文献速递细菌性脑膜炎患儿血液和脑脊液

文章信息

发表时间：年6月IF=6.作者单位：中国科学院上海营养与健康研究所分子遗传学重点实验室

研究背景

细菌性脑膜炎(BM)是儿童特别是婴儿中枢神经系统的一种破坏性传染病，它在非洲等发展中国家的发病率远远高于发达国家。随着脑膜炎球菌、流感嗜血杆菌和肺炎链球菌疫苗的开发，这种疾病的死亡率已显著降低，但仍在5%至15%之间。

早期精准诊断BM对实施有效的治疗是至关重要的。然而，由于传统培养方法的敏感性和时间限制，早期精准诊断往往是不可能的。另外传统检测方法缺乏对罕见致病性微生物的诊断测试，以及侵入性操作(如腰椎穿刺)，脑脊液(CSF)样本的可用性和容量有限，所以传统方法对于脑膜炎的检测非常具有挑战性。因此，在很大比例的患者中，脑膜炎的原因仍然无法解释。

宏基因组下一代测序(mNGS)在单次检测中几乎可以验证所有可能的微生物，包括细菌、病毒、真菌和寄生虫。目前已证实CSFmNGS检测在感染患者中枢神经系统病原菌鉴定中具有敏感性和特异性。

本研究旨在评估通过常规检测证实的脑膜炎患儿和接受抗生素治疗的患儿脑脊液和血液中mNGS检测到的微生物群的特异性特征。

材料与方法

研究对象于年8月至年2医院感染科住院，年龄0~14岁。本研究比较了31名细菌性脑膜炎(BM)患儿与10名健康儿童的血液数据，以及31名脑膜炎患儿与30名未确诊的脑脊液数据。纳入标准如下:

(i)诊断为细菌性脑膜炎(ii)年龄从0岁到14岁(iii)接受抗生素治疗(iv)出院诊断有改善(v)血液采集至少μl(vi）CSF采集至少μl

脑脊液常规医院检验科完成。6例患者在标本采集前病原学检测结果为阳性，81.25%患者为阴性。30例未确诊的感染患者作为阳性对照，10例健康儿童作为阴性对照。所有脑膜炎患者的第一次腰椎穿刺脑脊液和血浆样本均采用宏基因组下一代测序(mNGS)和传统检测。所有细菌性脑膜炎患者都接受了抗生素干预，每个孩子平均接受4种抗生素和15天的治疗。

研究结果一

所有BM患儿均接受抗生素治疗，病情好转后出院。共提取份DNA样本:10份来自健康血液(NB)，31份来自患者血液(PB)，31份来自患者脑脊液(PC)，30份来自未确诊患者脑脊液(IN)(图1,红框)。考虑到血脑屏障(BBB)和血-脑脊液屏障(BCSFB)对微生物的不渗透性，主要比较以血和脑脊液为基础的招募组。后续研究主要包括分类学分类、比较分析和临床相关性分析(图1,绿框)。

图1研究概况及分析工作流程。收集细菌性脑膜炎(BM)患者和健康儿童的血液和脑脊液样本，采用非目标mNGS方法进行DNA测序分析，进行病原鉴定。

在两种筛选方法的基础上，筛选出脑膜炎相关的代表性微生物群，作为患者的一个标志。患者中大肠杆菌、肺炎克雷伯菌、嗜热嗜热菌、嗜酸乳杆菌、溶血葡萄球菌和乳酸乳球菌的相对丰度与健康对照组和未确诊对照组相比有显著差异(表1)。筛选标准是P值小于0.01,MDA排名前10。这些结果表明，血液和脑脊液中具有代表性的微生物群可以作为鉴定脑膜炎患者的生物标志物。

研究结果二

感染个体中大肠杆菌和肺炎克雷伯菌的检出率高于健康儿童，仅在感染个体中出现溶血葡萄球菌、嗜热菌和乳酸乳球菌(图3A)。此外，本研究在患者和样本量两个不同水平上检测了候选微生物群的阳性率。

mNGS检测阳性率明显高于常规检测。患者组mNGS的检出率为0.(n=28/32)(图3B,左,红色)，常规方法的检出率为0.(n=6/32)(图3B,左,蓝色)。

对照组mNGS的阳性检出率为0.(n=47/62)(图3B,右,红色)，常规方法的阳性检出率为0.(n=12/62)(图3B,右,蓝色)。

对比传统培养技术，mNGS方法可以检测到所有的DNA残余，这可能使其检测灵敏度更高。这些结果表明mNGS是有效的，具有代表性的微生物群可作为可靠的标记物。

图3(A)健康对照组、细菌性脑膜炎(BM)患者和未确诊个体的候选微生物检出率。(B)柱状图显示候选细菌在患者和两组样本中的阳性率。(C)条形图表示6种细菌在每个样本的物种水平上的相对丰度。x轴表示细菌性脑膜炎患者人数。y轴为基于平均相对丰度的目标微生物群检测率。

研究结果三

以往的研究结果表明，部分菌群的动态分布可以反映脑膜炎患者的感染和炎症状态。那么针对病原菌检测，血液是否有与CSF相同的检测效果？本研究结果显示以肺炎克雷伯菌为主的患者(PB_green)血液和脑脊液一致性为%，而PB_red组一致性仅为52.94%。因此，这些数据表明肺炎克雷伯菌为主的患者的血液标本与脑脊液标本具有相同的检测能力。

图5肺炎克雷伯菌为主的患者血液检测能力与脑脊液相同。上图为不同病人分组的桑基图。PB_green组9例，%，PC_blue组22例，以肺炎克雷伯菌为主。以大肠杆菌为主的PB_red患儿(17,76.47%)多分为PC_blue(22,76.47%)和PC_purple(2,2)亚组，PB_red患儿(17,.53%)多分为PC_green(4,.53%)，以肺炎克雷伯菌为主。

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