JP2016518582A - 細菌感染を特定するための方法 - Google Patents

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Abstract

細菌感染を特定するための方法。本出願は、サンプルにおける1つ又は複数の細胞性及び/又は体液性マーカーの決定に基づいて、腹膜サンプルから細菌感染の性質、特に、それがグラム陰性又はグラム陽性のどちらの感染であるかを特定するための方法に関する。

Description

本出願は、腹膜サンプルから、細菌感染の性質、特に、感染がグラム陽性菌及び/又はグラム陰性菌によって引き起こされているかを特定するための少なくとも1つの方法に関する。より詳細には、前記方法は、前記サンプル中の1つ又は複数の細胞性及び/又は体液性マーカーの相対量を特定することを含む。さらに、前記発明は、理想的には治療レジメンの選択における情報を得た上での意思決定(informed decision making)を可能にするための前記方法の使用を含む治療方法、及び/又は良好な治療転帰をモニタリングする方法に関する。
細菌感染は、とりわけ抗生物質耐性の病原体のかつてない蔓延のために、依然として世界的に罹患率及び死亡率の主要な原因である。そのうえ、有効な感染管理は、標準的な診断の性能の低さによって阻まれており、したがって、有効な治療の選択について不適当な選択が行われている。この切迫した状況は、臨床診療、公的医療及び生物医学的研究にとって非常に大きな課題である。
感染の疑いの現在の診断及び治療は主に、1世紀以上前にRobert Kochによって導入されたがそれ以来変化していない概念である、可能性の高い微生物学的病原体のポジティブアイデンティフィケーション(positive identification)に依存している。細菌感染の原因となる病原体のポジティブアイデンティフィケーションは、抗生物質治療の選択に関して患者管理に指針を与え、患者管理をさらに正確にするために非常に重要であるだけでなく、これはまた、根底にある炎症機序及びいかにこれらを巧みに処理して感染を消散させるのを助けることができるかに関して、重要な手がかりをもたらす。
現在、感染性生物の検出及び特徴付けは、伝統的な微生物培養技術、分光測定法に基づくアッセイ及び/又は非常に複雑な核酸同定方法を必要とする。Mohanら(2011)は、核酸検出とイムノアッセイ検出を組み合わせた使用、例えば尿路感染を診断するための「イムノアッセイとの統合を容易にするために37℃でのハイブリダイゼーションに最適化されたオリゴヌクレオチドプローブ」を記述している[5]。Podsiadlyら(2005)は、泌尿器感染を診断するための特異的なChlamydia pneumoniaeのIgM、IgG及びIgA血清抗体のレベルの検出を記述している[6]。これらの昨今のアッセイは信頼性がないと考えられている。
さらに、病原体特定は、従来の培養技術に依存していることに関連した固有の遅延によって顕著に阻まれている。特異的な標的療法が使用できるようになるのに、治療を行う医師が結果を利用可能になる前に、しばしば2日、又はさらにはそれ以上かかる。結核などの一部の疾患において、これは2カ月かかることもある。最も重要なことに、多くの場合、伝統的な方法によって細菌を培養することができず、このことは患者の臨床症状の根底にある原因が不明のままであることを意味する。
典型的には、感染は、顕著な臨床症状が現れる場合にのみ明らかになる。有効な特定の治療的介入は、早期検出及び原因となる生物の特定によって決まる。従来、患者管理は、症状、初期の臨床所見、及びC反応性タンパク質などの炎症の他の基本的な検査室マーカーに基づいて決定される。この手法はしばしば、一般的過ぎで特異度を欠くため最適ではなく、特異度の増加は概して、微生物学的特定及び抗生物質感受性試験によってのみ獲得され、このことは、感染の最適な管理の遅延と関連する可能性がある。多くの考えられる病原因子を対象として含むために広域スペクトル抗生物質を使用する傾向は、C.difficile感染、また細菌耐性などの他の深刻な問題の発生を助長する。よって、1)患者転帰を改善する;2)特定の抗感染薬の使用を改善する;及び3)抗菌薬耐性及び他の重篤な感染の発生を低減させるために、感染のより早くより良好な検出及び特徴付けを達成することが臨床において明白に必要とされている。これを達成することができる技術は、患者経験(patient experience)を向上させ、患者管理のためのより持続可能で費用対効果の高い手法を確実にするべきである。
腹膜透析(PD)は、重度慢性腎疾患の患者のための治療である。治療法は、Tenckhoffチューブを介して特殊な透析液を腹膜腔中に導入することを含み、これは腎不全において蓄積する毒素を拡散によって、また水を前記液体によって生じた浸透圧勾配によって除去することを目的としている。両プロセスは、半透性の腹膜を通過しながら同時発生的に起こる。腹膜炎に至る、グルコースを多量に含有する透析液の感染は、顕著な罹患率及び死亡率への関連を有するPDの主な合併症である。
腹膜炎は、短期及び長期の両方の患者の健康状態に対して有害な作用を有する可能性がある。短期では、重度の腹膜炎エピソードにより、Tenckhoffチューブを直ちに取り除くことが必要になり、したがって、治療失敗となる可能性がある。長期では、反復性又は重度の腹膜炎が、腹膜の肥厚(線維化)及び膜透過性/機能の顕著な変化をもたらし、治療失敗となる可能性がある。腹膜炎の発症の早期認識は、迅速な調査、診断、及び有効な治療とともに、良好な転帰のために肝要である。標準的な技術を使用した原因となる微生物の特定は、比較的少ない細菌数及びそれらを培養するために必要とされる時間の長さ(多くの場合は数日間)のために困難であることがある。このことは、0〜50%の症例において「培養陰性」の腹膜炎、すなわち、すべての臨床及び検査室パラメータが診断を裏付けるが、生物は決して特定されないという現象を引き起こす[3]。その結果として、微生物確定の遅延を考えれば、すべての患者に、グラム陽性及びグラム陰性菌の両方を包含する二重の抗生物質治療が開始される。生物が特定される場合のみ(及び特定されるならば)、抗生物質レジメンはさらに正確になる。PD液検体が培養陰性のままであるならば、患者は、長期の二重の広域スペクトル抗生物質治療を受ける必要がある。
上記で述べたように、体液中の微生物を特定する分子テストは利用可能であるが、それらは、特異性を欠く、サンプルのコンタミネーション又は無症候性の保菌状態のために偽陽性の割合が許容できないほど高く、非病原性種を高頻度で特定するという欠点を有することが多い。
従って、特に生物の種又は病原性が決定要素である場合に、治療法を指示するポイントオブケア(point−of−care)の方法が緊急に必要とされているということになる。
本開示は、腹膜疾患における感染の迅速な診断方法に関する。本研究において、本発明者らは、急性腹膜炎の発現の第1日目のPD患者において詳細な免疫学的及び微生物学的分析を実施した。この技術の手がかりは、複雑な細胞性及び体液性の免疫応答の誘導が、免疫系の感染性病原体への曝露の後に迅速に起こるという発見である。驚くべきことに、この応答は曝露の数時間以内に現れ、急性の臨床症状を有する腹膜透析患者のドレーン排出液において、特徴的であるが診断的ではない「バッグの混濁」を呈した時点で測定することができる。したがって、これらの結果は、感染の疑いのある患者の鑑別診断にとって重大な意味を有し、より早いバイオマーカーベースの診断、より良好な予測リスクモデリング並びに治療法及びその最終的な効力の標的化の改善によって、患者管理に指針を与えるのに役立ち得る。
本発明の第1の態様によれば、腹膜サンプルにおいてグラム陰性菌感染を特定するための方法であって、
(a)個体の前記腹膜サンプルを、前記サンプルの全T細胞集団内のVδ2T細胞の量を決定するために検査するステップ、及び
(b)全T細胞集団内のVδ2T細胞の量が、グラム陰性菌に感染していない個体の対照サンプル中の全T細胞集団内のVδ2T細胞の量と比べて増加している場合、
(c)腹膜サンプルが採取された個体がグラム陰性菌に感染していると結論づけるステップを含む方法が提供される。
当業者には理解されるように、本明細書におけるグラム陰性菌感染への言及は、グラム染色プロトコールにおいてクリスタルバイオレット色素を保持しない細菌による感染に関する。グラム陰性菌の例は、Acinetobacier属、Aeromonas属、Bacteroides属、Bartonella属、Bordetella属、Brucella属、Burkholderia属、Campylobacter属、Chlamydia属、Chryseobacterium属、Citrobacter属、Enterobacter属、Escherichia属、Francisella属、Fusobacterium属、Haemophilus属、Hafnia属、Helicobacter属、Klebsiella属、Legionella属、Moraxella属、Morganella属、Neisseria属、Pantoea属、Photobacterium属、Proteus属、Providencia属、Pseudomonas属、Salmonella属、Serratia属、Shigella属、Stenotrophomonas属、Veillonella属、Vibrio属、Yersinia属を含むがこれらに限定されない。
本明細書での腹膜サンプルという用語は、通常はPD患者の、腹膜排出液を含む腹腔内の液体、又は腹腔の内側を覆う膜(腹膜)から取り出した組織サンプルを指す。
本明細書におけるグラム陰性菌に感染していない個体の対照サンプルという用語は、グラム陰性菌を特定するためのいずれか1つ又は複数の従来技術を使用して、グラム陰性菌に感染していないことが示されているサンプルを言う。
本発明の好ましい一実施形態において、個体の前記腹膜サンプルを、前記サンプルの全T細胞集団内のVδ2T細胞の量を決定するために検査するステップは、直接又は間接的に行われてもよい。個体の前記腹膜サンプルの、前記サンプルの全T細胞集団内のVδ2T細胞の量を決定するための直接検査は、前記サンプルの全T細胞集団内のVδ2T細胞の量を測定することによって行われる。個体の前記腹膜サンプルの、前記サンプルの全T細胞集団内のVδ2T細胞の量の間接的な検査は、前記サンプルの全T細胞集団内の他のT細胞の量を測定し、前記サンプルの全T細胞集団を測定し、次いで、減算を実施して前記サンプルの全T細胞集団内のVδ2T細胞の量を決定することによって行われる。代替として、個体の前記腹膜サンプルの、前記サンプルの全T細胞集団内のVδ2T細胞の量を決定するための間接的な検査は、代用マーカー、すなわち、典型的にはすべての又は少なくとも大部分の細胞がVδ2T細胞である場合はVδ2T細胞の典型的なマーカーについてアッセイすることによって、例えばVγ9T細胞、pan−γδT細胞、pan−αβ(アルファ/ベータネガティブT細胞)又はCD4CD8(「ダブルネガティブ」又はDN)T細胞を測定することによって行われる。当業者は、この間接的な測定を実施するために求める細胞の性質を理解するであろう。
好ましくは、前記腹膜サンプルは腹膜腔由来の液体であり、これは、当業者に理解されるように、針及びシリンジなどであるがこれらに限定されない非常に多くの手段によって取り出すことができる。代替として、より好ましくは、前記サンプルは、腹膜透析治療を受けている人の腹膜透析物すなわち、理想的には、腹膜排出液から得てもよい。
対照サンプルは、理想的には、テストと同じ部位であるが感染していない個体(いわゆる「安定した患者」)から採取されたサンプルを指す。
グラム陰性菌に感染していない個体は、体温上昇、腹痛若しくは腹部不快感又は排出液の混濁又は、PDを受けている患者の場合、目視したときに混濁していない透析物の存在などの感染の症状を有しても又は有さなくてもよい。加えて、又は代替として、感染していない前記個体は、培養テストに曝露させて増殖を試み、細菌感染を特定する場合に、又は他の従来技術に曝露させて細菌感染を特定する場合に、細菌感染、特にグラム陰性感染について陰性であることによって特定される。
当業者に知られているように、Vδ2T細胞は、TCR−Vδ2鎖の陽性発現によって、及び典型的にはVγ9鎖(代替の命名法によればVγ2)の共発現によって特徴付けられるCD3T細胞の別個の部分集合である。これらのVγ9/Vδ2T細胞は、末梢血及び炎症組織において一般に見出され、微生物感染の間の免疫プロセスにおいて重要な役割を果たす。
本発明のさらに好ましい実施形態において、前記対照と比べた腹膜サンプル中の以下:
d)IL−10、
e)IL−1β、
f)TNF−α、
g)HLA−DRを発現しているVδ2T細胞、及び/又は
h)CD86を発現している全白血球集団内の単球
のいずれか1つ又は複数の量を決定する少なくとも1つのさらなる試験が行われ、d)〜g)のいずれか1つ又は複数の量が、前記対照中の同一物の量と比べて増加している、又はh)の場合には、前記対照中の同一物の量と比べて減少している場合、
腹膜サンプルが採取された個体がグラム陰性菌に感染していると結論づける。
本発明の好ましい一実施形態において、本発明の前記方法は、ステップa〜c)及び任意の好ましいその組合せを含むステップb)〜f)のいずれか1つ又は複数を使用して実施されてもよい。
ヒトサイトカイン合成阻害因子(CSIF)としても知られているインターロイキン10(IL−10又はIL10)は、抗炎症性サイトカインである。ヒトにおいて、IL−10は、免疫制御及び炎症において多面的作用を有することが知られている。
IL−1βは、活性化された免疫細胞により生成されるインターロイキン1サイトカインファミリーのメンバーであり、炎症応答の重要なメディエーターであることが知られている。
TNF−αは、TNFサイトカインファミリーのメンバーであり、多くの異なる細胞タイプによって生成され、炎症応答の重要なメディエーターであることが知られている。
HLA−DRは、ヒト白血球抗原複合体によってコードされているMHCクラスII細胞表面受容体であり、シグナリングに応答して上方制御されることが知られている。詳細には、感染に応答して、細菌抗原がDR分子に結合し、Tヘルパー細胞上に見出されるT細胞受容体に提示される。
分化抗原群(Cluster of Differentiation)86(CD86及びB7−2としても知られている)は、T細胞活性化及び生存に必要な共刺激シグナルをもたらす抗原提示細胞において発現するタンパク質である。
本発明の第2の態様によれば、腹膜サンプルにおいてグラム陽性菌感染を特定するための方法であって、
(a)CXCL10の量を決定するために個体の前記腹膜サンプルを検査するステップ、及び
(b)CXCL10の量が、グラム陽性菌に感染していない個体の対照サンプル中のCXCL10の量と比べて増加している場合、
(c)腹膜サンプルが採取された個体がグラム陽性菌に感染していると結論づけるステップを含む方法が提供される。
CXCL10は、CXCケモカインファミリーに属するサイトカインであり、IFN−γに応答していくつかの細胞タイプによって分泌される。これらの細胞タイプは、単球、T細胞、内皮細胞及び線維芽細胞を含む。CXCL10は、多くの感染に応答して増加することが知られている。
当業者には理解されるように、本明細書におけるグラム陽性菌感染への言及は、グラム染色プロトコールにおいてクリスタルバイオレット色素を保持する細菌による感染に関する。グラム陽性菌の例は、Actinomyces属、Bacillus属、Clostridium属、Corynebacterium属、Enterococcus属、Lactobacillus属、Lactococcus属、Leuconostoc属、Listeria属、Micrococcus属、Mycobacterium属、Peptostreptococcus属、Propionibacterium属、Staphylococcus属、Streptococcus属、Streptomyces属を含むがこれらに限定されない。
本明細書での腹膜サンプルという用語は、典型的にはPD患者の、腹膜排出液を含む腹腔内の液体又は腹腔の内側を覆う膜(腹膜)から取り出された組織のサンプルを指す。
本明細書におけるグラム陽性菌に感染していない個体の対照サンプルという用語は、グラム陽性菌を特定するためのいずれか1つ又は複数の従来技術を使用してグラム陽性菌に感染していないことが示されているサンプルへを言う。
好ましくは、前記腹膜サンプルは腹膜腔由来の液体であり、これは、当業者に理解されるように、針及びシリンジなどであるがこれらに限定されない非常に多くの手段によって取り出されてよい。代替として、より好ましくは、前記サンプルは、腹膜透析治療を受けている人の腹膜透析物すなわち、理想的には、腹膜排出液から得られてもよい。
対照サンプルは、理想的には、テストと同じ部位であるが感染していない個体(いわゆる「安定した患者」)から採取されたサンプルを指す。
グラム陽性菌に感染していない個体は、体温上昇、腹痛若しくは腹部不快感又は排出液の混濁又は、PDを受けている患者の場合、目視したときに混濁していない透析物の存在などの感染の症状を有しても又は有さなくてもよい。加えて、又は代替として、感染していない前記個体は、培養テストに曝露させて増殖を試み、細菌感染を特定する場合に、又は他の従来技術に曝露させて細菌感染を特定する場合に、細菌感染、特にグラム陽性感染について陰性であることによって特定される。
本発明の第2の態様のさらに好ましい実施形態において、前記対照と比べた腹膜サンプル中の以下:
(d)全T細胞集団内のVδ2T細胞、
(e)CD4T細胞の合計数、又は
(f)IL−22
のいずれか1つ又は複数の量を決定する少なくとも1つのさらなる試験が行われ、
d)の量が、前記対照中の同一物の量と比べて減少し、且つ/又はe)及び/又はf)の量が、前記対照中の同一物の量と比べて増加している場合、
腹膜サンプルが採取された個体がグラム陽性菌に感染していると結論づける。
CD4Tヘルパー細胞は、CD4糖タンパク質の細胞表面発現によって特徴付けられる、ヒト免疫系の必須部分である白血球の小部分である。CD4は、抗原提示細胞との情報伝達においてT細胞受容体(TCR)を援助する共受容体である。
IL−22は、IL−10ファミリー又はIL−10スーパーファミリーと呼ばれるサイトカインのグループのメンバーであるサイトカインであり、細胞性炎症応答のメディエーターであることが知られている。IL−22は、活性化された樹状細胞及びT細胞によって生成され、細菌病原体に対して自然免疫応答を開始する。
本発明の好ましい一実施形態において、本発明の第2の態様の前記方法は、ステップa)及び任意の好ましいその組合せを含むステップd)〜f)のいずれか1つ又は複数を使用して実施されてもよい。
本発明の第3の態様、又は本発明の第1及び/若しくは第2の態様の好ましい実施形態によれば、グラム陰性菌感染を特定するための前記方法は、グラム陽性菌感染を特定するための前記方法の後、若しくは代替としてその前に行われ、又はその逆である。代替として、前記方法は同時に行われてもよい。
本発明の第4の態様によれば、上記の方法のいずれか1つ又は複数によって特定される細菌感染に罹患している個体を治療するための方法であって、前記上記の方法によって特定された細菌感染の性質に応じて、グラム陰性及び/又はグラム陽性菌感染を治療するための治療薬を前記個体に投与するステップをさらに含む方法が提供される。
本発明の第4の態様の好ましい実施形態によれば、細菌感染に罹患している個体を治療するための前記方法は、グラム陰性及び/又はグラム陽性感染を特定するための上記の方法のいずれか1つ又は複数を定期的に反復するステップ、及び、前記個体が依然として感染していると結論づけられる場合、前記治療薬を投与し続けるステップ又は治療薬レジメンを変更するステップをさらに含む。
本発明の第4の態様の好ましい実施形態によれば、前記治療薬は、ペニシリン系薬及びβ−ラクタマーゼ阻害剤、セファロスポリン系薬、マクロライド系薬及びリンコサミン系薬(lincosamines)、キノロン系薬及びフルオロキノロン系薬、カルバペネム系薬、モノバクタム系薬、アミノグリコシド系薬、テトラサイクリン系薬、スルホンアミド系薬、リファンピン、オキサゾリドノン系薬のファミリーに属するものなどの抗生物質、並びにその誘導体を含むがこれらに限定されない。
当業者には理解されるように、前記抗生物質は広域スペクトルで、グラム陽性及び/又はグラム陰性菌の両方に効果があってよく、例えば、β−ラクタム/阻害剤の組合せを含むすべてのβ−ラクタム系薬、すべてのマクロライド系薬、すべてのテトラサイクリン系薬、すべてのアミノグリコシド系薬、すべてのポリミキシン系薬、すべてのキノロン系薬、すべてのグリコペプチド系薬、すべてのリンコサミド系薬、すべてのストレプトマイシン誘導体、並びにクロラムフェニコール、リファンピシン、ホスホマイシン、ホスミドマイシン、ニトロフラントイン、メトロニダゾール、ダプトマイシン、キヌプリスチン、リネゾリド、テラバンシン、ムピロシン、及び葉酸合成阻害剤などの、一般的なクラスに包含されないすべての抗生物質、並びにその構造類似体及び誘導体などであるがこれらに限定されない。
より理想的には、前記抗生物質は、グラム陰性菌に対して特異的であり、効果があり、例えば、β−ラクタム/阻害剤の組合せを含むすべてのβ−ラクタム系薬、すべてのマクロライド系薬、すべてのテトラサイクリン系薬、すべてのアミノグリコシド系薬、すべてのポリミキシン系薬、すべてのキノロン系薬、すべてのリンコサミド系薬、すべてのストレプトマイシン誘導体、並びにクロラムフェニコール、リファンピシン、ホスホマイシン、ホスミドマイシン、ニトロフラントイン、メトロニダゾール、及び葉酸合成阻害剤などの、一般的なクラスに包含されないすべての抗生物質、並びにその構造類似体及び誘導体などであるがこれらに限定されない。
代替として、前記抗生物質は、グラム陽性菌に対して特異的であり、効果があり、例えば、β−ラクタム/阻害剤の組合せを含むすべてのβ−ラクタム系薬、すべてのマクロライド系薬、すべてのテトラサイクリン系薬、すべてのアミノグリコシド系薬、すべてのキノロン系薬、すべてのグリコペプチド系薬、すべてのリンコサミド系薬、すべてのストレプトマイシン誘導体、並びにクロラムフェニコール、リファンピシン、ホスホマイシン、ホスミドマイシンダプトマイシン、キヌプリスチン、リネゾリド、テラバンシン、ムピロシン、及び葉酸合成阻害剤などの、一般的なクラスに包含されないすべての抗生物質、並びにその構造類似体及び誘導体などであるがこれらに限定されない。
この明細書の記載及び特許請求の範囲の全体にわたって、「含む(comprise)」及び「含有する(contain)」という語、並びにこれらの語の変化形、例えば「含むこと(comprising)」及び「含む(comprises)」、は、「含むがそれらに限定されない」を意味し、他の部分、添加物、成分、整数又はステップを排除しない。この明細書の記載及び特許請求の範囲の全体にわたって、文脈上別段の解釈を要する場合を除き、単数形は複数形を包含する。特に、不定冠詞が使用される場合、その項目は、文脈上別段の解釈を要する場合を除き、複数並びに単数を意図すると理解されるべきである。
この明細書において引用されている、任意の特許又は特許出願を含むすべての参考文献は、参照により本明細書に援用される。いかなる参考文献も先行技術を構成することを承認するものではない。さらに、従来技術のいずれも、当技術分野における共通の一般的な知識の部分を構成することを承認するものではない。
本発明の各態様の好ましい特徴は、他の態様のいずれかに関連して記述される場合もあり得る。
本発明の他の特徴は、以下の実施例から明らかとなるであろう。一般的に言えば、本発明は、この明細書において開示されている特徴(添付の特許請求の範囲及び図面を含む)の任意の新規な1つ、又は任意の新規な組合せに及ぶ。よって、本発明の特定の態様、実施形態又は実施例とともに記述されている特徴、整数、特性、化合物又は化学的部分は、それらと矛盾しない限り、本明細書において記述されている任意の他の態様、実施形態又は実施例に適用できると理解されるべきである。
さらに、別段の記述がない限り、本明細書において開示されている任意の特徴は、同じ又は同様の目的にかなう代替の特徴によって置き換えてもよい。
以下の実施例及び図面を参照して、以下に本発明をより詳細に記述する。
細胞性指標に関する図である。(A)急性腹膜炎の1日目の、安定な及び感染しているPD患者における、腹膜好中球(CD15)、単球/マクロファージ(CD14)及びT細胞(CD3)の合計数及び相対頻度(%)。(B)急性腹膜炎の1日目の、安定な及び感染しているPD患者における、腹膜CD3T細胞集団内のヘルパーT細胞(CD4)、細胞傷害性T細胞(CD8)及びγδT細胞(Vδ2)の合計数及び比率。感染している患者を、微生物培養結果に従って培養陰性(n/c)の患者又はグラム陽性若しくはグラム陰性感染の確定した患者にグループ分けした。データ点は個々の患者を表し、水平線はグループごとの値を意味する。 体液性指標に関する図である。急性腹膜炎の1日目の、安定な及び感染しているPD患者におけるIL−1β、IL−2、IL−6、sIL−6R、IL−10、IL−12p70、IL−17A、IL−22、CXCL8、CXCL10、IFN−γ、TNF−α、GM−CSF、TGF−β1及びMMP−3の腹膜レベル(ng/mlで表す)。感染している患者を、微生物培養結果に従って培養陰性(n/c)の患者又はグラム陽性若しくはグラム陰性感染の確定した患者にグループ分けした。データ点は個々の患者を表し、水平線はグループごとの値を意味する。 体液性及び細胞性指標に関する図である。微生物培養結果に基づく、1日目に「バッグの混濁」を呈する患者における免疫学的バイオマーカーの例。(A)グラム陰性感染と非グラム陰性感染の識別。(B)グラム陽性感染と非グラム陽性感染の識別。データ点は、個々のエピソードを表す(白色、培養陰性;青色、グラム陽性感染の確定;赤色、グラム陰性感染の確定。破線は、陽性又は陰性の識別のための計算されたカットオフ値を示す。 1日目のすべての腹膜T細胞のうちのVδ2T細胞の頻度に基づく、急性腹膜炎患者の累積治療継続率(technique survival)を示すKaplan−Meierプロットを示す図である。カットオフ値は、ROC分析によって決定した。30日目の治療失敗(technique failure)予測のためのAUROC:0.917±0.048、95%信頼区間:0.823〜1.000、Youden Index:0.85、感度:100%、特異度:85%。2つの曲線の統計学的差異はログランク検定によって分析した。 テスト結果に基づく、免疫フィンガープリントベースの診断テストを指針としたPD腹膜炎治療案のフローチャートである。
表1.安定した患者及び1日目に「バッグの混濁」を呈する患者における免疫学的バイオマーカー(平均±SEM)。n.s.、有意でない。
表2.確定したグラム陰性感染の非存在又は存在に基づく、1日目に「バッグの混濁」を呈する患者における免疫学的バイオマーカー(平均±SEM)。n.s.、非有意。
表3.免疫学的バイオマーカーの、1日目における腹膜炎のグラム陰性エピソードと非グラム陰性エピソードを識別する能力。
表4.急性腹膜炎の発現の第1日目におけるグラム陰性感染の予測。
表5.1日目における腹膜炎のグラム陰性エピソードの予測に関する診断的意義を示す免疫学的バイオマーカー。
表6.確定したグラム陽性感染の非存在又は存在に基づく、1日目に「バッグの混濁」を呈する患者における免疫学的バイオマーカー(平均±SEM)。n.s.、非有意。
表7.免疫学的バイオマーカーの、1日目における腹膜炎のグラム陽性エピソードと非グラム陽性エピソードを識別する能力。
表8.急性腹膜炎の発現の第1日目におけるグラム陽性感染の予測。
表9.1日目における腹膜炎のグラム陽性エピソードの予測に関する診断的意義を示す免疫学的バイオマーカー。
表10.微生物培養結果に基づく、1日目に「バッグの混濁」を呈する患者において潜在的な診断的価値を有するバイオマーカー。
材料及び方法
患者
本発明者らは、ウェールズ大学病院、カーディフ、英国(University Hospital of Wales,Cardiff、UK)でPDを受けており、2008年9月1日から2012年1月31日の間に急性腹膜炎の1日目に入院した52人の成人患者を募集し、過去3カ月のうちに感染のなかった15人の安定した患者を、非感染対照としてこの試験に含めた。PD排出液のサンプリングは、南東ウェールズ地域の倫理委員会によって承認され(04WSE04/27)、ヘルシンキ宣言において言明されている原則に従って実施された。すべての患者から書面によるインフォームドコンセントを得た。急性腹膜炎の診断は、腹痛及び100WBC/mm超の混濁した腹膜排出液の存在に基づいていた。ウェールズ大学病院の中央診断研究室(central diagnostic laboratories)で実施された排出液の微生物学的分析の結果に従って、感染を培養陰性、グラム陽性エピソード及びグラム陰性エピソードにグループ分けした。
フローサイトメトリー
腹膜細胞を、8色FACSCanto II(BD Biosciences)において取得し、FloJo(Tree Star)で、BD Biosciences製のCD3に対するモノクローナル抗体(UCHT1)、CD4(SK3)、CD8(RPA−T8)、CD15(HI98)、CD69(FN50)、CD86(2331−FUN1)、HLA−DR(L234)及びTCR−Vδ2(B6.1);eBioscience製のCD14(61D3);及びBeckman Coulter製のTCR−Vγ9(Immu360)を、適切なアイソタイプ対照と一緒に使用して分析した。白血球集団は、側方散乱光及び前方散乱光面積/高さにおけるその外観、生細胞/死細胞染色(fixable Aqua;Invitrogen)の除外、及び表面染色:CD15好中球、CD14単球/マクロファージ及びCD3T細胞に基づいて特定した。T細胞部分集合は、CD4ヘルパーT細胞、CD8細胞傷害性T細胞及びVδ2γδT細胞として特定した。
ELISA
SECTOR Imager 6000(Meso Scale Discovery)において、細胞を含まない腹膜排出液を、TNF−α、GM−CSF、IFN−γ、IL−1β、IL−2、IL−6、IL−10、IL−12p70、CXCL8及びsIL−6Rについて分析した。IL−17A、IL−22、CXCL10及びMMP−3(R&D Systems)並びにTGF−β1(eBioscience)を、Dynex MRX IIリーダーにおいて、通常のELISAキットを使用して2連で測定した。
統計分析
統計分析は、SPSS16.0及びGraphPad Prism4.0ソフトウェアを使用して実施した。Kolmogorov−Smirnov検定を使用して正規分布ですべての変数を検定した。正規分布したデータではStudentのt検定を、又はノンパラメトリックデータではMann−Whitney U検定を使用して、患者群間の差異を分析した。カイ二乗検定を使用してカテゴリーデータを検定した。単変量解析を使用して予測バイオマーカーを評価した;単変量解析の統計学的に有意な(p<0.05)変数は多変量解析に含めた。表に示すように、データの変数増加法(forward selection)及び/又は変数減少法(backward elimination)に基づいて多重ロジスティック回帰分析を実施した。AUROC曲線を使用して識別を評価し、ノンパラメトリック手法を使用して比較した;カットオフ値、感度及び特異度を計算するためにもAUROC分析を使用した。Kaplan−Meier手法を使用して時間の関数としての累積生存曲線を作成し、ログランク検定を使用して比較した。すべての統計学的検定は両側であった;図面及び表に示すように、差異は統計学的に有意であると考えられた:、p<0.05;**、p<0.01;***、p<0.001。
結果
腹膜炎の急性エピソードは、重度の腹膜炎症と関連する
急性腹膜炎を呈する患者を、免疫細胞、主にCD15好中球、CD14単球/マクロファージ及びCD3T細胞の顕著な腹膜流入によって特徴付けた(表1)。これは、腹膜炎の培養陰性エピソード並びにグラム陰性又はグラム陽性菌による確定した感染の場合にも当てはまった(図1)。安定した患者における腹膜白血球は、主に単球/マクロファージ及びT細胞を含んでなるが、急性腹膜炎では好中球の大量動員が優勢であり、時に合計ですべての腹膜細胞の95%超及び1011細胞超に達した。腹膜白血球集団の詳細なフローサイトメトリー分析により、急性腹膜炎患者における局所的な免疫細胞浸潤物の組成のさらに際立った変化が明らかになった。したがって、急性腹膜炎におけるT細胞集団内のVδ2T細胞の頻度は優先的に増加し、一方、CD4及びCD8T細胞のパーセントは、事実上変化しないままであった(表1)。
急性腹膜炎において顕著に増加した可溶性メディエーターは、インターロイキン−1β(IL−1β)、IL−6、可溶性IL−6受容体(sIL−6R)、IL−10、IL−22、CXCL8、CXCL10、腫瘍壊死因子−α(TNF−α)、トランスフォーミング増殖因子−β(TGF−β)及びマトリクスメタロプロテイナーゼ−3(MMP−3)を含んでいた;同時に、IL−2、IL−12p70、IL−17及び顆粒球/マクロファージコロニー刺激因子(GM−CSF)などのサイトカインのレベルは、ベースラインを超えて上昇せず、又は、インターフェロン−γ(IFN−γ)の場合には、有意には上昇しなかった(図2、表1)。まとめると、これらの測定は、PD患者における急性炎症反応を示す広範囲の体液性及び細胞性バイオマーカーを特定し、そのいくつかは診断的価値を有する可能性がある。
グラム陰性感染を有する患者における別個の免疫フィンガープリントは、1日目における診断の可能性を有する
本発明者らは次に、特定のグループの細菌による感染を予測することができる病原体特異的な免疫フィンガープリントが存在するかどうかをテストした。臨床におけるグラム陰性菌の重要性及びより不良な転帰とのその関連を考えて、本発明者らは最初に、グラム陰性感染の予測に専念した。1日目にバッグの混濁を呈するすべての患者のうち、グラム陰性感染の確定した患者は、より多数の浸潤好中球を示し、その結果として、残りの患者、すなわち培養陰性又はグラム陽性感染の個体より低い比率の単球/マクロファージ及びT細胞を示した(表2)。T細胞集団内で、グラム陰性感染においてVδ2T細胞は顕著に増加し、より高いレベルの活性化マーカーHLA−DRを発現した。引き続いて、腹膜の単球/マクロファージは、残りの患者と比較して、グラム陰性感染においてより低いレベルのCD86を発現した。グラム陰性感染において顕著に増加した炎症性マーカーは、IL−1β、IL−10及びTNF−αを含んでいた(図3A;表2)。AUROC計算は、Vδ2T細胞頻度とIL−10の腹膜レベルとの組合せを、グラム陰性感染を予測するための優れた識別因子(discriminator)と特定した(表3)。この組合せはまた、グラム陰性腹膜炎の正確な予測に関して100%の感度及び93%の特異度で、最も高い全体の精度を有した(表4)。すべての細胞中の単球/マクロファージの比率(<10.7%)及びそのCD86発現(<67.9%)、T細胞集団内のVδ2T細胞の頻度(≧6.3%)及びそのHLA−DR発現(≧16.1%)、及び腹膜IL−10レベル(≧110.1pg/ml)の予後予測的価値は、単変量解析によってすべて裏付けられた。これらのパラメータの多変量解析は、Vδ2T細胞頻度を、1日目にバッグの混濁を呈するすべての患者におけるグラム陰性腹膜炎の予測のための独立した予後バイオマーカーと特定した(表5)。グラム陰性感染は、より高い割合の治療失敗及び死亡率と関連しているため、本発明者らは、腹膜Vδ2T細胞頻度が、急性腹膜炎のエピソードからの臨床転帰に関して何らかの間接的な予測力を有するかどうか最終的にテストした。図4において示されているように、発現日において比較的低い比率及び比較的高い比率の腹膜Vδ2T細胞を有する患者間に明白な差異が存在した。Vδ2T細胞レベルが4.3%のカットオフ値より低い患者は、その後の3カ月にわたって治療失敗が非常に低い割合であり、一方、Vδ2T細胞レベルが4.3%より高い患者は、治療失敗のリスクが顕著に上昇し、Vδ2T細胞が急性腹膜炎を有するPD患者において診断的及び予後予測的価値の両方を有することを裏付けた。
グラム陽性感染を有する患者における別個の免疫フィンガープリントは、1日目における診断の可能性を有する
類似した方法で、本発明者らは次に、グラム陽性感染の予測因子の特定を試みた。1日目にバッグの混濁を呈するすべての患者のうち、グラム陽性感染の確定した患者は、残りの患者、すなわち培養陰性又はグラム陰性感染の個体より多数の浸潤CD4及びCD8T細胞を示し(表6)、一方、T細胞集団内のVδ2T細胞の比率はグラム陽性感染において顕著に低かった。グラム陽性感染において顕著に増加した炎症性マーカーは、IL−22及びCXCL10を含んでいた(図3B;表8)。AUROC計算は、CXCL10(>301.2pg/ml)とIL−22レベル(>54.3pg/ml)とVδ2T細胞頻度(<2.7%)との組合せを、グラム陽性感染を予測するための優れた識別因子と特定した(表7)。この組合せはまた、グラム陽性腹膜炎の正確な予測に関して89%の感度及び67%の特異度で、最も高い全体の精度を有していた。引き続いて、全CD4T細胞カウント(≧15.2・10)と組み合わせたCXCL10レベル(>301.2pg/ml)は、グラム陽性腹膜炎の予測に関して、感度は53%だけであるが特異度は95%を有し(表8)、CD4T細胞カウント並びにVδ2T細胞頻度及びCXCL10レベルは、単変量解析によって裏付けられたように、予後予測的価値を有した。単独での及び組み合わせたこれらのパラメータの多変量解析は、CD4T細胞カウントとCXCL10レベルとの組合せを、1日目にバッグの混濁を呈するすべての患者におけるグラム陽性腹膜炎の予測のための独立したバイオマーカーと特定した(表9)。
まとめると、本発明者らの発見は、免疫フィンガープリントベースの診断テストは、急性感染患者の治療に指針を与えることができることを示す(図5)。テスト結果に応じて、患者は、比較的良性の転帰と関連した腹膜炎の培養陰性エピソードを有する(すなわち細菌感染が存在しない)と診断される可能性がある。そのような患者には、外来患者としてのより短期の治療が有益である可能性がある(且つエピソードが非感染性起源であれば抗生物質を全く必要としない可能性がある)。グラム陽性又はグラム陰性感染と診断された患者には、より良い標的療法が有益である可能性があり、特に、高い割合の治療失敗及び死亡率と関連したグラム陰性感染の場合には、綿密なモニタリング及び管理の改善が有益である可能性がある。未知の細菌感染の場合、患者は、広域スペクトルの抗生物質を用いた通常の治療を受ける可能性がある。
要旨
本発明者らの研究は、体液性及び細胞性パラメータを組み合わせて、正確な「免疫フィンガープリント」を確立することの重要性を強調する。疾患特異的免疫フィンガープリントの定義において特に有望な体液性及び細胞性パラメータは、IL−1β、IL−10、IL−22、TNF−α及びCXCL10の局所レベル、並びに全腹膜細胞中の好中球及び単球/マクロファージの相対比率並びに腹膜T細胞集団内のγδT細胞の頻度を含む(表10)。
結果として、したがって、細菌感染の免疫フィンガープリントが存在すること、及び特徴的な免疫学的バイオマーカーが、早期の細菌感染を区別し、そのため直接の適切な治療様式を予測する潜在能力を有することが示された。
参考文献
3. Fahim M, Hawley CM, McDonald SP, Brown FG, Rosman JB, Wiggins KJ, Bannister KM, Johnson DW: Culture-negative peritonitis in peritoneal dialysis patients in Australia: predictors, treatment, and outcomes in 435 cases. Am J Kidney Dis 55: 690-697, 2010
5. Mohan R, Mach KE, Bercovici M, Pan Y, Dhuiipala L, Wong PK, Liao JC: Clinical validation of integrated nucleic acid and protein detection on an electrochemical biosensor array for urinary tract infection diagnosis. PLoS One 6(10): e26846, 2011
6. Podsiadly E, Fracka B, Szmigielska A, Tyiewska-Wierzbanowska S: Seroepidemiological studies of Chlamydia pneumoniae infections in 1 -36 months old children with respiratory tract infections and other diseases in Poland, Pol J Microbiol. 54(3):215-9, 2005.

Claims (21)

  1. 腹膜サンプルにおいてグラム陰性菌感染を特定するための方法であって、
    (a)個体の腹膜サンプルを、前記サンプルの全T細胞集団内のVδ2T細胞の量及び前記サンプル中のIL−10の量を決定するために検査するステップ、及び
    (b)全T細胞集団内のVδ2T細胞の量が、グラム陰性菌に感染していない個体の対照サンプル中の全T細胞集団内のVδ2T細胞の量と比べて増加し、且つIL−10の量が、グラム陰性菌に感染していない個体の対照サンプル中のIL−10の量と比べて増加している場合に、
    (c)前記腹膜サンプルが採取された個体がグラム陰性菌に感染していると結論づけるステップを含む方法。
  2. 前記腹膜サンプルが、腹膜腔由来の液体若しくは腹膜透析治療を受けている個体の腹膜排出液由来の液体又は腹膜組織である、請求項1に記載の方法。
  3. 前記腹膜サンプル中の:
    (d)HLA−DRを発現しているVδ2T細胞、
    (e)TNF−α、
    (f)IL−1β、及び/又は
    (g)CD86を発現している腹膜白血球集団内の単球
    のいずれか1つ又は複数の、前記対照と比べた量を決定する少なくとも1つのさらなる試験を実施し、
    (d)〜(f)のいずれか1つ又は複数の量が前記対照中の同一物の量と比べて増加している場合、又は(g)の量が前記対照中の同一物の量と比べて減少している場合、
    当該腹膜サンプルが採取された個体がグラム陰性菌に感染していると結論づける、請求項1又は2に記載の方法。
  4. 前記ステップ(a)〜(c)及び前記ステップ(d)〜(g)のいずれか1つ又は複数を使用して実施され、ステップ(d)〜(g)は任意の好ましい組み合わせを含む、請求項3に記載の方法。
  5. 前記腹膜サンプルにおいてグラム陽性菌感染を特定するためにさらなる方法を実施し、その方法が、
    (a)CXCL10の量を決定するために個体の前記腹膜サンプルを検査するステップ、及び
    (b)CXCL10の量が、グラム陽性菌に感染していない個体の対照サンプル中のCXCL10の量と比べて増加している場合、
    (c)腹膜サンプルが採取された個体がグラム陽性菌に感染していると結論づけるステップを含む、請求項1から4のいずれか一項に記載の方法。
  6. 前記腹膜サンプルが、腹膜腔由来の液体若しくは腹膜透析治療を受けている個体の腹膜透析物由来の液体又は腹膜の組織である、請求項5に記載の方法。
  7. 前記腹膜サンプル中:
    (d)全T細胞集団内のVδ2T細胞、
    (e)全CD4T細胞数、又は
    (f)IL−22
    のいずれか1つ又は複数の、前記対照と比べた量を決定する少なくとも1つのさらなる試験を実施し、
    (d)の量が前記対照中の同一物の量と比べて減少している場合、及び/又は(e)及び/又は(f)の量が前記対照中の同一物の量と比べて増加している場合、
    腹膜サンプルが採取された個体が、グラム陰性菌に感染していると結論づける、請求項5又は6に記載の方法。
  8. 請求項5に記載のステップ(a)〜(c)及び請求項7に記載のステップ(d)〜(f)のいずれか1つ又は複数を使用して実施され、ステップ(d)〜(g)は任意の好ましい組み合わせを含む、請求項7に記載の方法。
  9. 請求項1から4のいずれか一項に記載のグラム陰性菌感染を特定するための方法が、請求項5から8に記載のグラム陽性菌感染を特定するための方法の後、あるいはその前に行われ、又はその逆である、請求項1から8のいずれか一項に記載の方法。
  10. 請求項1から4のいずれか一項に記載のグラム陰性菌感染を特定するための方法及び請求項5から8に記載のグラム陽性菌感染を特定するための方法が、同時に行われる、請求項5から8のいずれか一項に記載の方法。
  11. 細菌感染に罹患している個体を治療するための方法であって、請求項1から10のいずれか一項に記載の方法を行って、個体がグラム陰性及び/又はグラム陽性菌感染に罹患しているかどうかを決定するステップ、及び、次いで前記方法により特定された細菌感染の性質に従って、グラム陰性及び/又はグラム陽性菌感染を治療するための治療薬を前記個体に投与するステップを含む方法。
  12. 細菌感染に罹患している個体を治療するための方法であって、請求項1から10までに記載のグラム陰性及び/又はグラム陽性菌感染を特定するための方法のいずれか1つ又は複数を定期的に反復するステップ、及び、前記個体が依然としてグラム陰性及び/又はグラム陽性菌感染に罹患していると結論づけられる場合、前記方法により特定された細菌感染の性質に従って、グラム陰性及び/又はグラム陽性菌感染を治療するための治療薬を前記個体に投与し続けるステップを含む方法。
  13. 前記治療薬が、ペニシリン系薬、β−ラクタマーゼ阻害剤、セファロスポリン系薬、マクロライド系薬、リンコサミド系薬、キノロン系薬、フルオロキノロン系薬、カルバペネム系薬、モノバクタム系薬、アミノグリコシド系薬、テトラサイクリン系薬、スルホンアミド系薬、オキサゾリドノン系薬、β−ラクタム/阻害剤の組合せを含むすべてのβ−ラクタム系薬、ポリミキシン系薬、グリコペプチド系薬、ストレプトマイシン系薬、及び一般的なクラスに包含されないすべての抗生物質、例えば、クロラムフェニコール、リファンピシン、ホスホマイシン、ホスミドマイシン、ニトロフラントイン、メトロニダゾール、ダプトマイシン、キヌプリスチン、リネゾリド、テラバンシン、ムピロシン、及び葉酸合成阻害剤など、並びにその構造類似体及び誘導体を含むリストから選択される、請求項11又は12に記載の方法。
  14. 腹膜サンプルにおいてグラム陽性菌感染を特定するための方法であって、
    (a)CXCL10の量及び全CD4T細胞数の量を決定するために個体の前記腹膜サンプルを検査するステップ、及び
    (b)CXCL10の量が、グラム陽性菌に感染していない個体の対照サンプル中のCXCL10の量と比べて増加し、且つ全CD4T細胞数の量が、グラム陽性の細菌に感染していない個体の対照サンプル中のCD4T細胞数の量と比べて増加している場合、
    (c)腹膜サンプルが採取された個体がグラム陽性菌に感染していると結論づけるステップ
    を含む方法。
  15. 前記腹膜サンプルが、腹膜腔由来の液体若しくは腹膜透析治療を受けている個体の腹膜透析物由来の液体又は腹膜の組織である、請求項14に記載の方法。
  16. 腹膜サンプル中の:
    (d)全T細胞集団内のVδ2T細胞、又は
    (e)IL−22
    のいずれか1つ又は複数の前記対照と比べた量を決定する少なくとも1つのさらなる試験を実施し、
    d)全T細胞集団内のVδ2T細胞の量が前記対照中の同一物の量と比べて減少し、且つIL−22の量が前記対照中の同一物の量と比べて増加している場合、
    腹膜サンプルが採取された個体がグラム陽性菌に感染していると結論づける、請求項14又は15に記載の方法。
  17. 請求項14に記載のステップ(a)〜(c)及び請求項16に記載のステップ(d)〜(e)のいずれか1つ又は複数を使用して実施され、ステップ(d)〜(e)は任意の好ましい組み合わせを含む、請求項16に記載の方法。
  18. 腹膜サンプルにおいてグラム陰性菌感染を特定するためにさらなる方法を実施し、その方法が、
    (a)個体の前記腹膜サンプルを、前記サンプルの全T細胞集団内のVδ2T細胞の量を決定するために検査するステップ、及び
    (b)全T細胞集団内のVδ2T細胞の量が、グラム陰性菌に感染していない個体の対照サンプル中の全T細胞集団内のVδ2T細胞の量と比べて増加している場合、
    (c)腹膜サンプルが採取された個体がグラム陰性菌に感染していると結論づけるステップ
    を含む、請求項14から17のいずれか一項に記載の方法。
  19. 前記腹膜サンプルが、腹膜腔由来の液体若しくは腹膜透析治療を受けている個体の腹膜透析物由来の液体又は腹膜の組織である、請求項18に記載の方法。
  20. 腹膜サンプル中:
    (d)IL−10、
    (e)HLA−DRを発現しているVδ2T細胞、
    (f)TNF−α、
    (g)IL−1β、及び/又は
    (h)CD86を発現している腹膜白血球集団内の単球
    のいずれか1つ又は複数の前記対照と比べた量を決定する少なくとも1つのさらなる試験を実施し、
    (d)〜(g)のいずれか1つ又は複数の量が、前記対照中の同一物の量と比べて増加している場合、又は(h)が前記対照中の同一物の量と比べて減少している場合、
    腹膜サンプルが採取された個体がグラム陰性菌に感染していると結論づける、請求項18又は19に記載の方法。
  21. 請求項18に記載のステップ(a)〜(c)及び請求項20に記載のステップ(d)〜(h)のいずれか1つ又は複数を使用して実施され、ステップ(d)〜(h)は任意の好ましい組み合わせを含む、請求項20に記載の方法。
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