三、锻造精准感染病学

2015年3月，科技部召开了国家首次精准医学战略专家座谈会，预示其将为我国医学发展带来一场新的改革，即对个体健康水平进行预测或评估，然后进行针对性的干预或治疗。精准医学体系包括从基因、分子、细胞、整体健康与疾病进行评估和预测，包括行为、生活和环境等多种因素的影响。那么，在这场医学的革命性改变过程中，感染性疾病能否获得长足进步？闻玉梅院士有如下探讨[闻玉梅. 精准医学与微生物感染——实施精准感染病学的探讨. 微生物与感染，2016，11（5）：258－261]。

（一）感染病因的精准医学

在疾病的病因分析中，人类对病原体的研究，是现代医学最重要的进步之一。因此，有学者认为“感染病的病因明确，是精准医学的优选切入点”。

进一步分析病原微生物的致病性与发展，耐药性是不可忽视的一个重要因素。鉴于病原微生物不断产生耐药性，迄今在精准诊断中已发展了不少检测微生物耐药的技术，并针对耐药机制研发了新型抗微生物药物。另一方面，某些病原微生物可导致持续性感染，不是药物所能治愈或控制的，如人类免疫缺陷病毒（HIV）、乙型肝炎病毒（HBV）、结核分枝杆菌、布氏杆菌等。针对这些微生物的致病机制是精准感染病学较明确的研究方向，在精准医学的大局下势必成为微生物感染研究中的重点。HBV 基因型不同，生物学性能也不同。近年来研究发现，在乙型肝炎的免疫治疗中，无论是用干扰素还是治疗性疫苗，B基因型 HBV 感染者的疗效均较C基因型好。又如人乳头瘤病毒（HPV）中，某些型别具有更高的致癌性，而目前推广的宫颈癌预防疫苗仅包括这些型别。又如流行性感冒（简称流感）病毒中H5N1的致病率与致死率均高于季节性流感病毒H3N2等。由此可见，进一步研究不同病原微生物的致病性是实施精准感染病学的一个有意义的方向。

（二）感染机体的精准医学

机体是感染过程中除病原体以外的另一个重要方面。某些先天性免疫缺陷机体如先天性γ球蛋白缺陷儿童或T细胞免疫缺失者更易发生感染，且预后不良。机体某些器官的畸形也易引起感染，如先天性髓质海绵肾幼儿会发生反复泌尿系统感染，先天性心瓣膜畸形者易患细菌性心内膜炎等。另一方面，当免疫细胞因遗传而发生变化时如缺乏CCR5受体则对HIV感染有一定的抵抗力。又如在严重急性呼吸综合征（SARS）及禽流感中，有的患者出现“细胞因子暴发”（cytokine storm）性应答而导致死亡。乙型肝炎患者中，少数会突发重症肝炎，均与机体应答有关。

迄今，对精准机体免疫系统的基因组分析仅处于有限的了解水平。鉴于感染中病原体作为病因一般较清晰，而个体在一定条件下有不同的应答与结果，因此对应答异常者的免疫系统进行基因组学分析有可能揭示机体因素在精准感染病学中的地位与作用。根据不同病原微生物感染，有针对性地分析感染者的免疫基因组学，比对未知或错综复杂病因的疾病进行盲目的基因组解析更有价值，可创新性地开拓用于预防或治疗感染者的新途径。目前，有学者根据注射疫苗后个体产生抗体的血清学分析，提出了系统疫苗学或系统免疫学的概念，值得重视[11]。

（三）精准感染病学构想

1. 群体性

即获得大量健康或疾病的大数据资料，对此类数据进行认真的整合与分析。结合感染病学，可分析30～40年来我国耐药菌的变迁，进行精准性研究；也可将突发性传染病如甲型肝炎、禽流感、埃博拉病毒病及麻疹再复发等资料整合，进行创新性的分析；也可以疫苗应答进行群体应答性分析，利用已有资料，综合农村和城市，确定调研的传染病项目及问题，结合已有的检测数据、体质、诊断指标、预后等因素，可在不需重新建立队列的情况下获得有学术价值的精准医学资料。

2. 综合性

感染中可几种疾病并存，如同时存在代谢病或肿瘤。可对这些资料进一步分析，综合患者的家庭情况、生活环境、工作状态、心理状况、社会经历，精心设计并针对性地选择，有序地进行大数据的对比与分析。

3. 预示性

精准医学的一个重要特点是要有预示性，这也是其创新性所在。预示性需通过运用先进的、相对简单的、科学性强的技术，预测我国群体微生物与感染的一些关键问题。值得指出的是，“大数据”不仅包括数据收集，还要开发一批先进技术，包括对获得数据进行既有理论指导又可体现科学价值的分析，要通过综合性人才将获得的数据进行有效、快速地融合与整合，因此需培养多元化、学科交叉性的人才。在感染性疾病中，应致力于研究预示疾病的危险因素与疾病发展的因素，如炎症与纤维化的关系和过程、炎症与癌变的关系和过程，从而可早期预示并发症，早期预示机会感染的因素。达到这些要求需要长远设计，如在队列中建立长期随访，观察群体感染与遗传、环境、生活方式的相关性。通过预示性干预，可达到精准预防医学的效果。

4. 靶向性

在设定感染性疾病精准医学的目标时，应尽可能确定靶点。目前，在持续性感染中应寻找构成感染导致严重后果的生物标记，或寻找针对危害人类健康的主要微生物及其产物的创新性药物或措施。如在乙型肝炎治疗中，以HBV表面抗原（HBsAg）为靶点，则需研究产生和分泌 HBsAg 的机制及其对机体各器官的作用等。在结核病研究中，可针对细菌在机体内潜伏及被激活的机制。对HIV感染，可重点研究其基因整合入宿主细胞基因组的新机制。总之，在精准感染病学中要选好靶点，打阵地战、歼灭战。

5. 个体化

要利用现有的先进技术，力求在群体中找出个体特征。目前在抗肿瘤研究中，除检测某些抑癌基因如ｐ53是否有突变外，可分析免疫治疗中程序性死亡配体1 （programmed death ligand 1，PD-L1）表达的高低或对PD-L1抗体的疗效进行预测，就是多元化检测向个体化发展的例子。闻玉梅院士在治疗性疫苗“乙克”的研究中发现，当患者的血浆及 HBsAg中有4种微小RNA（micro RNA）表达低下时，应答效果更好。因此，在现有的浩瀚研究资料中，应尽量集中于揭示个体在治疗中的应答。

（四）下一代测序技术在精准感染病学中的应用

由于病原微生物具有强大的进化能力和对各种环境高度的适应能力，感染性疾病存在一些亟待解决难题，例如疾病的早期诊断、机体的耐药性、疾病的有效预防和救治等。下一代测序技术（NGS）被认为有望改变临床微生物学的认识，是一种研究感染性疾病流行病学的便捷高效的技术，可以为精准感染病学开疆扩土中建功立业[刘鹏飞，任贺. 精准医疗在感染性疾病中的应用. 生物医学工程与临床 2017，21（1）：96-102]。

1. 基于病原微生物基因组学的应用

（1）基于细菌基因组学的应用：目前，细菌基因组学研究已经在感染性疾病精准医疗的很多环节展开，并且正在快速发展。有人将肠道细菌基因组学应用于感染性疾病流行病学分析，也有将NGS筛选出来的生物标记用于病原细菌的鉴定与监测，还有人将其用于研究病原细菌的系统发育和进化特征。

（2）基于病毒基因组学的应用：目前，人们应用NGS技术，在丙型肝炎病毒（HCV）、人类免疫缺陷病毒（HIV）、甲型流感病毒等基因组学研究取得了很大进展，为其流行病学和耐药性研究提供了数据支持，此外还包括巨细胞病毒、爱泼斯坦-巴尔病毒、乙型肝炎病毒、诺如病毒、鼻病毒、轮状病毒、水痘-带状疱疹病毒等，也获得了很多成果。

（3）基于其他病原微生物基因组学的应用：2013 年，有人用Illumina 测试平台获取了阴道拭子的宏基因组，发现沙眼衣原体的染色体和质粒，说明宏基因组数据具有强大的从多个类群的细菌分型诊断标本的潜力。还有人通过对衣原体检测试剂盒的测序，发现引物与衣原体基因组的同源性可能导致假阳性的结果。日本科学家用 NGS 技术比较曲霉菌病患者的全基因组，揭示基因缺失与发生烟曲霉慢性感染的可能性间关系。最近，人们首次完成了对东方巴贝斯虫顶质体的全基因组序列的检测，他们的研究有利于水牛巴贝斯虫病的安全有效的治疗。

（二）重要的标记基因和精准治疗策略

1. 甘露糖受体 1 型

从 2010 年耐碳青霉烯类“超级细菌”出现以来，抗菌素耐药已经成为一个人类健康最严重的威胁。虽然黏菌素包括新德里金属-β-内酰胺酶1（NDM-1）超级病菌在内的许多革兰氏阴性杆菌有效，但近期发现甘露糖受体1型（MRC-1）基因可以通过质粒介导多黏菌素类药物的耐药性，携带该基因接合性质粒极易传播扩散。通过对 MRC-1 基因的分子结构、作用机制、传播特性进行研究，对相关耐药菌的监测、流行病学研究及指导用药具有重要意义。2015 年 12月 17 日，《柳叶刀感染性疾病》杂志在线发表了中国科学院朱宝利等对多黏菌素耐药基因 MRC-1 的比较基因组分析文章，收集了来自不同国家的1 267 例人体样本，对 MRC-1 基因在目前所有已知的 31 000 多个细菌基因组、4 500 多个元基因组、980万个人类肠道微生物基因中的分布和序列的差异进行比较基因组分析，发现在368个已测序的中国人肠道样品中 3 例人肠道细菌中含有 MRC-1 基因的完整序列，24 例含有 MRC-1 基因片段，这些结果表明MRC-1基因已经传播到中国健康人的肠道细菌中，并且早在 2011 年或之前已经在欧洲出现。

2.2  16S rRNA

16S rRNA 基因是细菌上编码 rRNA 相对应的DNA 序列，存在于几乎所有细菌的基因组中，具有高度的保守性和特异性，是一个诊断细菌病原体的重要的生物标记。根据 16S rRNA 基因，可以分析复杂的微生物种群，进行生物多样性研究， 即宏基因学研究。应用 NGS 技术检测16S rRNA 基因，有望实现病原菌快速、微量、准确、简便的分类鉴定和检测。

3. 维甲酸诱导基因Ⅰ

维甲酸诱导基因Ⅰ（RIG-Ⅰ）是细胞内识别病毒双链 RNA的一种受体，具有抗病毒作用，并参与炎症反应、细胞增殖分化、吞噬或细胞凋亡、免疫调节等。人们发现RIG-Ⅰ对感染性疾病的病理研究和个性化治疗具有重要意义。

（三）应用前景

作为一种新的理念，精准医疗在感染性疾病中的应用面临很多挑战。虽然 NGS 能够快速获得病原体和患者原始测序数据，但是这些数据必须整合成与疾病的预防、诊断和治疗直接相关的信息，从而便于临床医生直接采用。这就需要大量的生物信息学数据分析和医学解读工作，然而目前大量基因的具体的生物功能、参与通路及相关药物信息是不明确的，即检测的基因序列绝大部分无法解释。

应用 NGS 或者其他高通量测序技术检测病原微生物的基因组信息，并在分子层面对致病基因、耐药基因及其他重要的标记性基因深入解读，有望部分实现精准医疗的目的，例如感染性疾病的早期诊断、控制传播、精准治疗、良好预后等。要想实现精准医疗针对每一个患者的遗传、分子或细胞学信息的个体特征而制定的医疗模式，很多问题亟待解决，例如新基因的发现与挖掘、大量基因解读工作的开展、检测分析工具的创新、临床个性化治疗的积累等。