Менингит, энцефалит и/или миелит, связанные с инфекциями центральной нервной системы (ЦНС), могут вызывать тяжелые и часто угрожающие жизни заболевания.
Своевременная диагностика и лечение имеют первостепенное значение для улучшения клинических исходов при этих инфекциях, а задержки связаны с увеличением заболеваемости и смертности. Комплексное инфекционное обследование требует сочетания культуральных, серологических и амплификационных тестов на нуклеиновые кислоты. Однако, по разным оценкам, причина менингоэнцефалита остается неизвестной примерно в 50% случаев, что затрудняет клиническое ведение и начало соответствующей и эффективной терапии.
В последние годы клиническое метагеномное секвенирование нового поколения (mNGS) стало комплексным подходом к диагностике инфекционных заболеваний, позволяющим одновременно выявлять широкий спектр микроорганизмов, включая бактерии, вирусы, грибки и паразитов, не ориентируясь на какой-либо конкретный патоген априори. Этот агностический, свободный от гипотез метод может быть особенно полезен при инфекциях ЦНС, дифференциальный диагноз которых широк, клинические проявления совпадают, а объем и доступность образцов спинномозговой жидкости (СМЖ) и биопсийной ткани мозга часто ограничены.
Тест СМЖ mNGS был разработан нами в 2016 году как клинически валидированный анализ метагеномного секвенирования ДНК/РНК, выполняемый клинической микробиологической лабораторией. Предыдущее проспективное исследование продемонстрировало, что этот тест mNGS может повысить эффективность диагностики и предоставить информацию о рекомендуемой терапии при инфекциях ЦНС. В данном исследовании мы попытались оценить клиническую применимость теста mNGS, проводимого в течение 7 лет в рамках диагностической работы с географически широкой популяцией пациентов с подозрением на инфекцию ЦНС, которую трудно диагностировать. Эффективность теста оценивалась по 4828 образцам, включая подгруппу из 1164 образцов от 1053 пациентов, для которых были проведены клиническое обследование и ретроспективный анализ.
Результаты 7-летних испытаний mNGS указывают как минимум на четыре потенциальных клинических показания или «сценария использования» анализа:
(i) обнаружение некультивируемых, труднодиагностируемых организмов,
(ii) широкая диагностика вирусных инфекций,
(iii) выявление редких, неожиданных инфекций и
(iv) помощь в расследовании вспышек заболеваний в системе общественного здравоохранения.
Во-первых, многие привередливые виды бактерий, выявленные с помощью теста mNGS, требуют специальных условий инкубации или обычно не растут в культуре, включая Bartonella henselae, Tropheryma whipplei, Borrelia burgdorferi и Leptospira borgpetersenii. Тест mNGS также выявлял микобактерии и грибки, для выращивания которых в культуре может потребоваться от нескольких недель до нескольких месяцев, включая Histoplasma capsulatum, Mycobacterium tuberculosis, Aspergillus sp., Rhizopus sp. и Coccidioides sp. Эти инфекции не только трудно диагностировать, но и часто требуется большой объем СМЖ для культурального и/или серологического анализа, который может быть недоступен. Важно отметить, что тестирование mNGS позволило не только обнаружить, но и определить виды редких грибковых патогенов, имеющих значение для здравоохранения, таких как Cryptococcus gattii и Fusarium solani.
Во-вторых, mNGS-тестирование может быть полезным для широкомасштабной диагностики вирусных инфекций. В настоящее время большинство клинических микробиологических лабораторий не используют культуру вирусов в диагностических целях, поскольку их обнаружение в значительной степени заменено целевыми анализами амплификации нуклеиновых кислот (NAAT). Однако используемые в клинической практике NAAT-анализы могут выявлять только один или несколько вирусных патогенов.
В нашем исследовании с помощью mNGS-тестирования удалось выявить несколько случаев вирусной инфекции, которые оставались недиагностированными из-за:
(i) отрицательных результатов серологических и/или ПЦР-тестов,
(ii) отсутствия априорного рассмотрения конкретного вирусного диагноза и/или
(iii) отсутствия доступных референсных лабораторных тестов.
Тестирование mNGS было особенно полезно при нейроинвазивных арбовирусных инфекциях, вызванных флавивирусами (вирусы Западного Нила и Повассана), буньявирусами (энцефалит Сент-Луиса, вирусы долины Кэш и Потоси) и реовирусами (вирус клещевой лихорадки Колорадо). Серология, которая обычно используется для диагностики арбовирусных инфекций, может быть ограничена низкой специфичностью, длительным временем выполнения теста, ограниченной доступностью и потенциальными ложноотрицательными результатами из-за иммунокомпрометированного статуса пациента и/или задержки в появлении заметного ответа антител. Примечательно, что, хотя анализы прямого обнаружения могут быть менее чувствительными, учитывая переходный период обнаружения вируса, циркулирующего в СМЖ, тестирование с помощью mNGS все же позволило выявить многие арбовирусные инфекции, даже если серологические тесты были отрицательными. Кроме того, в отличие от NAAT-тестирования, mNGS-тестирование позволяет генотипировать клинически значимые подтипы вирусов, такие как энтеровирусы A71 и D68 в случаях менингоэнцефалита и/или острого вялотекущего миелита.
В-третьих, анализ mNGS может выявить редкие и/или неожиданные инфекции у пациентов с недиагностированной инфекцией ЦНС. Во многих из этих необычных случаев клиническая картина и анамнез нетипичны и поэтому лечащие врачи не рассматривали и не проверяли возбудителя априори. В качестве примера можно привести опасные для жизни и чаще всего смертельные амебные инфекции, вызванные Balamuthia mandrillaris, Acanthamoeba castellanii и Naegleria fowleri. Доступность диагностических тестов для этих паразитов ограничена и микроскопия или NAAT-тестирование СМЖ часто оказываются отрицательными, что требует проведения биопсии мозга для установления диагноза, если нет возможности провести mNGS-тестирование.
Еще два примера неожиданных возбудителей включают случаи инфекции Yersinia pestis у пациента с необъяснимым нейтрофильным менингитом и рецидивирующей инфекции коксакивируса B5 у пациента с идиопатическим поперечным миелитом, у которого иммунитет был ослаблен из-за лечения ритуксимабом. Среди других редких и/или неожиданных патогенов, выявленных с помощью mNGS, но пропущенных при обычном микробиологическом исследовании, - Candida albicans, Toxoplasma gondii, Taenia solium (нейроцистицероз), LCMV и Trypanosoma cruzi. Следует отметить, что целевые диагностические тесты на все эти микроорганизмы доступны в специализированных референс-лабораториях, но не были заказаны из-за отсутствия клинических подозрений.
В-четвертых, результаты клинического mNGS могут помочь в расследовании вспышек для выявления патогенов, имеющих важное значение для общественного здравоохранения. Например, мы сообщали о заражении вакцинным штаммом вируса желтой лихорадки реципиента трансплантата с энцефалитом. Этот случай послужил поводом для расследования Центром по контролю и профилактике заболеваний США (CDC) общенациональной трансплантационно-ассоциированной вспышки, вызванной трансфузионной передачей живого вакцинного вируса желтой лихорадки. Мы также выявили первого в США пациента с инфекцией Fusarium solani, связанной со вспышкой грибкового менингита у пациентов, подвергшихся хирургическим вмешательствам под эпидуральной анестезией.
В настоящее время тестирование mNGS ЦСЖ ограничено и часто проводится в качестве теста «последней попытки», поскольку его роль в алгоритме диагностики инфекций ЦНС еще не определена. Отсутствие руководства по использованию анализа mNGS привело к замедлению его внедрения поставщиками медицинских услуг, в результате чего они не решаются назначать анализ до тех пор, пока он не будет проведен на значительном этапе клинического течения, что снижает доступность для пациентов. В конечном итоге задержка с проведением теста mNGS сужает окно клинических действий и может снизить диагностическую результативность, поскольку титры патогенов со временем снижаются, особенно у пациентов, получающих эмпирическую антимикробную терапию.
Действительно, наши результаты показывают, что диагностический результат был выше в образцах, протестированных в течение 7 дней после взятия СМЖ, хотя различия в результатах не были статистически значимыми. Для подтверждения потенциального преимущества более раннего тестирования mNGS необходимы дальнейшие исследования, которые должны быть сопоставлены с другими факторами, такими как время выполнения, стоимость, доступность и контингент пациентов, подлежащих тестированию (например, пациенты отделения интенсивной терапии или пациенты с ослабленным иммунитетом). Разумной стратегией может быть проведение сначала тестов, которые могут быть выполнены в течение нескольких часов, включая мультиплексные ПЦР-панели, ПЦР на герпесвирусы и тесты на антиген Cryptococcus sp., а затем mNGS, если первый раунд тестирования отрицательный и инфекция остается частью дифференциального диагноза.
Стоимость тестирования mNGS выше, чем стоимость обычных микробиологических тестов. Потенциально затраты могут быть снижены за счет автоматизации и масштабирования. Однако при оценке ценности mNGS следует учитывать клинический контекст его использования. Этот тест исторически использовался у пациентов со сложной картиной подозрения на инфекционный менингит, энцефалит и/или миелит, которые госпитализировались с продолжительностью пребывания от 3 до 13 дней. В популяции тяжелобольных пациентов тестирование mNGS может снизить общие расходы за счет уменьшения количества необходимых тестов и времени постановки диагноза, что может сократить продолжительность пребывания в стационаре и необходимость инвазивных диагностических процедур.
В совокупности наши результаты свидетельствуют о том, что тестирование mNGS должно рассматриваться как дополнительная, но в то же время важная часть обследования пациентов с диагностически сложными инфекциями ЦНС. Дальнейшие исследования клинического воздействия и экономической эффективности тестирования mNGS помогут определить показания и оптимальные сроки проведения анализа.
