宿主基因表达谱与血浆核酸宏基因组病原体检测相结合，可实现准确的脓毒症诊断

宿主基因表达谱与血浆核酸宏基因组病原体检测相结合，可实现准确的脓毒症诊断

在最近发表的一项研究中 天然微生物学 研究人员开发了整合的宿主-微生物-血浆宏基因组学以促进脓毒症诊断。

Lernen: Integrierte Wirts-Mikroben-Plasma-Metagenomik zur Sepsis-Diagnose in einer prospektiven Kohorte kritisch kranker Erwachsener. Bildnachweis: Kateryna Kon/Shutterstock

背景

败血症占全球所有死亡人数的 20%，占美国所有医院死亡人数的 20% 至 50%。 微生物感染的初步检测和识别对于及时有效的抗生素治疗是必要的，这对于败血症的生存至关重要。 然而，在超过30%的病例中，没有检测到病原菌。 区分脓毒症和非感染性全身性疾病很重要，因为它们在住院期间通常表现出相似的临床症状。

关于该研究

在本研究中，研究人员开发了一种脓毒症诊断工具，将宿主转录分析与全面的病原体识别相结合。

在两家三级医院，研究小组对从急诊科（ED）转入重症监护病房（ICU）的危重成人患者进行了一项前瞻性观察研究。 根据是否存在脓毒症将患者分为五个亚组。 这些患者包括：（1）临床证实患有败血症以及确诊的细菌性血流感染（SepsisBSI）； （2）临床确诊的脓毒症并确诊为非血流感染（脓毒症非BSI）； (3) 疑似败血症，其特征为临床微生物学检测阴性（疑似败血症）； （4）无脓毒症证据且病情危重的解释（无脓毒症）的患者； (5) 状态不确定（Indeterm）的患者。

通过对全血样本进行核糖核酸（RNA）测序，研究小组首先检查了经临床和微生物学证实的脓毒症患者与没有感染症状的患者之间的转录变异。 一种称为基因集富集分析 (GSEA) 的技术可检测数据集中具有相关生物功能的基因簇。

在脓毒症 BSI 组和脓毒症非 BSI 组中进行了差异基因表达 (DE) 研究，以确定血液和外周部位感染的脓毒症患者之间的进一步差异。 该团队开发了一种基于全血基因表达模式的通用脓毒症诊断分类器，以满足诊断脓毒症 BSI 和脓毒症非 BSI 患者脓毒症的实际要求。 该团队使用袋装支持向量机 (bSVM) 学习策略来选择最能成功区分脓毒症患者（SepsisBSI 和 Sepsisnon-BSI）与非脓毒症患者（No-Sepsis）的基因。

对获得血浆样本的患者进行 RNA 测序后，确定读数中位数为 2.3 × 107。 此外，还进行了 DE 分析，以确定是否可以使用生物学上合理的信号来区分患有和不患有脓毒症的患者。

结果

心力衰竭恶化、药物过量/中毒、心脏骤停和肺栓塞是非脓毒症组最常见的诊断病症。 无论亚组如何，大多数患者都需要升压药支持和机械通气。 已证实患有脓毒症的脓毒症 BSI 和脓毒症非 BSI 患者与未患脓毒症的患者在年龄、性别、种族、民族、APACHE III 评分、免疫缺陷、插管状态、白细胞峰值计数或 28 天死亡率方面没有差异。 在无脓毒症的患者组中，除一名患者外，所有患者均具有两个或多个全身炎症反应综合征（SIRS）标准。

该研究还发现脓毒症患者中与核糖体 RNA 加工和翻译相关的信号通路下调，以及涉及先天免疫信号和中性粒细胞脱颗粒的基因上调。 通过 DE 分析，研究小组发现了 5,227 个基因。 脓毒症非 BSI 队列显示与防御素、抗菌肽、G-α 信号以及其他信号通路相关的基因富集。 另一方面，SepsisBSI 队列显示出与非淋巴细胞和淋巴细胞之间的免疫调节相互作用以及 CD28 信号传导相关的基因富集。

bSVM 模型显示受试者工作特征 (ROC) 曲线 (AUC) 下的平均交叉验证面积为 0.81。 转录本计数低于质量控制 (QC) 阈值的样本的平均输入质量低于计数充足的样本。

有趣的是，许多差异表达的基因已被鉴定为脓毒症生物标志物，包括升高的 CD177、抑制的人类白细胞抗原-DR 同种型 (HLA-DRA)，表明来自血浆 RNA 的具有生物学意义的转录组特征。 在脓毒症非 BSI 组中，血浆脱氧核糖核酸 (DNA) 的宏基因组下一代测序 (mNGS) 显示了 8 种细菌性尿路感染 (UTI) 病原体中的 3 种，以及 25 种细菌性下呼吸道感染 (LRTI) 病原体中的 2 种。 三名艰难梭菌引起的严重结肠炎患者均未携带这种病原体。 在 73 名确诊脓毒症患者中，有 8 名患者发现了培养未鉴定出的其他潜在细菌病原体。

文凭

总体而言，研究结果表明，将宿主基因表达谱与血浆核酸宏基因组病原体的鉴定相结合，可以促进可靠的脓毒症诊断。 需要未来的研究来验证和估计这种独立于培养物的诊断策略的治疗效果。

参考：

• Kalantar, K., Neyton, L., Abdelghany, M., Mick, E., Jauregui, A. & Caldera, S. et al. (2022). Integrierte Wirts-Mikroben-Plasma-Metagenomik zur Sepsis-Diagnose in einer prospektiven Kohorte kritisch kranker Erwachsener. Naturmikrobiologie. doi: 10.1038/s41564-022-01237-2 https://www.nature.com/articles/s41564-022-01237-2

。