在最新發(fā)布的全球高疾病負擔(dān)排行榜上看出，呼吸道感染仍然位于全球死因的前列（如圖1）。引起呼吸道感染的病原具有種類多、變異頻、含量低的特點，往往還存在復(fù)雜的共感染[1]，使得呼吸道感染的病原檢測診斷難度較大。因此，呼吸系感染性疾病的病原學(xué)診斷一直是呼吸系感染性疾病領(lǐng)域的重點和難點問題。

圖1：全球高疾病負擔(dān)排行榜

（一）病原學(xué)診斷的挑戰(zhàn)

在呼吸道病原學(xué)診斷上的挑戰(zhàn)主要來自四個方面：（1）病原種類多，但傳統(tǒng)認知的感染病原種類有限，檢測范圍受限；（2）呼吸道作為開放的腔道，復(fù)雜人體共生微生物的存在會干擾檢測結(jié)果；（3）新發(fā)或罕見人類感染病原的鑒別受到檢測技術(shù)影響；（4）自然界潛在可感染人類的微生物識別尚不完全。

前沿技術(shù)的發(fā)展極大促進了對新發(fā)病原的認識，如「新冠病毒」等的發(fā)現(xiàn)和鑒定，提高了對病原譜組成的認知范圍；人體微生物組研究領(lǐng)域的發(fā)展，豐富了對感染病原的認識，發(fā)現(xiàn)的特定呼吸道微生物組組成與呼吸道感染的關(guān)聯(lián)，產(chǎn)生了可完善教科書的知識；但在病原學(xué)診斷中，復(fù)雜的人體共生微生物成為不可忽視的干擾因素。目前人類對于病原體的認知還比較有限，據(jù)估計全球有約100萬種病毒，但已發(fā)現(xiàn)可感染人類的病毒僅有200多種[2]（如圖2），自然界中尚有大量的潛在感染人類的病原有待認識，這成為病原學(xué)診斷面臨的巨大挑戰(zhàn)。

圖2

（二）病原病因?qū)W診斷能力提升感染性疾病診療能力

呼吸道是與外界直接相通的器官，每天吸入的空氣中含有大量的微生物，部分可能成為感染病原。針對多種病原，能否第一時間確定其種類，完成病因?qū)W診斷，這是提升我們的感染性疾病診療能力的關(guān)鍵。國內(nèi)外的呼吸道感染病原學(xué)研究表明，即使用靈敏的分子生物學(xué)方法篩查病原，也有近50%的病例無法找到明確病原學(xué)證據(jù)[3~7]（圖3）。針對不明原因感染，尤其是新發(fā)突發(fā)的呼吸道傳染病疫情，能否第一時間鑒定到病原，對國家和社會安全則是具有至關(guān)重要的意義。

圖3

（三）檢測技術(shù)驅(qū)動病原學(xué)診斷的發(fā)展

病原學(xué)診斷的發(fā)展由檢測技術(shù)來驅(qū)動的?；仡櫜≡瓕W(xué)診斷歷史，從革蘭氏染色和培養(yǎng)，到確證病原的科赫氏定律，發(fā)展到現(xiàn)代的PCR方法、Sanger測序法和下一代測序方法等，技術(shù)的進步使得感染病原學(xué)領(lǐng)域研究快速積累了大量的數(shù)據(jù)，促進了對感染病因?qū)W的認識。但是，在臨床實踐中，檢測病原的收益等仍處于不斷討論和形成共識的過程中。

（四）病毒檢測的臨床收益

2021年美國胸科協(xié)會評估了疑似社區(qū)獲得性肺炎(Community acquired pneumonia，簡稱CAP）的患者開展流感病毒以外的其他病毒的檢測的臨床收益[8]。認為門診病例可做流感病毒檢測，但對于流感以外的病毒，考慮到臨床診療的收益不大，不建議進行常規(guī)的篩查。對于住院病例，推薦常規(guī)篩查流感病毒，不推薦常規(guī)檢測流感病毒以外的病毒。對于重癥CAP和免疫功能低下的人員推薦篩查是否存在其他的病毒以及支原體和衣原體等非典型病原體。上述不推薦常規(guī)篩查流感病毒以外的其他病毒，是由于循證的依據(jù)不足。因為是否檢測流感病毒以外的病毒，對于是否縮短抗生素使用時長和住院時長，并無明確的臨床收益。我國學(xué)者基于多中心的臨床病原學(xué)研究認為非流感病毒在導(dǎo)致的疾病嚴重程度和臨床轉(zhuǎn)歸上與流感病毒具有同樣重要的作用[9]。觀點存在爭議的原因是由于該類研究設(shè)計還十分有限，進一步需要完善研究設(shè)計，更關(guān)注臨床收益，通過數(shù)據(jù)積累增加證據(jù)強度。

雖然檢測非流感病毒對門診和住院的普通肺炎病例臨床收益不顯著，但在重癥CAP患者，由于可能存在多種病原的共感染，也可能是流感病毒以外的其他病毒導(dǎo)致的重癥感染，因此，對重癥CAP患者增加流感病毒以外的其他病毒檢測在抗病毒藥物的使用方面，仍具有很好的數(shù)據(jù)參考價值。

明確病原譜，提供循證依據(jù)，才能促進呼吸道感染的精準診斷。因此，感染的病原病因?qū)W診斷是臨床診斷的重要參考依據(jù)已經(jīng)是共識；但對流感病毒以外的其他病毒的檢測的收益方面，仍需要更多的呼吸道感染病原學(xué)研究數(shù)據(jù)的支撐。

作者所在的課題組在呼吸道感染病毒病原學(xué)方面開展多年的研究，目的是為改變臨床實踐提供數(shù)據(jù)參考。我們提出的問題一是門診急性呼吸道感染和成人CAP患者，除了檢測流感病毒，其他病毒有無增加的必要？二是對于輕癥的成人CAP患者，是否有必要檢測多病原，檢測頻次如何？三是對呼吸道局部微生物組特征的認識和分析，能否作為呼吸道感染潛在的新型的生物標識？

（一）研究設(shè)計

急性呼吸道感染病例病毒組成特征是什么？通過與全國的同行合作，基于統(tǒng)一的病例入組標準，統(tǒng)一的操作規(guī)程和檢測方法，開展樣本的采集和病原檢測（如圖4）。

圖4

門診患者常見的呼吸道病毒感染種類包括流感病毒（IFVs A/B/C）、副流感病毒（HPIVs1/2/3/4）、呼吸道合胞病毒（RSV-A/B）、人冠狀病毒（HCoVs），人偏肺病毒（hMPV）、博卡病毒（HBoV）、腺病毒（HAdVs）和鼻病毒（HRVs）。

我們把能夠感染人類呼吸道的病毒分屬于7個科，28種屬。在迄今入組的1萬余呼吸道感染數(shù)據(jù)中，能夠檢測到上述所有科屬病毒的流行。

（二）門診急性呼吸道感染病毒檢出情況

在門診病例中，共有61%病例多病原檢測結(jié)果為陰性（如圖5）。在所有檢出的病毒中，IFVA/B占據(jù)了67%[9]，這組數(shù)據(jù)支持前文提到的對門診病例首要推薦檢測IFVs。如果同時檢測IFVs和EVs，或IFVs EVs RSV，則占陽性檢出的92%[10]。上述研究發(fā)現(xiàn)提示，在門診病例病原學(xué)診斷中，是否通過分類檢測的方式，在可控的收費情況下，更大程度的獲取陽性檢出結(jié)果，是否可增加病人收益，還需要進行更嚴謹?shù)难芯吭O(shè)計來給出科學(xué)依據(jù)。

圖5

（三）門診和住院呼吸道感染病例病原譜差異顯著

分析兒童的呼吸道感染病原學(xué)數(shù)據(jù)（如圖6），我們發(fā)現(xiàn)兒童呼吸道感染門診和住院患者病原的分布差異顯著，RSV在住院的病例中檢出率較高，而IFVs在門診病例中檢出率更高。經(jīng)過歸因分析，HAdvs和RSV單獨感染、IFVs RSV共感染是患兒住院的危險因素。

圖6

（四）國外成人CAP常見呼吸道感染病原的檢出

2021年的《自然綜述- Disease Primers》雜志發(fā)表的一篇綜述指出成人CAP患者中IFVs、HRVs和肺炎鏈球菌檢出率最高[11]（如圖7）。

圖7

2015年《新英格蘭醫(yī)學(xué)雜志》報道了美國CAP病例病原學(xué)數(shù)據(jù)（如圖8），顯示病原檢出率最高的是HRVs，其次是IFVs，病毒的檢出率高于細菌[12]。我們的數(shù)據(jù)則顯示，國內(nèi)呼吸道感染多病原中細菌檢出率高于病毒，可見不同國家呼吸道感染的病原譜的差異比較大。提示在本土病原學(xué)研究的基礎(chǔ)上，針對性地建立呼吸道感染病原檢測策略。

圖8

（五）小結(jié)

1、呼吸道感染病例門診和住院病原譜組成特征提示可開展病原學(xué)的分級診斷；

2、門診病例，是否可建立基于年齡的病原分級檢測；

3、我國成人CAP病原譜與歐美國家存在差異，提示需優(yōu)化診療指南。

隨著人體微生物組功能研究的不斷深入，對于呼吸道感染的概念也從單一病原感染變成共生菌穩(wěn)態(tài)失調(diào)?；诤粑牢⑸锝M去發(fā)展新的生物標識物，已經(jīng)成為全球的發(fā)展熱點。現(xiàn)有研究表明，呼吸道微生物組和慢性阻塞性肺疾病、哮喘、囊性纖維化、肺炎、肺癌等不同類型疾病的進展都有密切關(guān)聯(lián)。

（一）呼吸道微生物組的生物標識作用

人體微生物組能否作為感染的生物標識，其在感染病因?qū)W上的貢獻度有多大？目前尚無明確的答案。課題組基于新冠病毒感染者開展了相關(guān)研究，發(fā)現(xiàn)新冠肺炎病例與非新冠病毒感染的CAP及健康組比較，微生物組組成有顯著差異[13]（如圖9）。這提示感染微生物組組成與疾病之間可能具有規(guī)律性的關(guān)聯(lián)。

圖9

（二）突破性分子診斷技術(shù)：宏基因組學(xué)

基于人體微生物組的感染新理念的提出，依賴于新技術(shù)的發(fā)展，特別是宏基因組檢測技術(shù)發(fā)揮了不可或缺的重要作用，以下交流這一技術(shù)的應(yīng)用和優(yōu)化方向。宏基因組學(xué)（Metagenomics Next Generation Sequencing, mNGS），是對DNA/RNA高通量測序的方法，用于病原學(xué)檢測，可一次完成對樣本中的細菌，真菌，病毒和寄生蟲等自然界已知微生物的檢測。

目前，利用宏基因組學(xué)技術(shù)解析感染病例的病原組成，技術(shù)上已經(jīng)建立了基本的操作流程，這一方法也廣泛用于病原檢測監(jiān)測、未知病原檢測鑒定、疾病微生物組學(xué)分析。但這一方法還存在很多待優(yōu)化的內(nèi)容。

1、宏基因組測序在病原分析中的優(yōu)化要求：

①降低人源宿主干擾，富集病原體；

2、宏基因組測序在病原學(xué)診斷中的提升指標：

①更加革新，適應(yīng)臨床檢測「剛需」，協(xié)同其他技術(shù)體系，傳統(tǒng)培養(yǎng) 藥敏：耐藥基因 病原體 菌株毒力；

3、技術(shù)方法應(yīng)用的適宜性

宏基因組學(xué)技術(shù)的使用，其「門檻」高于常規(guī)PCR分子方法。近兩年國內(nèi)外發(fā)表了多項專家共識，對宏基因組技術(shù)的使用場景和技術(shù)方法提出建議。為了更好的推進方法的臨床可及性，應(yīng)在有技術(shù)實力的醫(yī)院開展臨床應(yīng)用研究，不斷優(yōu)化相關(guān)技術(shù)方法。適應(yīng)當(dāng)前的診療模式，規(guī)范化的開展多層多種技術(shù)的覆蓋，在大醫(yī)院、社區(qū)、家庭和重點場所分層次地配備適合的檢測方法和手段，有助于更高效的提高病原檢測能力。

（一）多組學(xué)整合分析

在關(guān)注患者感染病原學(xué)的診斷同時，多樣化技術(shù)手段的應(yīng)用，可同時獲得人體、微生物組以及病毒組的組成數(shù)據(jù)。結(jié)合新的模型算法，有助于從多組學(xué)角度探索臨床精準診療標識。在2018年發(fā)表的一項研究中，基于多組學(xué)整合分析，可以通過宏基因組和人體轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)來區(qū)分下呼吸道感染，陰性預(yù)測的能力已經(jīng)達到了100%[14] 。

（二）人工智能技術(shù)

2020年《細胞》雜志上發(fā)表可利用人工智能的方法去輔助做新冠肺炎的診斷，其準確率、靈敏度、特異性都很好[15]。但這一技術(shù)的使用、其算法和模型是否具有泛適性，還需要更多的數(shù)據(jù)支撐。

（三）系統(tǒng)生物學(xué)

在鑒定感染性疾病病原時，既要關(guān)注感染病例的臨床轉(zhuǎn)歸和結(jié)局，也要警醒是否存在新病原。而同樣，在新發(fā)突發(fā)病原導(dǎo)致的新發(fā)突發(fā)傳染病防控上，需要要兼顧考慮到病原體本身和被感染宿主，這恰恰就是大數(shù)據(jù)組合帶來的優(yōu)勢。未來，數(shù)據(jù)的組合分析和新型的算法，會為我們在呼吸系感染性疾病的診斷，尤其是其精準的診斷上提供更多的思路和參考。

（四）小結(jié)

1、明確呼吸道感染病原譜組成特征可為推進病原病因?qū)W診斷提供關(guān)鍵基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；

2、住院肺炎病例病原學(xué)診斷的檢測頻次，重視住院期間呼吸道病毒等共感染對疾病轉(zhuǎn)歸的影響；

3、宏基因組病原檢測技術(shù)的應(yīng)用場景以及結(jié)果解讀，要充分考慮到它適應(yīng)性；

4、人體多組學(xué)研究成果的積累以及人工智能的發(fā)展等將為感染病原學(xué)的精準診斷提出更多的創(chuàng)新性診斷策略和方法。

本文完，排版：Jerry