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基于微生物游离ＤＮＡ的分子检测技术在感染性疾

病精准诊断中的研究进展

【摘要】感染性疾病的早期病原学诊断对治疗至关重要。微生物游离ＤＮＡ（ｍ

ｃｆＤＮＡ）是存在于血浆、脑脊液等体液中的微生物ＤＮＡ片段，已在临床得

到广泛应用。基于ｍｃｆＤＮＡ的分子检测技术可快速、准确识别细菌、病毒、

真菌和寄生虫等病原体，克服传统检测方法的检测时间长和检测范围窄等诸多限

制，同时ｍｃｆＤＮＡ检测也面临多种挑战。现对基于ｍｃｆＤＮＡ的分子检测

技术在感染性疾病中的病原体诊断原理、临床应用及挑战作一综述。

【关键词】感染；微生物游离ＤＮＡ；病原体；感染性疾病

感染性疾病是由致病微生物（如细菌、病毒、真菌等）或寄生虫侵入人体并

繁殖，通过直接破坏宿主细胞、释放毒素或引发异常免疫反应而导致病理损伤的

一类疾病，病原学的早期诊断对感染性疾病的诊疗和预后改善具有重要价值。循

环游离ＤＮＡ（ｃｅｌｌ-ｆｒｅｅＤＮＡ，ｃｆＤＮＡ）是一种广泛存在于体

液中无细胞状态的胞外ＤＮＡ片段，来源于人体自身及定植或侵入的微生物［１］。

来源于人体自身的ｃｆＤＮＡ已在胎儿产前筛查、监测器官移植后排斥反应、评

估器官功能障碍及肿瘤早期诊断等方面得到广泛应用。近年来，基于微生物游离

ＤＮＡ（ｍｉｃｒｏｂｉａｌｃｅｌｌｆｒｅｅＤＮＡ，ｍｃｆＤＮＡ）的

分子检测技术在感染性疾病精准诊断方面显示出巨大应用价值，主要包括ＰＣＲ、

基因芯片技术和高通量测序技术［又称二代测序（ｎｅｘｔ-ｇｅｎｅｒａｔｉ

ｏｎｓｅｑｕｅｎｃｉｎｇ，ＮＧＳ）技术］等，具有高灵敏性、高特异性、

快速和不易受抗感染药物影响等优势。及时、有效的病原学诊断不仅可在发病早

期快速精准诊治、改善预后、降低病死率、减少耐药发生，而且在减轻家庭、社

会经济负担方面具有潜在价值。现对基于ｍｃｆＤＮＡ的分子检测技术在感染性

疾病中的病原学诊断原理、临床应用及挑战进行综述。

一、ｍｃｆＤＮＡ在病原学诊断中的原理

ｍｃｆＤＮＡ在病原学诊断中的原理主要基于病原体释放至宿主循环系统

的ＤＮＡ片段，通过捕获和分析这些携带遗传信息的片段，实现病原体的精准别

与定量检测。其核心步骤包括：①从患者样本（如血液、尿液或脑脊液）中提取

ｃｆＤＮＡ，其中包含宿主和微生物来源的ＤＮＡ片段。②利用分子生物学技术

对ｍｃｆＤＮＡ进行扩增或测序，以获取病原体的遗传信息。③对测序或扩增产

生的原始数据进行生物信息学分析，并生成病原体检测报告。④结合临床信息进

行诊断。

基于ｍｃｆＤＮＡ的分子检测技术在感染性疾病精准诊断中的应用主要依

赖于ＰＣＲ、基因芯片技术和ＮＧＳ技术。作为分子诊断的基础核心技术，ＰＣ

Ｒ技术通过体外快速扩增特定基因片段或ＤＮＡ序列，实现对ｃｆＤＮＡ中微生

物相关靶基因的扩增与定量检测，从而精准识别病原体。传统ＰＣＲ技术仅可用

于定性，但随着技术革新，衍生出多种具有不同性能优势的检测方法：实时荧光

定量ＰＣＲ实现扩增过程的实时监测及精准定量；数字ＰＣＲ提供绝对定量分析，

显著提升检测的灵敏度和精确度；多重ＰＣＲ可实现多靶基因的同步检测；等温

扩增技术则突破对温度循环的依赖，显著提高检测效率［２-４］。

基因芯片技术通过将数以百计或千计的寡核苷酸探针固定于芯片载体上，利

用高特异性的核酸扩增结果，可同时检测多种病原体核酸序列。该技术具有高通

量、高度并行化和微型化等特点，适用于大规模筛查和多重感染检测［５］。作

为分子诊断领域的前沿技术，ＮＧＳ在ＰＣＲ和基因芯片技术的基础上实现革命

性突破，对数万个ＤＮＡ片段进行平行测序，实现高通量检测［６］。基于ｍｃ

ｆＤＮＡ的ＮＧＳ技术主要包括宏基因组学高通量测序（ｍｅｔａｇｅｎｏｍｉ

ｃｎｅｘｔ-ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｓｅｑｕｅｎｃｉｎｇ，ｍＮＧＳ）和

靶向高通量测序（ｔａｒｇｅｔｅｄｎｅｘｔ-ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｓｅｑ

ｕｅｎｃｉｎｇ，ｔＮＧＳ）技术。ｍＮＧＳ技术可对单个样本的所有生物基因

组进行无偏移测序，全面分析样本中已知和未知病原体，适用于复杂、未知或新

发病原体筛查［７］。ｔＮＧＳ技术则将靶向富集与高通量测序相结合，通过多

重ＰＣＲ或杂交捕获技术富集特定病原体的靶向序列及其毒力和（或）耐药基因

序列，简化生物信息学分析流程［８］。与ｍＮＧＳ相比，ｔＮＧＳ具有灵敏性

高、耗时短、检测成本低的优势，适用于已知病原体快速鉴定及耐药／毒力基因

分析。然而，该技术受限于预设的病原体靶向探针／引物库，由于其对特定病原

体靶向序列的富集特性，可能导致非靶向基因