Kliniske karakteristika, diagnose, resultater og lungemikrobiomanalyse af invasiv pulmonal aspergillose hos de samfundserhvervede lungebetændelsespatienter

ABSTRAKT

Baggrund

Invasiv pulmonal aspergillose (IPA) forbliver undervurderet hos patienter med samfundserhvervet pneumoni (CAP). Denne undersøgelse har til formål at beskrive kliniske træk og resultater af IPA hos CAP-patienter, vurdere den diagnostiske ydeevne af metagenomisk næste generations sekvensering (mNGS) for IPA og analysere lungemikrobiom via mNGS-data.

For nylig har den nye coronavirus-lungebetændelsesepidemi tiltrukket sig udbredt opmærksomhed rundt om i verden. Mange mennesker er begyndt at være opmærksomme på, om deres immunitet er stærk nok, fordi immunitet er kroppens første forsvarslinje mod sygdomme. I denne artikel undersøger vi forholdet mellem lungebetændelse og immunitet.

Lungebetændelse er en alvorlig luftvejsinfektion og en inflammatorisk sygdom forårsaget af mange årsager. Vira som forkølelse, influenza og den nye coronavirus kan alle forårsage lungebetændelse. Fokus for denne sygdom er, at den forårsager irreversibel skade på åndedrætssystemet og kan føre til respirationssvigt.

Men hvis din immunitet er tilstrækkelig, er din krop bedre rustet til at bekæmpe vira og bakterier. Det skyldes hovedsageligt hvide blodlegemer – en af ​​de vigtigste immunceller i kroppen. Hvide blodlegemer kan genkende invaderende patogener og angribe dem direkte og kan også udskille antistoffer for at forsvare sig mod patogeninvasion.

Ud over hvide blodlegemer omfatter nogle andre vigtige komponenter i immunsystemet lymfocytter og fagocytose. Lymfocytter aktiverer immunsystemet ved at genkende fremmede patogener, mens fagocytose er, når visse typer hvide blodlegemer opsluger og nedbryder patogener såsom invaderende bakterier.

Så at holde dit immunsystem sundt er en effektiv måde at forhindre luftvejsinfektioner som lungebetændelse. Du kan forbedre din immunitet ved at spise fødevarer rig på vitaminer, proteiner og antioxidanter, såsom dybhavsfisk, nødder, bønner, jordbær, blåbær og meget mere. Derudover er det også meget vigtigt at bevare et godt helbred, herunder ikke at ryge, dyrke mere motion, bevare en god søvn og reducere stress.

Kort sagt, for at undgå luftvejsinfektioner såsom lungebetændelse, er det vigtigt at opretholde en god immunitet. Vi skal forbedre kroppens immunitet gennem en sund kost, ordentlig motion og søvnvaner. Planlæg din livsstil med rimelighed, så din krop har en bedre forsvarsmekanisme og holder sig væk fra sygdomme som lungebetændelse. Fra dette synspunkt er vi nødt til at forbedre vores immunitet. Cistanche kan forbedre immuniteten markant, fordi kødaske indeholder en række biologisk aktive komponenter, såsom polysaccharider, to svampe, Huang Li osv. Disse komponenter kan stimulere immunsystemet Forskellige typer celler i systemet, øger deres immunaktivitet.

Klik på sundhedsmæssige fordele ved cistanche

Metoder

Dette retrospektive kohortestudie omfattede CAP-patienter fra 22. april 2019 til 30. september 2021. Kliniske og mikrobiologiske data blev analyseret. Den diagnostiske ydeevne af mNGS blev sammenlignet med traditionelle detektionsmetoder. Lungemikrobiomet påvist af mNGS blev karakteriseret, og dets sammenhæng med kliniske træk blev evalueret.

Hovedresultater

IPA blev diagnosticeret hos 26 (23,4 procent) af 111 CAP-patienter. Patienter med IPA udviste nedsat immunitet, højere hospitalsdødelighed (30,8 procent mod 11,8 procent) og dødelighed på intensivafdelinger (42,1 procent mod 17,5 procent) sammenlignet med patienter uden IPA. Galactomannan (GM) antigentesten havde den højeste følsomhed (57,7 procent) ved påvisning af Aspergillus spp, efterfulgt af mNGS (42,3 procent), dyrkning (30,8 procent) og udstrygning (7,7 procent). Krusene, kulturen og udstrygningen havde 100 procent specificitet, mens GM-testen havde 92,9 procent specificitet. Den mikrobielle struktur af IPA adskilte sig væsentligt fra ikke-IPA-patienter (s<0.001; Wilcoxon test). Nineteen different species were significantly correlated with clinical outcomes and laboratory biomarkers, particularly for Streptococcus salivarius, Prevotella timonensis, and Human betaherpesvirus 5.

Konklusioner

Vores resultater afslører, at patienter med Aspergillus-infektion har en tendens til at have en højere tidlig dødelighed. NGS kan foreslås som et supplement til rutinemæssige mikrobiologiske tests til diagnosticering af patienter med risiko for Aspergillus-infektion. Lungemikrobiotaen er forbundet med inflammatoriske, immun- og metaboliske tilstande af IPA og har således indflydelse på kliniske resultater.

INTRODUKTION

Invasiv pulmonal aspergillose (IPA) er en vigtig årsag til sygelighed og dødelighed, der typisk påvirker immunkompromitterede værter, såsom patienter med HIV-infektion samt patienter, der modtager kortikosteroidbehandling, transplantationsmodtagere eller hæmatologisk cancer.1 Talrige tilfælde af fejldiagnosticering eller manglende diagnose og kun diagnosticeret postmortem på grund af manglende medicinske ressourcer og nye risikofaktorer er undervurderet.2 Klinisk diagnose af IPA omfatter værtsfaktorer, kliniske træk og mykologisk evidens.3 Problemer som følge af utilgængelighed af vævsprøver, lav kulturfølsomhed, dårlig anvendelighed af traditionelle værtsfaktorer og fravær af typiske kliniske og radiologiske fund fører til forsinket og forpasset diagnose hos IPA-patienter.4 De nyligt offentliggjorte retningslinjer for klinisk praksis fra American Thoracic Society for diagnosticering af svampeinfektion fremhæver de kulturuafhængige diagnostiske tests med stærke anbefalinger til påvisningen af ​​Aspergillus DNA i bronchoalveolær skyllevæske (BALF) ved PCR.5.

I det seneste årti har udvikling i molekylære metoder til kvantificering og sekventering af patogent DNA i høj grad lettet påvisningen af ​​forskellige mikroorganismer. Metagenomic next-generation sekventering (NGS) er nu blevet anvendt i vid udstrækning til diagnosticering af infektionssygdomme i kliniske omgivelser, især med specifikke eller uidentificerede eller blandede patogener i en ikke-målrettet tilgang.6 For eksempel kan kombination af mNGS med konventionelle detektionsmetoder øges påvisningshastigheden for mycobacterium tuberculosis complex7 og lette påvisningen af ​​blandede patogener hos immunkompromitterede svær community-acquired pneumonia (CAP)-patienter.8 Til dato har den diagnostiske ydeevne af NGS til påvisning af lunge Aspergillose-infektion ikke været klar.

For nylig blev variationer i sammensætningen og mangfoldigheden af ​​lungemikrobiomer beskrevet på tværs af adskillige luftvejssygdomme, hvilket giver nye syn til præcis diagnose. Patienter med bakteriologisk bekræftet tuberkulose udviste en betydelig stigning i bakteriearter sammenlignet med negative tuberkulosepatienter.9 Ubalancen i lungesamfundet drevet af berigelse med det potentielle patogen er korreleret med resultater hos intuberede/mekanisk ventilerede patienter.10 Hérivaux et al. opdagede patienter med IPA udviste en differentiel overflod af specifikke bakterielle taxa.11

Med nyere tilgængelige diagnostiske teknikker er det muligt at evaluere de kliniske karakteristika og lungemikrobiomet af IPA fra et nyt perspektiv for en omfattende forståelse af sygdommen. Denne undersøgelse var designet til at beskrive kliniske karakteristika og resultater af IPA hos CAP-patienter, vurdere den diagnostiske ydeevne af mNGS for IPA og afsløre forholdet mellem kliniske karakteristika og lungemikrobiom i IPA.

METODER

Studiedesign og deltagere

Dette var et retrospektivt kohortestudie, der bestod af hospitalsindlagte patienter (over eller lig med 18 år) diagnosticeret som CAP på The First Affiliated Hospital of Chongqing Medical University mellem 22. april 2019 og 30. september 2021. Patienter, der er tilmeldt denne undersøgelse, bør opfylde følgende inkluderende kriterier: (1) diagnosticeret med CAP, der opfylder 2007 IDSA/ATS-retningslinjerne12, (2) gennemgår bronchoalveolær lavage, (3) ingen antibiotikaeksponering inden for de sidste 2 uger før prøvetagning og (4) at have testet galactomannan (GM), udstrygning, dyrkning og BALF mNGS resultater af BALF. Tilfælde med sandsynlig IPA kræver tilstedeværelsen af ​​mindst én værtsfaktor, en klinisk manifestation og mykologisk evidens i BALF i henhold til 2019-kriterierne fra European Organisation for Research and Treatment of Cancer/Mycoses Study Group (EORTIC/MSG).3 I denne undersøgelse var en ændring i diagnostiske kriterier tilføjelsen af ​​NGS som en af ​​de mykologiske testmetoder, herunder GM-test, udstrygning og dyrkning. Tilfælde uden sandsynlig IPA inkluderede patienter uden tegn på klinisk eller radiologisk evidens eller tilstedeværelsen af ​​Aspergillus spp i BALF. Alle de tilmeldte patienter blev fulgt op telefonisk for at forespørge om overlevelse eller dødsdato.

Dataindsamling og mikrobiologisk testning

Klinisk information blev udtrukket fra de elektroniske lægejournaler ved hjælp af en standardiseret dataindsamlingsformular, som omfattede demografiske oplysninger, kliniske data, laboratoriefund, CT af brystet, antisvampebehandlinger og resultater. Alle data blev gennemgået af to efterforskere uafhængigt af hinanden for at verificere dataens nøjagtighed. 7-kategoriens ordinalskala13 blev ændret baseret på undersøgelsesdesignet, som bestod af gensidigt udelukkende kategorier som følger: kategori 7, død; kategori 6, der kræver invasiv ventilation og yderligere organstøtte (f.eks. kontinuerlig nyreudskiftningsterapi eller ekstrakorporal membraniltning); kategori 5, der kræver invasiv mekanisk ventilation; kategori 4, der kræver non-invasiv ventilation eller højflow ilt; kategori 3, der kræver supplerende ilt med maske eller næseben; kategori 2, indlagt, ingen ilt; kategori 1, udskrevet. Forbedring i klinisk status blev defineret som et fald på 2 kategorier vurderet af 7-niveauordinalskalaen på faste tidspunkter (dage 1, 7, 14, 21 og 28).
Testning for GM-antigen i serum og GM i BALF udføres generelt hos alle tilmeldte patienter. Et resultat blev betragtet som positivt, når optiske indeksværdier var større end eller lig med 1.0 i serum eller større end eller lig med 1.0 i BALF eller større end eller lig med 0 .7 i serum og større end eller lig med 0.8 i BALF. BALF-prøver blev udsat for mNGS, udstrygning ved mikroskopi og almindelig svampekultur.

Metagenomics næste generations sekventering

1,5-3 ml BALF blev opsamlet fra hver patient i overensstemmelse med standardprocedurer.14 Et 1,5 ml mikrocentrifugerør indeholdende 0,6 ml BALF-prøve, enzym og 1 g 0,5 mm glasperler blev omrørt af en hvirvelblander, og en 0,3 ml prøve blev adskilt i et 1,5 ml mikrocentrifugerør, og DNA blev ekstraheret ved hjælp af TIANamp Micro DNA Kit (DP316, Tiangen Biotech) efter producentens manual.15 DNA-biblioteker blev konstrueret gennem DNA fragmentering, endereparation, adapterligering og PCR-amplifikation. Derefter blev biblioteker med bekræftet kvalitet sekventeret af Illumina NextSeq 550-platformen med enkeltlæsninger på 75bp (Illumina, San Diego, Californien, USA).16

Den interne kontrol, kaldet unik molekylær spiked-in (UMSI), blev tilføjet til prøven før DNA-ekstraktion. Rækkefølgen af ​​UMSI varierede i forskellige prøver. Hver NGS-analysekørsel inkluderede en ekstern negativ kontrol, der kørte parallelt med kliniske prøver. Under analyse kunne kontamineringen mellem prøver findes, hvis UMSI-sekvensen var den samme, eller aflæsningerne af nogle patogener i den eksterne kontrol var meget høje.

Sekvenseringsdata af høj kvalitet blev genereret ved at fjerne læsninger af lav kvalitet, efterfulgt af beregningssubtraktion af humane værtssekvenser kortlagt til det humane referencegenom (hg19) ved brug af Burrows-Wheeler-justering.17 De resterende data ved fjernelse af læsninger med lav kompleksitet blev klassificeret ved samtidig at tilpasse sig fire mikrobielle genomdatabaser (bakterier, svampe, vira og parasitter), som blev downloadet fra National Center for Biotechnology Information (ftp://ftp.ncbi. nlm.nih.gov/genomes/). Fortolkning af mine resultater kan ses i online supplerende metoder.

Patient- og offentlig involvering

Patienter og offentligheden var ikke involveret i udformningen og udførelsen af ​​denne undersøgelse, valg af resultatmål eller rekruttering. Resultaterne af denne undersøgelse vil ikke blive formidlet til deltagerne og tilknyttede samfund.

Statistiske analyser

Kontinuerlige variabler blev udtrykt som median (IQR) og sammenlignet med Mann-Whitney U-testen. Kategoriske variabler blev udtrykt som tal (procent) og sammenlignet med χ2-test eller Fishers eksakte test. 2×2-kontingenstabellerne blev etableret for at bestemme sensitivitet, specificitet, positiv prædiktiv værdi (PPV) og negativ prædiktiv værdi (NPV). En tosidet på mindre end 0.05 blev betragtet som statistisk signifikant. Statistiske analyser blev udført ved hjælp af IBM SPSS Statistics, V.23.0, medmindre andet er angivet.

Aflæsningerne af høj kvalitet blev først kortlagt til det humane referencegenom (hg19), og derefter blev ikke-menneskelige aflæsninger justeret til fire mikrobielle genomdatabaser (bakterier, svampe, vira og parasitter). Efter fjernelse af baggrundsmikrobierne, som optrådte i negative kontroller (online supplerende tabel 1), blev Bayesiansk re-estimering af overflod brugt til at estimere den relative overflod af arter (online supplerende tabel 2). Alfa-diversitetsindekset for hver prøve blev beregnet ud fra Shannon- og Simpson-indekser, og beta-diversitet blev beregnet ud fra vægtet UniFrac-afstand og Bray-Curtis-afstand. P-værdier for alfa- og beta-analyse blev beregnet ved hjælp af Wilcoxon-rangsum-testen. Lineær diskriminantanalyse (LDA) effektstørrelse blev brugt til at finde signifikant forskellige arter mellem grupper med tærskler for log10 LDA-score større end eller lig med 2 og p-værdi mindre end eller lig med 0,05. Korrelationen mellem den repræsentative mikrobiota og kliniske data blev evalueret af Spearman.

RESULTATER

Patientrekruttering og kliniske karakteristika

I alt 123 patienter med 128 BALF-prøver blev gennemgået, og 111 patienter blev inkluderet i denne undersøgelse.

Seksogtyve patienter blev diagnosticeret med sandsynlig IPA (navngivet IPA) og 85 kontroller uden IPA (navngivet kontrol) (figur 1). Sammenligninger af demografiske og kliniske karakteristika mellem IPA-gruppen og kontrolgruppen blev opsummeret i tabel 1. Undersøgelsespopulationen havde en medianalder på 60 (IQR, 53-73) år, og 66,7 procent var mænd. Samlet set havde 33 patienter (29,7 procent) en historie med rygning. Toogtyve patienter (19,8 procent) havde kronisk obstruktiv lungesygdom. Femten patienter (13,5 procent) havde fået kortikosteroider, og 36 patienter (32,4 procent) blev anset for at være immunkompromitterede (online supplerende tabel 3). Patienter med sandsynlig IPA havde en signifikant højere frekvens af kendte risikofaktorer for aspergillose end dem uden IPA, inklusive behandling med kortikosteroider længere end 28 dage (38,5 procent vs. 5,9 procent , p=0.000) og immunkompromitterede status (53,8 procent mod 25,9 procent , p=0.008). Der blev ikke fundet signifikante forskelle i sekventiel vurdering af organsvigt og forvirring, urinstof, respirationsfrekvens, blodtryk og alder 65-scoring af patienter mellem de to grupper ved indlæggelsen.

Mikrobiologiske, CT-billeder og laboratoriefund

Aspergillus fumigatus-isolater blev opnået for 6 ud af 26 (23,1 procent) sandsynlige IPA-tilfælde, efterfulgt af Aspergillus flavus for 3 ud af 26 (11,5 procent) og Aspergillus ustus for 1 ud af 26 (3,8 procent) (tabel 2). Bronkial vægfortykkelse blev oftere vist på CT af brystet i IPA (44,0 procent mod 12,8 procent, p=0.000) (tabel 2). IPA-patienter har signifikant lavere niveauer af total lymfocyttal (774,1 vs. 1088,9, p=0.009) og lymfocytunderpopulation, inklusive CD3 plus T-lymfocyttal (553,0 vs 782,6, p=0.016), CD4 plus T-lymfocyttal (287.9 ​​vs 409.5, p=0.031) og CD4− CD8− T-lymfocyttal (25.9 vs 45.0, p=0.007 ) end kontrolpatienter (online supplerende tabel 4), hvilket indikerer den kompromitterede immunfunktion hos IPA-patienter.

Sammenligning af diagnostisk ydeevne

For at sammenligne den diagnostiske ydeevne af BALF mNGS og konventionelle tests for at skelne tilfælde med sandsynlig IPA fra tilfælde uden sandsynlig IPA, blev resultaterne vist i figur 2. GM-testen (57,7 procent) havde den højeste følsomhed ved påvisning af Aspergillus spp, efterfulgt af mNGS (42,3 procent), dyrkning (30,8 procent) og udstrygning (7,7 procent). Sammenlignet med udstrygningen havde mNGS en signifikant højere følsomhed 42,3 procent mod 7,7 procent , p=0.{{30}}1). mNGS, kulturen og udstrygningen havde 100 procent specificitet, mens GM-testen havde 92,9 procent specificitet, med en signifikant forskel mellem mNGS (eller kultur eller udstrygning) og GM-testen (p{ {18}}.029). PPV af mNGS, kultur og udstrygning til identifikation af Aspergillus spp var 100 procent, mens GM-testen var 71,4 procent. NPV rangeret som GM-test (87,8 procent), mNGS (85,0 procent), kultur (82,5 procent) og udstrygning (78,0 procent), uden nogen signifikant forskel mellem disse metoder. Vi har analyseret forskelle i sensitivitet/specificitet/PPV/NPV af GM på serum versus BALF ved at bruge et BAL fluid GM-indeks på større end eller lig med 1,0 eller serum-GM-indeks på større end eller lig med 1,0 som positivt ifølge 2019 EORTIC /MSG. Det var signifikant højere i sensitivitet, men lavere i specificiteten af ​​GM BALF end for GM-serum (henholdsvis 57,7 procent vs. 26,9 procent, p=0.048, 92,9 procent vs. 100 procent, 0,029), som blev vist i online supplerende tabel 5. Der var ingen forskelle i PPV og NPV.

Kliniske resultater

Der var ingen signifikante forskelle i dødeligheden på 28-dag, 60-dag og 90-dag mellem de to grupper (tabel 3). Hospitalsdødelighed (30,8 procent mod 11,8 procent , p=0.021) og intensivafdeling (ICU) dødelighed (42.1 procent mod 17.5 procent ,p=0.029) var signifikant højere i IPA-gruppen end i kontrolgruppen. Fordelingen af ​​patienter, der falder ind under hver kategori af 7-kategoriskalaen, viste en statistisk forskel mellem de to grupper på dag 28 (p=0.017); signifikans med statistisk test blev dog ikke nået i 7-kategoriens ordinalskala efter dag 1, 7 og 14 (figur 3). Der blev givet flere antifungale lægemidler til 23,1 procent af patienterne med sandsynlig IPA sammenlignet med 5,9 procent af patienterne uden sandsynlig IPA (p=0.01). Andelen af ​​patienter, der fik voriconazol, var bemærkelsesværdigt højere i tilfælde med sandsynlig IPA (53,9 procent vs. 8,2 procent , p=0.000). Der var ingen signifikant forskel i brugen af ​​amphotericin B og caspofungin mellem de to grupper (tabel 3).

Analyse af lungemikrobiom

For at sammenligne den overordnede sammensætning og mangfoldighed af den lungemikrobielle signatur hos patienter med IPA og kontrollen analyserede vi BALF-prøver indsamlet fra 109 CAP-patienter, inklusive 24 tilfælde (manglende 2 patienter på grund af tab af mNGS-data) diagnosticeret med sandsynlig IPA (navngivet IPA) og 85 sager uden sandsynlig IPA (navngivet kontrol). Vi vurderede mangfoldigheden af ​​lungesamfundene ved hjælp af Shannon og Simpson diversitetsindekset. Der var et fald i diversitet både i Shannon og Simpson diversitetsindeks hos IPA-patienter sammenlignet med ikke-IPA-patienter på trods af signifikante forskelle (figur 4A, B). Ved at bruge den vægtede UniFrac-metrik og Bray-Curtis-metrikken observerede vi, at mangfoldigheden af ​​IPA-patienter adskilte sig væsentligt fra ikke-IPA-patienter (p.<0.001; Wilcoxon test), suggesting that lung community structure of patients diagnosed with probable IPA differed substantially from those without probable IPA (figure 4C, D). Based on the average relative abundance, we plotted the top 10 phyla, genera, and species among 2 groups. 

I den samlede kohorte var Firmicutes, Proteobacteria, Actinobacteria, Bacteroidetes og Ascomycota de mest udbredte phyla, mens Prevotella, Streptococcus, Acinetobacter og Pneumocystis var de mest almindelige slægter (figur 5A, B). Den relative overflod af de 10 bedste i arter rangeret som Pneumocystis jirovecii, Acinetobacter baumannii, Lautropia mirabilis, Streptococcus oralis, Corynebacterium striatum, Human betaherpesvirus 5, Rothia mucilaginosa, Staphylococcus aureus kun med Staphylococcus aureus, Prevotella betavirus, Prevotica betavirus, No. var den signifikant forskellig mellem to grupper (figur 5C). Med fokus på de differentielle arter i IPA sammenlignet med deres kontroller fandt vi 21 arter med LDA-score større end eller lig med 2 og p<0.05, which H. betaherpesvirus 5, A. fumigatus, Aspergillus niger, Citrobacter braakii, Bacillus thermoamylovorans, Helcococcus kunzite, Lactobacillus delbrueckii, Burkholderia dolosa, Marinobacter hydrocarbonoclasticus, Riemerella anatipestifer, Corynebacterium halotolerant, and Lactobacillus plantarum were significantly abundant in the cases diagnosed with probable IPA, and Streptococcus salivarius, Citrobacter freundii, Paraburkholderia fungorum, Dolosigranulum program, Prevotella timonensis, Sphingobium yanoikuyae, Serratia marcescens, and Corynebacterium oculi were enriched in cases without probable IPA (figure 5D, online supplemental figure 1).

For yderligere at undersøge sammenhængen mellem kliniske data og lungemikrobiotaen af ​​IPA udførte vi Spearmans rangbaserede korrelationstest på de 21 signifikant forskellige arter med kliniske resultater og laboratoriefund (figur 6A). Vi observerede, at 19 forskellige arter var signifikant korreleret med 7 kliniske resultater og 22 laboratoriebiomarkører, især S. salivarius, P. Sinensis og H. betaherpesvirus 5. S. salivarius var primært positivt korreleret med otte laboratoriebiomarkører, inklusive røde blodlegemer, i alt. lymfocytter, T-lymfocytter, T-hjælperceller, cytotoksiske T-lymfocytter, B-lymfocytter, serumkalium og albumin og negativt i forhold til aspartataminotransferase, direkte bilirubin og D-dimer. Hvorimod S. salivarius hovedsageligt var negativt forbundet med 11 kliniske resultater, herunder ICU-dødelighed, varighed af ICU-ophold, hospitalsdødelighed, dødelighed på dag 28 og tid til supplerende iltuafhængighed inden for 28 dage, og positivt korreleret med varigheden af ​​hospitalsopholdsdødelighed på dag 28, ventilatorfri dage inden for 28 dage og tid til forbedring af klinisk status. I lighed med S. salivarius var P. timonensis primært positivt i forhold til seks laboratoriebiomarkører, herunder totale lymfocytter, T-lymfocytter, T-hjælperceller, CD4−CD8−T-celler, B-lymfocytter og serumkalium og negativt korreleret med procalcitonin.

Ligeledes var P. timonensis hovedsageligt negativt forbundet med varigheden af ​​intensivophold og hospitalsdødelighed, men positivt med respiratorfrie dage inden for 28 dage. Modsat S. salivarius og P. Sinensis var H. betaherpesvirus 5 negativt associeret med seks laboratoriebiomarkører, herunder totale lymfocytter, T-lymfocytter, T-hjælperceller, CD4 plus CD8 plus T-celler, B-lymfocytter og serumkalium og positiv i forhold til blod urea nitrogen. I mellemtiden var H. betaherpesvirus 5 primært negativt korreleret med varigheden af ​​intensivophold og tid til supplerende iltuafhængighed inden for 28 dage. Disse observationer antydede, at dysbiosen af ​​mikrobielle samfund i lungen er forbundet med patientens patofysiologiske tilstande og dermed kan påvirke de kliniske resultater.

For yderligere at undersøge den kliniske virkning af 21 signifikant forskellige arter lavede vi overlevelsesanalysen ved at plotte den kumulative sandsynlighedskurve. Som vist i figur 6B og C var påvisningen af ​​A. fumigatus og H. betaherpesvirus 5 signifikant forudsigelig for værre ICU-udfald (p=0.045, 0.032) . Mens vi i figur 6D, E, fandt, at påvisningen af ​​S. salivarius og P. timonensis var ekstremt signifikant forudsigelig for forbedrede ICU-resultater (p=0.0031, 0,0054). Vi konkluderede således, at i lungemikrobiotaen af ​​CAP kan ICU-resultater forudsiges af samfundets sammensætning, specifikt A. fumigatus, H. betaherpesvirus 5, S. salivarius og P. Sinensis.

DISKUSSION

I denne retrospektive kohorteundersøgelse undersøgte vi de kliniske karakteristika af IPA. Interessant nok bemærkede vi, at patienter kategoriseret som havende sandsynlig Aspergillus-infektion havde signifikant højere hospitalsdødelighed (30,8 procent) og intensivafdelingsdødelighed (42,1 procent) sammenlignet med kontrollen. Dødeligheden på dag 28 var, selvom den ikke var statistisk signifikant, numerisk højere hos IPA-patienter end hos kontrollen. Disse data tyder på, at patienter med Aspergillus-infektion har en tendens til at have en højere tidlig dødelighed. Tidligere undersøgelse rapporterede anslået 45 procent af ICU-dødeligheden og 26 procent af hospitalsdødeligheden18 Blandt invasiv tracheobronchial aspergillose, en sjælden enhed af IPA, var 30-dages- og 90-dagedødelighedsraterne begge så høje som 90 procent. 19 Loughlin et al rapporterede, at ICU-dødeligheden hos patienter med sandsynlig Aspergillus-infektion ikke var signifikant højere end dem uden Aspergillus-infektion4, hvilket muligvis skyldes generelt kritisk status i respirator-associeret pneumoni-patientkohorte i ICU-miljøet. I denne undersøgelse var den samlede tilstand for de indskrevne patienter med CAP relativt mild, hvilket kan forværres bemærkelsesværdigt af Aspergillus-infektion og potentielt livstruende.

Cornillet et al har foreslået, at IPA-patienters uspecifikke kliniske karakteristika og diagnostiske vanskeligheder, især når patienter uden neutropeni let fører til suboptimal behandling og forsinket behandlingsstart, hvilket resulterer i høj dødelighed og morbiditet.20 I betragtning af de ødelæggende dødelighedsrater for patienter med IPA, skal det rettes i tide. og præcis diagnose fremhæves og er påtrængende nødvendig for effektiv antifungal behandling for at nedsætte sygeligheden og dødeligheden. I det seneste årti har GM-detektion været meget brugt til diagnosticering af IPA.21 Imidlertid har GM-testning for serumprøver begrænset følsomhed ved diagnosticering af IPA hos ikke-neutropene værter.22 I stedet er påvisningen af ​​GM i BAL-væskeprøver fra patienter med risiko for IPA har fremragende diagnostisk nøjagtighed,23 24 fordi GM frigives tidligere og i højere koncentrationer i BAL-væsken sammenlignet med serum.25 For nylig har mNGS spillet en stadig vigtigere rolle i diagnosticering af svampesygdomme. Ding et al påviste, at følsomheden af ​​mNGS var signifikant højere end kultur ved påvisning af Candida albicans. 9 I denne undersøgelse blev BALF opsamlet direkte fra de nedre luftveje, hvilket undgik kontaminering fra den orale mikrobiota. Aspergillus i BALF blev påvist ved mNGS, kultur, udstrygning og GM-test. Resultaterne viste, at NGS havde sammenlignelig specificitet og PPV til kultur i Aspergillus-detektion. Selvom sensitiviteten af ​​mNGS var lavere end GM-testen, viste mNGS mere sensitivitet end smear og mere specificitet end serum- og BALF GM-testene. Disse resultater indikerede, at mNGS fungerer som en nyttig ikke-kulturbaseret test til påvisning af Aspergillus, hvilket tyder på et supplement til rutinemæssige mikrobiologiske tests til diagnosticering af patienter med risiko for IPA.

Vores undersøgelse opdagede, at CAP-patienter med Aspergillus var mere tilbøjelige til at blive samtidig inficeret med bakteriel eller (og) viral infektion på grund af den immunkompromitterede status og kortikosteroidbehandling. Patienter med influenza, som var immunkompromitteret, blev rapporteret at have en forekomst af IPA så høj som 32 procent, hvorimod forekomsten i den ikke-immunkompromitterede influenzagruppe var 14 procent .18 Med fremkomsten af ​​COVID-19-pandemien og brug af kortikosteroider hos patienter med svær COVID-19,26 COVID-19-associeret pulmonal aspergillose (CAPA) er blevet rapporteret i flere case-rapporter.27-29 I en metaanalyse viser forekomsten og dødeligheden af ​​CAPA. på intensivafdelingen blev estimeret til at være henholdsvis 10,2 procent og 54,9 procent.30

På grund af de store mikrobielle læsninger i mNGS-dataene, der kan bruges til at analysere mikrobielle signaturer på tværs af adskillige sygdomme, forsøgte vores undersøgelse at udforske forskellen i struktur og sammensætning af mikrobiom mellem IPA-patienter og ikke-IPA CAP-patienter ved at analysere mNGS-dataene. Vores nuværende undersøgelse omfattede lungemikrobiotaen af ​​24 IPA-patienter og 85 ikke-IPA CAP-patienter. Forholdet mellem forskellige mikrobiota og kliniske data for alle 109 CAP-patienter blev undersøgt. For alfa-diversitet var der ingen signifikante forskelle i Shannon-indekset og Simpson-indekset for mikrobiota hos IPA-patienter og ikke-IPA CAP-patienter, hvilket viser, at diversiteten inden for prøven af ​​samfund var ens mellem IPA-patienter og ikke-IPA-patienter.

For beta-diversitet viste vores resultater en dramatisk forskel i den vægtede UniFrac-afstand (p=2.1×10−6) og Bray-Curtis-afstand (p=0.033) mellem IPA og ikke-IPA CAP-patienter, der indikerer en potentiel effekt af Aspergillus spp på lungemikrobiotastruktur hos patienter diagnosticeret med IPA. Lignende undersøgelser har vist signifikante forskelle i mikrobiotaens beta-diversitet mellem IPA og kontroller.11 Dette kan skyldes, at de forårsagende stoffer i kontrollerne var komplekse, hvilket kan være alle CAP-patogener (såsom bakterier, vira, svampe, parasitter og endda atypiske patogener) undtagen Aspergillus. Således var den lungemikrobielle heterogenitet i kontrollen højere end IPA. I mellemtiden viste disse undersøgelser, at Firmicutes, Proteobacteria, Actinobacteria og Bacteroidetes var de mest udbredte phyla i IPA-kohorten.11 Men ud over bakterierne fandt vores undersøgelse, at den relative overflod af Ascomycota også var høj i niveauet af phylum, for metagenomikken kan høste næsten al mikrobiotaens kernesyre, inklusive bakterier, svampe, vira og parasitter.

De signifikant forskellige arter, især S. salivarius, P. Sinensis og H. betaherpesvirus 5, var stærkt relateret til kliniske data. S. salivarius og P. timonensis var positivt relateret til laboratoriebiomarkører såsom T-lymfocytter og negativt relateret til kliniske resultater såsom hospitalsdødelighed. Hvorimod H. betaherpesvirus 5 var negativt relateret til laboratoriebiomarkører såsom T-lymfocytter og positivt relateret til kliniske resultater såsom hospitalsdødelighed. Tidligere undersøgelser har vist, at S. salivarius er en probiotisk bakterie, der kan hæmme pneumokok-adhærens til pharyngeale epitelceller.31 En anden undersøgelse viste også, at S. salivarius-isolater havde en overlegen evne til at hæmme væksten af ​​Haemophilus influenzae, Moraxella catarocrhal, Streptoniae, Streptoniae og Streptoniae. Streptococcus pyogenes og Staphylococcus aureus. 32 Alle disse undersøgelser faldt sammen med vores undersøgelse om, at S. salivarius var positivt korreleret med patienternes bedre kliniske resultat.

Den mulige mekanisme for S. salivarius, der er positivt korreleret med det forbedrede resultat af patienterne, kan være, at de kan hæmme væksten af ​​det potentielle patogen og aktivere værtens immunsystem. For P. Sinensis viste en tidligere undersøgelse, at P. timonensis dramatisk kunne inducere ekspressionen af ​​membran-associerede muciner i den tredimensionelle endometriale epitelcellemodel og dannede biofilmen i epiteloverfladen, hvilket igen påvirker adhæsionen af ​​andre bakterier .33 Årsagen til den positive sammenhæng med patienternes bedre kliniske udfald kan være koloniseringsresistensen af ​​P. Sinensis i lungen og aktiveringen af ​​værtens immunsystem. I kliniske omgivelser kan H. betaherpesvirus 5 opbygge livslange latente infektioner hos raske mennesker. Men når først immunkompromitteret, kan H. betaherpesvirus 5 reaktiveres, f.eks. solide organtransplantationsmodtagere og HIV-positive patienter.34 Således indikerede reaktiveringen af ​​H. betaherpesvirus 5 det svækkede immunsystem og de dårlige kliniske resultater hos IPA-patienter. .

Vores undersøgelse har flere begrænsninger. For det første var den retrospektive undersøgelse designet til at analysere indsamlede data og var begrænset til en relativt lille stikprøvestørrelse, hvilket kunne prædisponere den til at indføre skævhed fra ufuldstændig information. For det andet var dette observationsstudiet. Selvom vi fandt nogle interessante sammenhænge mellem lungemikrobiota og kliniske data, skal årsagssammenhængen løses ved en prospektiv kohorteundersøgelse eller mekanismeforsøg, såsom et dyreforsøg, som vil være det næste trin i vores undersøgelse. Ellers identificerede undersøgelsen patienter med sandsynlig Aspergillus-infektion strengt baseret på nye EORTIC/MSG 2019 diagnostiske kriterier, så nogle få tilfælde kunne ikke opfylde kriterierne for en sandsynlig IPA-diagnose på grund af fraværet af klassiske værtsfaktorer.

Bidragydere

Studiekoncept og design: YL, ZA og HX. Indsamling af data: ZA, ML, HL og MD. Analyse og fortolkning af data: ZA og HX. Udarbejdelse af manuskriptet: ZA, HX og YL. Kritisk revision af manuskriptet for vigtigt intellektuelt indhold: HX, ZA og YL. Statistisk analyse: ZA, HL og HX. Administrativ, teknisk eller materiel support: HX, HL og YL. Alle forfattere bidrog til artiklen og godkendte den indsendte version.

Finansiering

Chongqing medicinsk videnskabeligt forskningsprojekt (fælles projekt af Chongqing Health Commission og Science and Technology Bureau (2022GDRC010)).

Konkurrerende interesser

Ingen erklæret.

Patient- og offentlig involvering

Patienter og/eller offentligheden var ikke involveret i udformningen, udførelsen, rapporteringen eller formidlingen af ​​denne forskning.

Patientsamtykke til offentliggørelse

Ikke anvendelig.

Etikgodkendelse

Denne undersøgelse involverer menneskelige deltagere. Denne undersøgelse blev godkendt af den etiske komité på Chongqing Medical Hospitals First Affiliated Hospital (godkendt nummer 2021-301). Deltagerne gav informeret samtykke til at deltage i undersøgelsen, før de deltog.

Herkomst og peer review

Ikke idriftsat; eksternt peer-reviewed.

Erklæring om datatilgængelighed

Alle data, der er relevante for undersøgelsen, er inkluderet i artiklen eller uploadet som online supplerende information.

Supplerende materiale

Dette indhold er leveret af forfatteren/forfatterne. Det er ikke blevet undersøgt af BMJ Publishing Group Limited (BMJ) og er muligvis ikke blevet peer-reviewet. Eventuelle synspunkter eller anbefalinger, der diskuteres, er udelukkende forfatterens/forfatternes og er ikke godkendt af BMJ. BMJ fraskriver sig ethvert ansvar og ansvar som følge af enhver tillid til indholdet. Hvor indholdet omfatter oversat materiale, garanterer BMJ ikke for nøjagtigheden og pålideligheden af ​​oversættelserne (herunder men ikke begrænset til lokale regler, kliniske retningslinjer, terminologi, lægemiddelnavne og lægemiddeldoseringer), og er ikke ansvarlig for fejl og/ eller udeladelser som følge af oversættelse og tilpasning eller andet.

Åben adgang

Dette er en artikel med åben adgang distribueret af Creative Commons Attribution Non-Commercial (CC BY-NC 4.0)-licensen, som tillader andre at distribuere, remixe, tilpasse, bygge videre på dette værk ikke-kommercielt og licensere deres afledte værker på andre vilkår, forudsat at det originale værk er korrekt citeret, at der gives passende kredit, eventuelle ændringer er angivet, og brugen er ikke-kommerciel. Se http://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/.

REFERENCER

1 Taccone FS, Van den Abeele AM, Bulpa P, et al. Epidemiologi af invasiv aspergillose hos kritisk syge patienter: klinisk præsentation, underliggende tilstande og resultater. Crit Care 2015;19:7.

2 Danion F, Rouzaud C, Duréault A, et al. Hvorfor savnes så mange tilfælde af invasiv aspergillose? Medicinsk Mykologi 2019;57:S94–103.

3 Donnelly JP, Chen SC, Kauffman CA, et al. Revision og opdatering af konsensusdefinitionerne af invasiv svampesygdom fra European Organisation for Research and Treatment of Cancer og Mycoses Study Group Education and Research Consortium. Clin Infect Dis 2020;71:1367–76.

4 Loughlin L, Hellyer TP, White PL, et al. Pulmonal aspergillose hos patienter med mistanke om ventilator-associeret lungebetændelse på britiske intensivafdelinger. Am J Respir Crit Care Med 2020;202:1125–32.

5 Hage CA, Carmona EM, Evans SE, et al. Resumé for klinikere: Mikrobiologisk laboratorietestning til diagnosticering af svampeinfektioner i lunge- og intensivbehandlingspraksis. Annals ATS 2019;16:1473–7.

6 Mitchell SL, Simner PJ. Næste generations sekventering i klinisk mikrobiologi: er vi der endnu? Clin Lab Med 2019;39:405–18.

7 Liu X, Chen Y, Ouyang H, et al. Tuberkulosediagnose ved metagenomisk næste generations sekvensering på bronkoalveolær skyllevæske: en tværsnitsanalyse. Int J Infect Dis 2021;104:50–7.

8 Sun T, Wu X, Cai Y, et al. Metagenomisk næste generations sekvensering til patogen diagnose og antibiotikabehandling af svær samfundserhvervet lungebetændelse hos immunkompromitterede voksne. Front Cell Infect Microbiol 2021;11:661589.

9 Ding L, Liu Y, Wu X, et al. Patogen metagenomics afslører distinkte lungemikrobiota-signaturer mellem bakteriologisk bekræftede og negative tuberkulosepatienter. Front Cell Infect Microbiol 2021;11:708827.

10 Dickson RP, Schultz MJ, van der Poll T, et al. Lungemikrobiota forudsiger kliniske resultater hos kritisk syge patienter. Am J Respir Crit Care Med 2020;201:555–63.

11 Hérivaux A, Willis JR, Mercier T, et al. Lungemikrobiota forudsiger invasiv pulmonal aspergillose og dens udfald hos immunkompromitterede patienter. Thorax 2022;77:283–91.

12 Mandell LA, Wunderink RG, Anzueto A, et al. Infectious diseases Society of America/American thorax Society konsensusretningslinjer for håndtering af samfundserhvervet lungebetændelse hos voksne. Clin Infect Dis 2007;44 Suppl 2:S27–72.

13 Wang Y, Fan G, Horby P, et al. Sammenlignende resultater for voksne indlagt med sæsonbestemt influenza A- eller B-virusinfektion: anvendelse af 7-kategorien ordinal skala. Åbn Forum Infect Dis 2019;6:ofz053.

14 Chen X, Ding S, Lei C, et al. Blod og bronkoalveolær skyllevæske metagenomisk næste generations sekvensering i lungebetændelse. Can J Infect Dis Med Microbiol 2020;2020:6839103.

15 Long Y, Zhang Y, Gong Y, et al. Diagnose af sepsis med cellefrit DNA ved næste generations sekventeringsteknologi hos ICU-patienter. Arch Med Res 2016;47:365–71.

For more information:1950477648nn@gmail.com