The Fungal Susceptibility Mechanism of Inborn Errors of Immunity and Novel Antifungal Therapies
Inborn errors of immunity (IEI) are clinical syndromes manifested by impaired immune system structure or function, induced by genetic mutations. Invasive fungal infections (IEI) are a significant cause of mortality in patients with this condition, as they are highly susceptible to fungal infections, which tend to be severe. At present, the application of traditional antifungal drugs shows significant toxic side effects and resistance problems, making antifungal treatment difficult for patients with IEI. The exploration of the pathogenic mechanisms and novel therapies of common susceptible fungi in IEI can assist early and effective diagnosis and treatment, and improve the prognosis of patients.
Inborn Errors of Immunity
念珠菌常作为共生酵母菌存在,在免疫功能受损的个体中则可转变为致病菌,其中以白色念珠菌最常见
慢性皮肤黏膜念珠菌病(chronic mucocutaneous candidiasis, CMC)以皮肤、指甲、黏膜反复或持续的念珠菌感染为特征。白细胞介素17 (IL-17)受体介导的信号传导在机体防御念珠菌过程中发挥着重要作用(
信号转导和转录激活因子1(signal transducer and activator of transcription, STAT1)杂合子功能获得性 (gain-of-function, GOF)突变导致的STAT1去磷酸化障碍会增强细胞对干扰素α、β、γ及IL-27的应答,并抑制IL-6和IL-21的转录,从而影响信号转导和转录激活因子3 (signal transducer and activator of transcription 3, STAT3)介导的初始CD4+ T细胞向辅助性T细胞17 (helper T cell 17)转化(
信号转导和转录激活因子3 (signal transducer and activator of transcription, STAT3)失功能(loss-of-function, LOF)突变可引起常染色体显性遗传(autosomal dominant, AD)高IgE综合征(hyper immunoglobulin E syndromes, HIE)。STAT3经IL-6、IL-23激活,通过视黄酸受体相关孤儿受体γt (RORγt)诱导Th17分化并产生IL-17、IL-22 (
自身免疫调节剂(autoimmune regulator, AIRE)基因突变可导致自身免疫性多发性内分泌病–念珠菌病–外胚层营养不良(autoimmune polyendocrinopathy-dandidiasisectodermal dystrophy, APECED),又称自身免疫性多腺体综合征I型(autoimmune polyglandular syndronme type, APS)-I。该病临床上常表现为甲状旁腺功能减退、CMC和肾上腺功能不全,称为APECED三联征
侵袭性念珠菌病(invasive candidiasis, IC)是指由念珠菌引起的血液感染和(或)深部器官感染
C型凝集素抗体(CLR)介导的信号通路对念珠菌属的免疫反应至关重要
曲霉菌病是一种危及生命的真菌感染,在IEI患者中易进展为侵袭性曲霉菌病(invasive aspergillosi, IA)。IA多由烟曲霉菌引起,常表现为肺部感染,全球死亡率约30%~95%
慢性肉芽肿病(chronic granulomatous disease, CGD)由CYBB突变引起,因患者体内吞噬细胞无法产生杀菌所必需的活性氧(ROS)而对IA易感,曲霉菌病是CGD的标志性感染表现
STAT3-LOF是高IgE综合征(HIES)的致病突变,HIES患者体内记忆B细胞和T细胞亚群受损,对细胞因子无法产生充分应答,表现出低抗菌活性,且这些患者的吞噬细胞未表现出任何吞噬或杀死曲霉菌的内在能力
在免疫功能正常的个体中,吞噬细胞识别曲霉菌表面抗原后通过CLR依次激活SYK、CARD9–MALT1–BCL-10、NF-κB,进而释放促炎和趋化因子
GATA2突变是一种以吞噬细胞数量和功能异常为表现的IEI,患儿体内单核细胞和DC细胞计数减少、中性粒细胞颗粒异常,无法有效杀伤曲霉菌,进而对IA易感
隐球菌病常由新型隐球菌和格特隐球菌引起,可在免疫功能低下的群体中引起脑膜炎
IL12RB1-LOF患者因其T淋巴细胞产生IFNγ的功能受损,巨噬细胞无法对真菌进行胞内杀伤,进而导致隐球菌病
集落刺激因子(Colony-stimulating factors, CSF)包括粒细胞集落刺激因子(G-CSF)、粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子(GM-CSF)和巨噬细胞集落刺激因子(M-CSF)。CSF有助于机体骨髓细胞群恢复和中性粒细胞活化
G-CSF可用于恢复中性粒细胞减少患者的中性粒细胞数量并增强其抗真菌活性,因此G-CSF联合抗真菌药物在此类患者中表现出更好的治疗效果。在一项针对侵袭性念珠菌病患者的随机对照研究中,单用氟康唑治疗组的感染消退中位时间为21天,而G-CSF联合氟康唑治疗组的感染消退中位时间为14天
GM-CSF通过刺激巨噬细胞上dectin-1的表达进而调控机体的抗真菌免疫反应。一项IV期临床试验显示,在异基因HSCT受者中给予GM-CSF可降低侵袭性念珠菌病的发生率和相关死亡率
M-CSF通过特异性促进巨噬细胞的增殖和活化从而调控机体抗真菌反应。该疗法目前虽尚未获得美国食品和药物管理局(FDA)的临床批准,但各种临床试验已经探索了其作为抗真菌辅助治疗的效果。一项I/II期临床实验表明,经M-CSF治疗的患侵袭性真菌感染的骨髓移植患者其生存率(27%)较未使用者(5%)更高
需要注意的是,尽管CSF在抗真菌治疗中显示出良好的效果,但由于细胞因子的促炎性质,治疗中可能出现毛细血管渗漏综合征、咯血、气胸并发症
干扰素γ (Interferon-γ, IFN-γ)通过刺激吞噬细胞产生ROS进而杀灭真菌,以此为基础的重组IFNγ已被批准用作预防CGD患者侵袭性真菌感染的免疫疗法
过继性T细胞疗法(Adoptive T-cell therapy)通过纯化、体外刺激和扩增供体或患者自身来源的T细胞,然后再输注回患者体内以重建免疫功能。该治疗通常在异基因造血干细胞移植后进行。在Perruccio等人开展的一项针对合并侵袭性曲霉菌感染的移植患者的研究中,相较于未接受细胞输注组,接受过继性T细胞治疗的患者其感染在更短时间内清除(7~10周)
嵌合抗原受体T细胞(Chimeric antigen receptor T cell, CAR-T)疗法通过采集患者血液中的T细胞,经过基因转导等方式转染后使T细胞表面表达嵌合抗原受体,再将重新编码的CAR-T细胞进行培养、扩增,最终回输到患者体内。经嵌合抗原受体修饰后的T细胞不再具有MHC局限性,通过抗原结合即可活化,进而发挥特异、高效的杀伤功能。CAR-T通常被认为是一种癌症治疗方法,但目前研究人员一直在尝试将CAR-T技术用于其它非恶性疾病的治疗,例如在Michelle等人的研究报道中,对烟曲霉特异性嵌合抗原受体(Af-CAR) T细胞进行了基因工程改造,生成了一个CAR靶向结构域AB90-E8,该结构域可识别烟曲霉菌菌丝细胞壁中的保守蛋白抗原,产生直接且特异的抗真菌功能
吞噬细胞通过识别、募集、驱化及氧化爆发杀灭真菌,因此中性粒细胞数量及功能缺陷可增加机体真菌感染的风险。粒细胞输注(granulocyte transfusions, GTs)可通过恢复中性粒细胞计数以降低高危患者侵袭性真菌感染的发病率和死亡率。一项单中心回顾性研究表明,在28名接受GTs治疗的造血干细胞移植患者中,有64%的患者(18/28)存活,10例死亡患者中只有2例与感染进展有关,提示GTs可以为移植患者提供额外的抗感染(包括真菌)保护
Mycograb (又称NeuTec Pharma)是一种针对热休克蛋白90 (HSP90)的人重组单克隆抗体,实验室研究发现该抗体与两性霉素B具有协同作用,对多种念珠菌具有广谱活性
由于目前对体液免疫在真菌防御中的作用缺乏更加深入的了解,这种基于抗体的抗真菌治疗技术发展受到了一定阻碍,且现下单克隆抗体的制造仍昂贵且困难,故抗真菌mAbs仍未进一步大规模投入临床使用。
然而,由于IEI患者的免疫功能受损,具备高免疫原性的活疫苗虽然可以使其产生充分的保护性免疫应答,但却存在发生疫苗本身所致感染的风险,而灭活疫苗和亚单位疫苗虽相对安全,却可能无法引起IEI患者免疫系统的充分应答,后续仍可能发生真菌感染。因此,需要在疫苗的安全性和有效性之间保持微妙平衡。此外,从经济角度来看,开发一种只用于少数高危人群接种的疫苗并不符合成本效益,导致抗真菌疫苗在研发过程中面临着技术和资金的双重困难,因此迄今为止还没有临床批准投入使用的抗真菌疫苗。
免疫出生缺陷患者因其免疫功能异常而对真菌易感,由于其感染后临床表现缺乏特异性,易导致误诊或诊断延迟,病死率高。而对IEI常见易感真菌谱及相应免疫机制的研究有助于早期抗真菌治疗的开展并帮助识别潜在IEI患者。对于确诊IEI的患儿,当常规抗菌治疗效果欠佳、怀疑真菌感染但无明确病原学证据时,可根据其易感真菌谱进行早期预防及经验性治疗。而对于既往未确诊IEI但合并深部真菌感染的患儿,在除外继发性真菌易感因素(如长期使用免疫抑制剂、继发性免疫缺陷等)后,需警惕IEI可能,建议进一步完善免疫功能筛查,必要时可完善基因检测以发现潜在的免疫出生缺陷。
在抗真菌治疗方面,传统抗真菌药物的毒副作用及耐药问题日益突出,难以完全满足临床治疗的需要,免疫辅助治疗已成为一种全新选择。相较于传统抗真菌药物,免疫辅助治疗具有安全性更高、耐药性更低的优势。传统抗真菌药物联合免疫辅助治疗有助于提高抗真菌治疗的疗效,进而改善患者预后。并且,近年来对于真菌致病机制的不断研究,越来越多的基因及细胞因子被证实在机体抗真菌保护性免疫中发挥着重要作用,使未来开展更加个性化、针对化的抗真菌靶向治疗成为可能。
*通讯作者。