
【摘要】重症监护病房(ICU)患者侵袭性肺曲霉病(IPA)的诊断至关重要,因为大多 数临床症状并非侵袭性真菌感染的特有症状。检测IPA应考虑不同的标准,除宿主因 素和放射学征象外,还应符合微生物学标准。有不同微生物诊断方法,与传统的基于 培养的方法(如染色和培养)相比,非基于培养的方法可以提高灵敏度并缩短获得结 果的时间。除了真菌生物标志物,如半乳甘露聚糖和(1,3)-β-D-葡聚糖作为非特异性 工具外,基于分子的方法也可以检测耐药决定因素,新型生物标志物或靶点的检测前 景广阔。在这篇综述中,我们评估并讨论了非培养微生物学方法(半乳甘露聚糖、(1,3)- β-D-葡聚糖、曲霉PCR、新型生物标志物/靶点)对ICU患者IPA诊断的价值。【关键词】曲霉菌;曲霉病;真菌感染;ICU;半乳甘露聚糖;(1,3)-β-D-葡聚糖
侵袭性肺曲霉病(IPA)最常见于血液系统恶性肿 瘤患者,如急性髓细胞白血病和急性淋巴细胞白血病 (AML,ALL)。但其他免疫抑制性疾病或特殊情况,如肺 部病毒感染或长期住在重症监护病房(ICU)也是诱发 IPA的危险因素。在一项多中心研究中,进行了多变量分 析以确定死亡风险,在152例侵袭性真菌感染患者中有 92例患者(60.5%)死亡。IPA的诊断至关重要,因为有各 种非真菌特异性的标准。欧洲癌症研究和治疗组织及真 菌研究组(EORTC/MSG)根据是否符合共识标准将IPA定 义为三个等级(确诊、可能和很可能)。这些标准包括患 者的宿主因素(例如既往疾病或免疫抑制治疗)、临床特 征(放射学征象、典型解剖侧异常)和真菌学证据(培养 或显微镜检测呼吸道样本中的真菌结构以及生物标志物 检测,如半乳甘露聚糖(GM)抗原或(1,3)-β-D-葡聚糖 (BDG)和DNA检测)。
1. (1,3)-β-D-葡聚糖:它与基于培养的方法 相比,非基于培养的方法(例如GM和BDG)可减少鉴 定IPA 所需的时间,尽管建议将血清和BAL样本中的 GM作为早期检测IPA的可靠标志物,但EORTC/MSG对侵 袭性真菌病(IFD)的共识定义将BDG列为真菌学证 据,但不建议将其用于临床试验或定义IPA,因为BDG 对任何侵袭性真菌疾病都没有特异性。对于BAL等其 他样本,数据各不相同,也没有组织或联盟提出官方 建议。BDG是大多数医学上重要真菌的主要细胞壁成 分,在IFD期间,被释放到血液和组织中。隐球菌、 接合菌(犁头霉、毛霉和根霉)和皮炎芽生菌除外, 这些菌含量很少或不含BDG,因此,在感染这些真菌 时检测不到葡聚糖。在2016年的一项荟萃分析中,Shi 等人报告称,BAL BDG检测的灵敏度和特异性远低于血 清BDG(分别为52%和58%),且具有高度异质性的局 限性。研究队列包括接受和不接受免疫抑制的患者以 及来自ICU和普通病房的患者,即使在排除异常研究 并重新评估后,性能特征仍然很差(灵敏度为45%, 特异性为62%)。
2. 半乳甘露聚糖:有大量的数据表明在BAL样本 中使用不同的GM试验来鉴定IPA。目前有三种不同的 检测方法,经典的GM检测方法有酶联免疫吸附试验 (ELISA,EIA)、化学发光免疫测定(CLIA)和侧向层 析测定(LFA)。
(1)痰液样本检测:痰样本GM检测对囊性纤维 化患者具有特殊的适应症。在这种情况下,GM检测与 其他检测结果(如总IgE、抗烟曲霉IgG和IgE、PCR) 一起用于对曲霉病(支气管炎、定植、致敏)进行分 类。目前关于血液病患者痰样本中GM的研究仅有1项, 当临界值为1.2时,灵敏度为100%,BAL样本灵敏度为 66.7%,血清样本为83.3%。特异性为62.2%。在一些研 究中,对非免疫功能低下患者的痰样本进行了GM检 测。在慢性肺曲霉病患者中,与临床诊断相比,痰样 本GM的灵敏度为77%,特异性为71%。与标准培养和IgG 阳性相比,当痰样本GM的临界值为0.71时,灵敏度和特 异性分别为77%和78%。
在COPD患者中,支气管扩张患者的痰液中GM OD指 数(为3.7)高于无支气管扩张患者(0.7)。痰液GM的 检测结果与曲霉菌培养和PCR阳性结果相关。在另一项 研究中,用培养、PCR和GM方法检测了过敏性支气管肺 曲霉病(ABPA)(n=33)和慢性肺曲霉病(n=126)患 者的痰液样本。培养阳性率为13%,以1.0、4.5、6.5为 临界值,GM检测的灵敏度分别为87%、67%、69%,特异 性分别为31%、65%、80%。在一项研究中使用了38例确 诊/很可能曲霉病的免疫正常患者(74%的COPD或支气管 扩张症)和89例非曲霉菌病患者的诱导痰样本,研究 了PCR,培养,GM和LFA的诊断效用。痰液样本GM(OD 指数>2)和BAL GM(>1.0)的灵敏度相似(分别为 84%和86%),但痰样本中GM的特异度低于BAL(87% vs. 94%),LFA的特异性为91%,但灵敏度(63%)低于BAL GM。综上所述,在无法进行BAL采样的非免疫力低下患 者中,痰液样本GM检测分析可能有助于曲霉菌病的诊 断。到目前为止,还没有研究对不同公司的痰样本检 测方法进行比较。
(2)BAL样本检测:GM检测在血液肿瘤患者BAL 中的作用已被广泛研究。在一项荟萃分析中,当临界 值为1.0时,灵敏度为85%,特异性为86%。更新后的 EORTC/MSG共识定义建议BAL样本中GM EIA(Platelia) 的临界值为1.0,灵敏度为75-86%,特异性为94-95%。无论血液系统恶性肿瘤是否为基础疾病,灵敏度和特 异性相似(灵敏度为85%/87%,特异性为91%/89%)。如果血清/血浆显示OD≥0.7,则BAL结果为≥0.8也应解 释为相关结果。在包括188例患者(COPD 35例,免疫 抑制153例)的大型研究中,当使用≥1.0的临界值时, 灵敏度为77.4%,特异性为96.2%。COPD患者的灵敏度 (66.7%)低于免疫抑制患者(87.8%),但两组患者的 特异性几乎相同(94%-96%)。在COPD队列中,当使 用≥0.5的临界值时,灵敏度提高至88.9%,但特异性降 低至88.4%。在另一项研究中,1.25是最佳临界值,在 COPD患者中灵敏度为90.9%,特异性为96.3%。建议临界 值为0.8。
在流感相关曲霉病中,一项关于病例定义的提案 自2020年起建议BAL临界值为1.0。在COVID-19患者中, 在大流行开始时仅建议限制使用支气管镜检查,以保 护BAL采样人员免受因气溶胶产生而导致的潜在感染风 险,在这种情况下,这些患者首选其他样本,例如气 管分泌物。对于这种样本,使用了≥1.0的临界值。此 外,在机械通气患者中,微量误吸含GM的肠内营养可 能是一个破坏因素。最后,气管分泌物的缺点是这种 物质通常是黏液样的,通常需要试验前稀释。总体而 言,机械通气患者的最佳临界值尚不明确。在一项针 对32例使用机械通气的ICU患者的小型研究中,BAL和气 管分泌物均表现出几乎相同的灵敏度和特异性,临界 值≥1.0。2020年ECMM/ISHAM CAPA管理共识标准将GM-EIA定义为BALs单一临界值>1.5,非支气管镜下BALs 单一临界值>4.5。如果存在多种物质,则临界值>1.2 被归类为阳性。对于痰液,使用的值>4.5。对241例 COVID患者呼吸道样本的结果显示,当使用Koehler等人 描述的临界值时,曲霉菌PCR和GM-EIA的灵敏度均为 90%,特异性为77%。在一项气管分泌物与BAL进行比较 的研究中,BAL使用≥1的临界值,气管分泌物使用≥2 的临界值,结果灵敏度为75%,特异性为81.2%。在之前 的一项研究中,同一研究小组定义的临界值为2.0,GMEIA的灵敏度为57.1%,特异性为81.5%,GM侧向层析检 测的灵敏度为60%,特异性为72.6%。
在一项CAPA研究中,对BAL样本的GM-EIA和GM-LFA 进行了分析。所有研究样本均归类为疑似CAPA。BAL中 的GM-LFA显示出与经典GM检测相似的诊断能力,但诊 断CAPA的速度更快。与BAL培养相比,GM-LFA的灵敏度 为60.6%、特异性为88.9%、PPV为71.4%,NPV为83.1%。GM-EIA对BAL样本的灵敏度为54.5%、特异性为91.7%、 PPV为75%,NPV为81.5%。结果表明,在没有GM-EIA检 测的情况下,GM-LFA可用作替代方法。在一项多中心 研究中,比较了BAL GM和GM-LFA对IPA诊断的作用, 共纳入296例患有各种疾病的患者(65%没有潜在的血 液系统恶性肿瘤)。病例分为确诊(2例)、很可能 (56例)、推测(30例)、可能(45例)和无IA(162 例)。BAL样本的LFA检测显示出对IPA的可靠诊断性 能,作者建议,无法快速进行GM检测的情况下,LFA 可作为一种快速检测方法。LFA可以区分可能/推定或 确诊的IA与无IA,曲线下面积(AUC)为0.865(95%CI 0.815-0.916),其中88例有IPA患者,162例无IPA患 者。当ODI临界值为1.5时,灵敏度和特异性分别为74% 和83%,当ODI临界值为1.0时,灵敏度为82%,但特异性 较低,为73%。
Scharmann等人在一项研究中比较了两种LFA方法 (Olm和IMMY)的诊断能力。纳入200例BAL样本,包括 24例血液系统恶性肿瘤患者(12%)、22例实体肿瘤患 者(11%)、34例实体器官移植患者(17%)、18例自 身免疫性疾病患者(9%)、41例肺病患者(20.5%)、 18例心脏病患者(9%)、39例其他疾病患者(19.5%) 和4例无资料患者(2%)。检测后,所有样本均不能确 定为IPA。两种检测方法的总体一致性为84%,其中IMMY 的灵敏度和特异性分别为88.9%和55.1%,Olm的灵敏度 和特异性分别为93.3%和46.1%。作者得出结论,在以 印记标准为特征的异质性ICU患者中,LFA结果阴性可 用于排除IPA。在2008年的一项研究中,Meersseman等 人研究了GM在BAL和血清中的作用。共纳入110例ICU患 者(恶性血液病、恶性肿瘤、实体器官移植、激素使 用、免疫抑制治疗、Child C级肝硬化和HIV感染)。BAL 液GM检测的灵敏度和特异性分别为88%和87%,而血清 GM检测的灵敏度仅为47%。26例确诊病例中11例BAL培 养和血清GM均为阴性,而BAL-GM均为阳性,作者讨论 了BAL-GM检测在排除ICU内IA中的作用。不同研究计算出的灵敏度/特异性之间存在明显差 异。这是因为有些作者使用了经过调整的临界值,而 有些作者则没有使用。从上述研究中可以得出一些结 论:首先,在GM检测中,BAL样本似乎比血清或血液 更可靠。其次,BAL-GM检测法似乎具有最高的特异性 /灵敏度,但目前还缺乏临床标准。因此,目前正在对 LFA等检测方法的效率进行研究,一些研究已经证明了 其良好的诊断性能。
3. BAL中曲霉的PCR检测:PCR检测是临床最常 用的检测方法之一。过去几年中,有多篇论文讨论了 PCR检测不同患者群体BAL作为IPA诊断工具的性能。在 对市售PCR检测的回顾中,发现不同患者组的灵敏度 为68-94%,特异性为80-98%。Scharmann等人评估了 三种PCR检测法在免疫功能低下患者中检测IPA,在这 项研究中,不同制造商之间的差异明显。统计分析显 示,灵敏度在60.0%-80.0%之间不等,特异性在73.2%- 96.7%,PPV在26.7%-70.0%,NPV在95.4%-96.8%。
4. 诊断方法的组合:随着CAPA的出现及其高死亡 率,对IPA诊断的需求日益明显。一些研究公布了 GM 和PCR检测法在非血液病患者中的联合诊断能力,与仅 使用其中一种方法相比其诊断能力有了显著提高。一 项针对63例CAPA患者进行BAL样本分析的研究评估了曲 霉菌对通气患者的重要性,本研究采用了BAL-GM/血清-GM或BAL-PCR等检测方法。17%的患者被诊断出很可 能患有CAPA,但并非所有患者都有IPA的EORTC/MSG宿 主因素。PCR、BAL GM和血清GM的灵敏度(范围)分别为 44%(13.7-78.8)、55.6%(21.2-86.3)和33.3%(7.5- 70.1),特异性(范围)分别为94.3%(80.8-99.3)、 94.3%(80.8-99.3)和97.1%(85.1-99.9)。对于15例 筛查结果呈阳性(20%)但BAL GM结果呈阴性的患者 中,有3例患者可以停止治疗。他们的结论是,曲霉菌 培养、分子检测或抗原检测结果呈阳性并不一定表明 患者感染了曲霉菌。一项针对101例ICU患者(大多为 COVID-19或免疫力低下的非COVID-19患者)的BAL液的 研究表明,BAL中的曲霉菌-PCR可提高BAL GM的诊断准 确性。在ICU COVID-19组中,59例患者中15例被确诊为 CAPA,在ICU非COVID-19组中,3例患者有推定的IPA, 24例患者无推定的IPA。在免疫功能低下组中,13例 患者被诊断为确诊/很可能的IA,而12名患者无IA。曲 霉菌PCR灵敏度为64%(95%CI 47-79),特异性为99% (95%CI 93-100)。曲霉菌PCR灵敏度在ICU COVID-19患 者中为40%(95%CI 19-64),在非COVID-19 ICU患者中 为67%(95%CI 21-93),在免疫功能低下患者中为92% (95%CI 67-98)。
5. 新型生物标志物/靶点:近年来,已经发表了 多项研究,探讨在危重病或高危患者中检测IA的新生 物标志物或新靶点。对IPA发病机制的认识确定了纤 毛上皮和先天免疫系统(包括常驻肺泡巨噬细胞和树 突状细胞以及募集的炎症细胞)之间的相互作用,这 是抵御吸入真菌孢子的第一道防线。这些细胞表达大 量免疫受体,感知病原体基序并驱动控制先天和适应 性免疫反应的细胞因子和趋化因子的分泌。问题是, 细胞因子和趋化因子的特定炎症特征是否是IA所特有 的。在一项研究中,将IPA患者BAL样本中的细胞因子谱 与匹配的对照患者进行了比较,结果表明,一组肺泡 细胞因子可以显著区分曲霉菌病例感染与未感染者之 间的差异,此外,据报道,两组高度相关的细胞因子 (IL-1β、IL-6、IL-8、IL-17A、IL-23和TNFα)在IPA 病例和对照组之间存在差异表达。IL-8是效果最好的 细胞因子,肺泡水平≥904pg/mL可预测IPA,其灵敏度 (90%)、特异性(73%)和NPV(88%)均有所提高。这是首个包括BAL样本的同类研究。据报道,高水平的 血清IL-8是IPA可靠的血液生物标志物。细胞因子在ICU 的COVID-19患者中也发挥着重要作用,并且是发展为 CAPA的风险因素。COVID-19中发生的细胞因子风暴非 但没有激活针对可能的机会性感染的有效免疫反应, 反而会导致免疫系统失调。在重症COVID-19中表达的 细胞因子模式与重症IPA有一些相似之处(即TNF-α、 IL-1、IL-6、IL-8、IL-10水平高,IFN-γ水平低)。到目前为止,尚不存在评估COVID-19患者细胞因子作为 IPA诊断标志物的研究。
另一个初步显示出诊断IPA前景的生物标志物是三 乙酰基镰刀菌素C(TAFC),TAFC是一种真菌特异性 分子,由数量有限的霉菌(其中包括烟曲霉)产生, TAFC是一种分泌型铁载体。在一项包括15例IPA患者 和29例对照的44份样本的研究中,TAFC鉴别很可能 /确诊与非IPA的AUC为0.601(0.425-0.777,n.s)。联合TAFC后,BAL-GM的灵敏度从53%提高到73%(ODI GM临界值1.0),从73%提高到87%(ODI GM临界值 0.5)。最近的另一项研究评估了现有的和新型生物标 志物检测,结果表明,在38例确诊/很可能的IPA患者 中,只有3例能检测到TAFC,这表明TAFC对IPA的诊断 没有益处。要了解BAL中的TAFC是否有助于诊断IPA, 还需要进一步的研究。TAFC也可在尿液中发现,测定 了高危患者的尿TAFC(以肌酐为标准)。每例患者 TAFC/肌酐诊断IPA的灵敏度、特异性、阳性似然比和 阴性似然比(临界值≥3)分别为0.86、0.88、6.86和 0.16。该方法显示了非侵入性采样的优势,大多数研 究采用质谱法测定TAFC铁载体。质谱并不是在任何地 方都可以使用,它需要专业知识和经验。然而,也表 明可以通过干涉增强拉曼光谱快速测量TAFC。在疑似 真菌性肺炎患者中,呼气中的曲霉菌次级代谢物特征 可以识别IPA患者。在对64例疑似真菌性肺炎患者呼吸 中的挥发性曲霉代谢物进行的评估中,由α-反式香柠 檬烯、β-反式香柠檬烯、β-vatirenene样倍半萜或反 式香叶基丙酮组成的二级代谢物特征识别出IPA患者的 灵敏度为94%,特异性为93%。这些结果看起来很有希 望,但迄今为止尚未得到证实。作为诊断平台,我们 采用了气相色谱与质谱法。
另一种检测呼吸道分泌物中真菌病原体,如曲霉菌的方法是蛋白质组分 析。BAL蛋白质组分析揭示了小鼠和人在IPA期间高度表达的宿主和真菌蛋白 质。总之,共鉴定了16种在感染过程中特异性检测到的真菌蛋白,这些蛋白 可能是未来有价值的生物标志物,迫切需要新的诊断标志物。临床医生希望 有快速、易于执行、高灵敏度和特异性以及低成本的诊断检测。所有讨论的 新型标志物都不能满足这些标准,另一个局限性是所述方法在大多数情况下 需要高度的专业知识。
考虑到所有因素,在ICU患者中可靠地检测IPA至关重要。根据EORTC/MSG 标准、Blot等人、Bassetti等人和Schauwvlieghe等人的建议,不仅应满足宿 主因素和临床体征,而且微生物诊断是IPA诊断的重要里程碑。各种研究对 诊断工具的调查结果不同,导致观察到的患者群体不均匀,由于观察到的队 列不同,对不同研究进行比较至关重要。本文,我们指出了最可靠的微生物 非培养方法来检测ICU患者中的IPA。不同方法的结合和不同样本(BAL和血清 样本)的调查似乎带来了最可靠的结果。血清中的BDG显示出较高的NPV,而 BAL样本中的GM EIA对ICU患者显示出最高的特异性。血液肿瘤患者的临界值 (≥1.0)已经确定,但其他患者人群的临界值并不明确。未来,不同患者群 体的临界值可能会有所不同。GM LFA法特异性低于EIA法,但同时具有快速、 易于操作等优点。使用市售PCR检测曲霉菌(尤其是AsperGenius)已被证明是 评估最好的方法,在所有患者组中都显示出高特异性和NPV。到目前为止,新 型生物标志物或靶点(例如细胞因子、TAFC或次级代谢物)尚未得到充分的 临床研究,因此未来有必要对这些生物标志物进行评估。

图片来源 | veer、ibaotu
排版 | jinbao
审校 | 金宝
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