴性的区分和治疗效果的监测。
其实,回溯mNGS最初的应用,就是为了解决临床上的疑难杂症。
随着mNGS技术的发展,临床发现,对于特殊病人,比如早期肿瘤患者、免疫抑制宿主等,mNGS技术也有突出效果。
一名50多岁的男性病人,胸部CT显示肺部有渗出病灶,同时病人有发热、咳嗽、咳痰等症状,当地医院抗菌治疗后效果不佳,转到复旦大学附属华山医院抗生素研究所进一步治疗。“按道理说,社区获得性肺炎(没有住过医院,在医院之外得的肺炎)病原菌比较简单,但这个病人抗菌药换了好几轮了,热度还没下来,所以我考虑他有肿瘤的可能性。”王明贵告诉记者,目前肿瘤诊断有几种办法,一种是肺穿刺送病理科,但穿刺有几个问题,一个是必须侵入性操作,有时候会引起气胸、出血等不良反应,病人也会紧张;另一个,有时候穿刺位置在肝脏、大血管壁边上,风险太大。
那如何确定病人是不是肿瘤呢?王明贵想到了mNGS,“mNGS检测过程中,看到的大部分都是人源的DNA,在找微生物的时候,这些人源会产生干扰,但假如这个患者有肿瘤,那么肿瘤细胞也会跑到血里面,用这个技术可以检测出来”。他进一步解释,发热待查病人一般是三种原因造成的:1.感染;2.肿瘤;3.风湿性疾病。因此,对于不明原因发热的病人,医生要做好鉴别诊断。
通过对患者痰标本和血标本进行检测,发现其中有染色体的异常,提示肿瘤可能性大,于是王明贵改变了治疗策略,停用抗菌药。通过病理检查明确肺癌的诊断,使患者得到及时的确诊与肿瘤治疗,这对抗菌药物的合理应用也起着积极作用。
王明贵说:“因为mNGS的这些优势能够帮助临床提供诊断方向,帮助鉴别诊断,因此也将逐渐得到应用。”《新民周刊》了解到,王明贵教授及其团队在mNGS实现肿瘤提示的临床研究成果及病例,已经汇总成论文并被国际期刊收录,公开发表。相信未来也会给肿瘤诊断带来积极影响。

诊断技术迎来跨越式发展,然后呢?


2015年,胡必杰正式从呼吸科转身,带着1位副主任和5位住院医师,开始了感染病科的创业路。不长的时间,中山感染从原来的默默无闻到现在成为业界权威,胡必杰将其归因于遇到了好的时代。“搞感染最大的难点就在于病原诊断,科室建立遇到了一个好的时代,当时恰逢基因测序分子诊断技术兴起,病原体诊断有了跨越式的发展。”
胡必杰大概是国内最早接触到mNGS技术的几位医生,在临床上应用后,他一直非常认可它的效果。当时,不少同行还处在观望状态,有些稍微有点了解,有些尚未接触。
2018年,胡必杰教授团队在欧洲临床微生物与传染病大会作了大会交流发言,这是全球感染病领域里规模最大的一个国际级会议。当时,中山医院分析了500多例病人样本,就mNGS在临床感染中各类病原体鉴定的准确性、可行性及其提高精准抗感染治疗的价值等内容作了分享。“最重要的结论是,mNGS使得病原检出率显著增高。”
几年过去,胡必杰的感染病科已经有几千例mNGS应用实例。他还把这些年自己遇到的疑难病例整理成了两本书,其中一本叫《上海中山感染探案》,里面无不是疑难病例,其中相当一部分病例的诊断都离不开mNGS检测,几乎占到一半。而科室建立之初制定的愿景——成为国际先进的疑难复杂感染症的专业诊疗团队,也正在逐步达成。

医疗机构自建实验室进行mNGS检测或许是未来的发展方向。
mNGS肇始于国外,却在中国迎来了自己的机遇期,这不得不说是中国的后发优势。“一方面国外的检测费用更加昂贵,价格是国内的两倍到三倍,推广遇到瓶颈;另一方面我们国家的微生物检测水平不及国外,但通过基因测序技术,在诊断上实现了跨越式发展,老百姓能够获益,所以检测意愿较高,也助力了新技术的推广。”胡必杰说。
不过,mNGS作为一门新兴技术,仍然存在许多挑战。接受采访的专家们一致认为,mNGS的检测费用还是太高了,并且没有纳入医保,经济负担较重。
“一般要看病人病情的轻重程度,再给病人做检查,如果普通微生物检查就能查出来的,没必要上mNGS,杀鸡焉用牛刀,对吧?”卓超介绍,目前业内已经发布了不少临床指南、专家共识等,就临床适应证、标本采集与转运、报告解读等规范mNGS的使用。
“用在对的人身上,这个技术可以让病人少走一些弯路。如果能够及时明确诊断,找到致病菌,对症下药,能降低病人的整体花费,达到精准治疗,降低疾病负担。”俞云松指出。
王明贵也强调了这一点,一个是送检的适应证很重要,不要过度使用;第二是标本质量也很讲究,因为人身体里很多部位都有细菌,如果要送痰标本,最好是气管镜直接到底部气管取样,这样就能避免咽喉部的微生物污染,测序结果比较准确,肺部取样则是肺泡灌洗液比较好;第三点就是结果的解读,医生想要非黑即白的诊断结果,但往往给到的报告仍然需要医生结合临床经验判断,这对医生的能力提出了要求。
医疗机构自建实验室进行mNGS检测或许是未来的发展方向,胡必杰表示, “术业有专攻,技术的进步助力了科室的发展,反过来,人员的专业化才能使这些好的技术达到效果最大化。所以,当前mNGS检测实验室配备医生,或者让临床医生参与mNGS检验报告的审核,对于提高诊断报告的实用性和正确性,具有重要作用”。
宏基因组测序技术(mNGS)已经在国内大型医院的感染疾病诊断上得到了很好的应用,这种技术也得到了感染领域医学专家的高度认可。感染性疾病的病原诊断这个整体上相对薄弱的临床短板,未来依靠突飞猛进的基因检测技术,一定会迎来巨大的改变。

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