2012年美国真菌性脑膜炎暴发：土壤与人类健康之间的关系

导  读

土壤对人类健康有着深远的影响，包括（i）从土壤中通过植物获得的营养，（ii）接触有毒物质和病原体，以及（iii）源自土壤生物和材料的药物。

2012年美国真菌性脑膜炎暴发，其病原真菌在土壤中普遍存在。

编译/陈能场（广东省生态环境技术研究所研究员、中国科协环境生态领域首席传播专家）

原文：Brevik EC and Burgess LC.2013. The 2012 Fungal Meningitis Outbreak in the United States: ConnectionsBetween Soils and Human Health.Soil Horizons. 54(2) doi:10.2136/sh12-11-0030

摘要

2012年9月，美国发现自己面临着真菌性脑膜炎的爆发，其起源可归因于注射类固醇污染。在土壤中以及其他环境中发现的嘴突脐孢种真菌（Exserohilium rostratum）被确定为被污染的类固醇造成健康问题的主要原因。截至2012年12月17日，有594例真菌性脑膜炎，因推测为真菌性脑膜炎或其他中枢神经系统相关感染引起的中风，26例外周关节感染和39例与类固醇污染有关的死亡。但是，人们对嘴突脐孢种真菌的生命周期和土壤生态学还没有很好的了解，这些知识将有助于人类健康专业人员了解嘴突脐孢种真菌的致病潜力。因此，土壤科学家在开发应对人类健康挑战（例如2012年真菌性脑膜炎暴发）的最有效方法中可以发挥作用。

2012年9月18日，田纳西州卫生局收到一例真菌性脑膜炎导致的异常感染的患者的通知（Kauffman等，2012）。感染原因被追溯到受污染的类固醇注射，2012年10月4日，美国食品药品监督管理局（FDA）宣布医疗保健提供者应停止使用新英格兰化合物中心（NECC）生产的所有产品（FDA，2012年），它是受污染药物的来源。截至2012年12月17日，有594例真菌性脑膜炎，因推测为真菌性脑膜炎或其他中枢神经系统相关感染引起的中风，26例外周关节感染和39例与类固醇污染有关的死亡(Centers for Disease Control, 2012)（图1）。嘴突脐孢种真菌已被确认为这些健康问题的主要原因（Kauffman等，2012）。嘴突脐孢种真菌普遍存在于土壤这类环境中（Revankar和Sutton，2010； Kauffman等，2012），被土壤或植物材料污染的伤口通常与土壤环境引起的健康问题相关（Perfect and Schell，1996； Revankar和Sutton，2010）。

图. 1. 截至2012年12月17日，各州与硬膜外注射类固醇激素有关的疾病病例数。该图由疾病控制与预防中心提供。

真菌、土壤和人类健康

土壤对人类健康有着深远的影响，包括（i）我们从土壤中通过植物获得的营养，（ii）接触有毒物质和病原体，以及（iii）源自土壤生物和材料的药物（Brevik，2013）。真菌在土壤中十分丰富，在一般土壤中其生物量比任何其他微生物群都多（Sylvia等，1998）。虽然已知的10万多种真菌中的大多数可能不会威胁人类健康，但已知有300种具有致病性（Bultman等，2005）。表1给出了常见致病性土壤真菌，已知致病性疾病以及它们进入人体的途径的示例。许多人类真菌病原体是常见的土壤真菌，当疾病屏障受损时，例如当伤口打开了皮肤屏障，或者当个人的免疫系统受损时，它会感染人类（Perfect和Schell，1996； Loynachan，2013）。

表格 1. 一些与土壤相关的常见的致病真菌。布雷维克（2009）提供。

嘴突脐孢种真菌（Exserohilium rostratum）

嘴突脐孢种真菌是一种暗色孢属真菌或黑色真菌，这意味着它的细胞壁中含有黑色素（图2）。它广泛分布于环境中，包括土壤和植物材料（Perfect and Schell，1996； Kauffman等，2012）。嘴突脐孢种真菌有许多过时的名称，包括Bipolaris halodes，Bipolaris rostratum，Drechslera halodes，Drechslera longirostrata，Drechslera rostrata和Helminthosporiumrostratum，这些名称出现在出现在较早的文献中（McGinnis和Rinaldi，1995）。据报道，可感染人类的三种Exserohilum菌种分别是嘴突脐孢种真菌（E. rostratum），E. longirostratum,和E. mcginnisii。多项分子生物学研究表明，它们都是相同的物种（Revankar和Sutton，2010）。

    图2. 暗色孢属真菌的放大照片。由疾病预防控制中心提供。

在最近的疫情爆发及其600多名受害者之前，嘴突脐孢种真菌不是人类感染的常见病因。在1975年至2005年之间仅报告了33例（Adler等，2006）。但是，近年来报道的感染嘴突脐孢种真菌的病例有所增加（Perfect和Schell，1996； Adler等，2006）。嘴突脐孢种真菌感染报告增加的原因包括免疫功能低下的患者增加，例如由于器官移植之类的手术（Perfect和Schell，1996； McGinnis等，1986），以及对改进了检测这些感染的诊断技术（Adler等，2006）。

与嘴突脐孢种真菌最常相关的感染是细菌性真菌病，包括皮下病变和局部软组织感染（图3），角膜炎（眼角膜发炎）和过敏性鼻窦炎（过敏）（Revankar和Sutton，2010； Kauffman等，2012； McGinnis等，1986）。在更罕见的病例中，嘴突脐孢种真菌与传播感染有关（Revankar和Sutton，2010），也就是说，感染已经通过血流传播到其起源点以外，从而感染了身体的其他部位。像其他土壤真菌一样，嘴突脐孢种真菌是一种机会性物种，这意味着感染通常与皮肤屏障或免疫系统的某种损害有关。多数嘴突脐孢种真菌感染发生在气候温暖的地区，例如美国东南部、印度和以色列（Adler等，2006）。2012年疫情之前的文献回顾，Exserohilum属中的任何物种均未发生任何人类脑性血球菌病病例。据报道，相关物种如Cladophialphora bantiana会在许多患者中引起脑表皮真菌病（Levin等，2004）。

图3. 嘴突脐孢种真菌引起的皮下皮下真菌病（真菌感染）。由www.doctorfungus.org提供，2000年。

土壤科学家的作用

对文献的回顾发现嘴突脐孢种真菌引起人类感染（例如，Lavoie等，1993； Levy等，2003； Peerapur等，2004； Adler等，2006； Togitani等，2007）。以及植物病害的若干研究（即Smith和White，1988； Pratt，2000； Loch等，2004； Pratt和Brink，2007）。尽管如此，尽管See（1993）的观察表明，有效的疾病控制需要了解病原体的生命周期，但有关嘴突脐孢种真菌生命周期的信息似乎很少（如果有的话）。有关在某些土壤环境中发现了嘴突脐孢种真菌的信息。例如，Abdullah等（2007年）在伊拉克的海洋和沿海土壤中分离出了这种微生物，而Wallace和Dickinson（1978年）在佛罗里达大沼泽地的淡水泥炭土壤中记载了嘴突脐孢种真菌。 Dunn和Baker（1983）在马绍尔群岛的Enewetak环礁的陆地土壤中发现了嘴突脐孢种真菌，但没有从潮间带到完全淹没的海域。 Hemming（1972）在肯尼亚的干燥、沙质土壤中发现了大肠埃希菌的菌落，Wu和Zhang（2008）记录了在中国内蒙古山区原始森林的寒冷、半湿润至半干旱土壤中的嘴突脐孢种真菌。这告诉我们，嘴突脐孢种真菌能够在各种土壤环境中生存，但并不能告诉我们有关其土壤生态的很多信息。正如Revankar和Sutton（2010）所指出的那样，这将是有用的信息，有关生物自然生态的知识有助于我们了解其致病潜力。

因此，土壤科学家在应对公共卫生挑战（例如2012年美国真菌性脑膜炎暴发）方面可以发挥作用。该角色是调查和表征生物体（如嘴突脐孢种真菌）的生命周期和土壤生态学。这种作用可能主要是由土壤微生物学家/生物学家承担的，但是对于其他土壤亚学科，例如土壤学、土壤化学和土壤物理学也可能发挥作用，因为它们有助于全面了解致病生物所在的土壤环境。

在现代科学中已经普遍使用的狭窄、高度集中的研究方法将无法充分解决我们在土壤和人类健康领域需要研究的许多问题。迫切需要组建复杂的跨学科研究团队，在相关领域具有专业知识，并且团队成员必须能够在专业水平上有效地相互交流。但是，涉及土壤和人类健康研究的许多不同学科传统上都无法协同工作。尽管事实上人们早就认识到土壤与人类健康之间的联系。例如，在公元前400年，希波克拉底提供了在适当的医学评估中应考虑的事项清单。清单包括地面：“……是赤裸裸的、缺水的，还是树木繁茂且浇水良好的，是处于空旷，密闭的环境中，还是处于高处和寒冷……”（希波克拉底，2010年）。安德烈·沃伊辛（André Voisin）（1959）在其经典著作《土壤、草和癌症》中得出结论，医学界在改善人类健康的努力中很大程度上忽略了土壤，但土壤科学应成为预防医学的基础。这样的观察表明，我们早就应该进行土壤科学家和卫生保健专业人员之间的合作。这可以通过在政府机构（如疾病控制与预防中心）和医学院校为受过土壤培训的科学家建立职位来实现。担任这些职位的个人需要接受学术培训，以便与医学/人类健康研究人员以及土壤研究人员进行专业交流，并在合作研究项目中充当这两个不同研究领域之间的纽带。尽管这种方法非常规且具有挑战性，但它将为土壤和人类健康领域的重大进步提供最佳机会。

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