角膜念珠菌相關研究進展

羅征宇 寧雅婷 張麗 徐英春 孫天舒

(1.中國醫學科學院 北京協和醫學院 北京協和醫院 疑難重癥及罕見病國家重點實驗室檢驗科,北京 100730;2.中國醫學科學院北京協和醫學院研究生院,北京 100005;3.侵襲性真菌病機制研究與精準診斷北京市重點實驗室,北京 100730;4.中國醫學科學院 北京協和醫院 疑難重癥及罕見病國家重點實驗室 醫學科學研究中心,北京 100730)

真菌感染是一個全球公共衛生共同關注的重要問題,有證據表明,隨著氣候變化,真菌感染的發生率增加、感染地理范圍在全球范圍內擴大[1],并且侵襲性真菌病(invasive fungal disease,IFD)也由于高危人群的擴大而不斷增加;新型冠狀病毒(COVID-19)大流行也增加了IFD的發病率。WHO目前制定了一份真菌重點病原體清單,包括新生隱球菌、煙曲霉、耳念珠菌、白念珠菌等,以加強全球對真菌感染和真菌耐藥性的應對[2]。由于免疫缺陷人群或患有嚴重疾病患者的增多,少見或罕見酵母菌感染正在上升,包括馬拉色菌屬、擔子菌屬、酵母菌屬、子囊菌屬等,由于罕見菌感染的臨床經驗少,對這些病原體引起的感染進行多學科管理對優化患者預后尤為重要,已有來自世界各地多個學科的醫生和生命科學專家,創建了“罕見酵母菌感染診斷和管理的全球指南”[3-8],以提高對罕見酵母菌感染的應對能力。角膜念珠菌(Candidapelliculosa)作為一種重要環境真菌,近年來卻不斷有散發病例和醫院內暴發感染的報道,尤其容易感染低出生體重新生兒及免疫缺陷患者,這提示我們需要加強對角膜念珠菌的研究,認識其在臨床上的重要性,以預防感染和防止暴發的出現。

1 生物分類學研究

角膜念珠菌(Candidapelliculosa),曾用名異常畢赤酵母(Pichiaanomala)和異常漢森酵母(Hansenulaanomala),后被重命名為異常威克漢姆酵母(Wickerhamomycesanomalus)[9],屬于真菌界(Fungi),子囊菌門(Ascomycota),酵母菌綱(Saccharomycetes),酵母菌目(Saccharomycetales),法夫酵母科(Phaffomycetaceae),威克漢姆酵母屬(Wickerhamomyces),是一種環境真菌,主要分離于土壤、蔬菜、水果、樹木或石油中。1891年,Hansen從啤酒酵母中分離出一種細胞呈卵圓形或香腸形、具有酯類氣味、能產生帽狀子囊孢子的酵母,這種酵母當時被命名為Hansenulaanomala。1942年,Bedford等[9]才提出漢森酵母屬與畢赤酵母屬的表型區別:漢森酵母屬可以利用硝酸鹽作為唯一氮源。1984年Kurtzman等[10]通過DNA重組實驗,將漢森酵母屬歸類于畢赤酵母屬,消除了兩者之間的表型差異。由于基因組測序的出現和系統發育學的發展,2011年Pichiaanomala和Hansenulaanomala被重命名為Wickerhamomycesanomalus,歸類于威克漢姆酵母屬[9]。W.anomalus主要應用于農業、食品、生物等領域,如利用其改變白酒風味[11],歐洲食品安全局還認定W.anomalus為一種生物防治劑,可以抑制農業食品部門的霉菌和細菌生長[12],也有研究表明其在蚊子體內抗瘧原蟲的作用[13]。由于1925年的病例報告里均采用角膜念珠菌(Candidapelliculosa)的命名方式,因此后續的醫學文獻中也多沿用此種命名。

2 生物學特性及鑒定分型

角膜念珠菌在念珠菌顯色培養基上經30 ℃培養48 h,可長成直徑2～3 mm白色至奶油色、圓形酵母樣菌落,干濕度不定,有些菌落表面有褶皺,可產生酯類氣味是角膜念珠菌的一大特點。目前實驗室采用基質輔助激光解析電離飛行時間質譜實現對角膜念珠菌的鑒定。為了更好區分角膜念珠菌與威克漢姆酵母屬其他物種,有研究[14]建議采用β微管蛋白基序列進行檢測,并證明其多態性要高于大亞基26S序列。對角膜念珠菌分子分型方面研究較少,有研究[15]采用電泳核型分型和內部重復序列PCR方法對角膜念珠菌進行分型,兩種方法均成功將46株角膜念珠菌分成8個型別,結合兩種方法,46株角膜念珠菌被分為14個型別,其中DNA A1型別最為常見。

3 流行病學研究及病例報道

角膜念珠菌被認為是一種真菌血癥罕見病原體,主要感染嬰兒、兒童和免疫功能低下人群如獲得性免疫缺陷綜合征、癌癥與接受免疫抑制治療的患者,可引起真菌性關節炎、真菌性角膜炎、淚囊炎、尿路感染等(見表1)[16-18]。在血液科、外科重癥監護室和新生兒重癥監護室中,更易發生角膜念珠菌的血流感染,且死亡率較高[19-22],在巴西一家醫院兒科ICU里,死亡率達到了41.2%[22]。根據國外SENTRY項目報道,1997年到2016年39個國家135家醫療單位共分離到22株角膜念珠菌[23]。中國醫院侵襲性真菌監測網(CHIF-NET)項目數據顯示,在2009-2014年全國65家三甲醫院收集到的8829株念珠菌中,利用質譜和分子手段鑒定識別到123株角膜念珠菌,總分離率為1.4%[24],2015年至2017年其分離率增長至2.5%[25],說明角膜念珠菌感染變得普遍,正成為一種潛在威脅人類生命健康的新發病原真菌。

表1 近20年角膜念珠菌報道病例回顧分析Tab.1 A retrospective analysis of reported cases of Candida pelliculosa in recent 20 years

近年來角膜念珠菌感染的報道主要集中于新生兒,尤其是低出生體重兒,并有暴發感染的報道。中國臺灣臺中醫科大學新生兒ICU(NICU)從2009年2月4日到3月19日期間共有6名早產兒感染角膜念珠菌,并發生血流感染,且為同一菌株引起[19]。Yang等[21]報道中國深圳一家醫院2012年11月至2013年10月由兩株不同克隆角膜念珠菌引起的14例新生兒感染,Da Silva等[26]也報道了巴西一家醫院同一NICU中的5例角膜念珠菌感染,其中4例是同一克隆起源。除了感染新生兒,也偶有成年人感染角膜念珠菌的報道。Mehta等[27]報道了1例接受免疫抑制治療的36歲男性角膜念珠菌的感染,該患者患有急性B淋巴細胞白血病。Jung等[28]報道了韓國一家醫院角膜念珠菌在24 d內導致的2個ICU病房和2個普通病房的11例感染,其中7例為成人。Chan等[29]報道了1例患有鐮狀細胞貧血癥的21歲患者合并角膜念珠菌感染的案例。

Yang等[21]、Zhang等[30]的研究指出,角膜念珠菌感染常與其他真菌或細菌感染同時發生,造成混合血流感染。角膜念珠菌感染后患者通常會發燒、心率加快、呼吸急促,有的新生兒還會發生發紺、呼吸暫停等癥狀[21],感染后患者死亡率報道不一,有報道患者可以全部治愈存活[26,31],也有報道患者死亡率可在16.7%～41.2%不等[19,22,28]。

除低胎齡和低出生體重是角膜念珠菌感染的重要危險因素外,中心靜脈置管、腸外營養和既往使用抗菌藥物都被認為是角膜念珠菌感染的危險因素[20,30,32]。在上述病例中,通過對環境、醫療設備的嚴格消毒,加強醫護人員手衛生以及嚴格執行無菌操作等干預措施,均成功地控制住了角膜念珠菌感染的暴發[19,20,26,28,32]。

4 體外抗菌藥物敏感性

我國抗菌藥物敏感試驗主要參考美國臨床和實驗室標準化協會(CLSI)標準和歐洲臨床微生物和感染病學會藥敏委員會(EUCAST)標準。目前CLSI建立了角膜念珠菌對部分藥物的流行病學臨界值(見表2)。研究表明,角膜念珠菌對抗菌藥物敏感性類似于光滑念珠菌,雖然氟康唑、伏立康唑、兩性霉素B和卡泊芬凈均表現出良好的抗菌活性,但其最小抑菌濃度(minimum inhibitory concentration,MIC)值均較白念珠菌高;角膜念珠菌對伊曲康唑敏感性較低,具有天然高MIC值的現象[25,35]。

表2 角膜念珠菌對部分藥物流行病學臨界值(mg/L)Tab.2 Epidemiological cutoff values of Candida pelliculosa for some antifungal drugs(mg/L)

不同于念珠菌,在體外抗菌藥物敏感性實驗中角膜念珠菌未見到拖尾現象[35]。近年來發現角膜念珠菌對唑類藥物敏感性呈現下降趨勢,且可能存在潛在的交叉耐藥和多重耐藥菌株[15,25,36],如根據我國2015-2017年CHIF-NET監測數據顯示[25],有接近1/3的角膜念珠菌對唑類和5-氟胞嘧啶共耐藥。

Svobodova等[37]的研究指出,在10歲以下和41歲以上患者中分離的角膜念珠菌唑類藥物平均MIC值最高,而11～20歲人群中分離的角膜念珠菌MIC值最低,這一現象可能與患者長期使用廣譜抗菌藥物有關。在分離標本方面,血液標本中分離的角膜念珠菌唑類藥物平均MIC值最高,其次為尿液標本,皮膚標本分離的角膜念珠菌MIC值最低,但從皮膚與黏膜分離到的定植菌可以在易感患者體內迅速發展為侵襲性感染,因此其引起的淺表性感染需要及時臨床治療。

對角膜念珠菌感染患者給予氟康唑或兩性霉素B治療,基本可以達到治愈目的[19,21,28,38,39],但由于角膜念珠菌唑類藥物的高MIC值,給藥濃度可以適當提高[35]。同時,在角膜念珠菌感染集中的新生兒重癥監護室,也建議對未感染的極低出生體重新生兒采用氟康唑進行預防性治療,同時對病房及醫療器械進行嚴格消毒,醫護人員注重手衛生也可以降低感染率[19]。

5 毒力研究

目前對角膜念珠菌的毒力研究主要集中于食品工業和植物學領域,而對人體致病機制國內外均缺乏相關研究。角膜念珠菌被認為是一種“殺手酵母”,原因在于它能夠對其他酵母如釀酒酵母的生長起到拮抗作用[40-41],這種作用通過其分泌的“殺手毒素”(killer toxins,KTs)實現。殺手毒素首先與酵母細胞壁上特定受體結合,然后通過阻斷細胞核內DNA合成、破壞tRNA或者發揮β-1,3-葡聚糖酶的作用抑制β-1,3-葡聚糖合成等過程來達到致死效應[41-43]。所以,角膜念珠菌也被認為是一種潛在的生物防治劑,KTs可能是一種有前途的新型臨床治療藥物[44]。盡管KTs在實驗室條件下成功抑制了酵母菌株(在瓊脂培養皿上出現抑菌圈),但是它在水果或土壤等環境中可擴散的范圍還值得進一步研究[40]。

與白念珠菌相似,角膜念珠菌可以表達黏附素并形成生物膜。凝集素樣黏附素(agglutinin-like sequence,Als)家族是白念珠菌主要的生物膜調控因子,其中Als3在真菌細胞黏附于醫療器械或人體黏膜上起到關鍵作用,且與組織侵襲相關[45]。Zhang等[20]的研究表明角膜念珠菌Als4與白念珠菌Als3同源性較高,并在Als結構域呈現出高度的序列保守性。此外,生物膜的形成可以讓角膜念珠菌逃避人體免疫,從而降低對藥物敏感性[46],是與致病毒力相關的一個重要特征。角膜念珠菌感染的危險因素如中心靜脈置管、氣管插管或侵入性操作可能與其生物膜形成相關。

綜上所述,角膜念珠菌作為一種真菌血癥罕見病原體,可以在氣管插管、中心靜脈置管等醫療器械上形成生物膜。低體重新生兒及免疫缺陷患者是其主要感染人群。目前,角膜念珠菌對唑類藥物敏感性呈現下降趨勢,需要引起臨床重視,通過嚴格消毒、嚴格遵守無菌原則等措施防止院內暴發。未來亟需加強對角膜念珠菌毒力、耐藥機制等方面的研究,以更好地了解角膜念珠菌的傳播、致病等特性,從而制定有效預防措施,減少角膜念珠菌的感染及暴發。