儿童发热性疾病不再成“谜”！柳叶刀子刊携手Somascan破译蛋白质密码，精确识别发热真凶
2024-05-17
中科新生命
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当前一个常见的临床挑战在于无法准确地区分发热儿童是由细菌感染还是病毒感染所致，这使得难以确定哪些个体需要抗生素治疗。通过深入研究宿主对感染的反应，可以获得有价值的见解，并有助于识别出具有诊断潜力的感染生物标志物。
英国伦敦帝国理工学院医学院儿科和儿童健康中心儿科传染病科联合其他重点单位的专家学者在国际顶尖医学期刊柳叶刀子刊上The Lancet Digital Health发表了创新研究成果“A multi-platform approach to identify a blood-based host protein signature for distinguishing between bacterial and viral infections in febrile children (PERFORM): a multi-cohort machine learning study”。该研究旨在通过招募在医疗机构就诊时有发热或在过去72小时内有发热史的儿童，识别宿主蛋白生物标志物，以便将来发展为能够区分细菌和病毒感染的准确、快速的现场检测。
研究队列
使用了前瞻性纳入EUCLIDS研究、瑞士儿科脓毒症研究、GENDRES研究和performance研究的患者样本，招募日期从2011年9月1日到2019年12月31日。
研究方法
血清和血浆样本取自EUCLIDS研究、瑞士儿科脓毒症研究和GENDRES研究的参与者，血浆样本取自PERFORM研究的参与者。作为招募过程的一部分，由临床团队成员采集样本，并在-80℃下运输和储存。血清样本用SomaLogic 的SomaScan处理，血浆样本用两种液相色谱质谱联用的方法处理，MS-A数据集使用EUCLIDS研究招募的患者血浆样本，MS-B数据集使用PERFORM研究招募的患者血浆样本。进行蛋白质生物标志物鉴定研究(即高通量筛选阶段)。高通量筛选阶段后，使用Luminex和ELISA对最重要或最常选择的候选生物标志物进行了定量分析，验证了最终的蛋白质生物标志物。
图1 实验流程
研究结果
1. 队列的蛋白质特征分析
376名儿童的血清或血浆样本用于鉴定细菌感染的蛋白质生物标志物，其中79名儿童提供了血清用于生成SomaScan数据集，147名儿童提供了血浆用于生成MS-A数据集，150名儿童提供了血浆用于生成MS-B数据集（表1；图1)。
表1 蛋白质生物标志物发现的患者的临床和实验室特征
在SomaScan数据集中，细菌感染和病毒感染之间共有431种蛋白质的丰度存在显著差异（Benjamini-Hochberg调整后p<0.05），其中细菌感染中有198种蛋白质的丰度高于病毒感染，233种蛋白质的丰度低于病毒感染（图2A）。在MS-A数据集中，有54种蛋白质细菌和病毒感染之间的丰度存在显著差异，与病毒感染相比，细菌感染中有20种蛋白质的丰度更高，34种蛋白质的丰度更低（图2B）。在MS-B数据集中，97种蛋白质在细菌和病毒感染之间有显著差异，其中28种蛋白质与病毒感染相比，细菌感染中的蛋白质含量更高，69种蛋白质含量较低（图2C）。
图2 每个数据集差异丰度分析的火山图
在高通量筛选阶段共鉴定出35种蛋白质生物标志物候蛋白，并考虑在特征细化阶段使用一组独立样本进行定量，包括细菌感染中更丰富的18种蛋白质和病毒感染中更丰富的17种蛋白质(表2)。
表2 从高通量筛选阶段确定的候选蛋白质列表
找到的蛋白靶标进行Luminex或ELISA检测，其中5个蛋白在细菌感染中上调，8个在病毒感染中上调。比较Luminex和Luminex-ELISA标记(SELE、IL18、NCAM1、SAA1、ANGPT2)的ROC曲线（图3）。
图3 特征细化阶段和特征验证阶段的ROC曲线
小结
本文通过使用多个患者队列和平台的严格多阶段研究，发现并随后验证了各种蛋白质生物标志物，确定了六种特征蛋白(即SELE、IL18、NCAM1、NGAL、IFN-γ和LG3BP)，可准确区分发热儿童中明确的细菌感染和明确的病毒感染。这六种特征蛋白可作为一种基于血液的快速诊断检测，用于区分发热儿童的细菌和病毒感染。
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