Nano-seq宏基因組測序在關(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宏基因組測序?qū)儆诘?代測序(third-generation sequencing,TGS)技術(shù),具有測序快速、準(zhǔn)確等特點(diǎn),在病原微生物的基因測序中具有獨(dú)特的優(yōu)勢[6-9]。為了探討Nano-seq宏基因組測序在關(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象。試驗(yàn)方案經(jīng)鄭州市骨科醫(yī)院倫理委員會審查通過,倫理批件號: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、使用過程中被污染者。

2 方 法

2.1 檢查方法患者住院后,抽血測定血清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)檢測所有限公司,并于采集后4 h內(nèi)進(jìn)行Nano-seq宏基因組測序;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宏基因組測序后,由鄭州迪安醫(yī)學(xué)檢測所有限公司進(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、陽性預(yù)測值、陰性預(yù)測值。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)軟件對所得數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。Nano-seq宏基因組測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含量的差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=1.000);Nano-seq宏基因組測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)的差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.438,P=0.688,P=0.601);Nano-seq宏基因組測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導(dǎo)致誤診,從而延長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宏基因組測序采用Nanopore測序平臺進(jìn)行,能夠?qū)崿F(xiàn)單分子實(shí)時(shí)測序。該技術(shù)通過捕捉DNA或RNA通過納米孔道時(shí)形成的特征性電信號變化,并將電信號轉(zhuǎn)換為堿基序列,完成核酸序列的測定;Nano-seq宏基因組測序具有更長的讀取長度、更低的堿基錯(cuò)配率,且能夠檢測的病原微生物種屬范圍更廣[9]。在完成測序后,通過生物信息學(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,結(jié)果顯示微生物培養(yǎng)的陽性率為25.71%,TGS的陽性率為84.29%。Wang等[25]研究發(fā)現(xiàn),基于Nanopore測序平臺的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。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在檢測多種細(xì)菌合并感染方面具有顯著優(yōu)勢。Huang等[27]的研究結(jié)果表明,基于Nanopore測序平臺的TGS技術(shù)檢測病原微生物的敏感性較高。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn),近年來真菌、分枝桿菌、布魯氏桿菌等需要特定檢測方法檢測的病原微生物導(dǎo)致的假體周圍感染患者人數(shù)呈上升趨勢,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宏基因組測序在真菌、病毒等病原微生物的檢測方面具有顯著優(yōu)勢[25]。此外,傳統(tǒng)的微生物培養(yǎng)檢測存在結(jié)果滯后問題,而Nano-seq宏基因組測序可在24 h內(nèi)得到檢測結(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宏基因組測序?qū)诩袤w周圍感染的診斷中發(fā)揮更加重要的作用。