新闻中心
News Center
Industry News
行业新闻

心内膜炎的前世今生——mNGS在感染性心内膜炎中的应用

日期:2019-08-20

心内膜炎的发生都是蓄谋已久

 

近日,今日头条、搜狐等各大新闻网站同时报道了一则“离奇诡异”的新闻,《男子睡前不刷牙,感染心内膜炎》。新闻报道了在红旗医院口腔科就诊的吕先生,由于平时工作繁忙,常常加班到深夜,无法做到睡前刷牙这项基本功课,最终引发心内膜炎。这则新闻引起了广大网友的热议,一个看似平常的生活陋习竟会造成如此可怕的后果,大家会不会像小编一样,这两天疯狂的进行“口腔大扫除”。那么到底是什么心内膜炎呢?为什么不刷牙就有可能引起心内膜炎呢?今天就由小编给大家科普一下。


心内膜炎

心内膜炎,可通俗理解为心脏内膜“发炎”,根据致病原因分为非感染性心内膜炎(Non-infective Endocarditis)和由病原体引起的感染性心内膜炎(Infectious Endocarditis,IE)。非感染性心内膜炎是由创伤、局部血液涡流,循环中免疫复合物,心瓣膜和邻近的心内膜上无菌性血小板和纤维蛋白形成血栓引起的,会引发一系列临床症状。感染性心内膜炎是由于各种病原体入血后机体未能及时清理,病原体在心脏处寄居繁殖,侵袭周边细胞导致栓性粒子在血管中穿梭堵塞,最终造成心内膜发炎。IE发病率约为每年3-10例/10万人[1],且病死率高达40%[2]


图1 心内膜炎(图片来源于网络侵删)


临床症状

心内膜炎常伴随一系列临床症状和周围体征。常见症状包括:流感样症状,如发热和发冷,心脏杂音,疲劳,关节和肌肉疼痛,盗汗,呼吸急促伴随胸痛,脚、腿或腹部肿胀等;罕见症状包括:原因不明的体重降低,尿液中带血,脾脏压痛,Janeway病变,Osler小节和瘀斑等。


图2 感染性心内膜炎的周围体征

A.欧氏小结(Osler’s nodes) [3]

B.Janeway病变(Janeway lesions) [3]

C.罗氏斑点(Roth’s spots) [4] 

D.结膜出血(Conjunctival-hemorrhages) [5]


发病机制

 

IE的发病机制可归纳为4个连续事件和4个阶段。

 

4个连续事件

1、非细菌性血栓性赘生物形成,内皮细胞的损害、纤维蛋白和血小板沉积;

2、人体局部释放出病原体进入血液循环;

3、病原体附着于赘生物上,继之有纤维蛋白和血小板聚集,将其集落覆盖,成为赘生物的基础;

4、使病原体能够在此滋长繁殖。

经过上述4个连续事件后,就形成感染灶。

此后感染灶继续演变为以下

4个过程

1、当赘生物局部破裂时,释放病原体进入血液循环,产生一过性菌血症;

2、含有病原体的赘生物局部侵入,导致心内传导系统异常、瓣环脓肿、心包炎、主动脉窦动脉瘤及瓣膜穿孔;

3、感染的赘生物碎片脱落,引起体、肺循环外周栓塞;

4、血中已有的抗体与病原体抗原形成免疫复合物。在感染性心内膜炎病例中,链球菌属(Streptococci)和葡萄球菌属(Staphylococcus)是主要的致病菌,约占所有致病菌的80%[6]

 

表1 感染性心内膜炎的发病机制


备注:“HACEK”细菌群由五个菌属组成,H代表嗜血杆菌属(Haemophilus),

A代表放线杆菌属(Actinobacillus),C代表心杆菌属(Cardiobacterium),

E代表艾肯菌属(Eikenella),K代表金氏菌属(Kingella)[7]


病原体的检测

感染性心内膜炎是一种致死率比较高的疾病,流行病学研究表明,它的发病率正在逐年上升。尽管有早期诊断和外科干预的方式进行预防,但近20年来其发病率和死亡率都没有得到改善,所以及时精准的确定感染性心内膜炎病因,科学有效的进行诊断分析,对于IE的精准干预治疗有重要意义。

 

常见的病原微生物检测主要依赖于培养的方法,但培养周期较长,而且无法覆盖到病毒、真菌、寄生虫等物种,存在一定的局限性。宏基因组二代测序(Metagenomic Next Generation Sequencing,mNGS)作为一种新兴的辅助诊断技术,不依赖先验信息,无需医生预判,不依赖培养,能够检测病原微生物基因组的所有序列,可以发现新或罕见病原体,适用于不明原因感染病原体的科研和临床应用,在条件致病菌感染及混合感染中有着明显的优势,这种新方法正在改变临床医生诊断和治疗感染性疾病的方式,同样也能够使IE患者的精准诊治、快速干预治疗成为了可能。

mNGS助力心内膜炎病原体诊断

 

2013年

Atsuko[8]等首次将mNGS技术应用于IE的病原体检测中,研究人员对3例IE患者的瓣膜组织同时进行常规培养和mNGS检测,结果显示mNGS的检出结果与培养阳性的结果高度一致,并且在培养结果为阴性的样本中,mNGS可检出的病原体,通过革兰氏染色验证检出为真,证明了mNGS方法在IE病原体检测方面的可靠性。Cheng[9]等利用mNGS对44名IE患者进行检测,并和传统检测方法进行比较,发现mNGS的敏感性,特异性,阳性预测值和阴性预测值分别为97.6%,85.7%,97.6%和85.7%,血培养为46.2%,100%,100%和12.5%,瓣膜培养为17.1%,100%,100%和17.1%,瓣膜革兰氏染色为51.4%,100%,100%和26.1%。结果显示mNGS不但延续了与传统检测方法一样的高特异性和阳性预测值外,同时也弥补了传统检测方法较低敏感性和阴性预测值的不足,可见mNGS有望成为IE诊疗的高效检测工具。

2019年5月

Kondo[10]等人报道了一例mNGS在IE方向应用的成功案例。患者男性,29岁,临床表现为18个月间歇性发热,盗汗和体重减轻等症状。该患者有法洛四联症(Tetralogy of Fallot, TOF)病史,进行过多次心脏手术,包括出生后7天的Blalock分流术,3岁后修复,2006年同种异体肺动脉瓣置换术(Pulmonary Valve Replacement,PVR)和2014年生物假体PVR等。在手术后该患者曾经前往巴基斯坦、泰国、老挝和缅甸等地,并在美国中西部地区喝过未经高温消毒的牛奶。最初血液培养和第四代艾滋病毒筛检呈阴性。随后该患者还带来了2014年医院执行PVR手术相关病例信息,警告可能存在分枝杆菌嵌合体(Mycobacterium chimaera)感染,其他可能的病原体包括汉塞巴尔通氏体(Bartonella henselae)、布鲁氏杆菌属(Brucella)以及伯氏立克次氏体(Coxiella burnetii)等。临床医生对该患者的血浆样本进行了mNGS的检测,根据检测结果诊断该患者是由C. burnetii感染引起的心内膜炎。随后使用羟氯喹(每8小时口服200mg)和强力霉素(每天口服100mg)进行治疗,治疗4周后患者的临床症状完全消退,最终成功进行了PVR和移植物交换。通过这个案例,研究人员认为对血浆中的cfDNA进行mNGS测序相较于传统的临床检测方法有着更为显著的优势。

首先,mNGS可以在一次实验中检测所有的细菌,真菌,寄生虫和病毒等病原体,减少了对大量病原体特异性检测的需求。其次,检测周期短,便于早期开始精准治疗。最后,标本采集是微创(静脉穿刺)方法,减少类似组织活检等侵入性操作,可减轻病人痛苦。

图3患者微生物检测的时间表


案例1

患者

女,35岁,临床诊断心内膜炎。

2019年4月25日送心内膜赘生物进行迪感康检测,检测结果显示格氏链球菌阳性,特异性序列920条,提示临床存在格氏链球菌引发心内膜炎可能。



格氏链球菌(Streptococcus gordonii)

一种革兰氏阳性球菌,兼性厌氧。栖息于人类口腔、皮肤、肠道和上呼吸道等位置,可引发牙菌斑,在口腔内没有直接致病性。但心脏受损后,血液中的血小板和促进血液凝固的细胞碎片与损伤的心脏瓣膜和心内膜上的纤维蛋白原结合,形成血小板-纤维蛋白血栓。当该菌侵入血液后,可定植在这种血小板-纤维蛋白血栓上,导致心内膜炎[11]

 

案例2

患者

男,44岁,临床诊断心内膜炎。

2019年5月18日送心内膜赘生物行迪感康检测,检测结果显示口腔链球菌阳性,特异性序列794条,提示临床存在口腔链球菌引发心内膜炎可能。



口腔链球菌(Streptococcus oralis)

一种革兰氏阳性球菌,口腔正常菌群的一部分,条件致病。口腔链球菌曾被认为是一种次要的机会性病原体,现在被认为是一种重要的病原体,影响免疫功能受损的个体和那些患有血液恶性肿瘤的人。已知,在这些个体中,口腔链球菌可引起细菌性心内膜炎、成人呼吸窘迫综合征和链球菌休克等并发症。青霉素曾经是治疗由口腔链球菌引起的感染的标准药物,然而,细菌耐药性的出现降低了青霉素的治疗效果[11]

 

案例3

患者

女,57岁,临床诊断感染性心内膜炎。

2019年7月28日送外周血进行迪感康检测,检测结果显示金黄色葡萄球菌阳性,特异性序列313条,提示临床存在金黄色葡萄球菌引发感染性心内膜炎可能。



金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)

一种革兰氏阳性球菌,兼性厌氧。该菌是人体上呼吸道、皮肤以及肠粘膜中的共生菌,常造成机会性感染,包括:轻度皮肤感染(脓疱病,毛囊炎等),侵袭性疾病(伤口感染,骨髓炎,伴有转移性并发症的菌血症等)和毒素介导的疾病(食物中毒,中毒性休克综合征或TSS,皮肤综合症等)。常见的浅表感染包括痈,脓疱病,蜂窝织炎,毛囊炎。社区获得性感染包括骨髓炎,肺炎,伤口感染,菌血症和心内膜炎等。该菌也是世界各地引发感染性心内膜炎的主要病原体[13]

 

结语

基于宏基因组新一代测序技术不依赖于传统的微生物培养,直接对临床样本中的核酸进行高通量测序,能够快速、客观的检测临床样本中的较多病原微生物(包括病毒、细菌、真菌、寄生虫),且无需特异性扩增,尤其适用于急危重症和疑难感染的诊断,随着mNGS技术平台的完善和临床研究的增多,mNGS在急危重症严重感染和罕见病原体感染的病原体检测中的优势会越来越明显,在临床上的运用也将越来越广泛。

 

参考文献

1. Thuny F, Grisoli D, Collart F, et al. Management of infective endocarditis: challenges and perspectives[J]. Lancet, 2012. 379(9819): p. 965-975.

2. Korem M, ., Israel S, ., Gilon D, ., et al. Epidemiology of infective endocarditis in a tertiary-center in Jerusalem: a 3-year prospective survey[J]. European Journal of Internal Medicine, 2014. 25(6): p. 550-555.

3. Marrie T J. Osler's nodes and Janeway lesions[J]. American Journal of Medicine, 2008. 121(2): p. 105-106.

4. Dhibar D P, Sahu K K, Jinagal J, et al. Roth’s spot in megaloblastic anaemia[J]. Postgraduate medical journal, 2018. 94(1107): p. 66-66.

5. Cvetković D, Živković V, and Nikolić S. Unusual appearance of facial petechiae and conjunctival hemorrhages: the trout phenomenon in a case of fatal subarachnoid hemorrhage due to ruptured berry aneurysm[J]. Forensic Sci Med Pathol, 2016. 12(4): p. 1-3.

6. Federspiel J J, Stearns S C, Peppercorn A F, et al. Increasing US rates of endocarditis with Staphylococcus aureus: 1999-2008[J]. Archives of Internal Medicine, 2012. 172(4): p. 363-365.

7. Holland T L, Baddour L M, Bayer A S, et al. Infective endocarditis[J]. Nature Reviews Disease Primers, 2016. 2: p. 16059.

8. Atsuko I, Kazuyoshi G, Yoshihiro A, et al. Comprehensive metagenomic approach for detecting causative microorganisms in culture-negative infective endocarditis[J]. International Journal of Cardiology, 2014. 172(2): p. e288-e289.

9. Cheng J, Hu H, Fang W, et al. Detection of pathogens from resected heart valves of patients with infective endocarditis by next-generation sequencing[J]. International Journal of Infectious Diseases, 2019. 83: p. 148-153.

10. Kondo M, Dalai S C, Venkatasubrahmanyam S, et al. Diagnosis and Genotyping of Coxiella burnetii Endocarditis in a Patient with Prosthetic Pulmonary Valve Replacement Using Next-Generation Sequencing of Plasma Microbial Cell-Free DNA. in Open Forum Infectious Diseases. 2019. Oxford University Press US.

11. Christopher P and Douglas C W I. Relationship between the ability of oral streptococci to interact with platelet glycoprotein Ibalpha and with the salivary low-molecular-weight mucin, MG2[J]. Fems Immunology & Medical Microbiology, 2013. 48(3): p. 390-399.

12. Doyuk E, Ormerod O J, and Bowler I C. Native valve endocarditis due to Streptococcus vestibularis and Streptococcus oralis[J]. Journal of Infection, 2002. 45(1): p. 39-41.

13. Fowler V G, Miro J M, Hoen B, et al. Staphylococcus aureus endocarditis: a consequence of medical progress[J]. Jama, 2005. 293(24): p. 3012-3021.