NEJM：新一代测序技术挽救危重病男孩

一个14岁男孩患上一种神秘的脑炎，这种疾病使他入院六周，并一度陷入药物引起的昏迷状态。但是，通过新一代的DNA分析工具，他的病情突然好转并快速恢复，这表明，即使医生没有嫌疑对象时，也可以用新的DNA分析工具来揭示危及生命感染的原因。

根据加州大学旧金山分校（UCSF）医学实验室的华裔教授Charles Chiu介绍，在对脑脊髓液和血液进行分析仅仅48小时后，该男孩就得到了快速的诊断和成功治疗，这预示着强大的“下一代测序（NGS）”技术在解开传染病谜团中的更广泛应用，不仅可用于前沿的研究机构，而且可用于随处可见的、医生可以接近的临床实验室。相关研究结果发表在2014年6月4日的《新英格兰医学杂志》（New England Journal of Medicine），Chiu是这项案例研究的资深作者。【原文下载】

Chiu实验室开发的工作流程，极大简化了疾病病原体的遗传检测，用NGS技术大大缩短了样品采集和可行诊断之间所需的时间，帮助威斯康星大学的一个医疗小组挽救了年轻患者的生命。

这项NEJM研究，将更快DNA测序、日益增长的基因组数据库（用于识别病原体和其他生物体）和更先进的计算分析工具（快速分析数百万个数据点）融合起来。这个流程能够使研究人快速测序，同时识别患者样本中的所有DNA，而无需培养或靶定特定的传染病原体。

Chiu指出：“从成本和周转时间的角度来看，这是一项非常强大的技术，已成为切实可用的临床实验室常规实施技术。”目前，一些临床实验室可提供NGS检测，以确定临床试验中的癌症突变，并确定出生缺陷相关的突变，但直到现在，NGS一直被视为过于缓慢和费力，因此对常规的传染病诊断不太有用。

本文共同作者、UCSF生物化学和生物物理学主席、霍华德休斯医学院（HHMI）研究人员Joseph DeRisi，是使用新基因组技术来识别以前未知的病原体（如SARS冠状病毒）的领先者，他指出，现在用一个单项检测，花费几千美元的成本，基本上就能检测到任何病原体。

DeRisi首先接触的是男孩的医生——威斯康星大学麦迪逊分校医学和公共健康学院的儿科和医学教授James Gern博士以及一项较早研究的合作者。然后，他邀请UCSF其他科学家致力于NGS技术，包括Chiu和DeRisi实验室的一个成员Michael Wilson博士（神经学助理教授，该研究的第一作者）。

最初几周，在威斯康星大学经过昂贵的检测和程序，并没有发现疾病的原因，在USCF实验室应用强大的NGS流程，最终带来了明确无误的诊断。

微生物感染的早期检测没有发现任何线索。相反，男孩的临床实验结果和病史——他出生时具有严重联合免疫缺陷病（SCID），似乎表明更可能是一个免疫反应引发了他的疾病。威斯康星大学的医生给他施用了糖皮质激素——通常用于自身免疫性脑炎的一种有效疗法，但是男孩的病情却恶化了。他出现了严重的脑积液和无法控制的癫痫发作，只在药物引起的昏迷后才平息下来。

同时，在USCF，Wilson和Chiu实验室合作，从患者的脑脊液和血液样本及一个对照样本中，产生了1000万个不同的DNA序列。医学研究人员使用Illumina的MiSeq DNA测序仪——最近被美国食品和药品管理局批准用于临床诊断实验室，经过一个通宵就完成了测序。

Chiu研究小组开发了一种分析工具，称为SURPI，同时发表在《Genome Research》的文章描述了这种工具，可让科学家们能够更迅速地将来自患者样本的DNA，与美国国家生物技术信息中心维护的GenBank进行比对。他们发现，来自患者脑脊液的300万个DNA序列中，有475个不同的DNA序列是来自一种称为钩端螺旋体（Leptospira）的细菌。虽然在脑脊液中检测到了钩端螺旋体，但并没有证据显示，在患者血液和阴性控制样本中也存在钩端螺旋体DNA。

Chiu说，这项DNA序列分析只需要96分钟。以前，利用相同硬件平台上的计算机软件进行的类似分析，将需要24小时或更多的时间。

更具体地说，研究人员确定，男孩已经感染了钩端螺旋体属的细菌（Leptospira santarosai），这种细菌原产于加勒比海和更温暖的地方。威斯康星和UCSF的医生建议，用低风险的抗生素治疗——青霉素，医疗小组决定不用临床批准的试验确诊而进行治疗。治疗消除了感染，在治疗开始三周后，患者被允许从ICU病房出来。在入院后第76天，经过住院康复治疗，他能够出院返回家中。

在治疗开始后，没有标准的临床试验可以立即进行确诊。在治疗5个月后，美国疾病控制和预防中心的工作人员，通过修改他们用于钩端螺旋体的标准测试，最终确证了UCSF的诊断。

在美国，大约有2万人（主要是儿童），每年因脑肿胀脑炎入院，有4000多人因脑膜炎入院。在几乎一半的脑炎病例中，并没有发现病因，然而，这项NEJM案例指出，如果不能将传染与自身免疫区分开来，可能会引起更严重的病情。

回想起来，这个男孩在入院一年以前，曾随家庭呆在波多黎各，可能在这期间他遇到了细菌。在那之后，他仅经历了间歇性的头痛、发烧和其他症状。这些症状虽然可以初步得到改善，但是最终他的病情更加严重，在发现钩端螺旋体之前，他在四个月内曾三次入院。

根据Chiu介绍，然而目前还没有监管机构批准将NGS检测传染疾病用于商业临床检验室的常规诊断。NEJM案例中使用的实验诊断程序，是在临床实验室中，根据所有规范实验室共用的标准操作流程进行的。他希望在几个月内获得批准，能够在UCSF临床微生物实验室，为某些类型的传染病，提供一种NGS诊断检测。

原始出处：

Wilson MR1, Naccache SN, Samayoa E, Biagtan M, Bashir H, Yu G, Salamat SM, Somasekar S, Federman S, Miller S, Sokolic R, Garabedian E, Candotti F, Buckley RH, Reed KD, Meyer TL, Seroogy CM, Galloway R, Henderson SL, Gern JE, DeRisi JL, Chiu CY.Actionable Diagnosis of Neuroleptospirosis by Next-Generation Sequencing.N Engl J Med. 2014 Jun 4.【原文下载】