Nano-seq宏基因組測(cè)序在關(guān)節(jié)置換術(shù)后假體周圍感染診斷中的應(yīng)用價(jià)值

鄧?yán)?王少華,李征,楊光亞,于雅麗,侯穎周,李科偉,孫博

(1.河南中醫(yī)藥大學(xué)第一臨床醫(yī)學(xué)院,河南 鄭州 450046;2.鄭州市骨科醫(yī)院,河南 鄭州 450052;3.唐山市工人醫(yī)院,河北 唐山 063000)

人工關(guān)節(jié)置換是髖、膝關(guān)節(jié)疾病終末期治療的有效方法,能夠顯著提高患者生活質(zhì)量[1]。假體周圍感染是人工關(guān)節(jié)置換的嚴(yán)重并發(fā)癥之一,發(fā)生率為1%～2%[2]。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn),假體周圍感染與人工關(guān)節(jié)置換手術(shù)失敗密切相關(guān),而假體周圍感染的醫(yī)療費(fèi)用是初次關(guān)節(jié)置換的5倍以上[3-4]。此外,部分假體周圍感染患者的病原微生物難以通過(guò)微生物培養(yǎng)檢出,增加了假體周圍感染漏診、誤診的風(fēng)險(xiǎn)[5]。Nano-seq宏基因組測(cè)序?qū)儆诘?代測(cè)序(third-generation sequencing,TGS)技術(shù),具有測(cè)序快速、準(zhǔn)確等特點(diǎn),在病原微生物的基因測(cè)序中具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)[6-9]。為了探討Nano-seq宏基因組測(cè)序在關(guān)節(jié)置換術(shù)后假體周圍感染診斷中的應(yīng)用價(jià)值,我們進(jìn)行了相關(guān)研究,現(xiàn)總結(jié)報(bào)告如下。

1 臨床資料

1.1 一般資料選取2020年1月至2021年9月在鄭州市骨科醫(yī)院采用人工關(guān)節(jié)置換術(shù)治療后因疑似假體周圍感染再次住院的患者為研究對(duì)象。試驗(yàn)方案經(jīng)鄭州市骨科醫(yī)院倫理委員會(huì)審查通過(guò),倫理批件號(hào):2019010。

1.2 納入標(biāo)準(zhǔn)①人工關(guān)節(jié)置換術(shù)后再次住院;②疑似為假體周圍感染[10];③神志清醒,智力正常,可配合進(jìn)行相關(guān)檢查;④參與本研究,簽署知情同意書。

1.3 排除標(biāo)準(zhǔn)①合并其他部位感染者;②入院前2周使用抗菌藥物者。

1.4 退出標(biāo)準(zhǔn)①抽取關(guān)節(jié)液不足者;②關(guān)節(jié)液樣品在運(yùn)輸、使用過(guò)程中被污染者。

2 方 法

2.1 檢查方法患者住院后,抽血測(cè)定血清C反應(yīng)蛋白(C-reactive protein,CRP)含量、血沉(erythrocyte sedimentation rate,ESR)和血漿纖維蛋白原(fibrinogen,FIB)含量等指標(biāo);抽取患者2份關(guān)節(jié)液樣本,每份5 mL。將其中1份關(guān)節(jié)液冷凍處理后,送至鄭州迪安醫(yī)學(xué)檢測(cè)所有限公司,并于采集后4 h內(nèi)進(jìn)行Nano-seq宏基因組測(cè)序;另1份關(guān)節(jié)液送至檢驗(yàn)科進(jìn)行病原微生物培養(yǎng)。Nano-seq宏基因組測(cè)序后,由鄭州迪安醫(yī)學(xué)檢測(cè)所有限公司進(jìn)行生物信息學(xué)分析,并出具病原微生物檢驗(yàn)報(bào)告。

2.2 數(shù)據(jù)收集與分析方法患者出院后,從病歷系統(tǒng)中提取患者入院時(shí)測(cè)定的血清CRP含量、ESR、血漿FIB含量及病原微生物培養(yǎng)檢驗(yàn)報(bào)告、Nano-seq宏基因組測(cè)序檢驗(yàn)報(bào)告及出院診斷結(jié)果。分別根據(jù)血清CRP含量、ESR、血漿FIB含量、病原微生物培養(yǎng)檢驗(yàn)報(bào)告、Nano-seq宏基因組測(cè)序檢驗(yàn)報(bào)告診斷假體周圍感染,并以出院診斷結(jié)果為金標(biāo)準(zhǔn),計(jì)算上述指標(biāo)診斷假體周圍感染的敏感度、特異度、準(zhǔn)確度、陽(yáng)性預(yù)測(cè)值、陰性預(yù)測(cè)值。血清CRP含量、ESR、血漿FIB含量診斷假體周圍感染的依據(jù)分別為血清CRP含量>10 mg·L-1[11]、ESR>30 mm·h-1[12]、血漿FIB含量>4.01 g·L-1[13]。Nano-seq宏基因組測(cè)序和病原微生物培養(yǎng)診斷假體周圍感染依據(jù)檢驗(yàn)報(bào)告結(jié)果。

2.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)方法采用SPSS26.0統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。Nano-seq宏基因組測(cè)序診斷假體周圍感染的敏感度、特異度、準(zhǔn)確度與其他指標(biāo)的比較均采用Fisher確切概率法檢驗(yàn);采用受試者操作特征(receiver operating characteristic,ROC)曲線評(píng)價(jià)不同指標(biāo)診斷假體周圍感染的應(yīng)用價(jià)值。檢驗(yàn)水準(zhǔn)α=0.05。

3 結(jié) 果

共納入39例患者,1例患者關(guān)節(jié)液使用過(guò)程中被污染,最終納入38例患者。血清CRP含量診斷假體周圍感染的敏感度為90.48%、特異度為41.18%、準(zhǔn)確度為68.42%,ESR診斷假體周圍感染的敏感度為66.67%、特異度為64.71%、準(zhǔn)確度為65.79%,血漿FIB含量診斷假體周圍感染的敏感度為66.67%、特異度為70.59%、準(zhǔn)確度為68.42%,病原微生物培養(yǎng)診斷假體周圍感染的敏感度為61.90%、特異度為94.12%、準(zhǔn)確度為76.32%,Nano-seq宏基因組測(cè)序診斷假體周圍感染的敏感度為95.24%、特異度為82.35%、準(zhǔn)確度為89.47%(表1至表5)。Nano-seq宏基因組測(cè)序診斷假體周圍感染的敏感度高于ESR、血漿FIB含量、病原微生物培養(yǎng)(P=0.045,P=0.045,P=0.020),與血清CRP含量的差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=1.000);Nano-seq宏基因組測(cè)序診斷假體周圍感染的特異度高于血清CRP含量(P=0.032),與ESR、血漿FIB含量、病原微生物培養(yǎng)的差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.438,P=0.688,P=0.601);Nano-seq宏基因組測(cè)序診斷假體周圍感染的準(zhǔn)確度高于血清CRP含量、ESR、血漿FIB含量(P=0.047,P=0.026,P=0.047),與病原微生物培養(yǎng)的差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.222)。血清CRP含量、ESR、血漿FIB含量、病原微生物培養(yǎng)、Nano-seq宏基因組測(cè)序診斷假體周圍感染的ROC曲線下面積分別為0.791(P=0.002)、0.706(P=0.031)、0.734(P=0.014)、0.780(P=0.000)、0.888(P=0.000),見(jiàn)圖1。

表2 血沉診斷假體周圍感染結(jié)果 單位:例

表3 血漿纖維蛋白原含量診斷假體周圍感染結(jié)果 單位:例

表4 病原微生物培養(yǎng)診斷假體周圍感染結(jié)果 單位:例

表5 Nano-seq宏基因組測(cè)序診斷假體周圍感染結(jié)果 單位:例

圖1 不同指標(biāo)診斷假體周圍感染的受試者操作特征曲線

4 討 論

隨著社會(huì)老齡化的加劇,人工關(guān)節(jié)置換的需求不斷增加,導(dǎo)致假體周圍感染患者人數(shù)也隨之逐漸增加[14]。早期診斷假體周圍感染并明確病原微生物種屬對(duì)于假體周圍感染的治療具有重要意義。血清CRP含量和ESR在輔助診斷假體周圍感染中具有一定的應(yīng)用價(jià)值[15]。然而,部分假體周圍感染患者的臨床癥狀不典型,血清CRP含量、ESR等指標(biāo)無(wú)異常,導(dǎo)致假體周圍感染漏診的風(fēng)險(xiǎn)增大,進(jìn)而降低關(guān)節(jié)置換的成功率、增加假體翻修的風(fēng)險(xiǎn)[16]。Akgun等[17]回顧性分析了215例假體周圍感染患者的病例資料,其中77例術(shù)前血清CRP含量正常,進(jìn)一步分析這些患者的致病菌種屬發(fā)現(xiàn),血清CRP含量對(duì)丙酸桿菌、凝固酶陰性葡萄球菌和腸球菌等低毒力致病菌感染導(dǎo)致的假體周圍感染的診斷敏感度較低。Watanabe等[18]的研究結(jié)果也表明,部分假體周圍感染患者的血清CRP含量和ESR在正常范圍內(nèi)。因此,依據(jù)血清CRP含量和ESR診斷假體周圍感染可能會(huì)導(dǎo)致誤診,從而延長(zhǎng)假體周圍感染患者的診療周期。血漿FIB含量升高能夠提示機(jī)體炎癥反應(yīng)的發(fā)生[19]。黃金承等[11]研究發(fā)現(xiàn),血漿FIB含量可用于輔助診斷假體周圍感染。目前關(guān)于血清CRP含量、ESR、血漿FIB含量診斷假體周圍感染的標(biāo)準(zhǔn)以及應(yīng)用價(jià)值均存在爭(zhēng)議[20-21]。本研究結(jié)果顯示,這些指標(biāo)在診斷假體周圍感染中具有一定的應(yīng)用價(jià)值,血清CRP含量診斷假體周圍感染的敏感度較高,但特異度較低,而ESR和血漿FIB含量診斷假體周圍感染的敏感度和特異度均不高,且這3項(xiàng)指標(biāo)的準(zhǔn)確度均不高。

表1 血清C反應(yīng)蛋白含量診斷假體周圍感染結(jié)果 單位:例

Nano-seq宏基因組測(cè)序采用Nanopore測(cè)序平臺(tái)進(jìn)行,能夠?qū)崿F(xiàn)單分子實(shí)時(shí)測(cè)序。該技術(shù)通過(guò)捕捉DNA或RNA通過(guò)納米孔道時(shí)形成的特征性電信號(hào)變化,并將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為堿基序列,完成核酸序列的測(cè)定;Nano-seq宏基因組測(cè)序具有更長(zhǎng)的讀取長(zhǎng)度、更低的堿基錯(cuò)配率,且能夠檢測(cè)的病原微生物種屬范圍更廣[9]。在完成測(cè)序后,通過(guò)生物信息學(xué)分析,可以獲得病原微生物的相關(guān)信息,進(jìn)而為醫(yī)生制定治療方案提供幫助[22-23]。Luo等[24]收集了70例上呼吸道感染患者的支氣管肺泡灌洗液樣本,分別采用微生物培養(yǎng)和TGS進(jìn)行病原微生物檢測(cè),結(jié)果顯示微生物培養(yǎng)的陽(yáng)性率為25.71%,TGS的陽(yáng)性率為84.29%。Wang等[25]研究發(fā)現(xiàn),基于Nanopore測(cè)序平臺(tái)的TGS技術(shù)在鑒別假體周圍感染患者的病原微生物種屬方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。Yu等[26]收集肝癌合并腹水感染患者的腹水樣本進(jìn)行TGS,結(jié)果顯示TGS在檢測(cè)多種細(xì)菌合并感染方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。Huang等[27]的研究結(jié)果表明,基于Nanopore測(cè)序平臺(tái)的TGS技術(shù)檢測(cè)病原微生物的敏感性較高。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn),近年來(lái)真菌、分枝桿菌、布魯氏桿菌等需要特定檢測(cè)方法檢測(cè)的病原微生物導(dǎo)致的假體周圍感染患者人數(shù)呈上升趨勢(shì),而依據(jù)傳統(tǒng)微生物培養(yǎng)檢查結(jié)果為陰性的假體周圍感染患者占假體周圍感染患者40%以上[28-29]。Nano-seq宏基因組測(cè)序在真菌、病毒等病原微生物的檢測(cè)方面具有顯著優(yōu)勢(shì)[25]。此外,傳統(tǒng)的微生物培養(yǎng)檢測(cè)存在結(jié)果滯后問(wèn)題,而Nano-seq宏基因組測(cè)序可在24 h內(nèi)得到檢測(cè)結(jié)果,并可提供更加準(zhǔn)確、全面的病原微生物信息,進(jìn)而為假體周圍感染的早期診斷和治療提供可靠依據(jù)[30]。

本研究結(jié)果表明,Nano-seq宏基因組測(cè)序在關(guān)節(jié)置換術(shù)后假體周圍感染診斷中具有較高的應(yīng)用價(jià)值。Nano-seq宏基因組測(cè)序?qū)I(yè)性較強(qiáng)、成本較高,目前在臨床中的應(yīng)用較少。但隨著科技的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步,Nano-seq宏基因組測(cè)序?qū)?huì)在假體周圍感染的診斷中發(fā)揮更加重要的作用。