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推荐阅读：本文系统综述了宏基因组下一代测序（mNGS）在中枢神经系统感染诊断中的应用及价值。
# 宏基因组下一代测序在中枢神经系统感染中的研究进展
中枢神经系统（CNS）感染在全球范围内都是导致人类发病和死亡的重要原因，其病原体种类繁多，包括细菌、病毒、真菌和寄生虫等。这些病原体引发的临床症状多样，从脑膜炎、脑炎到脑脓肿，以及如神经梅毒、脑诺卡菌病和神经囊虫病等特异性感染。
传统的诊断方法面临诸多挑战。一方面，病原体种类多样，患者的年龄、免疫状态、旅行史以及地理位置等因素都会影响感染病原体的类型，这使得临床诊断难度加大。另一方面，传统的实验室检测方法，如培养、血清学检测、病原体特异性 PCR 和综合征 PCR 检测等存在局限性。培养法对于一些生长缓慢或挑剔的细菌难以检测，血清学检测在免疫抑制患者中可能出现抗体反应缺失，且需要预先怀疑病原体，还可能出现非特异性反应。
宏基因组下一代测序（mNGS）作为一种新兴的诊断工具，近年来在 CNS 感染诊断中备受关注。它通过对样本中的所有 DNA 或 RNA 进行下一代测序，然后经过生物信息学分析来识别存在的微生物，能够检测出常见、新型或意想不到的病原体，为感染诊断提供了更全面的手段。
研究目的
本研究旨在通过对现有病例报告的系统回顾，评估 mNGS 在诊断 CNS 感染中的效用，深入了解患者的人口统计学特征以及通过 mNGS 鉴定出的病原体范围，强调 mNGS 在提供传统实验室方法无法获得的诊断见解方面的作用，为制定该领域的临床指南提供参考。
研究方法
本系统综述依据 PRISMA 指南进行。2024 年 3 月在 PubMed 数据库中搜索有关 CNS 感染且使用 mNGS 诊断的研究。纳入 2014 年 1 月至 2024 年 2 月期间发表的社区获得性和医疗相关感染的病例报告，不限语言。临床样本包括脑脊液（CSF）、脑脓肿和脑活检组织，要求核酸直接从临床样本中提取。mNGS 定义为非靶向测序方法，排除杂交捕获、扩增子测序或 16S/18S/ITS 测序等靶向方法。排除 mNGS 分析未提供比传统方法更多信息，以及方法描述不充分的文章。
由两名 reviewers（LM 和 KWB）独立筛选文章，如有分歧则共同讨论。从纳入文章中提取数据，包括第一作者、出版年份、国家、患者性别和年龄、诊断、样本类型、病原体、免疫状态、脑脊液细胞增多情况、生化分析、旅行史和 mNGS 技术等。将患者年龄分为五个年龄组，诊断分为更广泛的类别，免疫功能低下定义为使用可能影响免疫状态的药物、患有基础疾病或文章明确说明免疫功能低下，脑脊液细胞增多定义为每微升脑脊液中细胞数≥5 个或文章自我报告存在细胞增多，脑脊液生化参数异常根据定义阈值或文章自我报告判断。
研究结果
文章纳入情况
PubMed 搜索共获得 649 篇文章，经标题 / 摘要筛选排除 465 篇，全文评估后排除 49 篇，另外有 59 篇因方法描述不足未进一步分析，最终纳入 76 篇文章进行数据提取和分析。这些文章来自 12 个不同国家，其中中国占 59%，美国占 13%，超过一半的文章（67%）发表于 2020 - 2024 年。
患者特征
76 篇文章共描述了 104 例患者，其中男性 77 例（75%），一名患者性别未明确。所有患者的中位年龄为 31.5 岁（IQR：11 - 56 岁），男性患者中位年龄为 32 岁（IQR：13 - 56 岁），女性患者中位年龄为 46 岁（IQR：25 - 54 岁），有一名男性患者 70 多岁，一名女性患者年龄未报告。28% 的患者被认为免疫功能低下，男性患者中该比例为 25%（19/77），女性患者中为 35%（9/26）。在 98 例报告脑脊液细胞计数的患者中，83 例（85%）存在脑脊液细胞增多；97 例报告脑脊液生化参数的患者中，82 例（85%）生化结果异常。12 例患者有感染前旅行史，其中病毒感染最为常见（8/12，67%）。
诊断情况
脑炎是最常见的诊断，影响 37 例患者（36%），其次是脑膜炎（24 例，23%）和脑膜脑炎（23 例，22%），其余患者诊断为脑脓肿（2 例，2%）和其他 CNS 感染（18 例，17%）。
样本和方法
大多数临床样本为脑脊液（91 例，88%），其余为脑组织（13 例，12%）。超过一半的患者仅从样本中分离出 DNA（69 例，66%），20% 的患者仅分离出 RNA（21 例），11% 的患者同时分离出 DNA 和 RNA（11 例），3 篇文章未明确核酸提取情况。Illumina 是最常用的测序技术（54/76 篇文章），其次是 BGI 的技术（16/76）。
病原体情况
104 例患者共鉴定出 105 种病原体，其中 1 例患者为两种病原体共感染。这些病原体包括 53 种独特物种，其中病毒 27 种、细菌 19 种、寄生虫 5 种和真菌 2 种。最常见的病原体为水痘 - 带状疱疹病毒（13 例，12%）、布鲁氏菌属（8 例，8%）、单核细胞增生李斯特菌（8 例，8%）、单纯疱疹病毒 1（6 例，6%）、VA - HMO 星状病毒（4 例，4%）和广州管圆线虫（4 例，4%） 。大多数患者（57/103）年龄在 19 - 65 岁之间，该年龄段患者中一半感染病毒。在诊断为脑炎的患者中，84% 感染病毒。
研究讨论
mNGS 在诊断 CNS 感染方面具有重要作用，能够快速准确地识别多种病原体。在本研究中，mNGS 在不同年龄和免疫状态的 104 例患者中鉴定出 53 种不同病原体，体现了其在临床环境中的有效性。
免疫功能低下患者更易感染，尤其是机会性感染，mNGS 对检测这些患者的病原体特别有用。有趣的是，本研究中鉴定出的 3 例真菌性 CNS 感染患者并未报告免疫功能低下。同时，超过三分之二的患者并非免疫功能低下，说明 mNGS 对免疫功能正常的宿主同样是有力的诊断工具。
脑炎和脑膜炎是 CNS 中最常见的感染类型，本研究中病例报告也主要集中于此。病毒是导致脑炎的主要病原体，本研究鉴定出 27 种不同病毒，包括常见病毒如 HSV1/2 和 VZV，以及一些罕见或意想不到的病毒，如托斯卡纳病毒、詹姆斯敦峡谷病毒、日本脑炎病毒、波瓦桑病毒、卡什谷病毒和西尼罗河病毒等，这些病毒具有地理分布差异。综合征性脑膜炎 / 脑炎检测面板只能检测出 27 种病毒中的 4 种，而 mNGS 能够拓宽检测范围。此外，在本研究中，仅约 30% 的样本分离出 RNA，11% 的样本同时包含 RNA 和 DNA，若实验室方案中忽略 RNA，可能会遗漏许多潜在病原体，因为超过一半的病毒是 RNA 病毒。
在细菌感染方面，本研究鉴定出 19 种不同细菌，其中 14 种为生长缓慢或挑剔的细菌。虽然培养仍是检测细菌感染的金标准，但对于一些难以培养的细菌，如梅毒螺旋体、立克次体和钩端螺旋体，血清学检测是更好的选择，但血清学检测存在诸多缺点。对于某些细菌，如单核细胞增生李斯特菌，革兰氏染色和培养的敏感性较低；对于如鹦鹉热衣原体等细胞内寄生菌，特异性 PCR 检测必要，但并非所有实验室都能提供该检测。
寄生虫感染虽然罕见，但难以通过传统技术检测，且可能导致严重疾病。例如，棘阿米巴原虫与高死亡率相关，其鉴定困难，常在死后才确诊；广州管圆线虫常引起嗜酸性脑膜炎，疾病严重程度不一；猪带绦虫的幼虫阶段可导致神经囊虫病，临床表现和严重程度差异较大。本研究中报告的 15 例寄生虫性 CNS 感染病例体现了 mNGS 在快速准确诊断方面的潜力。
对于真菌性 CNS 感染，本研究中有 3 例患者，分别感染马尔尼菲篮状菌和粗球孢子菌。马尔尼菲篮状菌主要感染免疫功能低下且生活在或去过东南亚的患者，诊断依赖于脑脊液或其他标本的培养，但培养缓慢且敏感性欠佳；粗球孢子菌具有地理分布特征，本研究中的病例是一名近期前往美国洛杉矶的中国女性，这突出了旅行史对拓宽疑似病原体范围的重要性。
mNGS 在 CNS 感染诊断中的应用越来越广泛，但在临床应用中仍面临挑战。关键问题包括湿实验室和干实验室方案的标准化、低读数结果的解释以及缩短样本采集到结果报告的时间。虽然已有研究致力于 mNGS 实验室流程的标准化，实时分析技术的进步也显示出有希望的结果，但本研究纳入的文章均未使用该技术。
本研究也存在局限性。病例报告通常是因为作者遇到不寻常的病例或信息而发表，不一定代表典型患者或情况。一些报告是由于罕见病原体或诊断，或使用了新的检测方法。此外，对于部分文章，难以确定是否使用了 mNGS，因为一些文章仅提及 “第二代测序”“NGS” 或 “mNGS”，未详细描述方法，这可能是由于 mNGS 在 CNS 感染诊断中越来越普遍，作者认为无需进一步阐述。
研究结论
本系统综述强调了 mNGS 在诊断 CNS 感染中的关键作用，其能够检测出罕见和挑剔的病原体，为临床诊断带来了革命性变化。随着 mNGS 技术的不断进步和在临床实践中的进一步整合，它将在改善患者预后方面发挥重要作用，尤其是在复杂和高风险的 CNS 感染病例中。
