血流感染是一种严重威胁生命的感染，精准、快速的病原学诊断是精准治疗、控制疾病进展和降低患者医疗负担的关键。长期以来感染性疾病的诊断和治疗一直依靠形态学、免疫学以及病原体分离培养和药敏试验等方法，但TAT长、敏感性低、覆盖病原谱窄等传统检测方法的缺点使精准的病原学诊断具有一定的挑战性。近年来，二代测序技术不断成熟并应用于临床, 它提供了一种快速的无预设的广泛的病原体检测方法，逐渐成为常规实验室检测的补充。然而，既往mNGS检测用于感染性疾病诊断的一个重要的潜在限制是由于污染而造成的高假阳性率。在本项研究中，我们针对mNGS检测中由于基因组同源性带来的干扰以及检测体系带来的污染而导致的假阳性问题，提出了有效的改进方法，并对此方法进行了临床应用评价。

2019年7月至2019年9月期间，在北京大学人民医院收集疑似血流感染患者的221份血液样本，在进行血培养和病毒荧光PCR检测的同时进行mNGS检测。本研究每例样本的实验和临床数据均经过临床小组审查，经mNGS检测出的病原体如果与血培养或荧光PCR结果一致，则被认为是确定的血流感染（Definite），对于结果不一致的患者，则由临床小组根据临床多种微生物学检测结果、临床用药和诊断及治疗转归，将mNGS的结果分为Definite, Probable, Possible 和Unlikely，以评价其临床敏感性和特异性（图1）。

经过数据质量控制，最终纳入分析的209份样本中，mNGS共鉴定出53种病原体，所有样本阳性率为110/209(52.6%)。细菌感染是最常见的单病原体感染类型(n=33)，其次是病毒感染(n=10)和真菌感染(n=10)。在本研究中，还发现了多种病原体的合并感染(n=54)，细菌和病毒合并感染是最常见的合并感染类型。在鉴定的病原菌中，最常见的细菌、病毒和真菌分别是大肠杆菌、人疱疹病毒5型和热带念珠菌，分别为32、36和4个样本（图3）。

所有病例中，血培养阳性57例(27.3%)；血培养联合荧光PCR病毒检测，共检出阳性86例(41.1%)；mNGS检测阳性的样本中，经临床小组判定有81例(38.8%)样本检出了明确或可能感染的病原体。总体而言，与血培养相比，mNGS临床敏感性为84.2%，临床特异性为78.3%；与血培养联合荧光PCR病毒检测结果相比，mNGS的临床敏感性和特异性分别为86%和75.6%。而与临床小组结合临床信息的综合判定结果相比，mNGS的临床敏感性为87.1%，临床特异性为80.2%，阳性预测值为77.9%，阴性预测值为88.6%（图4）。

本研究同时分析了mNGS对不同病原体类型的诊断性能，其中细菌的灵敏度和特异性分别为83.6%和84.5%，病毒为84.2%和92.3%，真菌为100%（主要为念珠菌及耶氏肺孢子菌）和97.5%。整个检测体系，在保持了较高的敏感性的同时，特异性有了较好的改善（图4）。

本研究还分析了抗生素对病原菌检测的影响。在未接受抗生素治疗的患者中，mNGS和常规检测的阳性率无显著差异(50% vs 47.4%;p = 0.82)。在接受经验性治疗的患者中，mNGS的阳性率明显高于常规检测（50.9% vs 39.8%;p = 0.039)，研究结果提示对于经抗生素治疗的患者，mNGS相比传统血培养更具优势。

快速、准确地检测血流感染病原菌一直是微生物学和感染性疾病领域的一大挑战。近年来，研究人员一直努力提高mNGS在临床诊断应用中的灵敏度和特异性，但两者却很难同时兼顾。本研究设计了多种方法，在保证灵敏度的同时，有效的去除了由于标本采集、正常人体菌群、实验室试剂和环境菌的污染以及生信分析所带来的假阳性检出，从而提高了检测的特异性。值得注意的是，由于在检测血液中所有微生物cfDNA信号方面的无偏性，mNGS检测报告了比传统方法更高的合并感染比例。因此，在免疫功能低下的患者中，mNGS比传统检测更具有潜在的优势。

总体而言，在临床背景下对mNGS进行定期审查，将是优化mNGS工作流程的一种有效方法，随着工作流程的进一步优化以及成本的进一步降低，未来mNGS将有可能成为识别血流感染病原体的一种快速有效的诊断工具。

该项研究题为“Clinical evaluation of an improved metagenomic next-generation sequencing test for the diagnosis of bloodstream infections”，北京大学人民医院检验科景晨迪、陈宏斌及金匙公司梁永为该论文的共同第一作者，北京大学人民医院检验科王辉教授及金匙公司蒋智博士为该论文共同通讯作者，本研究于2021年6月1日在线发表于Clinical Chemistry杂志(Clin Chem. 2021 Jun 1:hvab061. doi: 10.1093/clinchem/hvab061. PMID: 34060627)。