心内膜炎的前世今生——mNGS在感染性心内膜炎中的应用

心内膜炎的发生都是蓄谋已久

近日，今日头条、搜狐等各大新闻网站同时报道了一则“离奇诡异”的新闻，《男子睡前不刷牙，感染心内膜炎》。新闻报道了在红旗医院口腔科就诊的吕先生，由于平时工作繁忙，常常加班到深夜，无法做到睡前刷牙这项基本功课，最终引发心内膜炎。这则新闻引起了广大网友的热议，一个看似平常的生活陋习竟会造成如此可怕的后果，大家会不会像小编一样，这两天疯狂的进行“口腔大扫除”。那么到底是什么心内膜炎呢？为什么不刷牙就有可能引起心内膜炎呢？今天就由小编给大家科普一下。

心内膜炎

心内膜炎，可通俗理解为心脏内膜“发炎”，根据致病原因分为非感染性心内膜炎(Non-infective Endocarditis)和由病原体引起的感染性心内膜炎(Infectious Endocarditis，IE)。非感染性心内膜炎是由创伤、局部血液涡流，循环中免疫复合物，心瓣膜和邻近的心内膜上无菌性血小板和纤维蛋白形成血栓引起的，会引发一系列临床症状。感染性心内膜炎是由于各种病原体入血后机体未能及时清理，病原体在心脏处寄居繁殖，侵袭周边细胞导致栓性粒子在血管中穿梭堵塞，最终造成心内膜发炎。IE发病率约为每年3-10例／10万人[1]，且病死率高达40%[2]。

图1 心内膜炎（图片来源于网络侵删）

临床症状

心内膜炎常伴随一系列临床症状和周围体征。常见症状包括：流感样症状，如发热和发冷，心脏杂音，疲劳，关节和肌肉疼痛，盗汗，呼吸急促伴随胸痛，脚、腿或腹部肿胀等；罕见症状包括：原因不明的体重降低，尿液中带血，脾脏压痛，Janeway病变，Osler小节和瘀斑等。

图2 感染性心内膜炎的周围体征

A.欧氏小结(Osler’s nodes) [3]

B.Janeway病变(Janeway lesions) [3]

C.罗氏斑点(Roth’s spots) [4] 

D.结膜出血(Conjunctival-hemorrhages) [5]

发病机制

IE的发病机制可归纳为4个连续事件和4个阶段。

4个连续事件

1、非细菌性血栓性赘生物形成，内皮细胞的损害、纤维蛋白和血小板沉积；

2、人体局部释放出病原体进入血液循环；

3、病原体附着于赘生物上，继之有纤维蛋白和血小板聚集，将其集落覆盖，成为赘生物的基础；

4、使病原体能够在此滋长繁殖。

经过上述4个连续事件后，就形成感染灶。

此后感染灶继续演变为以下

4个过程

1、当赘生物局部破裂时，释放病原体进入血液循环，产生一过性菌血症；

2、含有病原体的赘生物局部侵入，导致心内传导系统异常、瓣环脓肿、心包炎、主动脉窦动脉瘤及瓣膜穿孔；

3、感染的赘生物碎片脱落，引起体、肺循环外周栓塞；

4、血中已有的抗体与病原体抗原形成免疫复合物。在感染性心内膜炎病例中，链球菌属(Streptococci)和葡萄球菌属(Staphylococcus)是主要的致病菌，约占所有致病菌的80%[6]。

表1 感染性心内膜炎的发病机制

备注：“HACEK”细菌群由五个菌属组成，H代表嗜血杆菌属(Haemophilus)，

A代表放线杆菌属(Actinobacillus)，C代表心杆菌属(Cardiobacterium)，

E代表艾肯菌属(Eikenella)，K代表金氏菌属(Kingella)[7]

病原体的检测

感染性心内膜炎是一种致死率比较高的疾病，流行病学研究表明，它的发病率正在逐年上升。尽管有早期诊断和外科干预的方式进行预防，但近20年来其发病率和死亡率都没有得到改善，所以及时的确定感染性心内膜炎病因，科学有效的进行诊断分析，对于IE的干预治疗有重要意义。

常见的病原微生物检测主要依赖于培养的方法，但培养周期较长，而且无法覆盖到病毒、真菌、寄生虫等物种，存在一定的局限性。宏基因组二代测序(Metagenomic Next Generation Sequencing，mNGS)作为一种新兴的辅助诊断技术，不依赖先验信息，无需医生预判，不依赖培养，能够检测病原微生物基因组的所有序列，可以发现新或罕见病原体，适用于不明原因感染病原体的科研和临床应用，在条件致病菌感染及混合感染中有着明显的优势，这种新方法正在改变临床医生诊断和治疗感染性疾病的方式，同样也能够使IE患者的诊治、快速干预治疗成为了可能。

mNGS助力心内膜炎病原体诊断

2013年

Atsuko[8]等将mNGS技术应用于IE的病原体检测中，研究人员对3例IE患者的瓣膜组织同时进行常规培养和mNGS检测，结果显示mNGS的检出结果与培养阳性的结果高度一致，并且在培养结果为阴性的样本中，mNGS可检出的病原体，通过革兰氏染色验证检出为真，证明了mNGS方法在IE病原体检测方面的可靠性。Cheng[9]等利用mNGS对44名IE患者进行检测，并和传统检测方法进行比较，发现mNGS的敏感性，特异性，阳性预测值和阴性预测值分别为97.6％，85.7％，97.6％和85.7％，血培养为46.2％，100％，100％和12.5％，瓣膜培养为17.1％，100％，100％和17.1％，瓣膜革兰氏染色为51.4％，100％，100％和26.1％。结果显示mNGS不但延续了与传统检测方法一样的高特异性和阳性预测值外，同时也弥补了传统检测方法较低敏感性和阴性预测值的不足，可见mNGS有望成为IE诊疗的高效检测工具。

2019年5月

Kondo[10]等人报道了一例mNGS在IE方向应用的成功案例。患者男性，29岁，临床表现为18个月间歇性发热，盗汗和体重减轻等症状。该患者有法洛四联症(Tetralogy of Fallot， TOF)病史，进行过多次心脏手术，包括出生后7天的Blalock分流术，3岁后修复，2006年同种异体肺动脉瓣置换术(Pulmonary Valve Replacement，PVR)和2014年生物假体PVR等。在手术后该患者曾经前往巴基斯坦、泰国、老挝和缅甸等地，并在美国中西部地区喝过未经高温消毒的牛奶。最初血液培养和第四代艾滋病毒筛检呈阴性。随后该患者还带来了2014年医院执行PVR手术相关病例信息，警告可能存在分枝杆菌嵌合体(Mycobacterium chimaera)感染，其他可能的病原体包括汉塞巴尔通氏体(Bartonella henselae)、布鲁氏杆菌属(Brucella)以及伯氏立克次氏体(Coxiella burnetii)等。临床医生对该患者的血浆样本进行了mNGS的检测，根据检测结果诊断该患者是由C. burnetii感染引起的心内膜炎。随后使用羟氯喹(每8小时口服200mg)和强力霉素(每天口服100mg)进行治疗，治疗4周后患者的临床症状完全消退，最终成功进行了PVR和移植物交换。通过这个案例，研究人员认为对血浆中的cfDNA进行mNGS测序相较于传统的临床检测方法有着更为显著的优势。

首先，mNGS可以在一次实验中检测所有的细菌，真菌，寄生虫和病毒等病原体，减少了对大量病原体特异性检测的需求。其次，检测周期短，便于早期开始治疗。标本采集是微创(静脉穿刺)方法，减少类似组织活检等侵入性操作，可减轻病人痛苦。