玩轉Sanger測序儀丨專題五:呼吸道病原體多重核酸檢測
急性呼吸道感染分為上呼吸道感染和下呼吸道感染,是威脅人類健康最常見的疾病之一,導致急性呼吸道感染的致病微生物包括病毒、細菌、真菌、支原體和衣原體等。
急性上呼吸道感染(upper respiratory tract infection,URTI)
是由各種病毒和/或細菌引起的主要侵犯鼻、咽或喉部急性炎癥的總稱,包括普通感冒、病毒性咽炎、喉炎、皰疹性咽峽炎、咽結膜炎、細菌性咽-扁桃體炎。上呼吸道感染致病微生物中70%~80%是病毒,包括甲型流感病毒、乙型流感病毒、腺病毒、博卡病毒、鼻病毒、副流感病毒、冠狀病毒、呼吸道合胞病毒、偏肺病毒、肺炎支原體和衣原體;少數(shù)為細菌感染,約占20-30%。
下呼吸道感染(lower respiratory tract infection,LRTI)
主要包括社區(qū)獲得性肺炎(CAP)、醫(yī)院獲得性肺炎(HAP)、免疫抑制宿主肺炎、慢性阻塞性肺疾病急性加重、支氣管擴張癥合并感染等類型,臨床表現(xiàn)多樣,感染微生物種類復雜,6%~61%是病毒。其中,CAP的致病微生物中2%~30%是病毒。隨著人口老齡化及免疫抑制宿主增多,肺炎發(fā)病率及病死率會繼續(xù)升高。
急性呼吸道感染對兒童健康造成嚴重威脅
急性呼吸道感染是兒童最常見的感染性疾病,是5歲以下兒童病死的首位原因,呼吸道感染的病原復雜多樣,其中呼吸道病毒是嬰幼兒乃至學齡前兒童 CAP 的常見病原。
年齡越小,發(fā)生病毒感染的比例越高,特別是在<2歲的嬰幼兒,病毒性病原高達80%~90%。據(jù)統(tǒng)計,每年兒童發(fā)生病毒性呼吸道感染的中位次數(shù)是5次,更有10%的兒童每年發(fā)生多達10次以上的呼吸道病毒感染。
據(jù)世界衛(wèi)生組織統(tǒng)計,每年因呼吸道病毒感染造成的社區(qū)獲得性肺炎達2億人次,其中1.5億兒童患者為發(fā)展中國家的兒童,其中重癥病例>1460萬例,死亡兒童>100萬例。
同時,呼吸道病毒感染也可以導致多種并發(fā)癥,包括中耳炎、鼻竇炎和繼發(fā)細菌感染等。尤其重要的是,呼吸道病毒感染是兒童哮喘急性發(fā)作最為重要的誘因之一:呼吸道病毒感染占3歲以下兒童喘息發(fā)作誘因的90%以上;即使在學齡兒童,呼吸道感染也占其哮喘急性發(fā)作誘因的80%~85%。研究表明,不同年齡組下呼吸道感染患兒中,病毒及非典型病原體檢出率均較高(圖1)。

成人呼吸道感染也不容忽視
成人急性呼吸道病毒感染一般與年齡、性別、季節(jié)及環(huán)境等因素存在密切關系,人群普遍易感,多可自愈,但重癥急性呼吸道感染患者的病死率和致殘率會顯著升高,早期識別重癥感染的高危因素并積極進行治療就極為重要。
成人重癥急性呼吸道病毒感染的高危因素包括:(1)年齡≥65歲;(2)男性;(3)吸煙;(4)患有至少1種慢性基礎性疾病或惡性腫瘤、免疫功能抑制;(5)體質(zhì)量過輕(BMI<18.5)或肥胖(BMI>30);(6)妊娠期婦女;(7)用藥時間延遲。
研究 1
2009年12月至2014年6月,中國10省(市)流感哨點監(jiān)測醫(yī)院納入的≥15歲的3071例嚴重呼吸道病毒感染患者的流行病學和臨床信息調(diào)查發(fā)現(xiàn),起病至入院時間>7 d、哮喘、免疫抑制疾病或妊娠是流感重癥的高危因素。此外,肥胖[體質(zhì)量指數(shù)(BMI)>30]也是重癥急性呼吸道感染的高危因素,其使ICU入住風險或死亡風險增加2倍。
研究 2
在一項Meta分析中發(fā)現(xiàn),男性、年齡大于65周歲、吸煙、合并有一種基礎疾病如高血壓、糖尿病、心血管疾病和呼吸系統(tǒng)疾病的COVID-19患者發(fā)展為重癥甚至死亡的風險顯著升高,腫瘤患者尤其是在COVID-19起病4周內(nèi)接受過化療者也是發(fā)展為重癥的高危因素。




呼吸道病原體混合感染的影響
呼吸道標本中多種病原體核酸共檢出(co-infection)為臨床感染病原體的診斷帶來挑戰(zhàn)。有研究顯示,兒童急性下呼吸道感染病例呼吸道標本中病毒核酸混合檢出的比例達35.6%,年齡越小,混合檢出的比例越高。另外,呼吸道是一個開放的系統(tǒng),且本身存在一些定植細菌,呼吸道上皮細胞和淋巴細胞中可能存在潛伏感染的病毒,這些病原微生物在呼吸病毒感染、上皮受損、機體免疫紊亂的情況下,均可能參與呼吸道感染的致病進程。
研究 1
2010-2015年,Han M S 等人納入286例住院的肺炎支原體肺炎患兒,通過RT-PCR進行檢測,回顧性分析支原體肺炎患者混合/單一感染病毒的臨床表現(xiàn)。在286名肺炎支原體肺炎患兒中,有29.4%同時檢測到呼吸道病毒,其中幼兒的混合感染檢測率最高(2歲以下兒童的51.9% ;P=0.002)。在2歲以下的患兒中,混合感染(肺炎支原體&其它病毒)和單一感染(肺炎支原體)的喘息發(fā)生率分別為35.7%和15.4%。

研究 2
2014年,溫州醫(yī)科大學附屬第二醫(yī)院育英兒童醫(yī)院對992例因LRTI住院的5歲以下患兒,采用多重PCR技術檢測兒童下呼吸道感染病毒和非典型性病原體,結果顯示:992例患兒中,851例患兒的鼻咽分泌物標本至少存在一種病原陽性(占85.8%),224份標本(占22.6%)檢測到兩種或兩種以上病原。其中,RSV和HRV占所有檢測病原的前兩位。<1歲組和1~3歲組的混合感染率均高于3~5歲組。

最新研究 | 兒童早期呼吸道感染與成年后死于呼吸系統(tǒng)疾病的風險較高有關
2023年,英國帝國理工學院James Peter Allinson團隊在頂級醫(yī)學期刊《柳葉刀》發(fā)表了一項對3589名參與者跨越80年的出生隊列研究。研究發(fā)現(xiàn):
(1)與沒有感染的參與者相比,在兒童早期發(fā)生下呼吸道感染與在73歲前因呼吸道疾病而過早死亡的風險升高93%有關(p=0.021),而與癌癥等其他相關死亡之間沒有顯著相關性。
(2)兒童早期下呼吸道感染發(fā)生三次及以上與成年后呼吸道原因死亡的風險增加187%相關,1歲前發(fā)生下呼吸道感染與成年后呼吸道原因死亡的風險增加112%相關,而需要住院治療的下呼吸道感染與成年后呼吸道原因死亡的風險增加335%相關。


慢性呼吸系統(tǒng)疾病是一個重要的公共衛(wèi)生問題,據(jù)估計,2017年有390萬人因慢性呼吸系統(tǒng)疾病死亡,占全球死亡總數(shù)的7%,而慢性阻塞性肺病(COPD)是導致這些死亡的主要原因。嬰兒LRTI與成年后肺功能損害、哮喘和COPD的發(fā)病有關,但之前尚不清楚其是否與成年后過早死亡有關??梢哉f這項研究是提供了迄今為止最好的證據(jù),表明早期呼吸系統(tǒng)健康對后期的死亡有影響。如果可以預防兒童在2歲之前發(fā)生下呼吸道感染,就有望降低他們成年期的過早死亡率,減輕低收入和中等收入國家的兒童下呼吸道感染負擔。
呼吸道感染病原體核酸檢測
01 核酸檢測適用于感染早期診斷,滿足臨床精準診療需求

02 多份指南與政策文件推薦使用多重核酸檢測

03 多項臨床指南:重視免疫低下患者的呼吸道多重病原體檢測
《免疫缺陷成人社區(qū)獲得性肺炎治療策略共識》(CHEST,2020)
呼吸道病毒是免疫抑制成人患者發(fā)生社區(qū)獲得性肺炎的主要病原體之一。常見的呼吸道病毒包括流感病毒、副流感病毒、冠狀病毒、呼吸道合胞病毒、鼻病毒、腺病毒、人偏肺病毒。
以下免疫功能低下患者患CAP風險高:?
● 腫瘤、接受器官移植?
● 免疫系統(tǒng)受損?
● 使用免疫調(diào)節(jié)療法的非惡性腫瘤患者?
● 使用新型免疫調(diào)節(jié)藥物?
● 免疫功能低下患者占CAP住院患者的20%-30%
《2021 ATS臨床實踐指南》
以下患者推薦病毒多重核酸檢測:?
● 重癥CAP患者?
● 免疫功能低下的患者(包括中性粒細胞減少癥、正在接受積極的癌癥治療,那些有實體器官或血液成分移植史者,患有晚期 HIV 疾病,或那些有長期使用免疫抑制藥物,包括全身性皮質(zhì)類固醇)
《中國成人社區(qū)獲得性肺炎診斷和治療指南》(2016版)
呼吸道病毒在 CAP 中起著重要作用,可以是 CAP 的直接病原體,也可以使患者易于繼發(fā)肺炎鏈球菌、金黃色葡萄球菌等細菌性肺炎。我國免疫功能正常成人 CAP 患者檢測到病毒的比例在15%~34.9%之間,常見病毒有流感病毒、副流感病毒、鼻病毒、腺病毒、人偏肺病毒及呼吸道合胞病毒等。
Sanger測序儀T400助力呼吸道病原體多重檢測解決方案
Sanger測序儀T400是一款體積小巧的創(chuàng)新卡夾式測序儀,基于毛細管電泳平臺技術,可幫助客戶在實驗室開展Sanger測序和片段分析工作,覆蓋包括感染性疾病、腫瘤、生殖健康及藥物基因組學檢測等臨床領域,是核酸檢測“金標準”平臺。
毛細電泳片段分析+多重引物設計+先進的擴增體系(含防污染和多重質(zhì)控),實現(xiàn)真正意義上的單管多重。
技術原理:多重熒光片段分析技術通過將多重熒光PCR和毛細管電泳分離技術巧妙的結合,可在一個反應中同時對多種PCR產(chǎn)物進行定量分析。具體來講,同一個PCR反應體系中包含多對熒光標記的引物,各引物特異性地結合相應的目的基因,擴增產(chǎn)生不同長度的片段;通過毛細電泳系統(tǒng)對不同片段長度的PCR產(chǎn)物進行分離和識別,從而對病原體進行鑒別檢測。


檢測靶點:1份標本一次檢測13個靶點(可區(qū)分亞型),覆蓋近80%的常見呼吸道感染病原。
檢測結果示意圖

將電泳數(shù)據(jù)導入數(shù)據(jù)分析軟件,選擇相應的panel,分析軟件會根據(jù)目標片段大小和設定的靶點區(qū)域,對其進行靶點標定。結果清晰直觀,易學易用。
適用人群:
● 呼吸道癥候群患者
(1)就診科室:呼吸科、兒科、急診科、感染科;
(2)患者特點:出現(xiàn)發(fā)熱、咳嗽、咽痛等呼吸道癥狀的患者,比如:社區(qū)獲得性肺炎、慢阻肺急性加重、哮喘急性加重等;
(3)檢測獲益:全面篩查、新冠鑒別;早期診斷、精準治療;疾病預期、多重識別;流感監(jiān)控、院感無憂。
● 免疫功能低下患者
(1)就診科室:血液科、腫瘤科、腎內(nèi)科、風濕科;
(2)患者特點:移植、透析、放化療、長期使用激素等免疫抑制劑,易并發(fā)呼吸道感染的患者;
(3)檢測獲益:全面篩查、院感無憂;早期識別病毒感染風險、延緩疾病進展;減少肺部并發(fā)癥,降低死亡率。
參考文獻及資料
[1]成人急性呼吸道病毒感染急診診療專家共識.中華急診醫(yī)學雜志, 2021,30(12): 1417-1428.
[2]Treatment of community-acquired pneumonia in immunocompromised adults: a consensus statement regarding initial strategies. Chest, 2020.?
[3]Nucleic Acid–based Testing for Noninfluenza Viral Pathogens in Adults with Suspected Community-acquired Pneumonia. American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine, 2021.?
[4]中國成人社區(qū)獲得性肺炎診斷和治療指南(2016年版).中華結核和呼吸雜志,2016.?
[5]兒童呼吸道感染病原體核酸檢測專家共識,中華實用兒科臨床雜志,2022?
[6]James Peter Allinson,et al.Early childhood lower respiratory tract infection and premature adult death from respiratory disease in Great Britain: a national birth cohort study.THE LANCET,2023.
[7]崔賢艷,吳勇.多重熒光PCR毛細電泳片段分析技術研究與臨床應用,臨床實驗室丨實驗室診斷技術導航.?
[8]Nuceic Acid-based testing for Noninfluenza Viral Pathogens in Adults with Suspected Community-acquired Pneumonia.American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine,2021.?
[9]《2022年國家醫(yī)療質(zhì)量安全改進目標》,2022.?
[10]《新型冠狀病毒肺炎診療方案(試行第九版)》,2022.