2024.01--【综述】糖皮质激素在非HIV/AIDS患者肺孢子菌肺炎中的作用及相关机制

作者：郭娅薇  李海潮

单位：北京大学第一医院呼吸与危重症医学科

引用本文: 郭娅薇, 李海潮. 糖皮质激素在非HIV/AIDS患者肺孢子菌肺炎中的作用及相关机制 [J] . 中华结核和呼吸杂志, 2023, 46(12) : 1249-1253. DOI: 10.3760/cma.j.cn112147-20230826-00108.

摘要

肺孢子菌肺炎（PCP）是一种由肺孢子菌引起的、人类免疫缺陷病毒感染/获得性免疫缺陷综合征（HIV/AIDS）患者最常见的机会性真菌感染。随着抗逆转录病毒治疗（ART）的出现，HIV/AIDS患者罹患PCP感染的概率降低，且治疗效果明显改善。而另一方面PCP在肿瘤放化疗、免疫治疗、器官移植术后抗排异治疗和自身免疫性疾病治疗等因素所致免疫功能低下或免疫功能受损等非HIV/AIDS患者中越来越常见。全球范围内PCP的研究热点正在从HIV感染合并PCP（HIV-PCP）向非HIV-PCP转变。与HIV-PCP相比，非HIV-PCP临床进展迅速，病情严重，病死率也更高。研究显示90%的非HIV-PCP患者在感染前有糖皮质激素使用史，如在血液系统恶性肿瘤、实体器官移植和风湿病患者中，长期大剂量使用糖皮质激素是PCP易感的重要风险。临床观察发现，PCP经常发生在糖皮质激素减量过程中，发生PCP时，较高比例的患者会出现肺部弥漫性病变，严重者出现急性呼吸衰竭，危及患者生命。目前非HIV-PCP的发病机制尚未明确，也缺少有效的治疗措施，需要进一步研究。

肺孢子菌肺炎（Pneumocystis pneumonia，PCP）是由肺孢子菌引起的一种机会性真菌感染。一项研究中约20%的免疫功能正常宿主携带肺孢子菌但在整个随访期间均未出现任何症状，且6个月后>75%的人检测不到肺孢子菌DNA^［1］。这是由于免疫功能正常宿主能够清除肺孢子菌但不引起肺组织损伤。淋巴细胞和肺泡巨噬细胞（alveolar macrophages，AM）在肺孢子菌清除过程中发挥重要作用。在小鼠感染肺孢子菌1周后肺组织中CD4⁺T细胞增加，且其中的Th2细胞分泌IL-4、IL-13等促进巨噬细胞向M2型极化，相较于M1型，两者均可吞噬清除肺孢子菌，但前者引起的炎症反应很轻不会造成严重组织损伤^［2, 3］。但在人类免疫缺陷病毒感染/获得性免疫缺陷综合征（HIV infection/AIDS，HIV/AIDS）患者中，由于CD4⁺T细胞数量减少以及功能受损使得肺孢子菌不能及时清除从而促进PCP发生。目前认为在HIV/AIDS患者中CD4⁺T细胞计数低于200个/mm³或CD4⁺T细胞占总淋巴细胞百分比<15%时，需要开始进行PCP的预防^［4］。随着PCP流行病学的改变，由糖皮质激素（简称激素）等免疫抑制剂所致免疫功能低下者易感PCP，且很多临床案例表明这一感染常发生在激素撤除过程中，因此明确激素在非HIV-PCP发病过程和预后方面的复杂作用非常必要，而目前国内此类基础研究不多，仍需加强。

一、PCP流行病学改变

近年来，随着抗逆转录病毒治疗（antiretroviral therapy，ART）和甲氧苄啶/磺胺甲噁唑（trimethoprim- sulfamethoxazole，TMP-SMX）的预防性使用，HIV-PCP发病率和病死率降低。如西班牙艾滋病患者PCP的发病率从1997—2000年的11.6例/1 000人年降到2004—2011年的5.4例/1 000人年^［5］。相反，近些年由于器官移植、实体瘤和血液系统肿瘤等进行放化疗和免疫治疗等越来越普遍，还有部分人群需要长期单用或联合使用激素、免疫抑制剂或生物治疗等，使免疫系统长期处于抑制状态，因此非HIV-PCP感染率逐渐增加^［6］。除了基础疾病不同外，非HIV-PCP患者比HIV-PCP患者疾病进展速度更快，病死率更高（前者病死率为30%~75%，而后者为10%~20%）^［7］，而造成这种差异的具体原因尚不清楚。除年龄等因素的差异外，非HIV/AIDS患者对肺孢子菌的免疫反应程度更强，这可能是其临床表现更严重的原因之一^［8］。

二、激素对非HIV-PCP的影响及相关机制研究

1. 激素剂量对非HIV-PCP的影响：在一项非HIV-PCP的回顾性研究中，近90%的患者有激素的使用史^［9］，在另一项研究中，激素以剂量依赖的方式增加PCP感染风险^［10］。目前多认为当患者使用泼尼松等效剂量为20 mg/d、持续4周即应开始预防PCP感染^［11］，随着激素剂量的增加，危险进一步加大。既往研究显示激素可通过抑制外周血中CD4⁺T细胞和CD8⁺T细胞数量从而导致大鼠对PCP易感，且激素剂量与肺孢子菌负荷呈正相关^［12］。研究表明使用利妥昔单抗的患者因为B细胞减少导致PCP易感，且在小鼠PCP模型中同样证明了单独用抗CD20单抗可以增加肺孢子菌负荷，因此证明B细胞在肺孢子菌清除过程中也发挥重要作用^{［13, 14］}。当B细胞缺乏时除了减少相应抗体的分泌，也影响了CD4⁺T细胞活化和增殖，最终导致肺孢子菌无法清除^{［15, 16］}。一项对激素处理的PCP小鼠模型进行转录组测序研究结果也显示，与正常小鼠感染PCP相比，经地塞米松诱导免疫抑制后感染PCP的小鼠肺组织中除了固有免疫相关的基因表达下调外，与T、B淋巴细胞免疫相关的基因也有下调，其中与B细胞免疫反应相关的基因受到明显抑制，这可能也是激素引起PCP发生的重要因素之一^［17］。另外，激素还可通过减少细胞因子分泌从而抑制Th1和Th2分化和功能，促进调节性T（regulatory T，Treg）细胞分化增殖，最终抑制炎症反应进而减少免疫细胞对病原菌清除^［18］。综上所述，激素可通过多种途径抑制细胞和体液免疫反应从而导致PCP易感。

但在具体临床案例中，许多患者是在激素减量过程中、冲击治疗终止时出现PCP^［19］。一项关于免疫性大疱性皮肤病患者感染PCP的研究显示，所有PCP感染均在激素减量过程中出现，从激素开始减量到出现PCP的中位时间为20.5 d^［20］。这种激素减量时发生PCP感染的机制尚不清楚，可能是随着激素剂量的累积，机体免疫功能受损，进而导致PCP的发生；也可能因为激素减量后发生免疫重建，使得机体对已经存在、且病原负荷增加的病原微生物做出更为剧烈的炎症反应所致。

在HIV/AIDS患者中，部分患者经ART治疗后病毒载量下降且CD4⁺T细胞数量和功能逐渐恢复，却出现了包括结核分枝杆菌和PCP感染在内的临床症状突然加重的现象，目前考虑与免疫重建后CD4⁺T细胞数量和功能恢复所致炎症程度加剧有关。Shelburne等^［21］首次提出免疫重建炎症综合征（immune reconstitution inflammatory syndrome，IRIS）用于概括HIV/ARDS患者在ART治疗后出现的临床症状恶化。在最新的《中国艾滋病诊疗指南（2021年版）》中，将IRIS定义为艾滋病患者在ART后免疫功能恢复过程中出现的，主要表现为发热、潜伏感染出现或原有感染加重或恶化的一组临床综合征^［22］。因此，非HIV-PCP患者在激素撤除后症状恶化是否也与IRIS相关值得进一步研究。

2. 激素的撤除对非HIV-PCP的影响及与IRIS的关系：激素减量或撤除后出现PCP的机制目前尚无明确结论。在激素诱导的大鼠PCP模型中观察到在激素免疫抑制期间肺泡中肺孢子菌的包囊数量增加，但是单核细胞浸润很少，而在激素撤除后可见肺间质单核细胞浸润和纤维化^［23］。在一项用醋酸可的松诱导大鼠PCP模型中可见随着感染程度加重，肺部病理也随之发生显著改变：在感染早期（1~3周），以滋养体为主的生物体选择性附着在Ⅰ型肺泡上皮细胞，但对宿主细胞没有显著损伤且未引起炎症反应；在感染中期（2~8周）随着感染负荷加重出现轻微炎症，在肺感染区域血管周围可见淋巴细胞、单核细胞浸润，肺泡内可见泡沫样嗜酸性物质；在感染晚期（4~11周）除了上述表现加重外，可见间质局灶纤维化，但除了在感染部位偶见AM外，炎症反应并不明显且多形核白细胞罕见^［24］。这种感染很重但是肺泡内炎症反应的缺失可能与醋酸可的松的免疫抑制作用相关。通过对比上述两项研究，在组织水平上可推测激素撤除后的PCP所致肺部炎症加重可能与免疫重建有关。

既往研究表明，经地塞米松处理并感染PCP的大鼠（DEX-PCP）与地塞米松处理但未感染PCP大鼠（DEX）相比，前者BALF中AM的数量减少了58%，而在激素撤除后，AM数量迅速反弹，但肺孢子菌负荷变化不明显^［25］。通过该研究结果我们可以看出感染PCP的大鼠在激素撤除前后BALF中AM数量发生了明显变化，这一现象可能提示在激素撤除后确实存在免疫重建？另一项研究用激素诱导大鼠发生PCP后减停激素，在免疫恢复期观察到肺组织中巨噬细胞、CD8⁺T细胞升高，CD4⁺T细胞也有升高但并不明显，而肺孢子菌的包囊负荷逐渐降低^［26］。同样在小鼠模型中，激素撤除后免疫恢复过程中除了肺组织中免疫细胞如中性粒细胞、淋巴细胞、巨噬细胞和嗜酸性粒细胞恢复外，BALF中部分细胞因子如肿瘤坏死因子α（TNF-α）、IL-1、γ干扰素（IFN-γ）和IL-6的水平也呈上升趋势^［27］。因此，在细胞和细胞因子水平上也进一步证明PCP感染的动物模型在激素撤除后发生了免疫重建。

上述研究表明，对感染PCP的动物模型持续进行免疫抑制，即使肺泡内肺孢子菌大量增殖，但肺组织炎症反应仍比较轻。而在激素撤除后机体对肺孢子菌的免疫应答恢复，甚至超过正常水平导致过度炎症反应。这可能是由于激素减量或撤除后发生了免疫重建，使得肺组织中免疫细胞增加且反应过度增强，一方面有利于肺孢子菌清除、包囊负荷量降低，但另一方面也可能造成严重组织损伤。与上述疾病进展过程类似的是HIV/AIDS患者在接受ART后CD4⁺T淋巴细胞增加从而病毒载量下降但部分患者出现炎症反应恶化，而后者与IRIS相关。因此推测，激素撤除后非HIV-PCP炎症反应加重的机制可能与HIV/AIDS患者接受ART后出现免疫重建进而发生IRIS类似。

据报道非HIV/AIDS患者在一些诱发因素下也可出现IRIS类似表现。1例肾移植患者因各种原因停用硫唑嘌呤后出现发热并最终诊断为PCP，随后停用他克莫司、服用TMP-SMX并维持泼尼松（10 mg/d）治疗但症状出现恶化，因怀疑这种恶化是由于IRIS导致所以增加泼尼松剂量，此后症状显著好转^［28］。上述案例中PCP症状恶化是在撤除免疫抑制治疗后免疫功能逐渐恢复过程中出现的。其后用激素治疗使得症状得到改善，则进一步提示导致该非HIV-PCP患者症状恶化的可能机制为IRIS。在非HIV/AIDS患者中撤除或减少全身激素和（或）免疫抑制剂是导致IRIS发生的重要触发因素，这也进一步间接证明上述观点。另外临床上所观察到激素撤除是非HIV-PCP患者发生呼吸衰竭的独立危险因素。综上所述，激素的撤除后PCP加重与IRIS之间存在一定关系。

HIV/AIDS患者IRIS的发病机制非常复杂，有多种免疫细胞参与其中，通常针对不同抗原的免疫反应不同。如结核相关IRIS患者以霉菌特异性Th1型CD4⁺T细胞释放大量IFN-γ、IL-2、IL-12、趋化因子-干扰素诱导蛋白10（interferon induced protein 10，IP-10/CXCL10）、单核因子诱导的IFN-γ（monokine-induced by gamma interferon，MIG/CXCL9）为特征，而隐球菌相关IRIS患者脑脊液中IFN-γ、TNF-α、IL-6、IL-7、IL-8、IL-10、IL-12p40、IL-15、IL-18和CCL2等显著升高^{［29, 30］}。在接受ART治疗的HIV/AIDS患者中，出现IRIS的患者在开始时血浆中TNF-α和T细胞免疫球蛋白黏蛋白结构域相关分子3（T-cell immunoglobulin and mucin domain containing molecule 3，Tim-3）水平更高^［31］。因此在HIV相关的IRIS中，不同抗原、不同时间所参与细胞因子和趋化因子不同，而在非HIV-PCP患者发生IRIS时具体变化仍需进一步探索。

已知HIV/AIDS患者IRIS的发生风险和严重程度与两个因素相关：（1）启动ART前CD4⁺T细胞的数量；（2）启动ART后病毒抑制情况和免疫功能恢复程度。非HIV患者发生IRIS的严重程度是否也与这两个因素相关：（1）激素或其他免疫抑制剂撤除前机体的免疫抑制程度；（2）激素撤除后免疫系统的恢复情况。如上文所述，在HIV/AIDS患者中CD4⁺T细胞计数与PCP的感染风险相关，但相关研究发现CD4⁺T细胞对非HIV-PCP患者的预警作用并不明显。相反，CD8⁺T细胞计数<115个/μl对于非HIV-PCP呼吸衰竭患者住院期间的病死率以及90 d全因病死率具有较高预测价值。且最近研究显示，与未感染PCP但免疫功能低下患者相比，更多非HIV-PCP患者外周血中B细胞数量<40个/μl且可作为非HIV患者感染肺孢子菌的风险因素^［32］。但不论HIV-PCP还是非HIV-PCP的BALF中CD4⁺T数目均与肺孢子菌负荷负相关，因此可以用来评估PCP严重程度^［33］。因此不论HIV还是非HIV患者感染PCP后所发生的免疫应答存在相似性，但也有差异。

正常情况下肺孢子菌进入肺泡后，抗原提呈细胞（antigen presenting cell，APC）通过模式识别受体（PRR）与肺孢子菌表面病原相关分子模式（PAMP）结合后引起APC活化并分泌细胞因子、趋化因子等，从而招募淋巴细胞和巨噬细胞等到达肺组织，同时引起效应T细胞和AM的激活，最终清除肺孢子菌。但是HIV患者通常缺乏CD4⁺T细胞而非HIV患者由于基础疾病不同导致缺乏的细胞类型不同从而造成免疫应答差异。非HIV-PCP患者BALF中IL-6 水平显著升高，但HIV-PCP中IL-6水平与对照组无差异^{［34, 35］}。另外，在非HIV-PCP中各种因素使得巨噬细胞向M1型极化进而导致严重肺组织损伤^［7］。且既往研究也证明了免疫功能正常小鼠感染肺孢子菌后AM向M2型极化，但免疫功能抑制小鼠感染后AM向M1型极化^［2］。

Gharamti等^［36］认为PCP所致呼吸衰竭不是由于过度炎症反应引起，而是肺孢子菌裂解物对肺表面活性物质直接破坏造成的，而激素可以直接抑制肺孢子菌裂解，所以在激素撤除前症状轻。且研究表明在感染PCP并伴有呼吸衰竭的小鼠模型中通过给予外源性表面活性剂确实能显著改善肺功能^［37］。但是在免疫功能正常的小鼠感染肺孢子菌3、4周后肺组织可见明显炎细胞浸润^［38］。另一项对非HIV-PCP患者BALF中的细胞概况进行回顾性分析时发现，重度PCP患者中性粒细胞绝对计数和百分比明显高于轻至中度PCP患者，且BALF中性粒细胞百分比可作为非HIV-PCP患者预后不良的标志^［39］。且与HIV-PCP相比，非HIV-PCP临床表现更重不是因为肺孢子菌负荷不同所致，而是与肺部炎症的严重程度相关。因此，非HIV-PCP患者激素撤除后呼吸衰竭发生风险的增加可能既与肺孢子菌对表面活性物质的直接破坏相关，又与过度炎症反应相关，而后者可能是由IRIS所致。

3. 激素对PCP的预防与治疗：激素预防性使用与PCP预后之间的关系也非常复杂。在HIV-PCP中辅助使用激素可以防止疾病早期恶化，并降低患者对机械通气的需要和病死率^［40］，但在非HIV-PCP中的疗效并不确定。如在非HIV-PCP中，辅助激素治疗可显著降低严重呼吸困难患者病死率（24.7% vs 36.6%，P=0.006）；但对中度呼吸困难患者病死率（10.9% vs 9.1%，P=0.516）没有显著影响，且该研究表明辅助激素治疗可能抑制非HIV-PCP和HIV-PCP患者IRIS的发生从而改善预后^［41］。但另一项回顾性分析表明中重度非HIV-PCP患者无论是否使用激素对预后都没有显著影响^［42］。因此激素在非HIV-PCP中预防性使用的利弊仍需进一步研究。

综上所述，激素在HIV-PCP和非HIV-PCP的发病机制、治疗和预后等方面有相似性但也存在巨大差异，只有全面理解其作用才能更好地指导临床。

三、总结和展望

在非HIV-PCP中，激素一方面通过免疫抑制导致PCP易感和感染加重，另一方面激素又可抑制机体对肺孢子菌的炎症反应从而减轻组织损伤。此外非HIV-PCP通常在激素减量或撤除后发生，且激素撤除可独立增加患者呼吸衰竭的发生风险，这可能是由于免疫抑制程度减轻后发生IRIS相关，但具体原因和机制需要进一步研究。

参考文献（略）