宏基因组二代测序肺结核及病原体特征分析

doi:10.3877/cma.j.issn.1674-6902.2024.06.025

目的

分析宏基因组二代测序（metagenomic next-generation sequencing，mNGS）对肺结核的诊断意义，及肺结核病原体特征和呼吸道微生物组成。

方法

选择2022 年2 月至2023 年12 月我院收治的疑似肺结核患者55 例，采集支气管肺泡灌洗液及痰液标本，比较痰结核分枝杆菌（Mycobacterium tuberculosis，MTB）培养、痰涂片镜检、mNGS 检查诊断肺结核。利用生物信息学处理mNGS 测序数据，分析病原体特征及呼吸道微生物组成。

结果

55 例疑似肺结核者中确诊阳性39 例（70.91%），痰涂片镜检阳性29 例（52.73%），mNGS 检查阳性38 例（69.09%）。 mNGS 检查灵敏度92.31%、准确度90.91%高于痰涂片镜检（P＜0.05）。 mNGS 检查显示病原体100 株，其中肺结核61 株，包括细菌30 株（49.18%）、病毒19 株（31.15%）、真菌12 株（19.67%）；非肺结核39 株，包括病毒21 株（53.85%）、细菌11 株（28.21%）、真菌7 株（17.95%）。肺结核病原体类型以细菌为主，包括结核分枝杆菌复合群、鲁兰德氏无色杆菌。非肺结核病原体类型以病毒为主，包括人类β 疱疹病毒7 型病原体。肺结核者与非肺结核者下呼吸道微生物组成差异显著。肺结核者主要病原体为结核分枝杆菌复合体，其次为流感嗜血杆菌、大肠杆菌和克雷伯菌等。非肺结核者微生物组成多样化，病毒病原体人类γ-疱疹病毒4、人类β-疱疹病毒7 和人类β-疱疹病毒5 相对丰度高。丰度差异分析显示，结核分枝杆菌在肺结核者中含量高于非肺结核者（P＜0.001）。

结论

宏基因组测序快速确定感染的病原体类型，分析呼吸道微生物组成，对肺结核诊断或其他呼吸道感染具有临床意义。

关键词: 肺结核, 痰涂片镜检, 痰结核分枝杆菌培养, 宏基因组二代测序, 呼吸道微生物组成

图1 患者肺部CT 影像结果。注：A：48 岁，女肺结核合并感染、局部实变；B：59 岁，男，肺结核合并空洞；C：61 岁，男，肺结核合并局部支气管扩张；D：48 岁、女，肺结核合并双肺支气管扩张

表1 痰MTB、痰涂片镜检、mNGS 检测肺结核结果比较（例）

痰MTB（金标准）	痰涂片镜检		mNGS检查
痰MTB（金标准）	阳性	阴性	阳性	阴性
阳性	25	14	36	3
阴性	4	12	2	14
合计	29	26	38	17

表1 痰MTB、痰涂片镜检、mNGS 检测肺结核结果比较（例）

痰MTB（金标准）	痰涂片镜检		mNGS检查
痰MTB（金标准）	阳性	阴性	阳性	阴性
阳性	25	14	36	3
阴性	4	12	2	14
合计	29	26	38	17

表2 痰涂片镜检、mNGS 对肺结核诊断价值比较（%）

诊断方法	灵敏度	特异度	准确度
痰涂片镜检	64.10	75.00	67.27
mNGS检查	92.31	87.50	90.91
χ²值	9.101	0.820	9.290
P值	0.003	0.365	0.002

表2 痰涂片镜检、mNGS 对肺结核诊断价值比较（%）

诊断方法	灵敏度	特异度	准确度
痰涂片镜检	64.10	75.00	67.27
mNGS检查	92.31	87.50	90.91
χ²值	9.101	0.820	9.290
P值	0.003	0.365	0.002

表3 疑似肺结核患者病原体特征比较［株（%）］

病原体类型	肺结核	非肺结核	统计值	P值
细菌	30（49.18）	11（28.21）	4.326	0.038
结核分枝杆菌复合群	8（13.11）	0	5.559	0.018
流感嗜血杆菌	5（8.20）	1（2.56）	1.338	0.247
大肠杆菌	3（4.92）	2（5.13）	0.002	0.962
肺炎克雷伯菌	3（4.92）	6（15.38）	3.182	0.074
金黄色葡萄球菌	3（4.92）	2（5.13）	0.002	0.962
肺炎支原体	2（3.27）	0	1.304	0.253
鲍曼不动杆菌	2（3.27）	0	1.304	0.253
皮氏不动杆菌	2（3.27）	0	1.304	0.253
其他	2（3.27）	1（2.56）	0.041	0.838
真菌	12（19.67）	7（17.95）	0.045	0.830
烟曲霉	5（8.20）	2（5.13）	0.344	0.557
黑曲霉	3（4.92）	0	1.977	0.160
隐球菌	2（3.27）	5（12.82）	3.327	0.068
其他	2（3.27）	0	1.304	0.253
病毒	19（31.15）	21（53.85）	5.107	0.024
人类γ疱疹病毒4型	7（11.47）	4（10.25）	4.812	0.028
人类β疱疹病毒7型	4（6.58）	12（30.77）	10.375	0.001
人类β疱疹病毒5型	2（3.27）	1（2.56）	0.041	0.838
人类β疱疹病毒6B型	2（3.27）	0	1.304	0.253
扭转病毒29型	1（1.64）	2（5.13）	0.995	0.318
乙型肝炎病毒	1（1.64）	0	3.718	0.024
SEN病毒	1（1.64）	1（2.56）	0.103	0.747
其他	1（1.64）	1（2.56）	0.103	0.747
合计	61（100.00）	39（100.00）	/	/

表3 疑似肺结核患者病原体特征比较［株（%）］

病原体类型	肺结核	非肺结核	统计值	P值
细菌	30（49.18）	11（28.21）	4.326	0.038
结核分枝杆菌复合群	8（13.11）	0	5.559	0.018
流感嗜血杆菌	5（8.20）	1（2.56）	1.338	0.247
大肠杆菌	3（4.92）	2（5.13）	0.002	0.962
肺炎克雷伯菌	3（4.92）	6（15.38）	3.182	0.074
金黄色葡萄球菌	3（4.92）	2（5.13）	0.002	0.962
肺炎支原体	2（3.27）	0	1.304	0.253
鲍曼不动杆菌	2（3.27）	0	1.304	0.253
皮氏不动杆菌	2（3.27）	0	1.304	0.253
其他	2（3.27）	1（2.56）	0.041	0.838
真菌	12（19.67）	7（17.95）	0.045	0.830
烟曲霉	5（8.20）	2（5.13）	0.344	0.557
黑曲霉	3（4.92）	0	1.977	0.160
隐球菌	2（3.27）	5（12.82）	3.327	0.068
其他	2（3.27）	0	1.304	0.253
病毒	19（31.15）	21（53.85）	5.107	0.024
人类γ疱疹病毒4型	7（11.47）	4（10.25）	4.812	0.028
人类β疱疹病毒7型	4（6.58）	12（30.77）	10.375	0.001
人类β疱疹病毒5型	2（3.27）	1（2.56）	0.041	0.838
人类β疱疹病毒6B型	2（3.27）	0	1.304	0.253
扭转病毒29型	1（1.64）	2（5.13）	0.995	0.318
乙型肝炎病毒	1（1.64）	0	3.718	0.024
SEN病毒	1（1.64）	1（2.56）	0.103	0.747
其他	1（1.64）	1（2.56）	0.103	0.747
合计	61（100.00）	39（100.00）	/	/

图2 肺结核与非肺结核微生物组成与多样性差异。注：A：堆叠条形图两者前20 个主要微生物属相对比例；B：点阵图对比特定微生物在两者中的丰度差异，*：显著差异；C：方框图描述两者微生物多样性（香农指数）；D：基于Bray-Curtis 差异的主坐标分析样本间微生物群落差异，红点和蓝点分别代表肺结核和非肺结核

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Analysis of pathogen characteristics in pulmonary tuberculosis by metagenomic second-generation sequencing

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