造血干細胞移植術后巨細胞病毒肺炎的現狀與進展

鄭焱華,任芮林,李曉帆1,

(1. 福建省血液病研究所,福建 福州 350000; 2. 中國醫科大學附屬第一醫院血液科,遼寧 沈陽 110000; 3. 福建醫科大學附屬協和醫院血液科,福建 福州 350000; 4. 福建醫科大學,福建 福州 350000)

造血干細胞移植(hematopoietic stem cell transplantation, HSCT)手術后發生巨細胞病毒(cytomegalovirus, CMV)肺炎是臨床上重要且常見的感染性并發癥,也是導致患者死亡的重要原因之一[1-2]。HSCT術后,CMV感染好發于植活早期及移植后30～100 d內,其感染主要來源于移植物中CMV病毒再激活和移植后通過唾液傳播、輸血等途徑發生的機會性感染,并且可能存在移植物抗宿主病[3]。CMV感染往往發病短、發展迅猛,一旦出現重癥CMV肺炎,病死率>65%[4]。CMV肺炎的臨床表現通常為發熱、咳嗽、氣促或呼吸困難、肺功能下降(第一秒用力呼氣容積<80%基礎值)以及需要氧氣支持或原有基礎上對氧氣需求增加。在國內的相關臨床報道[5]中,43例移植術后并發CMV肺炎患者中有25例死亡(病死率58.1%),由CMV肺炎導致的直接病死率為30.2%,其余27.9%受者死于CMV肺炎的間接并發癥,包括繼發其他病原體感染。CMV肺炎普遍預后不良,提示防止CMV再激活向CMV肺炎進展的重要性,由于普遍預防策略中長期應用抗病毒藥物具有潛在毒性反應以及新藥的可及性,目前臨床上主要依據搶先治療策略用藥,用藥時機取決于早期診斷發現病灶的時機,而CMV肺炎的早期診斷手段有限,診斷金標準的操作具有一定創傷性和侵入性,且檢出時效較差。本綜述嘗試總結HSCT術后患者并發CMV肺炎的診斷及臨床藥物預防與治療的現狀與進展,探究未來可能的發展方向與趨勢。

1 CMV肺炎的早期診斷

1.1 CMV肺炎的實驗室診斷 目前,在CMV肺炎的診斷中,國內外指南仍然將實驗室診斷,如病毒分離、培養,組織學鏡檢,聚合酶鏈式反應(PCR)檢測滴度等作為診斷CMV肺炎的主要標準。美國現行的診斷標準為感染協會在2016年制定的標準[6],分為確診(proven CMV pneumonia)和臨床診斷(probable CMV pneumonia)兩個級別,在臨床表現和影像學特征的基礎上,病原學檢測成為診斷的核心。確診標準強調取肺活檢病理標本進行病毒學免疫組化、原位雜交檢查或者病毒培養,而臨床診斷則更強調支氣管肺泡灌洗液(bronchoalveolar lavage fluid, BALF)內CMV DNA滴度、病毒分離、培養。但由于肺活檢風險較大,病毒培養開展困難且陽性率低、耗時長,活檢并不能準確定位到病灶所在部位,且作為一種有創、侵入式的檢查,會對已有免疫功能缺陷患者的預后產生更加不良的影響[7-8],臨床可操作性較差,應用有限。

目前國內診療規范也認為實驗室檢測是診斷移植術后CMV感染的主要依據,目前臨床應用較為廣泛的是CMV IgG、CMV IgM和CMV DNA檢測,但CMV抗體檢測主要提示既往感染史,有利于回顧性診斷,而無助于早期診斷[9]。在CMV DNA的檢測中,PCR法檢測BALF中CMV-DNA具有診斷敏感性高、特異性好的優點[10]。Lodding等[11]的研究表明,取BALF進行CMV DNA載量測量,能夠高效地診斷CMV肺炎,在最優臨界載量(454.5 IU/mL)下診斷靈敏度與特異度分別達到91%、77%,受試者工作特征曲線下面積(AUC)=90%,相比之下,血漿內CMV DNA載量在最優臨界載量(274 IU/mL)下的診斷靈敏度與特異度分別為63%、76%。楊瑞紅等[12]研究也顯示,BALF中CMV定量PCR檢測陽性率顯著高于外周血CMV定量PCR檢測和IgM抗體檢測陽性率,但仍有38.9%的患者未能明確感染的病原體。少數CMV肺炎的患者通過外周血CMV定量PCR或血清學方法確診。

然而利用BALF測量CMV DNA載量技術還需進一步完善[7],最主要的原因是不同患者、不同操作人員、不同檢測設備所獲取的DNA載量數據具有較大的個體差異性,且無法確保數據同質性。此外,目前BALF測量CMV DNA載量的臨床應用問題在于無法精確排除氣道CMV脫落(pulmonary CMV shedding)的情況[6]。Boeckh等[13]研究表明有>60%的可疑CMV肺炎患者的BALF檢測到>500 IU/mL DNA載量,但在抗病毒治療患者與未干預患者之間DNA載量水平分布存在明顯差異,難以單純使用500 IU/mL的閾值進行總體患病與正常間的區分。Piana等[14]亦認為500 IU/mL無法作為一個有效判別CMV肺炎與氣道CMV脫落的閾值,該閾值更多由患者特征、取樣時肺炎進展情況所決定。因此,目前無法確定一個統一的最優載量臨界值進行CMV 肺炎陽性的判斷[4]。目前,臨床上仍缺乏較為理想的適用于實驗室之間的同質化診斷方法。

1.2 CMV肺炎的影像學診斷 影像學檢查因其便捷、快速簡單、無創等優點,可能是解決目前CMV肺炎早期診斷低效能的潛在手段。CMV肺炎在影像學最推薦的檢查手段為CT平掃[15]。高分辨率CT(HRCT)分辨力高于常規CT及平片,可發現肺內早期病變,提示病理表現[16]。但目前能夠發現的CMV肺炎影像特征依然有限[17]。多篇研究認為CMV肺炎的影像特征主要表現為肺間質和肺泡浸潤性改變[18],并伴有小葉間隔增厚和胸腔積液;常見為小結節影、樹芽征和暈征[19]。李肅等[20]對34例allo-HSCT后并發CMV肺炎患者進行回顧性研究,結果顯示彌漫分布的磨玻璃影(ground-glass opacities, GGO)和多發小葉中心磨玻璃結節影等間質性改變是該醫療中心CMV肺炎患者的重要特征,近半數患者在未出現CMV肺炎典型臨床癥狀(甚至無癥狀)時已出現早期影像學改變,且CT檢查較BALF檢驗更快速,因此,在移植后CMV再激活的早期,胸部CT有助于篩查CMV肺炎。

雖然目前認為CMV肺炎具有較典型的影像特征,但仍存在與其他肺炎特征相仿而較難鑒別的臨床問題。目前有多篇文獻[18,21]報告,采用影像學辨別CMV肺炎與其他病原體感染肺炎,發現耶氏肺孢子菌肺炎(pneumocystis pneumonia, PCP)、新型冠狀病毒肺炎或免疫肺損傷等在影像學上與CMV肺炎表現相似,均可出現小結節、GGO、小葉間隔增厚和實變等。這些共同特征之間的區別則主要表現為GGO空間分布和混合特征的不同。Vogel等[22]對比31例CMV肺炎和27例PCP的早期CT,結果顯示GGO在空間上略顯不同,在PCP中,GGO常見于廣泛性分布,通常呈“圖樣”、彌漫性或局灶性,頂端分布和嵌合模式的存在更能提示PCP,即GGO常在肺頂切面形成馬賽克征;而CMV肺炎中,GGO呈與實變病灶相關的不均勻分布,其小葉中心結節影像和實變更能提示CMV肺炎,實變主要是基底實變。Pitoyo等[23]的小樣本病例報道中,新型冠狀病毒肺炎與CMV肺炎的鑒別要點則可能主要是CMV肺炎會出現小葉中心結節影像和胸腔積液等表現。但Harris等[17]研究指出,由于CMV肺炎病情(常并發混合感染)和發展狀況不同,CT結果往往具有較大的不確定性,而且少數CMV肺炎患者也會表現為斑片實變影等不典型影像學改變。因此,目前在影像學上進行CMV肺炎診斷仍存在一定的挑戰和難度。

2 CMV肺炎的藥物預防治療現狀及進展

由于目前CMV肺炎臨床診斷的低效能及低時效性不能滿足臨床需要,目前臨床指南中普遍采用普遍預防(universal prophylaxis)或搶先治療(pre-emptive therapy)策略來預防移植受者CMV肺炎的發生。前者是在移植后一個特定時期(通常是3個月內)對所有CMV感染高危患者進行抗病毒預防;后者則是在實驗室檢查[血清或全血實時熒光定量PCR(qPCR)]結果陽性或臨床跡象表明存在早期CMV復制的情況下搶先實施抗病毒治療,其目的是防止CMV病毒血癥向侵襲性CMV病進展[2],然而,普遍預防策略抗病毒周期長,長期接觸抗病毒藥物具有發生骨髓抑制、遲發性CMV病等不良反應的潛在危險,費用昂貴且存在藥物可及性問題[24]。搶先治療策略雖然相對避免了與抗病毒藥物的長期接觸,但其在病毒活動早期才用藥可能導致臨床預后不良[25]。

目前臨床常用的一線藥物包括更昔洛韋(ganciclovir, GCV),纈更昔洛韋(valganciclovor, VCV)、膦甲酸(foscarnet, FOS)和西多福韋(cidofovir, CDV)及來特莫韋(letermovir, LMV)。由于預防治療代價昂貴及藥物可及性差的原因,大多數移植中心采取搶先治療策略以減少抗病毒藥物毒性反應。在一線治療中,通常首先考慮GCV靜脈給藥,而病毒載量更低的患者,可替代為口服VCV。對GCV不耐受的患者考慮使用FOS和CDV[26],在補救性治療中,Yin等[27]報道,CDV治療患者與傳統用藥緩解率(75.8% VS 70.5%)接近,但緩解時間(6 d VS 9 d)更短。而作為藥物毒性更低的LMV,其在三期試驗中已取得了良好的治療效果。在預防性治療中,Freyer等[28]報道了在術后使用環磷酰胺進行預防移植物抗宿主病(graft versus host disease, GvHD)的患者中,LMV相較大劑量伐昔洛韋(valacyclovir)降低了CMV感染的發生(5% VS 53%),并有效縮短了感染患者的緩解時間和病死率。Su等[29]在長達一年的回顧性研究中,在接受去T細胞造血干細胞移植的CMV血清陽性受者中,術后使用LMV降低了79%的病死率,且達到了和CMV血清陰性受者相同的獲益。在真實世界的普遍預防治療研究中,LMV受者相比非LMV受者取得了更高的生存率(86.1% VS 66.8%,P=0.035)及更長的CMV再激活時間(129.5 d VS 42 d)[30]。然而,目前尚未見大規模的LMV在搶先治療中的應用報道。

但是,隨抗病毒藥物的使用時間延長,將不可避免地導致CMV耐藥性常見化[31]。Muller等[32]研究中,16例對LMV無反應患者分離的CMV基因測序結果顯示,pUL51和pUL56的突變可能帶來潛在的病毒耐藥,因LMV可能需要結合到UL56-L257I和UL51-A95V的空間位點上而發揮作用。Jung等[33]研究表明,UL97和UL54的突變與GCV的耐藥有關,甚至UL54的多樣性突變導致了CDV、FOS的耐藥性產生;而對于VCV的耐藥突變,報道[34]稱指南推薦劑量下,VCV預計僅在21%的接受者中達到治療靶點。雖然更多研究[35]表明,更換GCV有可能是應對VCV耐藥的有效方法,但這些結果仍提示需要進一步考量不同藥物濃度下的抗病毒效能以及探索新靶點藥物。

在耐藥性CMV肺炎復發的治療中,馬里巴韋(maribavir, MBV)作為潛在的有效藥物正在步入臨床的視野[36]。MBV作為靶向作用于UL97蛋白激酶的抗CMV藥物,可以帶來耐藥性CMV肺炎治療的突破。在針對復發性CMV感染的三期臨床試驗中[37],對比MBV(400 mg, bid)與傳統抗CMV療法,在病毒清除與癥狀控制方面:相較傳統療法,MBV展現出了明顯優勢(8周病毒清除:55.7% VS 23.9%;12周病毒清除與癥狀控制:18.7% VS 10.3%;更輕微的不良反應:91.4% VS 97.4%)。新的藥物運載方式亦可能克服傳統抗CMV療法的低效能、耐藥等問題,Qin等[38]設計了一種基于納米材料包被的GCV和FOS的復合體,并采用人工干細胞技術進行輸送,在CMV誘導的肺炎模型中顯示出顯著的炎癥抑制性,有效抑制病毒復制和減輕病毒感染相關炎癥,有效發揮GCV和FOS的協同作用,但在這方面未見更多的臨床實踐報道。

3 討論與展望

CMV肺炎的管理是HSCT術后備受關注的臨床問題。CMV感染與再激活與多種臨床因素有關,包括移植前處理、移植后免疫狀態及移植后用藥等。在植入期及植活早期,患者免疫重建主要以中性粒細胞為主,T淋巴細胞重建速度緩慢,且由于部分患者在移植前采取了抗胸腺球蛋白、放射治療或T細胞剔除等處理,在植入期、植活早期甚至晚期T細胞免疫仍存在缺陷[39],而正常人體對于CMV的免疫主要依賴于CD8+T細胞的特異性細胞免疫。此外,CMV感染在免疫正常人群中常表現為無癥狀隱性感染。有報道稱在中國人群體中,CMV血清學陽性可達80%～90%,且呈抑制狀態[40]。在供體-受體配型中,往往存在CMV血清學陽性與陰性交叉輸送的情況。因此,移植后淋巴細胞免疫缺陷而導致的CMV再激活過程的監測是臨床上開展CMV肺炎預防治療時重點關注的問題,尤其是當CMV病往往需要與EBV感染、移植物抗宿主病(graft versus host disease, GvHD)甚至新型冠狀病毒肺炎相鑒別時,高效的診斷和精準的用藥才能減輕多重用藥的不良反應,提高患者收益和生存率。

CMV病毒耐藥仍是現在和未來臨床面臨的挑戰之一。雖然新靶點藥物的出現帶來了新的治療選擇,但是耐藥突變仍然在選擇壓力下不斷出現。有研究[36]提示更大濃度的抗病毒劑量有利于患者緩解,但Royston等[41]在隨訪隊列中對LMV血藥濃度的監測表明血藥濃度的高低與患者CMV病的發生率不相關,但是高血藥濃度與2級以上的GvHD的發生有關(479 μg/mL VS 248 μg/mL,P=0.001),包括胃腸道GvHD的發生(499 μg/mL VS 263 μg/mL,P=0.004)。提示在進行抗病毒藥物劑量選擇時,仍需要權衡高濃度抗病毒藥物的不良反應與血液惡性腫瘤患者移植術后復雜而脆弱的內穩態間的平衡,目前尚未有更多調整抗病毒藥物劑量對抗CMV耐藥的相關臨床研究。而在新抗病毒靶點方面,新靶點藥物(如filoccilovir[42]、brincidofovir[43])更多停滯在臨床試驗階段或未達到臨床預期效果而中止試驗。目前CMV耐藥突變更多集中在pUL51、pUL54、pUL97上,提示精確的突變測序或者體外試驗方法預測有助于臨床用藥策略的選擇。

搶先治療策略的選擇對CMV再激活、CMV肺炎的早期預測和診斷提出了較高的要求,目前CMV再激活監測手段主要依賴血清CMV-DNA的常規監測和臨床表現進展[26]。然而這些檢驗手段因普遍的CMV隱性感染而呈定性檢驗結果陽性,且定量檢驗上尚未有明確的統一判別標準,加之臨床上不同移植中心間BALF及支氣管鏡下活檢開展程度有較大差異,因而僅依靠血清或BALF CMV-DNA滴度監測無法及時判斷CMV再激活向CMV肺炎進展的關鍵節點,難以開展精確的搶先治療。臨床上更多依賴于滯后的病原學培養等方法做排除性診斷或回顧性診斷,因而,有必要進一步挖掘臨床數據以確定有價值的診斷CMV肺炎的臨床標志物。

實驗室檢驗聯合臨床數據建模可能可以對CMV再激活或CMV肺炎做出可信度較高的預測推斷。Eisenberg等[44]基于患者移植前基礎健康指標及移植后實驗室檢驗數據,采用梯度提升算法聯合建模,在21 d的窗口期內預測CMV再激活的AUC為0.62。Duke等[45]的研究證實依靠基礎健康數據及實驗室數據預測移植后8、24及48周內CMV激活及預后AUC為0.75,但在納入多周數的病毒載量后,預測結果AUC達0.968。Shen等[46]研究納入北京人民醫院289例患者,使用患者年齡、性別、植入物CD34+細胞數、植入前糖皮質激素累積量等指標建立logistic回歸模型預測移植后100 d內CMV感染的復發,其靈敏度、特異度、AUC及總體準確率分別達到0.531、0.742、0.654和0.641。這些研究結果提示依靠早期臨床數據及選擇適當的模型有可能建立一個具有診斷意義(AUC>0.5)的臨床預測模型,考慮到中心規模、納入因素及驗證等差異,此類模型仍需進一步優化與改良,以更好地匹配臨床的需要,更具有臨床可用性。

肺炎影像組學聯合臨床數據可能是未來進行CMV肺炎早期高精度診斷的有效方法。影像組學通過計算機特征處理、建模及輔助影像科醫生診斷來提高臨床診斷準確率。近年來影像組學結合深度學習技術(deep learning, DL)突破了機器學習的低平滑度問題而被廣泛應用于包括數字病理學和胸部、腦部、心血管和腹部成像[47]等各種醫學影像學診斷,其在疾病分類和診斷方面的診斷性能和可靠性可與醫療專業人員相當(靈敏度87.% VS 86.4%;特異度92.5% VS 90.5%)[48]。在肺炎影像組方面,DL集中應用于新型冠狀病毒肺炎與社區獲得性肺炎鑒別診斷,肺部結節和肺部腫瘤X-ray片/CT的診斷、識別上。目前已有報道成熟可靠的卷積網絡模型(convolutional neural networks, CNNs)可在短時間內檢測、定位和量化新型冠狀病毒肺炎的感染情況,并已在臨床中輔助臨床醫生準確評估新型冠狀病毒肺炎患者的肺部感染情況[49]。Shelke等[50]利用CNN模型對正常肺、肺結核、普通肺炎、新型冠狀病毒肺炎的X-ray片進行四分類探索,報道測試準確率達95.9%。Hongmei團隊組建了國內多中心數據庫,從CT影像中提取了約30 000張新型冠狀病毒肺炎病灶圖,建立的CNN模型靈敏度和特異度均超越75%,在臨床科室應用后使得影像科醫生的診斷靈敏度和特異度分別增加16.5%、11.6%[51]。相比于目前患者數據量較大的新型冠狀病毒肺炎、肺結核等病種,目前尚未見DL在CMV肺炎等肺部機會性感染的影像組學方面應用探索的報道。

綜上所述,未來聯合多組學數據、影像學、臨床數據的基礎上進行建模,對CMV再激活或CMV肺炎患者的預測和早期診斷可能具有一定的意義。在高精度和高可信度預測的基礎上完善臨床現有診斷標準,可為臨床用藥時機提供參考,使移植術后患者獲益。而在藥物預防治療方面,還期待于出現更加便捷有效的方法進行耐藥性突變檢測,推動新藥臨床試驗發展,以及制定更有效的CMV肺炎治療策略。

利益沖突:所有作者均聲明不存在利益沖突。