宏基因组二代测序在儿童骨关节感染中的临床价值

马健 高静 秦攀

郑州大学第一附属医院小儿外科 郑州 450000

儿童骨关节感染(osteoarticular infections, OAI)的发病率高于成人,多见于5岁以下的儿童[1]。延误诊治可引发脓毒血症、深静脉血栓形成、骨破坏、骨吸收、骨生长板受损,以及肢体畸形等并发症或后遗症[2]。常规病原微生物培养对OAI的病原学诊断用时较长、阳性率较低,且受限于入院前是否使用过抗生素。宏基因组二代测序技术(metagenomic next-generation sequencing,mNGS)的优势在于其检测用时较短、检出率较高,可识别细菌、病毒、真菌等多种类型微生物,甚至发现新的微生物;并可提供菌株鉴定、耐药性预测的基因组信息[3]。本研究对我院拟诊为OAI的25例患儿的临床资料进行回顾性分析,探讨mNGS在病原体检测中的临床价值。

1 资料与方法

1.1研究对象收集我院2021-01—2022-10拟诊为OAI且进行mNGS检测的25例患儿的一般临床资料和病原体检测结果。均符合有关专家共识[4]中OAI的诊断标准,同时具有以下2条者:(1)体温>38℃,局部出现红、肿、热、痛症状,怀疑骨关节感染、活动能力下降(跛行、僵硬、肢体或关节活动范围缩小),关节肿胀中的至少1项。(2)血培养阳性,骨组织或关节抽吸物培养阳性,化脓性关节液,成像结果符合骨或关节感染中的至少1项者。排除应用免疫抑制、白血病、恶性疾病合并感染,以及骨科固定装置感染、创伤相关感染的患儿[5]。本研究已获本院科研和临床试验伦理委员会批准(审批号:2022-KY-1180-002)。

1.2研究方法收集患儿的一般资料,包括性别、年龄、白细胞计数(正常值为4×109/L～10×109/L)、C-反应蛋白(正常值为<5 mg/L)、红细胞沉降率(正常值为0～15 mm/h)、送检前抗生素使用情况等。收集的标本类型包括外周血、病灶标本。同时进行mNGS检测和常规培养。比较两种检测方法的结果。

2 结果

2.1一般情况本研究共纳入25例患儿,根据最终临床诊断标准,21例患儿被诊断为OAI,4例患儿为非OAI(骨肿瘤2例,髋关节滑膜炎1例,未明确1例)。21例OAI患儿中,男16例(76%),标本采集前使用抗生素患儿占62%(13/21);手术干预患儿占76%(16/21)。见表1。

表1 21例OAI患儿的临床特征

2.2常规培养和mNGS结果25例微生物培养标本中,常规培养结果 5例阳性,均为金黄色葡萄球菌; mNGS检测结果16例阳性,其中OAI患儿标本中15份阳性,非OAI患儿1份阳性(结合临床及病理考虑为污染)。共检出病原微生物33株,其中细菌26株,占79%(26/33);病毒7株,占21%(7/33)。见表2。mNGS检测用时(109.1±18.7)h(范围:72～168 h),常规培养为(29.7±8.6)h(范围:24～48 h)。差异有统计学意义(t=19.290,P<0.001)。

表2 mNGS检出33株病原菌情况

2.3常规培养和mNGS结果以最终临床诊断为依据,mNGS检测与常规培养的敏感度分别为76.2%(16/21)、23.8%(5/21),特异度分别为75.0%(3/4)、100.0%(4/4),阳性预测值分别为94.1%(16/17)、100.0%(5/5),阴性预测值分别为37.5%(3/8)、20.0%(4/20),Youden指数分别为0.512、0.238。mNGS检测与常规培养的敏感度差异有统计学意义(χ2=11.524,P<0.01),但特异度的差异无统计学意义(P=1.000)。其中,8份标本mNGS检出2种以上病原体,而相应的常规培养5份阴性,2份检出病原体少于mNGS。

2.4送检前抗生素使用和不同标本类型对病原体检测的影响本研究21例OAI患儿中,13例标本送检前接受抗生素治疗,mNGS检测的阳性率为76.9%(10/13),常规培养为23.1%(3/13),差异有统计学意义(P=0.017*);8例标本送检前未接受抗生素治疗,mNGS检测的阳性率为75.0%(6/8),常规培养为25.0%(2/8),差异无统计学意义(P=0.132*)。7例外周血标本中,mNGS检测的阳性率为85.7%(6/7),常规培养为28.6%(2/7), 差异有统计学意义(P=0.103*);在14 例手术标本中,mNGS检测的阳性率为71.4%(10/14),常规培养为21.4%(3/14),差异有统计学意义(P=0.021*)。(*表示精确概率法)

3 讨论

本研究结果显示,mNGS在OAI患儿诊断中的敏感度高于常规培养,差异有统计学意义;但特异度的差异无统计学意义。阳性预测值为94.7%,阴性预测值为30.0%。Huang等[6]的研究显示,mNGS诊断人工关节感染的敏感性为95.9%,显著高于综合培养的79.6%,差异有统计学意义,但两者的特异性相似。Fang等[7]一项纳入56例的研究中,mNGS对成人关节感染的敏感度为94.29%,特异度为76.19%;而常规培养的敏感度为60%,特异度为80.95%。有关儿童骨关节感染的一系列回顾性研究结果显示[8-10],在纳入17项研究的汇总分析中,共计1 422例确诊为骨髓炎患儿血培养的中位阳性率为34.2%;另一个12项研究的汇总分析中,1 240名确诊为骨髓炎患儿的血培养阳性率为32.9%,在结合血培养与骨/组织培养后的阳性率为55.4%,原体检出率增加了24%。一项纳入189例化脓性关节炎患儿的研究中,外周血或关节液培养阳性率为25.4%。本研究常规培养阳性率仅为23.8%,与相关研究结果对比,可能与纳入患儿包含骨髓炎和化脓性髋关节炎、行常规培养的标本类型不一,以及受培养前抗生素使用情况的影响有关。

本研究中,mNG检出率在既往使用过抗生素的标本中高于常规培养,与石仕元等[11]的一项纳入171例的研究结果类似。与常规细菌培养(31.62%)比较,mNGS诊断非结核脊柱感染性疾病有更高的敏感度(55.88%),差异有统计学意义;而不同标本获取方法对mNGS检测结果的影响无统计学意义。另一项纳入347例患者的研究中,样本涵盖各种标本类型研究,在抗生素暴露的病例中,mNGS阳性率(52.7%)亦优于常规培养(34.3%)[12]。此外,mNGS检测用时明显短于常规培养,在24～48 h内即可获取检测结果。本研究中,mNGS检出菌种以金黄色葡萄球菌最为常见,其他还有铜绿假单胞菌、中间链球菌、人葡萄球菌、EB病毒等少见的细菌及病毒;而常规培养仅检出部分金黄色葡萄球菌。虽然mNGS可检测出多种病原体,但除导致感染的重点微生物外,也包括一些正常菌群和标本采集、运输过程导致污染的微生物;还可能检测出一些未知新发病原体、特殊病原体等[12]。如何确定其与临床感染的相关性,还需要综合患者临床信息等进行多维度判断。本研究中5例两种检测均为金黄色葡萄球菌感染患儿的耐药结果显示,mNGS均未检出耐药基因;而常规药敏发现MRSA感染2例,其中青霉素均耐药,克林霉素耐药2例,万古霉素及利奈唑胺均敏感。目前mNGS可报告的耐药基因型与表型包括甲氧西林(mecA/C)、克林霉素(crmC)、万古霉素(VanA)等[13-15],但暂时没有关于mNGS检测耐药基因型与表型的临床数据,因此耐药基因检测在临床的意义还需要进一步研究及证据支撑。

本研究的局限性在于,是单中心研究,样本量较小,重点是急性OAI患者,在进行临床分析时可能导致一些偏倚;对检出多种病原体的研究对象,未分析其与感染的相关性,确认真正致病菌。由于mNGS检测费用偏高,应根据患儿的临床表现、实验室指标、影像学检查,以及经验性治疗来选择mNGS检测。同时还需要更多研究证明其在临床实践中的价值。

综上所述,mNGS对儿童OAI病原体诊断有较高的灵敏度,且不受抗生素使用及标本类型的影响,能为儿童OAI的临床早期诊治提供助力。