文 / 吴若昊教授、敬秋雨博士

2020年世界卫生组织发布全球首份败血症报告，呼吁对这一导致全世界1/5死亡的疾病采取全球行动。根据报告，败血症每年导致1100万人死亡，同时还使数百万人丧失能力，给医疗卫生系统造成了极大的负担和经济损失。另外有研究发现，COVID-19以及其他传染病的危重病人患败血症和死亡的风险更高。报告同时指出，通过及时发现和诊断败血症，可以极大程度降低死亡率。在报告中，世卫组织呼吁全球社会一起行动，开发快速、可负担且准确的诊断工具，以改进败血症的确认、监测、预防和治疗。

什么是败血症？

败血症（sepsis）通常是由感染引起的。当发生感染时，机体免疫系统会被激活，免疫细胞会大量增殖并分泌各种免疫因子去杀死和清除外来感染源。当感染非常严重或者免疫系统反应过于激烈时，免疫细胞就可能无法识别机体自身细胞和外来感染源，从而对自身组织和器官造成伤害。当伤害特别严重时，会引起器官功能衰竭甚至死亡。败血症的致死率非常高，有报道其院内死亡率达27%，重症监护室内的死亡率更是高达42%。遗憾的是，目前对于败血症还没有特定的治疗方案，临床上对病人的护理要求能尽早诊断败血症，从而提供相应的抗感染治疗和器官功能支持治疗。

对败血症的诊断一方面需要鉴定感染病原菌，现在的金标准方法依然是血液培养。但是由于很多微生物现在是无法培养的，这种方法可检测的微生物种类受到了很大的限制。败血症诊断的另一方面是需要衡量器官损伤程度。目前临床上有一些评分标准，比如较为常用的器官衰竭评估分数（sepsis-related organ failure assessment score，SOFA score）。然而有研究表明，这些评分指标对于败血症的早期诊断依然不尽人意。

什么是血液游离DNA？

血液中游离DNA（cell-free DNA，cfDNA）是指血液中游离在细胞外的DNA片段，通常是由死亡的细胞释放到血液当中的。大部分的cfDNA来自于人体细胞，占比可达80%以上。在血液中，人体cfDNA通常与核小体或其他蛋白缠绕在一起，从而不会被血液中的DNA酶消化。另外有一小部分cfDNA可能来自于微生物或者通过食物摄入。

利用血液游离DNA诊断败血症

在败血症发病过程中，微生物感染以及机体器官损伤会导致大量细胞死亡，包括微生物细胞和人体细胞，从而导致更多的DNA片段释放进入血液。来自香港科技大学的研究者观察到，相对于非败血症病人，败血症病人血浆cfDNA的水平确实有显著升高。更重要的是，血液cfDNA同时包含有人源cfDNA和微生物cfDNA片段。人源cfDNA方面，研究者观察到，在败血症病人中，人源cfDNA片段在基因组上的分布波动性更大，更加不均一。由于cfDNA片段化模式跟核小体在基因组上的位置相关，而核小体的位置分布会决定基因表达，从而客观上跟其所在的细胞和组织类型相关。因此cfDNA的片段化模式可以反映出其组织或器官起源，而败血症病人血液cfDNA分布的变化，可以在一定程度上反应病人多器官损伤情况。另一方面，利用微生物cfDNA，研究者可以准确鉴定细菌感染。

图1. 败血症病人人源cfDNA分布模式

在最后评估cfDNA诊断败血症的潜力时，研究者综合了人体和微生物cfDNA的信息，结果可以达到非常高的准确性，且可以在病人进入重症监护室的当天达到诊断目的，这对于败血症的早期诊断具有重要意义。

图2. 血液cfDNA诊断败血症结果评估

血液cfDNA用于败血症诊断除了具有很高的准确性以外，另一个好处是，由于血液样品相对容易获取，取血对病人来讲是一种相对非侵入的方式，尤其是对危重病人，其造成的伤害更小。综合这些因素，血液游离DNA具有成为败血症诊断的生物标志物的巨大潜力。

图3. 血液游离DNA用于诊断败血症

吴若昊教授简介

吴若昊教授，香港科技大学生命科学部和化学及生物工程系副教授。主要从事微流控与基因组学技术的跨学科研究与开发应用，发展了一系列单细胞转录组测序以及基因组测序的实验分析方法，并将这些技术应用于基础生命科学机制研究以及人类疾病相关问题。2015年与其他数名斯坦福大学学者共同创立基因编辑科技医疗公司Agenovir，旨在利用基因编辑技术彻底根治传染病，并在初创阶段成功完成1000万美元A轮融资。2019年, Agenovir被成功收购。2016年入选《麻省理工科技评论》亚太地区“35岁以下科技创新35人”，并于2018年被评为世界经济论坛青年科学家。

学生简介

敬秋雨博士，香港科技大学生命科学系博士，南开大学本科毕业，主要研究背景为宏基因组测序、体外诊断、单细胞组学。博士期间作为第一作者在Molecular Cell，Clinical Chemistry等期刊发表多篇宏基因组学及新冠相关论文。2021年被选参加新加坡Global Young Scientist Summit。

由香港科技大学主理出品的【教授专栏】，汇集来自不同领域教授的学术成果、前沿论断及知识科普，用最新鲜的视角解读社会动态，以最前沿的角度解释科技奥秘。期待通过香港科技大学的平台，聚合更多新锐观点，打造出一期又一期生动又深刻的【教授专栏】！

-end-