新型冠状病毒肺炎相关肺曲霉病的研究进展

2022-12-11孟冬梅邹映雪通信作者

医疗装备 2022年9期

孟冬梅，邹映雪（通信作者）

天津市儿童医院马场院区呼吸科（天津 300134）

由严重急性呼吸综合征冠状病毒2（severe acute respiratory syndrome coronavirus-2，SARSCoV-2）引起的2019年新型冠状病毒肺炎（corona virus disease 2019，COVID-19）是一种新型病毒性呼吸道感染疾病，于2019年年底在湖北省武汉市首次被报道[1]，截至2021年10月04日，共有235 861 292例患者感染了SARS-CoV-2，总病死率为2.04%（n=4 822 788）。随着COVID-19大流行的出现，高达40%的COVID-19住院患者的病情会发展为急性呼吸窘迫综合征（acute respiratory distress syndrome，ARDS），从而出现细菌和真菌的混合感染[2]。近期，国内外报道了许多COVID-19相关肺曲霉病（COVID-19 associated invasive pulmonary aspergillosis，CAPA）的病例[3-4]。多项前瞻性队列研究表明，CAPA可导致COVID-19患者病死率升高[5-6]。本研究综述了CAPA的流行病学特点、发病机制、诊断及治疗进展。

1 流行病学特点

国内的部分研究结果显示，COVID-19患者的曲霉感染率较高[2，7]。在有关江苏省的一项研究中，23.3%（60/257）COVID-19患者的咽拭子样本中检测出了曲霉属，并证实合并曲霉菌感染[2]。在有关浙江省的另一项研究中，104例COVID-19患者中有8例（7.7%）患有侵袭性肺曲霉病（invasive pulmonary aspergillosis，IPA）[7]。同样，来自欧洲的几项研究和病例系列报告发现，在患有ARDS 的COVID-19病例中，CAPA 的发病率为20%～35%[3，8]。法国的一项病例系列报告显示，33.3%（9/27）重症监护室（intensive care unit，ICU）COVID-19患者被诊断为CAPA，病死率为33.3%；德国的一项病例系列报告显示，26.3%（5/19）ICU COVID-19患者被诊断为CAPA，病死率为80%[3]。CAPA 病情进展十分迅速，COVID-19患者入住ICU 后3～28 d 即可发展为CAPA（中位时间为6 d）[8]。国外一项系统评价和荟萃分析显示，ICU 中CAPA 的发病率和病死率分别为10.2% 和54.9%[9]。COVID-19患者中曲霉菌的感染与重症流感患者入住ICU 后出现流感相关肺曲霉病（influenza-associated pulmonary aspergillosis，IAPA）的情况相似，一项比较IAPA和CAPA 的研究发现，流感和COVID-19患者的IPA 发病率相似，总体上无宿主危险因素，诊断时间相似，预后较差[10]。因此，早期诊断CAPA，并及时进行抗真菌治疗，对降低病死率至关重要。

2 发病机制

CAPA 的发病机制尚不完全清楚，可能与SARS-CoV-2感染、曲霉菌本身的作用和宿主的免疫反应等多种因素有关。

2.1 SARS-CoV-2感染

与其他SARS 冠状病毒类似，SARS-CoV-2通过其表面的刺突蛋白（S）与血管紧张素转换酶2受体结合，靶向侵入上皮细胞和Ⅱ型肺泡细胞。2型跨膜蛋白酶TMPRSS2对S1/S2结构域的切割导致刺突蛋白的激活，从而促进病毒通过血管紧张素转换酶2进入靶细胞[11]。SARS-CoV-2对气道上皮造成直接损害，使曲霉能够侵入组织。此外，SARS-CoV-2会阻碍纤毛清除并导致局部或全身免疫功能障碍或失调。在严重的COVID-19患者中，弥漫性肺泡损伤和失调的免疫反应会使其更易继发真菌感染。目前尚不清楚SARS-CoV-2感染是否为CAPA 的主要危险因素。

2.2 曲霉菌本身的作用

曲霉在环境中以空气传播的分生孢子的形式存在，很容易到达肺泡。宿主对曲霉的防御涉及多种免疫系统成分。第一个关键的层是气道上皮，气道上皮细胞释放的各种抗微生物蛋白、细胞因子和趋化因子对曲霉菌的最初防御是必不可少的，SARSCoV-2会引起气道上皮损伤，其特征通常是上皮连接中断、纤毛清除受损和细胞功能丧失，例如抗菌蛋白的释放，COVID-19患者中气道内固有免疫屏障的破坏，导致曲霉菌易侵入肺实质[12-13]。第二个关键的层是肺抗曲霉菌防御层，涉及肺泡巨噬细胞和中性粒细胞，这些细胞通过吞噬作用和释放活性氧以及产生细胞因子和趋化因子来消除曲霉分生孢子[14]。SARS-CoV-2感染对肺部造成的结构性损伤和免疫系统受损可能为分生孢子萌发和产生菌丝提供足够的条件，便于菌丝侵入组织和血管。目前，地塞米松的使用已成为COVID-19患者的一种重要辅助治疗方法。使用类固醇会抑制肺泡巨噬细胞的活性，从而促进分生孢子的萌发。皮质类固醇通过抑制核因子-kB 依赖性的促炎细胞因子的产生来发挥抗炎作用，这在曲霉菌感染的小鼠模型中得到了证实，采用皮质类固醇治疗的小鼠表现出缺乏肿瘤坏死因子-α 反应[15]。

2.3 宿主的免疫反应

目前关于免疫系统对抗SARS-CoV-2的机制尚不清楚。根据对其他冠状病毒感染的研究，可以预期两种可能的机制来解释ARDS 和CAPA 的发生。

第一种机制为损伤相关的分子模式的释放，即死亡或受损的细胞释放的信号分子作为内源性损伤信号，促进和加剧导致肺损伤的免疫和炎症反应。值得注意的是，损伤相关的分子模式也被证实可以调节真菌感染后的炎症反应，用于晚期糖基化终产物轴的损伤相关的分子模式/受体与Toll 样受体整合，在实验性曲霉病中产生和放大炎症反应[16]。此外，同种异体干细胞移植的受者携带的基因变异潜在的损伤信号，对感染做出反应而导致损伤信号过度激活，显示出IPA 的风险增加[17]。这一新兴概念有助于解释COVID-19患者炎症过度时的真菌发病机制，并强调了在CAPA 中以损伤相关分子模式为靶点的潜在免疫调节策略。

第二种机制为激活抗病毒免疫所需的识别途径的附带效应，这可能会导致有利于继发感染的炎症环境。血管紧张素转换酶2在免疫细胞上表达不明显，SARS-CoV-2被TLR4和TLR3识别，分别导致MyD88或TRIF 介导的信号传导的激活。值得注意的是，曲霉菌通过裂解纤维蛋白原来激活TLR4/MyD88/TRIF[18]。SARS-CoV-2可能在很大程度上导致了炎症细胞因子产生的信号通路重叠。在重症COVID-19患者中，促炎细胞因子和趋化因子，如肿瘤坏死因子-α、白细胞介素-6（interleukin-6，IL-6）、白细胞介素-10（interleukin-10，IL-10）、白细胞介素-1β（interleukin-1β，IL-1β）和单核细胞趋化蛋白-1水平显著升高，细胞因子水平升高也可能导致COVID-19致命并发症的发生。

在细胞因子过度释放综合征中，IL-6是关键的细胞因子之一。IL-6是一种多功能细胞因子，在对抗曲霉的保护性免疫中发挥重要作用，烟曲霉感染后IL-6水平显著升高[19]。IPA 患者可能表现出T 细胞对IL-6的反应性降低。然而，在COVID-19合并细胞因子过度释放综合征患者中，过度的IL-6信号会导致一些生物学效应，如血管通透性增加、ARDS、心律失常和心肌收缩力降低。免疫调节剂可能是抗病毒治疗的有益补充。针对宿主免疫系统的IL-6阻断可能对COVID-19有效。托珠单抗是一种重组人源化单克隆抗IL-6受体抗体。及时干预血清IL-6水平升高的患者，可预防COVID-19的进展和并发症的出现。然而，IL-6可能是一把双刃剑，托珠单抗可以作为抗IL-6药物应用于COVID-19的治疗，但也可能通过降低IL-6水平导致曲霉感染[20]。

另外，IL-10在调节细胞免疫反应中亦发挥着关键作用，并参与多种炎症性疾病的发生。曲霉病大鼠模型与IL-10的产生显著相关，IL-10介导吞噬细胞的流入，并可能限制曲霉感染导致局部组织破坏的程度。然而，更大的Th2反应（包括IL-10增加）或更小的Th1反应，可能与下调巨噬细胞反应有关，并增加宿主对致命曲霉菌感染的敏感性[21]。总的来说，呼吸道病毒Th-2免疫应答后IL-10增加，随后出现暂时性的Th1免疫抑制，易导致侵袭性曲霉菌病。

SARS-CoV 对炎症小体的激活和随后产生的IL-1β 可进一步促进炎症反应。COVID-19患者的转录组分析结果显示，早期免疫反应以白细胞介素-1（interleukin-1，IL-1）通路显著上调为特征。IL-1受体拮抗剂anakinra 治疗COVID-19继发性噬血细胞性淋巴组织细胞增多症患者的良好反应表明，IL-1及其相关促炎通路可能作为治疗靶点[22]。在COVID-19的急性白血病患者中也发现了类似的结果[23]。同样地，IL-1与anakinra 的阻断也被发现可以改善慢性肉芽肿性疾病[24]和囊性纤维化[25]的炎症，并且在这两种情况下，均可以抑制曲霉菌感染或定植的易感性。因此，SARS-CoV-2感染诱导的IL-1通路的早期活化可能是建立一个有利于真菌发病的炎症环境的主要因素。

此外，在COVID-19患者中观察到的一个独特的免疫细胞事件是T 细胞数量的减少，特别是在严重疾病患者中[26]。淋巴细胞计数下降可伴随功能缺陷。严重的淋巴细胞减少已被确定为血液系统恶性肿瘤患者侵袭性霉菌病风险的一个预测因素。综上所述，CAPA 复杂的发病机制仍不清楚，尚需不断探索。

3 诊断进展

CAPA 与危重型COVID-19的临床表现类似，进展迅速，当出现以下情况之一，需警惕CAPA 的发生：在没有任何其他明显原因的情况下，持续3 d 以上的难治性发热或在适当的抗生素治疗期间退热超过48 h 后出现新的发热；呼吸状况恶化（如呼吸急促或需氧量增加）；咯血；胸膜摩擦音或胸痛；尽管接受了COVID-19危重患者推荐的所有支持治疗，呼吸衰竭仍持续恶化[27]。

尽管宿主因素、影像学和病原学常用于侵袭性真菌病患者的诊断和分类，但CAPA 患者可能没有宿主因素和典型的影像学特征[3]。许多COVID-19患者的胸部CT 表现与IPA 患者相似，因此，仅靠影像学表现不足以诊断CAPA。病原学方面可通过呼吸道样本培养和/或血清或支气管肺泡灌洗液中的半乳甘露聚糖检测试验（GM 试验）来确定是否存在曲霉菌感染。组织培养和显微镜显示无菌标本的有隔真菌菌丝的侵入性生长是证明曲霉感染的金标准。支气管肺泡灌洗液和肺活检样本是首选标本。然而，由于气溶胶的产生和病毒传播的高风险，不建议对COVID-19患者进行诊断性支气管镜检查[28]。肺活检在该患者人群中亦属于高风险手术，临床中很少使用。气管抽吸物和痰是相对更安全的替代选择。然而，血清GM 试验在CAPA 中的诊断率很低，有报告显示，只有20%患者的结果呈阳性[17]。另一种生物标志物，即血清（1-3）-β-D-葡聚糖，其属于一种泛真菌标志物，当有≥2个阳性结果时，可能有助于支持CAPA 的诊断，并可提高诊断性能[29]。使用实时PCR 检测曲霉属DNA 是另一种有助于支持CAPA 诊断的方式。血液和支气管肺泡灌洗液的曲霉侧流分析（lateral flow assay，LFA）或侧流装置（lateral-flow device，LFD）可用于IPA的诊断，且LFA的灵敏度高于LFD[30]。然而，LFA 和LFD 的临床数据甚少。

鉴于对CAPA 患者的诊断和管理的挑战，欧洲医学真菌学联合会/国际人类和动物真菌学学会于2020年发布了CAPA 共识标准[27]。CAPA 被定义为与先前的SARS-CoV-2感染在时间上接近的IPA。尤其是，临床症状与COVID-19相符、经RT-PCR检测呈阳性的患者，以及出现需要重症监护的呼吸功能不全的患者，应被视为CAPA 的高危患者。通过针对COVID-19的抗IL-6受体等免疫治疗或针对潜在疾病的糖皮质激素治疗可能会进一步增加感染的风险。根据证据的级别对CAPA 作出了确诊、拟诊和疑诊的三个诊断[27]。确诊的CAPA 定义为肺或气管支气管感染，需至少满足以下一种情况：通过组织病理学或直接显微镜检发现曲霉菌丝，显示曲霉侵袭性生长并伴有相关组织损伤；肺部无菌穿刺或活检样本中有曲霉生长，显微镜检阳性，组织学阳性或PCR 检测到曲霉特异性片段。拟诊的CAPA气管支气管炎需经支气管镜检查发现气管支气管溃疡、结节、假膜、斑块或焦痂，至少结合以下一种真菌学依据：支气管肺泡灌洗液显微镜检发现曲霉菌或曲霉培养阳性或PCR 检测到曲霉特异性片段；血清GM 试验＞0.5或血清LFA 指数＞0.5；支气管肺泡灌洗液中GM 试验≥1.0或支气管肺泡灌洗液中LFA 指数≥1.0。拟诊的肺CAPA 的诊断需要胸部CT 证实的浸润或结节，或空洞浸润（非其他原因），并至少结合以下一种真菌学依据：支气管肺泡灌洗液显微镜检发现曲霉菌或曲霉培养阳性；血清GM 试验＞0.5或血清LFA 指数＞0.5；支气管肺泡灌洗液中GM 试验≥1.0或支气管肺泡灌洗液中LFA 指数≥1.0；2次或2次以上血浆、血清或全血中PCR 检测到曲霉特异性片段；单次支气管肺泡灌洗液中PCR 检测到曲霉特异性片段（＜36个周期）；单次血浆、血清或全血中PCR 检测到曲霉特异性片段+单次支气管肺泡灌洗液中PCR 检测到曲霉特异性片段（允许任意阈值循环）。疑诊的CAPA 需胸部CT 证实的浸润或结节，或空洞浸润（非其他原因），并至少结合以下一种真菌学依据：非支气管镜灌洗液中显微镜发现曲霉菌；非支气管镜灌洗液培养阳性；单次非支气管镜灌洗液GM 试验＞4.5；2次或2次以上非支气管镜灌洗液GM 试验＞1.2；非支气管镜灌洗液GM 试验＞1.2+非支气管镜灌洗液PCR 或LFA 阳性。

4 抗真菌治疗

CPAP 进展迅速，病死率高，缺乏早期诊断的敏感指标，建议尽早启动抗真菌治疗，推荐伏立康唑或艾沙康唑作为CAPA 的一线治疗[31]。自2002年以来，伏立康唑一直是治疗IPA 的基础药物。一般来说，在血液系统恶性肿瘤的情况下，伏立康唑是IPA 的推荐一线治疗[31]，但在严重的COVID-19患者中使用伏立康唑有几个问题，除了其狭窄的治疗窗口和需要对治疗药物进行监测以确保疗效和预防神经和肝毒性之外，药物-药物相互作用尤其限制了伏立康唑在ICU 环境中的使用。伏立康唑通过CYP2C19、CYP2C9和CYP3A4代谢，是ICU 中最常与治疗药物相互作用的药物之一，并且可能显示出与COVID-19治疗药物的相互作用，例如瑞德西韦，其亦属于CYP3A4的底物，尽管其代谢主要由水解酶活性介导，但相关的总体机制尚未完全了解[32]。对于接受伏立康唑治疗CAPA 的患者，另一个问题是QTc 间期延长的风险会增加，尤其是在基线QTc ≥450 ms 的情况下[33]。艾沙康唑和脂质体两性霉素B 是ICU 治疗IPA 的主要替代选择。与伏立康唑相比，艾沙康唑显示出更有利的药代动力学特征，并且毒性更小，无QTc 延长的副作用。然而，它也通过CYP3A4代谢，因此也可能存在药物相互作用的问题，但艾沙康唑的药物相互作用通常比伏立康唑少[34]。脂质体两性霉素B 具有肾毒性，可能导致肾功能进一步下降，特别是对于已经患有急性肾损伤的患者。备选的二线药物是泊沙康唑或棘白菌素。虽然目前可用的棘白菌素对曲霉属的抗真菌活性有限，但它们通常具有良好的耐受性，药物间相互作用少。棘白菌素不作单一疗法，可以用于补救治疗。

具有新作用模式的新型抗真菌药正在研发中，可能会克服目前可用的抗真菌药物的局限性，并在不久的将来成为首选的治疗方式。新型抗真菌药包括Ibrexafungerp、Olorofim、Fosmanogepix 和Rezafungin。Ibrexafungerp 在结构上与棘白菌素相似，可抑制真菌1，3-β-葡聚糖合酶。Olorofim 和Fosmanogepix具有不同的新靶点，Olorofim 抑制二氢乳清酸脱氢酶，阻止真菌生长所需的嘧啶的合成；Fosmanogepix靶向真菌酶Gwt1，阻止甘露糖蛋白移动和固定在真菌细胞壁上，破坏真菌细胞壁结构的完整性[35]。Rezafungin 是一种新型棘白菌素，作为一种每周一次的疗法进行抗真菌治疗[36]。所有新型抗真菌药都具有抗曲霉属的活性，这可能会对侵袭性曲霉菌病患者，更具体地说是对CAPA 患者的未来产生积极影响。

最佳的抗真菌治疗时间是不确定的，建议以6～12周为一个疗程。对于免疫功能低下的患者，例如，患有血液系统恶性肿瘤或接受免疫抑制治疗的患者，可能需要比其他患者更长时间的治疗。治疗药物监测是CAPA 患者治疗的另一个关键组成部分。肾或肝功能受损、连续肾脏替代治疗或体外膜肺氧合使药物浓度难以预测，因此建议进行治疗药物监测以确保有效和安全的药物暴露。影响药物暴露的其他重要因素是蛋白质结合，尤其是艾沙康唑和泊沙康唑，以及药物吸收、分布、代谢和清除的改变。此外，该人群经常接受多种药物治疗，因此，发生药物相互作用的风险增加[27]。

对于完全易感曲霉菌属的CAPA 患者，建议每周进行一次治疗药物监测（第1周两次），特别是伏立康唑和泊沙康唑。对于伏立康唑，建议血浆谷浓度为2～6 mg/L。对于泊沙康唑，建议血浆谷浓度为1～3.75 mg/L。然而，艾沙康唑的目标浓度尚未确定，需要对正在接受肾脏替代治疗或其他体外治疗的患者以及肥胖患者进行艾沙康唑治疗药物监测。不需要对脂质体两性霉素B 进行治疗药物监测。在肥胖患者中或在采用地塞米松治疗期间，棘白菌素可能需要治疗药物监测，以确保剂量保持在真菌的最低有效浓度之上[27]。