Диагностика детских лихорадочных заболеваний с использованием мультиклассовых молекулярных сигнатур РНК крови (аннотация)Диагностика детских лихорадочных заболеваний с использованием мультиклассовых молекулярных сигнатур РНК крови
Инфекционные и воспалительные заболевания являются наиболее частыми причинами обращения детей за медицинской помощью.
При первичном обращении детей в медицинские учреждения клинические бригады сталкиваются со значительными трудностями в надежной дифференциации распространенных вирусных инфекций, бактериальных инфекций (потенциально серьезных) и менее распространенных воспалительных заболеваний с помощью существующих тестов. Обычные диагностические тесты не могут с достаточной скоростью и точностью различить множество потенциальных этиологических факторов, чтобы обосновать первоначальное лечение.
Микробиологическая диагностика на основе культуры проводится медленно, а молекулярные методы диагностики работают быстрее, но их возможности ограничены патогенами, включенными в панель, и положительные результаты могут выявить патогены, которые не являются причиной текущего заболевания, особенно при исследовании респираторных проб. Инфекция может быть вызвана как одним возбудителем, так и взаимодействием нескольких организмов, что ограничивает возможности выявления вирусных патогенов. Инфекции часто локализуются в труднодоступных местах (например, в легких), поэтому выявление патогенов в доступных местах, таких как кровь, моча или спинномозговая жидкость, часто оказывается отрицательным даже при наличии тяжелых инфекций.
Для большинства воспалительных заболеваний в настоящее время не существует единого теста, подтверждающего или опровергающего диагноз, поэтому у пациентов с такими заболеваниями, как болезнь Кавасаки или ювенильный идиопатический артрит, диагноз часто устанавливается только после длительной госпитализации, лечения предполагаемой инфекции и проведения многочисленных исследований. В результате ограничений существующих методов диагностики окончательный диагноз ставится менее чем 50% детей, обращающихся в отделение неотложной помощи с лихорадкой, и только половине детей, поступающих в детскую реанимацию с подозрением на инфекцию.Учитывая эту диагностическую неопределенность, многие пациенты без бактериальной инфекции неоправданно лечатся антибиотиками широкого спектра действия, чтобы снизить риск пропуска тяжелой бактериальной инфекции, что способствует росту проблемы устойчивости к противомикробным препаратам.
Микрочипы экспрессии генов и, в последнее время, секвенирование РНК (RNA-seq) открыли альтернативный подход, при котором инфекционные или воспалительные заболевания характеризуются уникальными паттернами экспрессии генов хозяина в крови пациентов, что позволяет обойтись без прямого выявления патогена. В литературе все чаще встречаются данные о том, что с помощью транскрипционных сигнатур в цельной крови можно дифференцировать конкретные инфекционные и воспалительные заболевания от состояний со сходными признаками, в том числе отличить бактериальные инфекции от вирусных, идентифицировать малярию, вирус денге, респираторно-синцитиальный вирус, ротавирус и туберкулез и провести диагностику воспалительных заболеваний, таких как системная красная волчанка.
Предыдущие исследования, использующие экспрессию генов для диагностики, были направлены на упрощенное бинарное разграничение: один против одного (например, бактериальный против вирусного) или один против всех (например, туберкулез против других заболеваний). Однако в клинической практике существует иерархия диагностических категорий, и необходимо рассматривать множество потенциальных этиологий и определять приоритетность каждой из них в зависимости от степени риска. Мы предположили, что по ограниченному числу генных транскриптов, измеренных в крови пациентов, можно одновременно различать несколько инфекционных и воспалительных заболеваний.
Для исследования этой гипотезы мы применили мультиклассовый подход к отбору признаков и классификации на основе оператора наименьшего абсолютного уменьшения и отбора (LASSO) и регрессии Риджа к геномным данным экспрессии РНК 1212 лихорадящих детей из 12 общедоступных массивов данных микрочипов экспрессии генов, представляющих 18 категорий заболеваний, с учетом клинических рисков, связанных с неправильной диагностикой, в качестве "весового коэффициента ценности". Выявлен 161 транскрипт, который с высокой степенью достоверности предсказывает широкую категорию заболевания (бактериальная, вирусная, воспалительная, малярия, туберкулез), а также конкретные возбудители и заболевания.
Кросс-платформенная валидация сигнатур была проведена на независимой когорте пациентов (n = 411), у которых экспрессия генов была измерена в цельной крови методом РНК-секвенирования. Полученные нами данные подтверждают концепцию, согласно которой характер экспрессии одного набора транскриптов в крови каждого пациента может быть использован для диагностики широкого спектра инфекционных и воспалительных заболеваний.
Полученные нами данные свидетельствуют о возможности классификации лихорадочных заболеваний по одному образцу крови и открывают путь к новому подходу в клинической диагностике. Данное исследование позволяет доказать принципиальную возможность использования одной панели РНК-транскриптов для отнесения пациентов с лихорадкой и неспецифическими клиническими и лабораторными признаками к различным этиологическим группам на основании одного образца цельной крови. В сочетании с технологическими достижениями в области диагностики, позволяющими быстро и по доступной цене измерять РНК-транскрипты, мультиклассовый диагностический тест для лихорадочных заболеваний может позволить обойти длительные клинические диагностические процессы и сократить задержки с постановкой диагноза, ошибки в постановке диагноза и ненужное лечение антибиотиками, что окажет значительное влияние на глобальное здравоохранение.
