分子 | 从三个角度看待第二代测序（mNGS）在传染病检测中的应用 ...

临床实践的核心原型之一是患者明显患病但缺乏明确的诊断依据。对于传染病来说，病原体的近乎无限的多样性使这种困境成为一种独特的挑战。进行快速基因测序以识别非人类的微生物基因组信息的测试（也被称为元基因组第二代测序，或mNGS）的出现为这种情况提供了一种独特的吸引力。病原体的基因识别可以为受感染患者的核心之谜提供一个即时的答案。但问题也同样存在，mNGS的成本通常是大多数传统传染病实验室测试的10-20倍。

对于临床医生和实验室而言，如何部署mNGS以最大限度地提高诊断率，同时最大限度地降低成本，是一个非常重要且严肃的课题。在这篇文章当中，我们试图从和应用场景有关的三种角度来探讨这个问题，同时试图对临床效益和实验室管理的理论框架进行优化。

mNGS的基础技术仍处于早期阶段。传统的微生物学检测通常提供一系列的信息，而不是单一的阳性或阴性信号。分离物要么是有生命力的，要么是没有生命力的，生物体的相对丰度可以与正常菌群或污染信号进行比较，而表型敏感性测试则为治疗提供依据。相比之下，mNGS提供的是关于所有生物体的基本二元诊断信息，与发病机制或临床假设无关。而且每个结果的含义可能并不完全清楚，往往没有常规的测试作为适当的比较对象。

就算在新技术利用最广泛的美国，mNGS测试几乎完全限于两个参考实验，Karius公司和加利福尼亚大学旧金山分校（UCSF）。Karius公司提供的周转时间只有几天，但分析仅限于DNA。UCSF同时包括RNA和DNA，虽然宣传的结果时间是1-2周。同时，另一项最重要的限制是其标本类型仅限于血浆和脑脊液（CSF）。

微生物诊断的一个关键原则是，在原发感染部位和生物体负担最大的时候取样，可以获得最高的结果。但在实践中，实验室经常在不满足这些条件的情况下使用mNGS，例如，直接标本难以获得，又或者在抗菌治疗开始很久之后才进行采样。

对血浆mNGS的研究涵盖了从肺炎到软组织感染的各种临床适应症，但是对于哪些标准应作为使用该测试的前置条件，目前还没有达成共识。另一方面，CSF的mNGS已被应用于少数疾病状态，并可以作为中枢神经系统感染的补充标志物使用，因此，如果实验室希望开展mNGS的话，从CSF入手是个不错的选择。

现有的数据表明，mNGS可以增强诊断感染性病原体的常规检测，但不应该取代它。在一项包括41名既定传染病导至的脑炎患者的研究中，加州大学旧金山分校的mNGS检测在32%的患者中发现了与常规检测相同的病原体，在22%的患者中发现了常规检测未发现的病原体；但是，mNGS在45%的患者中漏掉了常规检测发现的病原体[1]。这表明了临床医生的一个基本问题。没有临床真实情况的诊断金标准，就很难计算mNGS检测的临床灵敏度或特异性。

此外，NGS出色的灵敏度可能会导至对共生生物和不可能的病原体的假阳性鉴定。在对348名出现败血症症状的患者进行的Karius测试的初步评估中，18%的患者仅通过mNGS就获得了阳性结果（未通过常规测试检测），其中的病原体被认为是“不太可能”（9%）或“可能”（9%）的感染原因[2]。这使临床医生处于一个困难的境地，即到底如何确定什么代表了真正的感染。

面对不确定的临床效用和高成本，医疗机构经常将mNGS作为广谱抗菌治疗后病情仍在恶化的患者的最后手段来部署。然而，临床证据表明，mNGS在疾病的早期阶段检测出病原体的可能性最大[3]。

为了解决这个问题，西雅图儿童医院（Seattle Children’s Hospital）制定一个小儿脑炎的方案，鼓励在感染的急性期收集mNGS的样本，然后冷冻保存，同时等待通过常规方法进行初步检测的结果（如下图所示）。

在医院实施mNGS的一个重要障碍是费用。对于Karius和UCSF来说，一次检测可能要花费2000-2500美元。然而，脑炎的诊断评估经常导至大量的实验室、药物和医院费用。一般来说，在诊断评估中获得的任何一个测试通常需要65-560美元（中位数：181美元）*。

在西雅图儿童医院一项分析分析中，比较了有无mNGS诊断评估的成本。其传染病中心对脑炎的诊断采取了分层的方法，其中每层评估通常需要约为3000美元的费用用于实验室研究。这与mNGS的费用相近，而且为了进一步了解情况，在其机构中，该费用成本与头部MRI的费用相似。

总的来说，无论有无mNGS，检测费用都远远低于在重症监护室住院一天的估计费用（16,000美元）或脑活检的估计费用（46,500美元）。

在该医院提出的方案中，考虑到了这种粗略的成本比对，结果表明，如果mNGS可以避免大量的额外检查或脑活检，或缩短哪怕1天的住院时间，就值得进行检测。如果每25个病例中只有一个病例的mNGS结果可以避免脑活检，那么就达到了成本收益线，而且这还没有考虑到避免这种手术的不可估量的价值。

如果我们希望把mNGS这项工具用好，那就有必要了解其结果在多大程度上导至了类似的成本节约。例如，一在个针对不明原因发烧的成本效益模型估计中，血浆mNGS必须在60%时间内提供可操作的结果才能达到收支平衡[4]。可惜的是，目前文献中很少有关于传染病的mNGS的经济评估，这还需要更多的研究。

更重要的是，临床医生需要一些工具来帮助识别哪些患者有可能从mNGS中获益。一种方法是类似于新生儿败血症计算器的临床评分工具，用于根据一组有效的临床标志物评估严重细菌感染的可能性[5]。我们认为，未来的研究应该关注这种类型的分析，测试临床预测规则以确定mNGS的预期收益。

通过建立临床效用的定量措施，并将这些措施与透明的成本数据相结合，才能保证医疗机构在最有效地追求诊断确定性的情况下部署测试。