NEJM综述：大肠杆菌感染与溶血尿毒症综合征

夏秋两季是产志贺毒素大肠杆菌所致腹泻的发病高峰，此类腹泻通常为血性腹泻，而且容易聚集性发病，因此托儿所、幼儿园的儿童及其家庭成员也易发病。

产志贺毒素大肠杆菌感染引起腹泻后，可能并发血栓性微血管病，从而导致溶血尿毒症综合征。在患有产志贺毒素大肠杆菌相关溶血尿毒症综合征的儿童中，50%~60%出现少尿，大多数需要接受肾脏替代治疗。与产志贺毒素大肠杆菌相关溶血尿毒症综合征病死率，儿童约为3%，中老年人高达20%。

今日出版的《新英格兰医学杂志》（NEJM）发表由加拿大卡尔加里大学阿尔伯塔儿童医院研究所Stephen Freedman教授撰写的综述，详细介绍了产志贺毒素大肠杆菌相关腹泻及溶血尿毒症的诊断与治疗要点。我们在此发表全文翻译。

产志贺毒素大肠杆菌（STEC）感染引起腹泻后，可能并发血栓性微血管病（TMA），从而导致溶血尿毒症综合征（HUS），其定义为血小板减少症（血小板计数 <150,000/mm3）、非免疫性溶血性贫血（血细胞比容<30%）和氮质血症（肌酐水平高于正常范围上限）。尽管多种微生物可引发HUS，但全球大多数儿童病例都由STEC引起。其他可能的感染原因包括肺炎链球菌和流感病毒。HUS和其他疾病中的TMA可分为原发性或继发性。非典型HUS（即原发性TMA）的发病机制是补体系统的潜在调节缺陷（即原发疾病），而继发性TMA则由微生物激活内皮细胞，进而触发微血管病变级联反应。为了制定对因治疗方案，快速识别TMA的病因非常重要。尽管非典型HUS患者使用抗补体治疗可改善肾脏相关结局，但不当使用此类治疗可能有害。

历史和命名

40年前，大肠杆菌O157:H7被确定为血性腹泻的病因。此后不久，人们发现患有HUS的儿童粪便中含有不同血清型的大肠杆菌（包括O157:H7），这些大肠杆菌产生的毒素对体外培养的Vero细胞具有致命毒性。这些毒素可被1型痢疾志贺菌产生的志贺毒素抗血清不同程度地中和，因此被称为志贺毒素。同样，产生这些毒素的细菌称为STEC。志贺毒素有两种，即志贺毒素1和志贺毒素2，其临床意义不同。志贺毒素2血清型的毒性远大于志贺毒素1血清型，后者很少导致HUS。

鉴于腹泻发生后平均7天容易引发HUS，产志贺毒素2的STEC被称为“高风险”。在众多高风险血清型中，人们对大肠杆菌O157:H7的研究最为透彻，部分原因是其菌落在适当的培养基上通常是无色的，而且无法发酵山梨醇，很容易识别。在本综述中，术语“大肠杆菌O157”表示表达该血清群抗原的所有STEC；表达除O157之外O抗原的STEC称为非 O157 STEC。

志贺毒素

STEC的主要毒性来源于所产生的志贺毒素。志贺毒素1和2各由一个A亚基和一个五聚体B亚基组成，它们通过五聚体B亚基与三聚神经酰胺（Gb3）结合而引起疾病（图1）。结合后，全部毒素（仍与Gb3结合）被细胞内化并运输至内质网。在蛋白水解和二硫键还原后，具有酶活性的A1亚基攻击大核糖体亚基的28s RNA，裂解其中特定的腺嘌呤残基并抑制蛋白质合成。

图1. 产志贺毒素大肠杆菌（STEC）感染患者由志贺毒素引发的微血管病变的病理生理学

STEC的致病性主要取决于志贺毒素1、志贺毒素2或两者是否表达，并在一定程度上取决于每种志贺毒素的等位基因变体。产志贺毒素2的STEC通常会引起血性腹泻，以及几乎所有与腹泻相关的HUS病例（图 2）。由于大肠杆菌O157几乎普遍产生志贺毒素2，因此它们被认为是高风险STEC。部分STEC同时产生志贺毒素1和2，令人费解的是，当病原体产生志贺毒素2但不产生志贺毒素1时，HUS的风险更高。毒素基因型的重要性远超大肠杆菌血清型，2011年爆发的产Stx 2大肠杆菌O104:H4疫情就是例证，此次疫情在16个国家造成4000多人感染、908名HUS病例和50人死亡。

图2. 评估STEC感染患者发生HUS的风险

流行病学

夏秋两季是STEC感染的发病率高峰，其中5岁以下儿童的发病率最高，该群体发生HUS的风险也最高。大肠杆菌O157是全世界有症状患者的粪便中最常见的血清群。大肠杆菌O157和非O157 STEC爆发的载体相似，但O157感染爆发与肉类接触相关性更大。由于任何感染病例都可能意味着以前未被发现的、持续的疫情爆发，所以应鼓励迅速上报。鉴于此类腹泻极容易聚集性发病，故托儿所、幼儿园和家庭成员也极易发病。

STEC感染的诊断

STEC感染的早期诊断对于病例管理非常重要。所有便血患者和伴有里急后重或严重腹痛的非血性腹泻儿童的粪便样本均应进行细菌病原体检测。体温正常并不能排除STEC感染。

实验室使用一种或多种方法鉴定粪便中的STEC，包括在琼脂上分离病原体、免疫检测志贺毒素以及通过核酸扩增鉴定一种或多种志贺毒素基因。理想的策略应结合不同检测方法，以快速确定患者是否携带高风险病原体。在腹泻发生后，粪便中STEC的检出率每天都会降低，因此应及时采集并将样本送到实验室，以最大程度提高灵敏度。如果不能立即获得大量粪便样本，可考虑采集直肠拭子样本并检测。虽然直肠拭子是一种可以接受的替代样本，但众多实验室坚持要求临床医生提供粪便标本；我们敦促临床医生与微生物检测同事合作，将直肠拭子检测整合到他们的工作流程中。当临床高度怀疑STEC感染时，如果直肠拭子是初始样本，当患者排便时应采集粪便样本进行检测。

可以通过对不发酵山梨醇的菌落进行血清分型或通过DNA扩增检测O抗原基因座来鉴定大肠杆菌O157。尽管其他部分STEC血清群（例如O80、O104、O113、O121和O145）几乎均会产生志贺毒素，但毒素或毒素基因检测比血清群检测更容易实施而且结果更确切，可用于评估非O157 STEC感染患者的HUS风险。不幸的是，非O157 STEC的实验室检测结果通常无法提供足够的信息（例如，是否存在志贺毒素2）以帮助临床医生评估风险。在这种情况下，风险评估应包括是否存在明显的血性腹泻（图2）。

临床病程

低风险STEC

产志贺毒素1但不产志贺毒素2的STEC引起的感染特征，文献报告较少。这些低风险病原体多引起非血性腹泻，并且很少导致HUS，仅可能在免疫功能低下的成年人中发生。

高风险STEC

腹泻发生前，患者可能会出现非特异性症状，如腹痛、呕吐和发烧；但腹泻的第1天通常被认为是患病的第1天。据报道，接触高风险STEC和第一次稀便之间的平均间隔为3天。对2014年至2018年间向英国国家强化STEC监测系统报告的大肠杆菌O157病例进行分析后发现，近三分之二的感染病例，在腹泻开始后1~3天粪便中出现肉眼可见的血液。就诊前24小时内的中位大便次数为7~11，腹泻通常在患病第7天时减轻。排便通常很痛苦，受过如厕训练的儿童可能会出现大便失禁。据报告，30%~50%的感染儿童会发热，但在就医时体温多已正常。

我们建议每天进行实验室检测，以监测所有感染已知高风险志贺毒素（检测到志贺毒素2）或疑似高风险STEC（在血性腹泻患者中检测到志贺毒素但未进行基因分型）的儿童，直至发生HUS的窗口期结束或重复检测未发现进行性微血管病的证据。因此，实验室检测应继续进行，直至间隔24小时采集的标本中血小板计数增加至少5%，或者在胃肠道症状改善或消失后5天。

尽管高风险STEC感染患者发生HUS的比例受多种因素的影响，但大型儿童病例系列显示， 15%~20%的感染儿童发生HUS，其中5岁以下儿童的风险最大。在一项纳入927名急诊科就诊的STEC感染儿童（<18 岁）的国际性研究中，4%的儿童出现HUS，随后又有14%的儿童出现HUS。一项荟萃分析纳入17项研究，涉及1896名感染者，其中18%患有HUS。HUS多在在患病第5~14天间出现，而微血管病变在第8或9天时就很明显，无尿（如果发生）很少在第10天后开始出现。在没有进展为HUS的患者中，血小板计数通常会短暂减少，但仍保持在正常范围内。一小部分儿童有血小板减少和贫血，但没有氮质血症。快速进行性血小板减少症是HUS患者的前哨和常见的血液学异常，常伴有血红蛋白尿和血清乳酸脱氢酶水平升高。血红蛋白尿反映血管内溶血、循环结合珠蛋白消耗以及血浆血红蛋白水平超过肾脏的重吸收能力。如果血清肌酐水平升高与血细胞比容降低不成比例，则随后发生的 HUS往往很严重。

STEC相关腹泻和推测的HUS病理生理学

据推测，微血管内皮激活是STEC感染后出现胃肠道症状表现的主要原因。疾病早期的结肠组织学评估显示浅表炎症和局灶性坏死，但深部隐窝未受累，这些结果表明存在缺血。缺血可能是在初始腹泻阶段，循环中的志贺毒素促进血栓形成和炎性损伤，随后对微血管内皮造成损害的结果。腹泻期观察到的血液学异常包括循环纤溶酶原激活物的1型抑制物活性增加；D-二聚体、凝血酶原激活片段1和2以及血小板激活因子浓度升高；von Willebrand因子剪切；以及血管生成素1和2活性失调。鉴于尸检发现肾脏、大脑、心脏和其他肠外器官中存在微血管血栓，血栓性微血管损伤被认为是进展为HUS的主要因素。

STEC相关HUS的临床病程和并发症

据报道，在患有STEC相关HUS的儿童中，50%~60%出现少尿。大多数出现少尿的儿童接受肾脏替代治疗，直至尿量恢复正常，这通常在开始透析后2周内。与STEC相关的HUS病死率，儿童约为3%，中老年人高达20%。此类死亡很少源于单一原因，但癫痫、昏迷和卒中等并发症似乎特别容易导致死亡。据报道，只有不到10%的HUS儿童出现心脏受累，包括缺血、心律失常、心肌病和心包积液。极少数患者会发生肠坏死和穿孔等灾难性肠道事件。

其他严重程度和发生率不尽相同的急性并发症包括高血压、有症状的胰腺炎或无症状的脂肪酶水平升高、转氨酶水平升高、胆汁淤积、呼吸窘迫综合征、肺出血、中心容量超负荷、胸腔积液、胰岛素依赖性高血糖和弥散性血管内凝血。据报道，部分患者在HUS治愈后1年内出现胆结石和肠管狭窄。

急性HUS发作后，经过时间不等的间隔期，患者会出现明显的慢性肾脏病。它与HUS期间无尿期的持续时间、接受肾脏替代治疗或两者均有关，并且预后不一。最近的一项报告显示，多达三分之一患有HUS但未接受肾脏替代治疗的儿童可检测到慢性肾损伤。尽管终末期肾病并不常见，但高血压、蛋白尿和肾小球滤过率降低可能会在STEC相关HUS急性发作数年后出现。因此，谨慎的做法是在患者整个童年时期监测其肾脏后遗症。目前缺乏关于成人结局的数据。

治疗

如果强烈怀疑STEC感染，则应在初步评估时检测血红蛋白水平、血细胞比容、血小板计数、尿素、肌酐和电解质水平以及血涂片，并在患病期间持续监测。基线值对于判断1天或2天后的复查结果很有意义。多次复查结果也可能在正常范围内，但血小板计数和血红蛋白水平降低或肌酐水平升高，可以帮助临床医生更准确地识别早期微血管病。乳酸脱氢酶水平升高也可能是进展为HUS的早期标志，其临床意义值得进一步研究。

对于可疑或确诊STEC感染患者，应避免给予潜在有害的干预措施，这一点十分重要。多项研究表明，感染高风险STEC的患者使用抗生素与HUS风险增加之间存在关联。因此，对于免疫功能正常的血性腹泻患者，避免经验性抗生素治疗非常重要。尽管患者希望缓解腹痛，但止痛药和抗肠蠕动药物会延长大肠杆菌O157感染的血性腹泻时间，并导致HUS和神经系统并发症的风险增加。非甾体抗炎药可在胃肠道感染期间引起急性肾损伤，最好避免使用。虽然给予单剂口服昂丹司琼有利于急性胃肠炎儿童的口服补液，但给予多剂和静脉注射并无额外益处，其可增加腹泻频率，并可能延长QT间期。因此，不应常规给予多剂药物和静脉注射。

扩张血容量

当首次诊断为HUS时，血细胞比容或血红蛋白值（可能反映血液浓度）相对较高的患者，其结局较差。此类患者更有可能接受肾脏替代治疗，并且神经系统并发症和死亡风险升高。因此，当怀疑儿童感染高风险STEC病原体时，在等待血液检测结果期间静脉输注等渗液是一种简单且可能有益的干预措施。此外，观察性研究表明，在确认HUS之前静脉输液可降低无尿的发生率并缩短住院时间。此外，两项非随机研究将HUS病程早期的等渗容量扩张与限制液体的历史实践进行了比较，为扩张血容量提供了进一步支持。在一项研究中，输注 0.9%氯化钠以达到比推测的病前体重高出7%~10%的目标体重，可减少肾脏替代疗法的使用、长期后遗症以及住院天数和重症监护病房（ICU）治疗时间。在另一项研究中，患儿在 3小时内接受10 ml/kg∙hr等渗晶体溶液，然后在接下来的48小时内给予等渗液体维持，在治疗过程中接受肾脏替代治疗的可能性较小。尽管这些研究表明扩张静脉血液容量未引起并发症，但液体超负荷长期以来一直与其他原因导致的急性肾损伤危重儿童的发病率和死亡率增加有关，并且仍然是一个潜在的问题。

考虑到这些研究的非随机性，而且最近一系列研究显示因STEC感染而住院的年轻成人的研究结果相互矛盾，所有STEC感染儿童的住院费用较高，以及液体超负荷带来的风险，因此需要开展临床试验以证明扩张血容量的收益，以支持其常规应用。一个合理的替代方法是每天通过生化、血液学和临床监测以评估微血管病变和脱水情况，并根据患者的疼痛和水合需要，为患者提供口服或静脉输液以治疗脱水，直至高危期结束。

肾脏替代疗法

在众多病例系列分析中，超过50%的STEC相关HUS患者接受了肾脏替代治疗。与其他类型急性肾损伤患者一样，HUS患者肾脏替代治疗的适应症取决于肾损伤的程度和相关异常。严重的电解质或酸碱失衡、尿毒症症状、保守措施无效的液体超负荷以及需要加强营养等都需要肾脏替代治疗。虽然腹膜透析相对安全、有效，并且无需抗凝和放置中心静脉导管，但潜在的并发症包括腹膜导管故障、腹膜炎和液体渗漏。在腹膜透析导管置入期间给予预防性抗生素，可以降低儿童发生腹膜炎的风险。当需要快速去除液体和溶质时，应考虑血液透析，并且血液透析更常用于年龄较大的儿童和成人。然而，导管置入期间血小板减少相关的出血、导管故障和导管相关败血症是潜在的并发症。由于血液透析和腹膜透析对于急性肾损伤患者的生存获益可能相当，医生可根据患者特征、自身的专业知识和资源选择透析类型。

对于血流动力学不稳定和多器官功能障碍的儿童，应考虑连续肾脏替代治疗，因为它对血流动力学和颅内压的影响较小，但可以有效去除溶质。然而，连续肾脏替代疗法需要抗凝，通常仅有入住ICU的儿童此种疗法。

血液制品和导管放置

大多数患有STEC相关HUS的患者都会输注浓缩红细胞。由于大多数HUS并发症与血栓性损伤有关，因此血小板输注应仅限于严重出血从而影响血流动力学稳定的患者。根据医生的操作经验和方法，通常可以在不输注血小板的情况下插入腹膜透析导管，但在置入中心静脉导管之前需要给予血小板。

毒素中和

由于全身性毒血症可能先于HUS发生，因此在STEC感染早期中和肠外毒素的策略很有吸引力。然而，只有少数受感染的儿童在腹泻的第1天具有可量化的循环志贺毒素2，而且即使在这些儿童中，毒血症也很短暂。因此，在推测的“肇事逃逸”血管损伤发生之前中和肠外志贺毒素的时间窗可能有限。尽管如此，由于在HUS发生之前或期间，血清中以及循环血细胞内或表面和微泡中发现了志贺毒素，因此肠外志贺毒素仍然是潜在的治疗靶点。

补体抑制

针对STEC相关HUS，人民提出了几种缓解病情的治疗策略。依库珠单抗是一种抗C5单克隆抗体，对非典型HUS非常有效，但STEC相关HUS患者很少有致病性补体基因变异。尽管STEC相关HUS中的循环补体蛋白谱常出现异常，但研究尚未显示依库珠单抗在STEC相关HUS中的价值；而且，从STEC相关HUS患者获得的肾活检标本也未观察到补体介导肾损伤的证据。此外，在志贺毒素诱导的微血管病灵长类动物模型中尚未观察到补体激活。补体成分C5作为末端补体途径的一部分，是宿主防御有荚膜细菌的重要组成部分，使用依库珠单抗抑制C5与多种细菌严重感染相关，包括脑膜炎奈瑟菌和其他奈瑟菌，以及铜绿假单胞菌和腔隙莫拉氏菌。因此，依库珠单抗在STEC相关HUS中的应用应仅限于临床试验。

血浆置换

尽管血浆置换对血栓性血小板减少性紫癜患者有益，因为它可以纠正ADAMTS的缺失或功能障碍，但支持其在STEC相关HUS患者中使用的证据极其有限。两项方法学缺陷严重的小型研究表明，老年人早期使用血浆置换可以获益。然而，对2011年德国爆发的STEC相关HUS进行的研究或儿科研究均未发现任何益处。因此，考虑到相关风险，目前不建议血浆置换。

不良结局的危险因素

在确定腹泻患者存在高风险STEC感染后，通过评估危险因素可以为发生HUS的可能性提供部分指导（表1）。可改变的危险因素包括使用抗生素、止痛药和止泻药；脱水；相对血液浓度；和低钠血症。不可改变的危险因素包括年龄（<5岁和>75岁，风险增加）；女性；出现血性腹泻、呕吐或两者兼而有之；是否存在志贺毒素1（不存在与较高风险相关）；白细胞计数升高（≥13,000/mm3）；血小板计数低于250,000/mm3。当HUS确诊，可以使用类似的评估来评估复杂病程的可能性。此时，脱水、相对血液浓缩、低钠血症和低白蛋白血症是严重HUS或死亡的潜在可改变风险。既往呼吸道感染是一个不可改变的危险因素，与不良结果相关。

表1. 从高风险STEC感染进展为HUS以及进展为严重HUS的相关因素

正式的风险评分系统敏感度不高，无法指导STEC感染或HUS早期阶段的临床诊疗。由于快速毒素基因分型提供了丰富的预后信息，因此与临床实验室合作以获得此类信息似乎很重要。了解每位患者的时间线和血小板计数可能会有所帮助，因为长期以来血小板减少症一直被视为HUS发展过程中的第一个实验室异常。对于病情相对良好且临床状况正在改善的患者，在患病第5天或之后血小板计数稳定或增加被认为是血管损伤已达到顶峰并将很快改善的可靠指标。

结论

STEC感染会导致严重疾病，尤其是儿童。诊断方法包括使用可识别O157和非O157 STEC 的技术对所有血性腹泻儿童进行细菌病原体检测，在无法获得粪便标本时可选择使用直肠拭子标本，并在出现STEC时报告毒素基因型，是诊疗的重要组成部分。密切监测高危STEC感染者、避免潜在有害的干预措施以及预防容量不足可能会避免并发症。除非出现特异的治疗方法，否则必须考虑高危STEC感染患者出现不良结局的可能性。因此，监测病情演变，并尽可能减少可改变的危险因素，以改善预后，这一点极其重要。

参考文献

Freedman SB, van de Kar NCAJ, Tarr PI. Shiga toxin–producing Escherichia Coli and the hemolytic–uremic syndrome. N Engl J Med 2023;389:1402-14.