mNGS解析血液透析导管尖端微生物群
导 读
近日,南方医院移植科苗芸主任团队与迪飞医学合作,前瞻性纳入了40例接受血液透析导管拔除的肾移植围术期患者的临床样本,进行mNGS检测和培养。mNGS和传统培养对细菌的阳性检出率分别为97.09% (200/206)和2.65% (3/113)。同时,研究描绘了肾移植围手术期间透析患者血液透析导管尖端的微生物结构及多样性,填补定植微生物数据库在血液透析导管方面的空白。该研究成果发表在Renal Failure。
研究背景
导管相关感染(CRI)是留置血液透析导管的主要临床并发症之一,是血液透析患者在心血管事件之后的第二大死因。肾移植(KTx)围手术期间留置血液透析导管的患者由于密集使用免疫抑制剂,预防和早期诊断CRI尤其重要。mNGS具有检测周期短、覆盖范围广和灵敏度高等特点。
本研究利用mNGS检测血液透析导管样本和其他体液样本,提高诊断特异性,为预防CRI提供新的见解。
入组患者
40名在住院期间进行血液透析导管拔除的患者参与本研究,其中男性21名。18名在肾移植前进行了导管更换,其中4例疑似CRI;22名患者在肾移植后进行血液透析导管移除,有2例疑似为CRI。共采集了206个临床样本,包括40个导管尖端样本、40个外周血样本、33个导管血样本、33个导管出口皮肤拭子(30个来自颈部,3个来自腹股沟)、32个口咽拭子和28个中段尿液(图1)。上述所有样本均使用mNGS进行检测。导管尖端、外周血和导管血样本同步培养。
图1 A. 206个样本的分析流程图;B. 206个样本中细菌、真菌、病毒占比饼图
研究结果
不同采样点的核心菌群组成
mNGS检测的阳性率为97.09%(200/206),传统培养的阳性率为2.65%(3/113)。206个样本中鉴定出1545种细菌、226种真菌和57种病毒。图2展示了六种样本中优势细菌物种的系统发育组成、检测频率和reads数。
口咽拭子与其他类型样本的reads数存在显著差异(p < 0.001)。导管尖端和导管出口皮肤拭子样本细菌检出频率最高,导管血和外周血样本检出频率最低。导管尖端的细菌检出频率与导管血液(p < 0.001)、外周血(p < 0.001)、口咽拭子(p = 0.009)和中段尿液(p < 0.001)显著不同。导管出口皮肤拭子的细菌检出频率与导管血(p = 0.007)和外周血(p = 0.005)显著不同。除了尿液样本,其他样本中革兰氏阴性菌检出率较高(43.73%)。
图2 六个不同采样点微生物群的系统发育组成
免疫抑制剂和抗生素对导管尖端微生物群的影响
在导管尖端检测到了1298种细菌、194种真菌和24种病毒。变形菌门、放线菌门、厚壁菌门和拟杆菌门是在肾移植前后两组中最常检测到的微生物(图2)。两组共检测到60种优势细菌,其中大多数是革兰氏阴性菌(55.00%,33/60)。两组中检出频率高于50.00%的优势细菌包括藤黄微球菌、干酪短杆菌、奥斯陆莫拉菌和铜绿假单胞菌。患者在肾移植后7天内常规使用头孢哌酮钠舒巴坦钠、卡泊芬净和甲硝唑进行感染预防。这些抗生素对导管尖端和血液中优势细菌的覆盖率仅为23.33%。
此外,抗菌谱中的微生物仍在导管尖端被检测到。肾移植前后两组间菌群多样性没有统计学差异(p>0.050)(图3A,B)。
与临床特征相关的菌群组成
糖尿病组导管尖端菌群α多样性显著高于非糖尿病组(p < 0.010)(图3C)。偶氮假单胞菌、结核硬脂酸棒状杆菌和大肠埃希菌在糖尿病组中丰度均显著高于非糖尿病组(图3D)。在肾移植术后组中,血清肌酐水平与嗜麦芽窄食单胞菌、皮氏罗尔斯顿菌呈负相关。
在肾移植前后两组中,血红蛋白水平与嗜麦芽窄食单胞菌、皮氏罗尔斯顿菌呈负相关,与土地戈登氏菌呈正相关;C反应蛋白水平与皮氏罗尔斯顿菌呈负相关;透析导管放置时间与人型葡萄球菌呈负相关;白细胞计数与土地戈登氏菌呈负相关(图3E)。
图3 微生物群组成与临床特征的相关性
导管尖端微生物来源分析
采用贝叶斯算法溯源分析导管尖端微生物可能来源。发现导管出口皮肤拭子被预测为导管尖端微生物的主要来源(32.51%),其次是外围血(20.95%)和导管血(6.64%)(图4)。此外,约有35.03%微生物不属于这些来源。
图4 其他样本中追踪导管尖端的微生物
结 论
肾移植患者的血液透析导管定植微生物数据库几乎空白,因此难以快速准确区分微生物的定植与感染。作为第一个使用mNGS技术检测肾移植围手术期血液透析导管尖端微生物群的研究,本研究结果可作为数据库的补充,为预防肾移植围手术期的CRI提供新的见解。
该研究使用了迪飞医学mNGS检测技术。
参考文献:
Yan Z, Wang Y, Zeng W, et al. Microbiota of long-term indwelling hemodialysis catheters during renal transplantation perioperative period: a cross-sectional metagenomic microbial community analysis[J]. Renal Failure, 2023, 45(2): 2256421.