《Current Fungal Infection Reports》:Immunotherapeutic Approaches to Invasive Fungal Disease in the Immunocompromised Child
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目的:尽管已有强效抗真菌药物可用,侵袭性真菌病(Invasive Fungal Disease,IFD)仍是导致免疫功能低下儿童及成人患者发病与死亡的主要原因,且IFD的发生风险与预后由机体特异性免疫分支的抑制程度决定。基于此,研究人员拟系统梳理抗真菌免疫治疗
目的:尽管已有强效抗真菌药物可用,侵袭性真菌病(Invasive Fungal Disease,IFD)仍是导致免疫功能低下儿童及成人患者发病与死亡的主要原因,且IFD的发生风险与预后由机体特异性免疫分支的抑制程度决定。基于此,研究人员拟系统梳理抗真菌免疫治疗的现有研究进展。
近期发现:研究人员对IFD免疫治疗的重要体外实验、动物模型数据及临床研究进行了批判性分析,重点关注粒细胞输注、天然杀伤(Natural Killer,NK)细胞(包括原代与基因修饰型)及真菌特异性T细胞的过继性转移,以及集落刺激因子与细胞因子的临床应用。
总结:尽管多种策略在体外实验与动物模型中显示出良好前景,但截至目前,尚未在临床环境中证实其明确获益。
引言
侵袭性真菌病(IFD)在儿童与成人免疫功能低下群体中仍占据显著的发病率与死亡率。一项回顾性队列研究显示,免疫功能低下儿童发生侵袭性曲霉病会显著延长住院时长、增加总医疗费用,更重要的是显著提升院内死亡率。即便新型强效抗真菌药物不断涌现,最新分析表明,接受急性淋巴细胞白血病(Acute Lymphoblastic Leukemia,ALL)治疗的儿童中,IFD的12周死亡率仍达11.2%,且IFD被证实为原发病复发的独立危险因素。
IFD的发生风险与预后由机体特异性免疫分支的抑制程度决定,这种抑制既来自原发恶性肿瘤本身,也来自抗肿瘤治疗。例如,长期重度中性粒细胞减少是IFD的核心危险因素,因此对此类患者推荐系统性抗真菌药物预防。同时,IFD患者中性粒细胞恢复与更好预后相关,这提示抗真菌免疫重建既可降低IFD风险,也可能降低死亡率。本文系统梳理IFD免疫治疗策略的体外与动物模型基础,并批判性分析相关临床研究(图1)。受限于儿童群体数据极少,本文纳入成人研究作为补充。
侵袭性真菌病的流行病学特征
抗真菌免疫治疗策略的选择可能依赖病原真菌类型(如靶向特定真菌结构),因此流行病学特征对其开发与应用至关重要。一项针对多国ALL患儿的研究显示,确诊与拟诊IFD中,霉菌感染发生率高于酵母菌感染,且在6岁以上儿童中更为显著,成人群体也呈现类似趋势。由于侵袭性霉菌感染预后通常差于酵母菌感染,且酵母菌感染常表现为急危重症甚至脓毒性休克,既往细胞免疫治疗多优先针对霉菌感染。当前多数分析中,曲霉属(Aspergillus)在霉菌感染中占比高于非曲霉属霉菌,但需注意真菌感染的流行病学存在地域差异,且病原体分布随时间推移发生变化,毛霉目(Mucorales)与镰刀菌属(Fusarium)的感染风险呈上升趋势。此外,约5%的确诊与拟诊IFD患者存在两种及以上病原体共感染,这可能限制靶向特异性细胞疗法的有效应用。最后,感染部位分布也需纳入免疫治疗考量:例如高达20%的ALL合并确诊或拟诊霉菌感染患儿会出现中枢神经系统(Central Nervous System,CNS)播散,这不仅限制过继输注免疫细胞穿透血脑屏障到达感染部位,还可能因免疫细胞与病原体相互作用引发临床并发症(如脑水肿)。综上,真菌种类与受累部位均会对免疫治疗策略选择产生重要影响。
粒细胞与集落刺激因子
中性粒细胞属于固有免疫系统的吞噬细胞,可快速募集至感染部位,通过阳离子肽、氧化爆发等多种非特异性机制清除病原体,还可通过分泌促炎细胞因子与趋化因子在急性炎症中发挥调控作用。在IFD中,中性粒细胞通过分泌抗菌肽、剥夺真菌必需营养、释放中性粒细胞胞外诱捕网(Neutrophil Extracellular Traps,NETs)对抗感染,后者可捕获并杀灭无法被吞噬的大型菌丝。
大量研究证实,中性粒细胞减少的持续时间与深度是儿童与成人发生IFD的最核心危险因素,且两者均显著影响预后,当中性粒细胞绝对计数持续低于100/μL时死亡率最高。基于此,提升中性粒细胞数量是免疫功能低下IFD患者过继免疫治疗的合理方向。
粒细胞集落刺激因子(Granulocyte Colony-Stimulating Factor,G-CSF)与粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子(Granulocyte-Macrophage Colony-Stimulating Factor,GM-CSF)不仅能提升循环中性粒细胞与巨噬细胞数量,还可增强其功能活性,进而强化抗真菌效应。在中性粒细胞减少小鼠模型中,人G-CSF给药可保护动物免受系统性曲霉病与念珠菌属(Candida)感染;足量粒细胞输注可显著提升肺部曲霉病小鼠的生存率,降低肺真菌负荷,并使50%的存活者实现感染清除。
临床数据显示,GM-CSF可降低大剂量化疗患者的IFD发生风险,且效应强于G-CSF;一项前瞻性多中心随机试验进一步证实,异基因造血干细胞移植(Allogeneic Hematopoietic Cell Transplantation,HCT)受者预防性使用GM-CSF可降低100天移植相关死亡率与600天IFD相关死亡率。基于有限回顾性研究的潜在获益,多项临床实践指南推荐对中性粒细胞减少的确诊与拟诊IFD患者使用集落刺激因子,但仍缺乏前瞻性试验证据,且此类试验实施难度极高。
关于粒细胞输注的回顾性病例系列与病例对照研究提示其可能存在潜在获益,但纳入患者异质性高(涵盖多种细菌与真菌感染),无法得出确切结论。同时需注意,粒细胞输注可能引发发热、寒战、肺部反应(急性呼吸窘迫综合征,Acute Respiratory Distress Syndrome,ARDS)等不良事件;一项回顾性分析显示,血液病患者合并侵袭性肺曲霉病时接受粒细胞输注,与未接受免疫治疗者相比,更易出现呼吸功能恶化且预后更差。两项研究强调,更高剂量、更短输注间隔与更好预后相关(表1)。一项2025年的系统评价纳入12项随机对照试验与7项前瞻性、5项回顾性非随机对照试验,结果显示随机试验中粒细胞输注与全因死亡率降低无显著关联(证据确定性低);前瞻性非随机试验中粒细胞输注可降低全因死亡率(相对风险0.40,95%置信区间0.23–0.68,证据确定性极低),但在IFD患者中,更多研究提示粒细胞输注无获益甚至与不良预后相关。
综上,尽管体外与动物模型数据积极,集落刺激因子与粒细胞输注对中性粒细胞减少IFD患者的临床获益至今未获明确证实,且粒细胞输注用于肺曲霉病患者甚至可能伴随更差预后。
天然杀伤细胞
天然杀伤(Natural Killer,NK)细胞表达CD56与CD16,是连接固有免疫与适应性免疫的桥梁。传统将其分为免疫调节型与细胞毒性型,近年又发现更多亚群。作为调节细胞,活化的NK细胞可释放促炎细胞因子,与其他免疫细胞(如T细胞、B细胞、树突状细胞)相互作用以增强免疫应答;反复暴露后NK细胞还可具备记忆样功能。作为效应细胞,其参与微生物感染与肿瘤的调控,通过释放穿孔素、颗粒酶介导抗体依赖的细胞毒性(Antibody-Dependent Cell Cytotoxicity,ADCC),或通过结合Fas配体、肿瘤坏死因子相关凋亡诱导配体(Tumor Necrosis Factor-Related Apoptosis-Inducing Ligand,TRAIL)诱导凋亡与细胞毒性。已证实人与小鼠NK细胞可通过穿孔素与颗粒酶释放直接损伤烟曲霉(Aspergillus fumigatus)、白色念珠菌(Candida albicans)、新生隐球菌(Cryptococcus neoformans)及多种毛霉目真菌。
临床层面,实体器官移植后NK细胞计数低与IFD发生风险升高相关;异基因HCT后NK细胞重建情况与侵袭性曲霉病预后相关,持续低NK细胞计数且活性氧产生能力下降的患者死亡率更高。
中性粒细胞减少的小鼠肺曲霉病模型证实了NK细胞的重要性与过继输注的治疗潜力:去除NK细胞会降低肺内干扰素-γ(Interferon-γ,IFN-γ)水平并升高死亡率,而输注野生型活化NK细胞(而非IFN-γ缺陷型供者细胞)可提升真菌清除率。遗憾的是,与NK细胞过继治疗肿瘤的广泛临床研究不同,NK细胞用于IFD免疫治疗至今未在临床环境中开展评估。
T淋巴细胞
淋巴细胞是适应性宿主抗病原防御的核心,包含T细胞、B细胞等不同亚群,可进一步细分。初始CD4+T细胞活化后可分化为辅助性T细胞(Helper T cell,Th)与调节性T细胞(Regulatory T cell,Treg),Th又包含Th1、Th2、Th17亚群,分别分泌特异性细胞因子调控炎症、宿主防御与组织稳态;Treg是免疫耐受的关键介质,可抑制过度免疫激活。CD8+T细胞活化后可释放细胞毒性颗粒诱导感染或恶性细胞凋亡,也可分泌肿瘤坏死因子(Tumor Necrosis Factor,TNF)-α、IFN-γ等细胞因子调控抗肿瘤与抗病毒免疫。
T细胞对真菌的应答十分复杂:树突状细胞(Dendritic Cell,DC)通过C型凝集素受体(如dectin-1、dectin-2)等模式识别受体向CD4+、CD8+T细胞提呈真菌抗原,T细胞极化方向决定感染是被清除还是进展为疾病。Th1与Th17细胞通常与保护效应相关,而Th2应答偏移与Treg活性过高则可能促进感染持续或过敏。值得注意的是,烟曲霉更易诱导Th1应答,白色念珠菌则更易诱导IL-17主导的应答;Th17细胞与IL-17受体信号对小鼠口腔白色念珠菌感染的黏膜防御与感染清除至关重要;Treg则在共生菌与环境真菌的耐受平衡中发挥关键作用,其定量与定性关系决定孢子暴露后走向耐受、过敏还是疾病。
小鼠研究显示,破坏Th1免疫或偏向Th2的干预会恶化IFD预后;临床中Th1或Th17通路受损的患者IFD风险更高,儿童与成人HCT后的淋巴细胞减少也是IFD发生的危险因素。
小鼠模型证实,过继输注经烟曲霉脉冲处理的DC可激活产生IFN-γ的T淋巴细胞,提升HCT小鼠对侵袭性曲霉病的抵抗力;输注烟曲霉特异性Th1细胞也可在中性粒细胞减少期间提供保护作用。目前认为理想的抗真菌特异性T细胞产品应同时包含效应与记忆性CD4+、CD8+Th1细胞,以维持长期强效免疫应答,但最佳CD4+/CD8+比例、Th17与Treg是否获益仍不明确。
一项原理验证研究中,10例单倍体相合HCT后合并侵袭性曲霉病(如肺炎、半乳甘露聚糖抗原血症)的患者接受抗曲霉T细胞输注,所有患者均在输注后6周内实现半乳甘露聚糖抗原血症转阴(与未治疗对照组相比P<0.002),仅1例患者死于感染,而对照组13例中6例死亡。此后多项临床试验启动,探索不同T细胞产品的疗效(表1):早期研究仅针对IFD,近期研究同时覆盖曲霉属、巨细胞病毒(Cytomegalovirus,CMV)、EB病毒(Epstein–Barr Virus,EBV)、腺病毒等。免疫治疗可作为预防手段,也可用于确诊或拟诊IFD患者。目前各研究入组人数尚不明确,一项研究因经费不足提前终止。所有研究的核心难点是抗真菌特异性T细胞的制备复杂耗时,仅一项试验报道了第三方供者T细胞库的应用。2023年一项两步法方案可在24小时内获得磁富集的IFN-γ分泌抗曲霉T细胞用于早期输注,12天后从同一供者获得短期体外扩增的抗曲霉T细胞进行后续输注,但该方案尚未进入临床评估。
综上,当前多项临床试验正在探索不同抗真菌T细胞产品作为预防与治疗策略,但研究人群异质性强,现有有限数据尚无法得出最终结论,仍需优化细胞产品(如理想CD4+/CD8+/Th17比例、最优刺激抗原)。
修饰免疫细胞——CAR-T与CAR-NK细胞
嵌合抗原受体(Chimeric Antigen Receptor,CAR)免疫疗法最初应用于修饰T细胞,已革新难治/复发淋巴瘤与前体B细胞ALL的治疗。基因工程改造的CAR通常包含可识别特定抗原的靶向抗体片段、跨膜域与胞内信号域(如CD3ζ与共刺激分子CD28)。除肿瘤领域外,该技术在感染性疾病(包括HIV、SARS-CoV-2与IFD)中的应用也日益受到关注。
由于血液中抗曲霉特异性T细胞频率极低,难以稳定分离扩增用于过继免疫治疗,靶向曲霉属的基因工程CAR-T细胞具有潜在临床价值。靶向曲霉属不同抗原(如dectin)的抗曲霉CAR-T细胞可直接杀伤烟曲霉株,并分泌细胞因子激活巨噬细胞以增强抗真菌效应;在免疫缺陷小鼠侵袭性曲霉病模型中,过继输注抗真菌CAR-T细胞可提升总生存率。
除T细胞外,CAR技术也被应用于NK细胞。与原代人NK细胞相比,NK-92等NK细胞系是细胞免疫治疗的理想来源:标准化程度高、特征明确,可建立主细胞库冻存,实现简便可重复的扩增。靶向烟曲霉的CAR-NK-92细胞与真菌共培养时可分泌IFN-γ;靶向白色念珠菌及其他临床相关念珠菌属(如耳念珠菌Candida auris、光滑念珠菌Candida glabrata)的CAR-NK-92细胞可抑制真菌生长,并降低白色念珠菌感染免疫缺陷小鼠的真菌负荷。另一项研究中,脐带血来源的NK细胞经CD5基CAR(SRCD5CAR)修饰后,在体外可杀伤白色念珠菌与新生隐球菌,过继输注给免疫缺陷小鼠可提升生存率并降低靶器官真菌负荷。遗憾的是,目前尚无原代与基因修饰T/NK细胞抗真菌效应的头对头体内比较数据,也无抗真菌CAR-T或CAR-NK细胞的人体疗效报道。
细胞因子、抗体与疫苗
IFN-γ与TNF-α等细胞因子可通过增强巨噬细胞与中性粒细胞对菌丝的损伤效应提升抗真菌免疫。一项针对HIV相关隐球菌脑膜炎的随机研究显示,标准治疗联合IFN-γ可带来显著获益;一项小规模前瞻性病例系列提示,免疫功能低下念珠菌或曲霉感染患者联合IFN-γ与抗真菌治疗可能有积极效果。TNF-α在免疫缺陷小鼠肺曲霉病中也显示出提升生存率的作用。但两者的临床应用受限于潜在不良反应,如加重移植物抗宿主病(Graft-Versus-Host Disease,GvHD)、肝毒性、肾毒性与神经毒性。
抗真菌抗体的多数证据来自体外实验与动物研究。近期一种靶向β-1,3葡聚糖的人源化单克隆抗体H5K1在体外显示出抗耳念珠菌(对多数抗真菌药耐药)的活性;多项体外与临床前研究显示,不同抗体在预防或治疗场景中可对抗白色念珠菌与隐球菌属,但均未进入大型临床试验。一项针对念珠菌感染的创新策略中,双特异性T细胞衔接器将dectin-1与抗CD3单克隆抗体重链轻链融合,可高特异性识别β-1,3葡聚糖,并在体外以念珠菌依赖的方式激活效应细胞;该构建体在小鼠模型中可显著防护白色念珠菌与非白念珠菌感染,且保护效应依赖T细胞。
疫苗接种的抗侵袭性曲霉病效应已在动物模型中得到证实:小鼠接受编码IL-12的腺病毒载体转导、并经热灭活烟曲霉脉冲的DC后,再用致死剂量真菌攻击,第3天真菌负荷低于对照组且生存率更高。一项2期随机双盲安慰剂对照试验中,含重组白色念珠菌黏附/侵袭蛋白的真菌免疫治疗疫苗NDV-3A可降低免疫功能正常女性症状性外阴阴道念珠菌病的发作频率。
综上,抗真菌抗体在IFD的预防与治疗中前景广阔,但仍需临床环境评估;尽管疫苗的安全性与有效性已进入2期研究,但对免疫功能低下患者而言,疫苗接种大概率不可行。
结论
通过细胞产品、可溶性介质或抗体实现免疫系统不同分支的药理学重建,是免疫功能低下患者对抗IFD的极具前景的策略。大量体外与动物研究证据支持这一方向,但这些模型数据无法直接外推至临床场景。针对细胞治疗产品的同质化大样本前瞻性甚至随机临床试验几乎无法实施,技术障碍(如真菌特异性T细胞的及时获取)进一步导致患者招募缓慢、证据不足,儿童群体的临床证据尤为匮乏。
抗真菌免疫治疗开发的另一大挑战是新型抗癌药物(如基因修饰抗体与抑制剂)的应用:一方面,这类药物可能降低治疗强度,从而减少IFD风险,降低免疫治疗需求;另一方面(也是更重要的),患者的风险谱可能发生显著改变(如中性粒细胞减少减轻,但同时抑制抗真菌宿主应答的关键通路),这需要针对此类患者开发新的抗真菌免疫治疗策略。总体而言,抗真菌免疫治疗前景广阔,但其临床层面的概念验证至今仍未完成。