pseudomembranous colitis- CDI(Clostridium difficile Infection)

菌種簡介

• spore-forming, toxin-producing, gram-positive anaerobic bacterium
• 產生兩種毒素：毒素A (tcdA; enterotoxin)和毒素B(tcdB; 外毒素)是主要造成致病的因素，大多數致病的菌株為毒素A和B均為陽性(A+B+);而毒素A陰性毒素B陽性(A-B+)的變異株被確認為具有高致病性。某些菌株會產生第三種毒素actin-specific ADP-ribosyltransferase(稱為CDT或binary toxin)，binary toxin含有兩個基因cdtA和cdtB
• 近幾年，C. difficile感染出現了強毒性菌株，群聚感染對fluoroquinolone有抗藥性，這些菌型包括：North American Pulsed Field type 1 (NAP1)、restrictionendonuclease analysis (REA) type BI、polymerase-chain-reaction ribotype 027，這三種統稱為027/NAP1/BI菌株。027/NAP1/BI菌株其毒素分型也同為第三型(toxintype III)，其在毒素負調節基因tcdC上有點突變(point mutation)，增加tcdA及tcdB的毒素產生導致其毒性增強
• type 現今越來越重要，去了解分布和爆發情況，和早期發現hypervirulent strain

致病機轉

• bile acid對C. difficile感染有重大關係，主要bile acid的cholic acid和其taurine conjugated 衍生物taurocholic acid會刺激菌產生，其他bile acid(如chenodeoxycholate)抑制taurocholate，壓制C difficile，兩者如果失去平衡就會造成增生
• 腸道菌叢因受到抗生素作用而被C. difficile趁機入侵

臨床表現

-從無症狀到毒性megacolon的表現都有,主要和本身的免疫力和pathogen factors有關

-非嚴重(mild)

•  以watery diarrhea(≥3 loose stools in 24 hours)為主,有時伴隨的mucus和潛血,腹部絞痛, low grade fever, 噁心, anorexia,
• 通常發生於開始使用anti到用後1m,少部分(5-10%)無使用anti就會出現
• Scopy大部分無特別異常,在院內莫名的unexplained leukocytosis,需要懷疑

-severe and fulminant

•   腹瀉,diffuse 腹痛.腹脹, fever.低血容, lactic acidosis, hypoalbuminemia, elevated creatinine,和marked leukocytosis
• Fulminant colitis會有 hypotension or shock, ileus, or megacolon(懷疑可在x ray上看到 large bowel dilatation (>7 cm diameter in the colon and/or >12 cm diameter in the cecum)可能破掉)

-recurrent:在停藥後2-8周仍會有症狀

-unusual 表現: Protein-losing enteropathy, Extracolonic involvement(Appendicitis,Small bowel involvement )

診斷

建議檢驗的情況

-diarrhea (>3次/天,無成形stool)排除常見的情況(如inflammatory colitis, enteral nutrition造成,瀉藥)

不建議檢驗的情況

-無症狀

-在過去48hr有用laxatives或無臨床diarrhea情況(1天內有未成型stool)

-routine對入院病人做

-不應該routine在<1歲的infant做(因為無症狀的toxigenic strain 經常出現，應該要限制在有Hirschsprung disease或其他嚴重motility disorder)

-治療後做檢測，不建議去做，因為治療結束時候toxins或spores還是會被檢測到(7%), stool culture在治療後(無diarrhea)1~4w會被培養出來機會是56%

減少驗出無症狀但是有菌的情況

-lab 只有接受diarrheic stool( bristol stool chart type 5~7)去減少從colonizied 病人來的機會

檢驗方法

Glutamate dehydrogenase(GDH) assay

-在C difficile的全部strain都有GDH高度表現

-positive代表有出現，雖然可能有一些是其他clostridium造成

-便宜簡單方式，敏感度96%,有高negative predictive value(98.4~100%),經常到做初步檢測,任何negative結果都會排除出現，除非是高盛行率地方，positive需要做進一步檢測確認

Nucleic acid amplification tests

-檢測多種gene, 包括tcdA, tcdB, cdt 和 the Δ117 deletion in tcdC,後兩者是RTO27的替代marker,如同GDH assays,檢測toxigenic strains非常敏感, 高度negative predictive value診斷

-因為也會檢測到toxigenic C difficile 無症狀的帶原者，另外考慮的是tcdA/B的變化，透過NAAT,會造成false negative result

-快速檢測stool內的細菌的gene,高specific和sensitive

-許多multiplex GI panel用來去做症狀診斷，目標在C difficile toxin B gene，但很少被評估和跟gold standard比較

enzyme immunoassays for toxins

-雖然檢測toxin A/B比過去toxin A有較好敏感度，但是整體來說比cell cytotoxicity neutralization assay (from 29% to 86%)還差

-快速，但不sensitive，高false normal 結果

其他方法

 Cell cytotoxicity assay

-sensitive但是較少地方能夠檢測， 需要較長時間處理(24~48hr)

-在stool culture觀察細胞病變情況(cytopathic effect)，使用toxin B antitoxin去確認，可檢測到pg 的毒素

-典型用在研究部分

new methods- biomarker

-ultrasensitive assay使用single molecule array technology去檢測和量化C. difficile toxin A/B

-無適當cut off去缺分感染和帶有, 但是有潛力去取代multistep test algorithms去診斷

注意

-確診在stool有驗到toxigenic C difficile和有症狀(無成形糞便>3次/天)，在菌叢不良的可能也會有無症狀且有驗到菌，起初可能無症狀，但是使用治療後會惡化菌叢，而有症狀出現，因此無症狀無需處理

-大部分美國是採用單次NAAT，而Enzyme immunoassay testing for toxins and/or multistep testing for C difficile bacterial products and/or genes很少用了，為了減少單次造成的False positive，增加specific, 檢體若是成形的stool可退件或者排除紀錄上有用會造成diarrhea藥物

-診斷可以透過stool test驗C. difficile toxin(s) or C. difficile toxin B gene,對於ileus且懷疑感染的病人,也可以透過rectal swab for toxin assay or anaerobic culture去survey, rectal sway的敏感度還蠻高的,此外還有enzyme immunoassay (EIA) screening去檢測glutamate dehydrogenase (GDH) antigen 和 toxins A and B, 最後可以透過nucleic acid amplification testing (NAAT)去確診,

-沒有必要重覆做test(7天內),除非症狀有改變, 此外在無症狀或者正在治療的病人上也不需要送檢,在臨床改善後stool Assay可能還是會呈現positive

-影像學在有severe illness or fulminant colitis是有需要的,去評估有無toxic megacolon, bowel perforation等其他可能需要手術的情況

-ultrasensitive toxin detection assay 在2019年被UFDA承認(ClarityC. diff toxins A/B, Singulex, Inc)，相對就快，但是不如Enzyme immunoassay for  toxins, 雖有較好sensitivity(如 pg/ml), 但是不能區分CDI和無症狀的colonization，而multiplex NAAT panels可，在很多原因都有可能下，使用此很方便，但是花費很貴(463美元/次)，需要相同收集量，若使用DNA純化和萃取會增加sensitivity，但會降低有症狀的CDI specificity

-檢測toxigenic 狀態可以直接使用nucleic acid amplification testing, cell cytotoxicity neutralization

assay,  enzyme immunoassays for toxins.

-rectal 或perirectal swab不適合做toxin檢測，但是用來做culture或nucleic acid amplification test(特別是在發生率研究或ileus病人)

-現今不重複做enzyme immunoassays,因轉陽很少，而且會產生false positive 情況，現今對toxin做酵素免疫法，七天內的diagnostic gain是1.9%, 核酸放大檢測七天內的是1~3.2%,但是在大流行情況，Diagnostic gain是比較高且比較有價值(8.2%)

-stool sample應該在治療前就做，避免false negative, 研究顯示在治療後1,2,3天後，從positive成negative機會是14%,35%,45%

value of free toxin VS toxigenic culture

-許多證據顯示stool內的free toxin跟臨床症狀和outcome有關

-在有感染的病人使用NAAT較少有感染的complication(如30天mortality, colectomy, 入ICU recurrence),相較於使用NAAT和enzyme immunoassay/cell culture cytotoxicity assay,因有早期檢測和治療

-stool有toxigenic C difficile但無toxin positive assay的與驗到無菌的臨床outcome無差異，使用NAAT會過度診斷，因此建議是當作第一階段排除性test,之後去做更specific toxin test 確認可能有感染的病人

-但是toxin透過高specific 的enzyme immunnoassays有較少敏感度，可能在complicated C difficile有negative出現，還是要考慮其他較少可能(如infectious colitis 由E,Coli, CMV, entamoebahistolytica,或用cisplatin 或cyclosporin),特別是在endoscopy下有看到但是檢測卻是negative的

Recommended algorithm

-先NAAT或GDH /EIA assay,之後去做更specific 的，檢測stool toxin(enzyme immunoassay test或cytotoxicity neutralization assay)

-合適step是做NAAT去確診GDH(+),Toxin enzyme immunoassay(-)

-另外選擇是做combine test,檢測GDH和Toxin,在GDH(+),Toxin(-),因可能是無toxigenic strain或有toxin但是未達檢測值

-多步驟的algorithm, PPV是98.5%, NPV是98.9%,缺點是耗時，特別是用Cell cytotoxicity neutralization assay, 使用single test (GDH assay和toxins detection)可以在一天內診斷,另一個缺點是確定toxin的test無快速有敏感的不存在，因此在懷疑有C difficile且有toxigenic strain(NAAT(+))有1/3無檢測到Toxin,很難區別C difficile 感染或帶有Toxigenic strain帶有

治療

-建議停用使用antibiotics, 因為持續使用會增加recurrence

-不再建議metronidazole為第一線藥物，因起始臨床治癒(10天治療後期不再有diarrhea)和持續治療(治療後1個月內無recurrence)的效果不佳,也有較高recurrence

-mild 和 severe CDI,可用vancomycin或fidaxomicin,如果過敏, intolerance, 經濟考量下才用metronidazole

-2017 IDSA建議10天vancomycin後是20天rifaximin,如果不是rifaximin是用Fidaxolines要用20天 

-FMT尚在實驗階段,對急性治療效果只有 76.1%，對於適當時間、準備和給的方式都還未有定論，建議是超過2次後開始用                

-現今有很多主要或adjunctive治療正在研究，如ridinilazole, bacteriophage, 而唯一被FDA認可的是Antitoxin B monoclonal Ab(bezlotoxumab),減少recurrence risk大概40%, 但是很貴                      

-在recurrent infection, vancomycin可能使用pulse或taper 的方式

fidaxomicin

-narrow spectrum antibiotics,透過抑制轉譯減少細菌蛋白質合成，抗GP厭氧和有氧,對GN無效,因此保有正常GI 菌

-效果沒比vancomycin差,而且有較低recurrent rate，研究顯示vancomycin減少菌量比較多，但可能是fidaxomicin也有減少toxin A/B產生

-Extended pulsed fidaxomicin 用法200mg BID D1~5,之後D7~25隔天吃會比vancomycin 125mg oral  QID D1-10有較低Recurrence(持續clinical cure 70%比59%)

teicoplanin

-是glycopeptide antibiotics,臨床cure 是96%,比vancomycin較高,但較少recurrence

tigecycline

-建議用在治療嚴重感染case

-比起標準治療有較好臨床cure, 較少complicated disease course, sepsis,但是在嚴重感染病人，跟標準治療沒顯示比較好(cure, recurrence rate), 應該可以考慮當作metronidazole替代去輔助vancomycin 

Fecal microbiota transplantation           

-對recurrence的感染,比使用vancomycin效果更好,但給的方式很多種(oral capsule跟colonscopy給效果相同)

-尚未建議用在severe 感染,但可以當作手術的另一種選擇

-在immunosuppression(89%cure rate) 或icu 的嚴重case有好效果，早期在severe case可以減少mortality,應該當作第一線治療,但無guideline建議,需要更多data

emerging treatment

ridinilazole

-被發現比vancomycin還好(在持續臨床反應),phase 3在2019開始    

ursodeoxycholic acid

-可當作有效預防，phase 4 正在做去看補充的效果

結論

-在持續臨床cure, fidaxomicin和teicoplanin比vancomycin更好

-metronidazole比Vancomycin, fidaxomicin, teicoplanin, ridinilazole, and surotomycin  還差

-mild 感染, fidaxomicin優於vancomycin, 優於metronidazole

預防

藥物

rifaximin

-非可吸收的rifamycin 

-recurrence 從31%到15%,但尚未有trail去評估治療感染

probiotics

-live microorganism去恢復腸道環境, bio-K有3種lactobacillus, 與anti共用，會有減少diarrhea,無infection

antibody

-actixumab 對toxin A ,Bezlotoxumab對toxin B, 會降低recurrence

-bezlotoxumab會減少recurrent infection,但臨床cure無差別                               

參考

• up to date
• Diagnosis and Treatment of Clostridioides (Clostridium) difficile  Infection in Adults in 2020

            -Krishna Rao, MD, MS; Preeti N. Malani, MD, MSJ

• Clostridioides difficile: diagnosis and treatments

          -BMJ 2019; 366 doi: https://doi.org/10.1136/bmj.l4609 (Published 20 August  2019)

          -Benoit Guery,Tatiana Galperine, Frédéric Barbu

• 彰基檢驗科
• IDSA/SHEA Clinical Practice Guidelines for Clostridium difficile Infection in Adults and Children: 2017