近期《下呼吸道感染mNGS报告临床解读路径专家共识》发表(以下简称「共识」),今天和大家谈谈我们的解读与临床思考。大家都非常重视呼吸道感染了,它严重危害人类健康,不仅对患者、医院,对社会、对全球健康的影响都非常大。下呼吸道感染位列全球疾病死因第四位、我国CAP发病次数超过950万/年。
呼吸同行非常重视病原学,即使在明确了病原学的情况下,治疗仍然面临各种各样的困难,如果我们还面对不明原因或病原诊断不清楚的情况,挑战将会更大,目前传统病原学检测方法仍无法完全满足临床需求,超过50%的呼吸道感染未能明确病原体。当这些临床需求不能被满足的情况下,我们就需要去解决它。
当下,呼吸道感染病原诊断的挑战仍然很多,例如「时效性」,我们需要第一时间知道病原,然而细菌性病原诊断和药物敏感性试验依赖传统的培养方法,一般需要24~48h诊断病原,需要额外的24h检测抗菌药物敏感性,耗时费力;与此同时,还有「多元性」,引起免疫缺陷宿主感染的病原种类繁多,混合感染常见,病原检测需要兼顾多方面;以及「特异性」,众多的技术中更应该相信哪些?不同病原感染的患者临床症状、影像学特征不典型,血清学标志物特异性不强,增加了临床诊断的难度;何况,我们还时时刻刻面临着「新发突发」的挑战,新发呼吸道病原频现,针对已知病原设计的检测方法效果不佳。(BMC infectious diseases, 2015, 15(1): 1-8.)
现在,我们面临着宏基因组二代测序(mNGS)病原检测方法如何应用的问题,mNGS检测无需预判目标病原,具有病原谱广、无偏移的特点,但由于步骤众多、质控难度大,临床报告的解读难度大。
准确解读mNGS报告又是其临床应用的核心,在解读过程中,我们会面临到这些问题:哪种微生物是致病微生物?只有几条reads、只有少量reads时是否需要针对性治疗?mNGS报告阴性结果,与临床表现不符时该怎么办?mNGS结果与传统方法不一致,如何去解释?更应该相信谁?
mNGS由于其对所有微生物覆盖的特点,其检测报告常常包含多种微生物。特别是在呼吸道感染中,呼吸道机会致病菌的存在进一步增加了报告解读的难度,使临床大夫在遇到mNGS报告时「看不懂」,基于mNGS报告结果采取的治疗措施也完全靠「猜」和「蒙」的方式来进行。因此,准确解读mNGS报告是该技术在临床发挥作用的前提。
我们和第三方公司沟通时,经常得到「结合临床」的回复,mNGS报告解读需考虑多种因素,如何结合临床呢?下图为一张完整的mNGS检测流程图,从采样,核酸提取,去宿主,排除污染、到生信分析的众多环节,在mNGS报告解读时均需要考虑,这也无形中提高了mNGS报告解读的难度和临床易用性。
图:从上至下,我们需要考虑:采集何种样本用于送检?样本质量,样本保存和运输?核酸提取是否充分?如何去宿主?DNA/RNA 测序?如何去除污染?如何去除环境微生物污染?去宿主对低载量微生物影响?病原数据库是否全面?生信比对是否准确?
在我们撰写「共识」之前,也翻阅了同道编写的类似共识,目前在感染、检验、重症等领域已有多部mNGS应用共识发表,然而由于呼吸道存在大量的正常菌群和机会致病菌,加之mNGS本身流程引入的误差,下呼吸道感染患者的mNGS报告临床解读存在极大的挑战,严重制约了该方法在临床的应用效果。
本共识由中华医学会呼吸病学分会组织,邀请呼吸、感染、检验学科领域知名一线专家撰写,整合多学科专家意见,形成最科学的解读方案,解决mNGS报告临床解读的共性问题、痛点和难点问题。这部共识具有以下亮点:强调了临床适应证,告诉大家哪些患者应该去送检;标本的选择、采集和运送规范及质量评估怎样进行;mNGS的关键实验室技术参数;mNGS报告解读;以及如何开展多学科会诊来使患者获益。在「共识」的附录部分,我们还增加了临床场景重现,整理了8个真实的临床案例,避免「共识只讲共识」。
(点击→https://mp.weixin.qq.com/s/gl9_3-zThc8DV1hTRYcfFA,可跳转查看共识全文)
一、下呼吸道感染病原学诊断方法学
很多人会有这样的问题:mNGS和传统微生物检测方法相比的优势与不足是什么? 佘丹阳教授在表格列举了现有的传统微生物技术,从涂片培养、抗体血清学到不同分子生物学的优势和不足,从患者获得、经济花费、人员宿主等差别进行了一些比较。
二、患者的选择
这部分我们试图去回答三个问题,以规范mNGS送检人员/标本适应证,避免不合理使用:1、哪些疑似下呼吸道感染的临床场景需考虑通过送检mNGS明确病原微生物?2、哪些临床场景通常不建议送检 mNGS?3、如何根据所在医院微生物检测能力差异化送检 mNGS 诊断 LRTI?
针对第一个问题,通过检索文献,我们认为这4类人群送检mNGS可能获益:1)免疫抑制宿主:包括原发性免疫抑制宿主、进展期恶性肿瘤和/或接受放化疗治疗、HIV感染伴CD4+<200/ul、器官移植宿主、长期服用激素及免疫抑制剂、接受生物制剂患者、粒细胞缺乏宿主。2)病情危重或规范经验性抗感染治疗无效:LRTI患者发病初期即发生危及生命的状况,或规范经验性抗感染治疗48~72h后,感染症状仍持续加重。3)聚集性发病,疑似具有传染性、特殊病史/病原体:特殊病史,如近期境外或野外旅游史;特殊病原体(如钩端螺旋体等)感染且病势迅疾者,常规培养困难或所在医疗机构无法提供可靠的传统检测方案时。4)需进行鉴别诊断,排除感染:规范抗感染治疗后病灶吸收延迟、病程迁延,需进行鉴别诊断排除感染时,可在常规病原微生物检测、感染生物标志物、病理等相关检查同时送检mNGS。
第二,我们常说,当你不知道该做什么的时候,至少应该知道不该做什么。减少患者的损伤和经济花费都是非常必要的。考虑到标本因素、病原学因素、宿主因素,「共识」第一次告诉大家「不建议送检」的情况:当无法获取优质标本时,宁可不送检mNGS,也不要随便送去痰液来增加判断的复杂情况;或者,当LRTI已通过其他方法获得病原学结果,与临床特点相符,或针对性治疗有效时;以及,免疫功能健全宿主罹患LRTI(包括重症肺炎),经过规范的经验性抗感染治疗病情已好转时。
第三,如何根据医院微生物检测能力差异化送检?mNGS技术本身具有价格昂贵、技术复杂、结果解读难度大的特点,不建议mNGS替代传统生物检测;在传统微生物检测能力不足的医疗单位,对于疑难、复杂或危重感染病例,可以考虑将mNGS作为传统的补充手段;另外,也时时刻刻需要考虑一些「综合原则」,如果怀疑某位患者只是真菌感染、只是结核感染,可以外送进行一些真菌、结核的检测,没必要通过mNGS技术。
三、标本选择、采集和运送规范及质量评估
无论哪种技术,合适的标本、合格的质控都是核心,如果送出去的是「垃圾标本」,无论应用了多高精尖的技术,最后得到的也会是垃圾报告,只会增加解读的困难,并不会让患者获益。
这部分内容仍然会以表格形式告诉大家不同的呼吸道标本、血液标本各具哪些优势,比如,痰检为什么不推荐送检,比如下呼吸道肺泡灌洗液既容易获得,对于分子生物学检测来说也能够满足临床需要;活检组织有时候要送检,但是要面临人源宿主的问题;血培养在哪些情况下要送、储存和运输需要注意什么;以及哪些 LRTI 需要在进行 DNA 测序的同时送检 RNA 测序(怀疑新发呼吸道传染病时一定要关注RNA的送检)。
四、mNGS的关键实验室技术参数
作为临床医生,我们可能不是特别清楚报告的结果是怎么得来的,在这个板块中我们试图帮大家去「拆盲盒」,需要关注的包括主要参数定义及其意义等:
五、mNGS报告解读
我们也首次试图建立「临床路径指引」,mNGS 检测结果用于LRTI 病原学诊断时应遵循何种流程和路径?拿到报告后,我们应该怎么看待阳性和阴性结果?阳性结果当中,哪些病原体致病可能性极大?哪些需要结合临床?哪些不太可能致病、可以进行排除?我们需要结合病人、病情、病菌进行多方评估。
一般情况下应重视以下步骤:分析报告质量,判断结果可信程度;对 mNGS 检测出的微生物进行分级;根据临床特征,结合 mNGS 微生物分级进行临床决策;mNGS 阴性结果的临床决策;组织多学科会诊(MDT);经验总结。
大家还经常会问,如何对mNGS检测报告的微生物进行致病概率分级?共识编写中也邀请微生物专家列举了「致病可能性极大的微生物」,包括细菌、真菌,如鼠疫耶尔森菌、布鲁菌属、白喉棒状杆菌以及一些地方性真菌等等,一旦它们出现在检测报告中,致病概率是极大的;还有一些「条件致病微生物」,如细菌中的肠杆菌目、真菌中的曲霉等;以及口腔及呼吸道定植微生物、皮肤定植微生物等,方便查询和了解。
(完整表格请查看共识全文)
我们还要具备临床鉴别和诊断能力,如何根据mNGS阴性报告作出临床决策?需要梳理mNGS阴性报告原因,区分真阴性和假阴性结果。
mNGS报告中出现多种病原微生物如何解读?推荐多种检测技术交叉验证、各个击破,明确主要致病微生物;要列出多种病原微生物共感染场景,明确假阳性结果的判定方式。
标本类型对解读mNGS报告有什么影响?对呼吸道样本(痰、气管吸引物、BALF)、胸腔积液与肺组织标本、外周血等常见mNGS检测样本进行分类解析,确保临床易用性。
mNGS报告中低reads数微生物如何解读?需要汇总低reads数微生物出现原因,结合患者临床表现、影像学、常规微生物学检测结果,综合判断该低reads病原微生物的临床价值,特别是对于真菌、结核等病原微生物。
何种情况下应该考虑追踪mNGS检测的原始数据列表?如果患者确实怀疑感染,但报告显示阴性,这时应该回到临床、找到公司,真正致病微生物可能「藏于幕后」,需要明确追踪原始检测列表的场景,抽丝剥茧,发现「未报告」的致病微生物。
LRTI 病原诊断中耐药基因、毒力基因意义如何?我们建议谨慎解读耐药基因和毒力基因的检测结果,防止mNGS报告造成抗生素不合理应用,耐药基因/毒力基因报告具有局限性。
在共识发布之前、2021年年末,我们开发了一种呼吸道病原检索工具,来快速检索出非常见病原物种(简称为目标物种)的致病报道。因为在解读mNGS的测序结果时,不光要依靠报告本身的结果,还需要依据临床经验和文献判断报告给出的物种的致病的可能性,甚至在一些未检出致病物种的报告中,需要判断定植物种致病的可能性,既往可以通过工具书(如《临床物种学手册》)或PubMed检索物种致病的报道,但这些方法存在「检索耗时长、结果不全面、无法反映患者和样本信息」等缺点。
病原检索工具的工作流程包括:1、根据第11版《Manual of Clinical Microbiology》中的物种(包括细菌、真菌、病毒)制定病原物种列表。2、在PubMed中检索病原物种相关文献;3、选取一部分文献进行人工标注。标注人员文献是否是致病报道,标注患者人数、年龄、性别、免疫状态、标本类型;4、使用机器学习模型标注另一部分文献,标注内容与人工标注相同;5、汇总人工标注和模型标注的文献构成「呼吸道病原物种数据库」;6、基于数据库搭建病原检索工具。
下图展示了人工标注一篇文献的过程,首先通过阅读文献的标题和摘要判断目标物种是否是致病物种;标注被感染的患者的性别、年龄、免疫状态、预后;标注用于检测的标本的类型。
如果你相信既往文献报道、相信循证证据,这对于初学者来说是非常快捷的工具。使用方法:进入https://www.chinapneumonia.cn/pathogens或通过CAP-China的「病原检索入口」进入,在 「病原检索搜索框」直接搜索物种的中文或英文信息,详细说明可查看「检索工具说明文档入口」,支持批量检索。搜索结果页面提供了「高级检索」功能,可以设定符合患者临床特点和标本类型的筛选条件。
搜索结果页面显示了符合条件的结果数量,每条结果包含了目标物种的中英文名称、患者信息(性别、年龄、数量)、免疫状态、标本信息(证据等级)、原文链接、发表时间。
应用实例:如mNGS报告了大肠埃希菌,通过在「高级检索」中设定患者信息(假设患者免疫状态为「抑制」、年龄为「18-65岁」)、证据等级(假设为「BALF」),搜索出了一篇相关的报道,为大肠埃希菌可能是导致此患者呼吸道感染的致病菌提供了文献证据。
前文所述「证据等级」是文献中用于检测病原的标本类型,证据等级的高低反映了我们对于这种类型的标本中检测出的物种是病原的信息。通常无菌标本、培养、病理的证据等级更高,而非无菌标本、分子学诊断的证据等级更低。下方表格给出了各个证据等级对应的标本类型:
六、抗感染多学科会诊(MDT)
如何结合 mNGS 报告组织疑难下呼吸道感染MDT? mNGS检测涉及多个学科专业知识,针对疑难LRTI病例的报告解读,应该组织多学科会诊(MDT);MDT应该纳入呼吸与危重症、感染、临床微生物、临床药学等专业人员共同参与;必要时纳入熟悉mNGS试验流程的生信和技术人员参加;未知病原检出时,要及时上报,做好「吹哨人」。
我们在众多会诊病例中经常会面临mNGS解读,例如案例1:
56岁女性,既往滤泡淋巴瘤(稳定期),新冠感染后反复发热伴咳嗽咳痰2月,先后应用Paxlovid、美罗培南、卡泊芬净、伏立康唑等药物治疗仍进展,胸部CT可见右肺上叶结节逐渐进展为空洞病变。血常规显示粒细胞减少、血小板减少,骨穿提示嗜血现象,反复应用糖皮质激素。
Balf-mNGS报告:甲型流感病毒H1N1(序列数94 RPTM),人单纯疱疹病毒1型(序列数55 RPTM),嗜肺军团菌(序列数 874 RPTM),鲍曼不动杆菌(序列数120),烟曲霉(序列数8 RPTM)。
我们都觉得她是真菌感染,但mNGS报告中真菌序列数并不多,曲霉菌只有8个序列数,能不能解释患者的病情?同时出现的甲流、军团菌的问题如何验证?
我们选用了多学科交叉、多种病原检测方法交叉,Balf-GM阴性,军团菌及甲流普通PCR阳性,普通培养鲍曼不动杆菌,真菌方面更倚重形态学,从获得的标本中看,这不是典型的曲霉形态,是宽大菌丝、直角分支,微生物实验室更支持毛霉。
抗感染MDT讨论意见:该患者为免疫缺陷宿主,根据影像学及目前检出病原情况,考虑军团菌及流感感染明确,但真菌方面,肺部病变在充分抗真菌治疗情况下仍突破性进展,除曲霉感染外,要高度怀疑毛-曲霉混合,建议调整抗真菌药物为艾沙康唑,患者病情逐渐改善。
这就告诉我们,即使拿到mNGS报告,更多倚重的还是传统微生物的交叉融合。
接下来的案例2更加典型:
31岁年轻女性,很消瘦,BMI 17,反复咳嗽咳痰呼吸困难1月余,患者自发病无发热,时有发作夜间阵发性呼吸困难,伴尿量减少,周身浮肿。胸部CT提示双肺弥漫性病变,伴有胸腔积液。
外院支气管镜Balf-mNGS显示:肺炎链球菌(序列数73)、盖尔森基兴诺卡菌(序列数20)、惠尔普养障体(序列数8)、总状横梗菌(序列数21)、脓肿分枝杆菌(序列数86)。诊断为肺炎、肾衰竭,予以抗感染(莫西沙星、阿奇霉素、利奈唑胺、伊曲康唑)、透析等治疗后症状改善不明显。
mNGS得出的每个病原学似乎都在引人重视,但没有验证就不敢说真实存在,到我们医院后,我们认为目前临床特征及影像学表现不符合上述多种病原体混合感染(肺炎链球菌、诺卡菌、惠普尔养障体、毛霉、脓肿分枝杆菌等),建议通过培养及数字PCR、荧光PCR复核mNGS结果重新梳理这位患者的整体情况,用一代测序的方法逐一验证上述的病原体,复核后分枝杆菌阴性,我们认为是肾功能不全出现的心衰问题,减用抗生素、加强透析脱水,择期复查胸部CT,加强脱水后影像很快吸收。
图:(左)2023.3.15;(右)2023.3.22
七、展望与总结
mNGS的规范应用可高效、准确、全面地识别病原微生物,有助于感染性疾病的早期诊断。我们希望mNGS更好地应用于临床,更好地让患者获益,但目前mNGS的适用人群,适应症、临床获益仍需高质量的循证医学证据来支持,也需要真正「结合临床」,回归临床中去,了解微生物信息,了解患者信息,了解方法学信息,建立路径,并建立多学科会诊模式,避免mNGS技术滥用,也让患者获益。
本共识通过确定标准规范的样本采集、数据分析和临床解读流程,促进 mNGS 合理用于 LRTI 临床实践,指导开展临床研究获得一批高质量的循证医学证据,为下一版共识提供更多的依据。
共识中的真实案例凝聚了各位专家的心血,场景重现部分也通过案例演练临床决策路径(包括mNGS 适用的临床场景及标本选择;已知病原学结果与临床特征相符,不建议送检 mNGS;痰液标本干扰多,不建议常规用于 mNGS 检测;无法耐受有创性标本采集方法的患者,合格痰液标本可用于 mNGS 检测;谨慎分析低序列数病原结果;mNGS 阴性结果的解释,真阴性还是假阴性;mNGS 报告出现少见或不熟悉的病原体,应该如何处理)。
致谢:
专家介绍
王一民
中日友好医院 国家呼吸医学中心 呼吸与危重症医学科 科主任助理;兼任武汉市金银潭医院呼吸与危重症医学科主任;中华医学会呼吸病学分会 (CTS) 与美国胸科医师学院 (ACCP) 认证PCCM专科医师;中国医师协会呼吸医师分会青年委员会委员;中国医促会临床微生物与感染分会常委;北京医学会药学分会委员;2020年北京市优秀医师;主要投身于呼吸系感染和新发突发呼吸道传染病临床诊治工作,参与卫健委抗菌药物科学管理、流感防控等工作。主持并参与重大专项3项,北京市科委重点攻关项目2项,医科院创新工程1项,第一作者(或通讯)发表SCI论文9篇(Lancet RM, ERJ等);参编或编译书籍5部;CAP-China(中国肺炎研究协作组)联合发起人。
本文由《呼吸界》编辑 Jerry 整理,感谢王一民老师的审阅修改!
* 文章仅供医疗卫生相关从业者阅读参考
本文完
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