2019新型冠狀病毒導(dǎo)致的致命肺滲漏的病理生理學(xué)機(jī)制和防治策略：兼論血透的應(yīng)用與依據(jù)

陳思鋒

(復(fù)旦大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院生理與病理生理學(xué)系， 上海 200032)

自2019年12月爆發(fā)以來，2019新型冠狀病毒已在全球造成2 872人死亡(截至2020年2月28日)，并且有超過8 000名患者仍處于嚴(yán)重狀況。該病毒和由該病毒引起的醫(yī)療狀況被分別命名為SARS-CoV-2(severe acute respiratory syndrome coronavirus 2)和COVID-19(coronavirus disease 2019)。雖然已經(jīng)廣泛應(yīng)用了抗病毒、對癥和功能支持性療法，每天仍有大量患者死于該病毒感染。SARS-CoV-2主要通過2型肺泡上皮細(xì)胞上的血管緊張素轉(zhuǎn)化酶2(angiotensin-converting enzyme 2, ACE2)首先感染肺，其最常見的致命并發(fā)癥是急性呼吸窘迫綜合征(acute respiratory distress syndrome, ARDS)[1]。SARS-CoV-2在世界范圍內(nèi)大流行的可能性仍然存在。其它病毒感染引起的肺炎亦可導(dǎo)致ARDS，出現(xiàn)類似的危重情形，這些病毒包括如非典型的嚴(yán)重急性呼吸綜合征(severe acute respiratory syndrome, SARS)、中東呼吸窘迫綜合征(Middle East respiratory syndrome, MERS)和流感病毒引起的肺炎[2-4]。因此，制定更有效的降低病毒所致的ARDS死亡率的策略，不但是當(dāng)前抗新冠疫情的迫切需要，也是全球范圍內(nèi)降低病毒性肺炎死亡率的長期需要。ARDS曾被稱為濕肺，血管泄漏導(dǎo)致的肺水腫是其最重要的病理特征之一[5]，重型COVID-19的臨床表現(xiàn)和胸部計算機(jī)斷層掃描圖像特征(白肺)符合ARDS[6-8]。確定水腫液從何處及如何滲漏到肺部，是制定基于機(jī)制的預(yù)防和阻止水從肺毛細(xì)管向肺間質(zhì)滲漏的策略，降低濕肺死亡率的關(guān)鍵。對于輕度和中度病例，非甾體抗炎藥(如用于類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎的藥物)可能有助于防止和減少這種漏水。免疫抑制劑(如西羅莫司和他克莫司)可能使病毒感染、免疫反應(yīng)和非免疫炎癥造成的損傷高峰時間錯開，從而降低肺漏水程度，防止危及生命情況出現(xiàn)。使用清火中草藥可能也有抗炎作用。對于嚴(yán)重病例，血液透析可能是消除大多數(shù)炎癥介質(zhì)和細(xì)胞毒性物質(zhì)的有效策略，應(yīng)該能用即用，預(yù)計在患者從重癥轉(zhuǎn)為危重癥前使用效果好。

1 水從哪里漏到肺：肺毛細(xì)血管通透性升高是否是濕肺的主要機(jī)制

1.1肺泡上皮屏障和肺毛細(xì)血管內(nèi)皮屏障通透性增高引起肺水腫 ARDS最初被稱為休克肺、濕肺、肺透明膜病和蜆港肺等。無論何種起因，臨床過程都是持續(xù)惡化的肺水腫，直至呼吸衰竭和死亡。損傷因素可以經(jīng)由呼吸道、肺血液循環(huán)或兩個途徑同時引起肺損傷。肺和空氣之間的機(jī)械屏障是由肺泡1型和2型肺泡上皮細(xì)胞組成的細(xì)胞單層。肺毛細(xì)血管的內(nèi)皮細(xì)胞單層是肺和血液循環(huán)之間的機(jī)械屏障。氧氣從肺泡彌散到肺毛細(xì)管內(nèi)，然后通過血液特別是血液中的紅細(xì)胞運(yùn)輸?shù)饺斫M織。如果肺泡充滿水腫液或肺泡崩塌(肺不張)，則可供肺攝取的氧氣減少。如果肺間質(zhì)水腫，即肺泡與肺毛細(xì)管之間充滿水腫液，則氧氣從肺泡到達(dá)血液所需彌散的距離增加，影響血液從肺泡攝取氧氣。對肺泡上皮細(xì)胞屏障的損傷導(dǎo)致水和蛋白質(zhì)從肺組織間隙滲漏到肺泡，如果滲透到肺泡的水分較少，水分可通過呼吸蒸發(fā)掉，留下膠凍狀的蛋白質(zhì)，在病理上表現(xiàn)為透明膜形成。肺毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞破壞或者收縮導(dǎo)致毛細(xì)血管通透性增高，血液中的水和蛋白質(zhì)滲漏到肺間質(zhì)，引起間質(zhì)水腫。觸發(fā)ARDS的因素可能存在于呼吸道、肺間質(zhì)和血液循環(huán)中，所有三條途徑均可能存在于COVID-19。明確哪些因素最重要、哪些可預(yù)防和哪些可治療，是當(dāng)前臨床決策的迫切需要。

1.2SARS-CoV-2引起的致命肺水腫的特征 SARS-CoV-2被認(rèn)為是通過ACE2感染細(xì)胞的[9-10]。ACE2在2型肺泡上皮細(xì)胞[9]、血管內(nèi)皮細(xì)胞[11-12]和小腸上皮細(xì)胞[13]的腔面表達(dá)。SARS-CoV-2可通過飛沫、氣溶膠和直接接觸傳播。由于大多數(shù)氣溶膠顆粒的直徑小于5 μm，氣溶膠中的病毒很容易到達(dá)肺泡，并利用ACE2作為通道感染肺部。雖然通過腸細(xì)胞感染的可能性不能完全排除，但病毒在一些病人的糞便中被發(fā)現(xiàn)，說明病毒是進(jìn)入腸道，而不是從腸道進(jìn)入體內(nèi)的。因此，2型肺泡上皮細(xì)胞是SARS-CoV-2所傷害的第一批細(xì)胞。由于感染初期，病毒載量低，而且病毒可能只是穿越細(xì)胞而不殺死細(xì)胞，因此2型肺泡上皮細(xì)胞受損對肺水腫(濕肺)的貢獻(xiàn)不應(yīng)被夸大。COVID-19早期表現(xiàn)為干咳、無泡沫痰、肺泡內(nèi)膠凍狀物質(zhì)等癥狀和體征表明，肺泡上皮屏障通透性增加不是SARS-CoV-2引起的致命濕肺的主要機(jī)制，最少不是唯一的主要機(jī)制，肺毛細(xì)血管內(nèi)皮屏障的破壞應(yīng)受到足夠重視。

2 致命性COVID-19肺滲漏的機(jī)制

2.1血管內(nèi)皮細(xì)胞上ACE2可能介導(dǎo)了組織器官的二次感染病和血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷 血管內(nèi)皮細(xì)胞上ACE2的功能是將血管緊張素II分解為血管緊張素1-7，以調(diào)節(jié)血壓[11-12]。SARS-CoV-2在血液中可以被檢測到。因此，血液中的病毒可以通過肺毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞上的ACE2二次感染肺部，除了增加肺部的病毒載量外，內(nèi)皮細(xì)胞上的ACE2與病毒結(jié)合，使內(nèi)皮細(xì)胞被病原體標(biāo)記，使內(nèi)皮細(xì)胞成為宿主免疫系統(tǒng)識別和攻擊的目標(biāo)。這或許可以解釋為什么SARS-CoV-2引起的器官水腫比其他病毒引起的器官水腫嚴(yán)重。

2.2病毒載量和機(jī)體免疫的相互作用 雖然SARS-CoV-2感染的細(xì)節(jié)仍不清楚。一般來說，大多數(shù)受感染的細(xì)胞不會直接被病毒殺死。免疫反應(yīng)和炎癥是殺傷病毒的主要力量，但它們也可能傷害被感染的細(xì)胞和周邊的旁觀者細(xì)胞。免疫反應(yīng)和炎癥的程度取決于病毒載量。在大多數(shù)情況下，呼吸道中的病毒被非特異的固有免疫力殺死，從而使機(jī)體避免被感染。如果被感染，在潛伏期，病毒在體內(nèi)復(fù)制，如果宿主免疫反應(yīng)迅速而強(qiáng)烈，患者清除病毒前可能不出現(xiàn)癥狀或只有輕微的疾病。如果免疫反應(yīng)延遲和弱，患者可能長期成為病毒載體但沒有癥狀。最壞的情況可能是患者對病毒有延遲但強(qiáng)烈的免疫反應(yīng)，此時強(qiáng)烈的免疫反應(yīng)與高病毒載量同時出現(xiàn)，可能誘發(fā)炎癥風(fēng)暴。

2.3炎癥風(fēng)暴引起毛細(xì)血管通透性升高 炎癥風(fēng)暴是一個災(zāi)難性的事件，炎癥反應(yīng)惡性循環(huán)，不斷級聯(lián)放大，最終使機(jī)體無法承受。為了應(yīng)對一種新病毒，最少需要幾天時間獲得免疫反應(yīng)才能發(fā)揮作用，所以COVID-19往往早期并不重，炎癥爆發(fā)時突然出現(xiàn)SARS-CoV-2-ARDS?？共《竞筇烀庖叻磻?yīng)由專為病原體/外來抗原設(shè)計的淋巴細(xì)胞介導(dǎo)，攻擊病原體和攜帶病原體的細(xì)胞，直到病毒被免疫/炎癥級聯(lián)反應(yīng)清除。

典型的免疫/炎癥級聯(lián)反應(yīng)從釋放細(xì)胞因子[14-15]開始，細(xì)胞因子是免疫細(xì)胞釋放的小蛋白質(zhì)，細(xì)胞因子風(fēng)暴是炎癥風(fēng)暴[16-17]的一部分。典型的免疫/炎癥級聯(lián)反應(yīng)釋放的第一波炎癥因子由細(xì)胞因子組成，包括白細(xì)胞介素、腫瘤壞死因子和干擾素等。白細(xì)胞介素和腫瘤壞死因子調(diào)節(jié)淋巴細(xì)胞增殖和凋亡、炎癥、發(fā)熱、趨化性細(xì)胞因子釋放等許多功能。干擾素干擾病毒復(fù)制。第二批釋放的炎癥因子是在第一批炎癥因子刺激下，由免疫/炎癥細(xì)胞釋放的趨化性細(xì)胞因子，它們介導(dǎo)白細(xì)胞定向遷移到受感染或受損的組織，這個過程稱為浸潤。浸潤由內(nèi)皮細(xì)胞和白細(xì)胞上的各種細(xì)胞粘附分子精確調(diào)控。被激活的內(nèi)皮細(xì)胞表達(dá)細(xì)胞粘附分子，趨化性細(xì)胞因子促進(jìn)白細(xì)胞通過其上的黏附蛋白配體結(jié)合到內(nèi)皮細(xì)胞上對應(yīng)的黏附蛋白，然后定向遷移到發(fā)炎/受傷的組織，所以被激活的內(nèi)皮細(xì)胞上的粘附分子決定了白細(xì)胞浸潤的部位和數(shù)量。白細(xì)胞浸潤在炎癥中起著核心作用。在組織內(nèi)，白細(xì)胞進(jìn)一步被激活并炎癥介質(zhì)和自由基等非特異性消毒劑樣物質(zhì)。在許多情況下，炎癥引起的傷害比致病因素本身造成的傷害嚴(yán)重得多?；罨陌准?xì)胞，包括淋巴細(xì)胞、巨噬細(xì)胞和粒細(xì)胞等，在病灶中和仍在血液循環(huán)中的激活白細(xì)胞釋放第三波炎癥介質(zhì)和消毒劑樣物質(zhì)[18]，這些炎癥和消毒劑樣物質(zhì)可被吸收入血，進(jìn)一步激活更多的炎細(xì)胞，形成不斷升級放大的炎癥風(fēng)暴，直到病原體被消滅或者患者死亡。消毒劑樣物質(zhì)的作用是非特性的，即可殺滅病原體，又可殺傷患者體內(nèi)正常細(xì)胞，包括血管內(nèi)皮細(xì)胞，引起血管壁通透性升高。

2.4炎癥風(fēng)暴產(chǎn)生的升高血管壁通透性物質(zhì)種類 消毒劑樣物質(zhì)和部分炎癥介質(zhì)損害血管內(nèi)皮細(xì)胞，血管內(nèi)皮細(xì)胞受損和被炎癥介質(zhì)激活后收縮均增加毛細(xì)血管壁通透性，導(dǎo)致血液中的水和蛋白質(zhì)從毛細(xì)血管滲漏到組織間隙[19]。主要的促進(jìn)血管通透性升高的炎癥相關(guān)物質(zhì)包括：促炎性細(xì)胞因子、趨化性細(xì)胞因子、白三烯、前列腺素、血小板激活因子、補(bǔ)體、組胺、緩激肽、活性氧和一氧化氮等[14, 17-20]。

2.5COVID-19時肺水腫時比其它器官水腫更嚴(yán)重 雖然全身炎癥影響體內(nèi)所有毛細(xì)血管，但COVID-19時肺水腫時比其它器官水腫更嚴(yán)重，可能原因有四個。首先，肺是第一個感染SARS-CoV-2的器官，病毒載量高；第二，肺毛細(xì)管床的總面積比任何其它器官大；第三，全身所有血液均經(jīng)過肺進(jìn)行氣體交換。第四，肺是絕大多數(shù)靜脈回流的血液，包括其中的代謝廢物、炎癥細(xì)胞、炎癥介質(zhì)、毒性物質(zhì)等，首先接觸的器官。

3 如何防止和阻止器官滲漏？

嚴(yán)重的水腫導(dǎo)致器官功能障礙，患者器官功能障礙是否導(dǎo)致患者死亡，取決于水腫的強(qiáng)度和器官原有的代償能力兩個因素。器官原有的基礎(chǔ)性疾病降低器官的功能儲備，使患者更難存活。

3.1抗病毒藥物 目前，沒有一種藥物足以治療肺部滲漏?，F(xiàn)有臨床和在研的抗病毒藥物[21-23]作用機(jī)理都是抑制病毒生長，但不殺死病毒，需要免疫和炎癥反應(yīng)來殺死體內(nèi)已有的病毒。所以應(yīng)盡早使用抗病毒藥物，以減少患者的病毒載量。操控免疫和炎癥反應(yīng)對病毒殺滅作用和對組織損傷之間的平衡，是一個極具挑戰(zhàn)性的難題。

3.2免疫抑制劑 因?yàn)樘瞧べ|(zhì)激素抑制身體幾乎所有的功能，所以除非患者處于危及生命的狀況，否則不應(yīng)持續(xù)和高劑量使用糖皮質(zhì)激素。為了對過強(qiáng)的免疫性炎癥反應(yīng)進(jìn)行削峰填谷，使病人度過難關(guān)，可以擇時選用副作用較小的免疫抑制劑藥物，如西羅莫司[23]和他克莫司。

3.3SARS-CoV-2感染痊愈患者的血漿 SARS-CoV-2感染痊愈患者的血漿[22]可識別病毒抗原，觸發(fā)殺滅病毒的免疫反應(yīng)。但抗血清也可能針對攜帶病毒的細(xì)胞，因此，如果使用時機(jī)不對，也可能加重細(xì)胞損傷。

3.4非甾體抗炎藥 用于治療風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎的非甾體激素類藥物，可減少白三烯、前列腺素和血小板激活因子等脂質(zhì)介質(zhì)合成。如氯喹，通過抑制磷脂酶A2起作用[24]。磷脂酶A2水解磷脂酰膽堿的sn-2酯，產(chǎn)生脂肪酸(通常是花生四烯酸)和溶血磷脂?；ㄉ南┧崾前兹┖颓傲邢偎厣锖铣傻牡孜铮苎字呛铣裳“寮せ钜蜃拥牡孜?，血小板激活因子、白三烯和許多前列腺素都是強(qiáng)促炎因子，可提高血管壁通透性。磷脂酰膽堿是細(xì)胞膜的主要成分，磷脂酰膽堿被水解和溶血磷脂的產(chǎn)生對細(xì)胞膜造成損害。前列腺素是環(huán)氧合酶(cyclooxygenase, COX)-1和COX-2的產(chǎn)物，可被阿司匹林和布洛芬抑制。因?yàn)榇蠖鄶?shù)促炎類前列腺素是COX-2的產(chǎn)物，所以COX-2抑制劑塞來昔布(celecoxib)是一種更具選擇性的抗水腫藥物。因磷脂酶A2的各種產(chǎn)物都具有相應(yīng)的生物學(xué)功能，所以非甾體抗炎藥具有不同程度的副作用，但在治療致命性肺滲漏時仍不失為可選藥物。

3.5中藥 來自多家醫(yī)院的信息表明，抗炎(清火)中草藥對COVID-19有效，盡管這些結(jié)果未經(jīng)過嚴(yán)格的雙盲性臨床實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，但從許多清火的中草藥具有顯著抑制炎癥的事實(shí)判斷[25]，它們對COVID-19具有潛在治療作用。

3.6抗氧化劑 氧化還原反應(yīng)是機(jī)體能量和激素合成等不可缺少的代謝過程，抗氧化劑很難達(dá)到治療劑量而不對機(jī)體造成無法承受的副作用?？寡趸瘎┑姆强寡趸饔靡灿懈弊饔?，如維生素C，作為酸性物質(zhì)，可加重酸中毒。

3.7調(diào)節(jié)細(xì)胞ACE2水平的藥物 針對ACE2的藥物的效果很難預(yù)測，因?yàn)锳CE2的表達(dá)水平和位置決定了感染的難易程度、病毒的細(xì)胞分布以及被病毒標(biāo)記的細(xì)胞數(shù)量。此外，ACE2是重要的血壓調(diào)節(jié)酶，高血壓患者可能需要因此調(diào)整用藥方案。

3.8干細(xì)胞 干細(xì)胞通過分化為臟器特定的功能細(xì)胞、血管內(nèi)皮細(xì)胞、旁分泌發(fā)揮治療作用，因此可能對COVID-19有治療效果。但干細(xì)胞治療具有多個固有的副作用，就COVID-19而言，特別需要指出的是異體干細(xì)胞引起的免疫排異反應(yīng)，有可能加重免疫反應(yīng)，使炎癥風(fēng)暴加重。

3.9抗體治療 針對促炎細(xì)胞因子[26-27]抗體，如白細(xì)胞介素1β、腫瘤壞死因子α和白細(xì)胞介素6的抗體，可有效抑制特定的細(xì)胞因子[16,26]，但鑒于炎癥風(fēng)暴涉及大量不同的細(xì)胞因子，單用一種或數(shù)種細(xì)胞因子抗體，可能不足以治療由炎癥風(fēng)暴引起的濕肺?？乖贵w結(jié)合所誘發(fā)的炎癥免疫反應(yīng)，可能成為炎癥風(fēng)暴新的促發(fā)因素，對機(jī)體有害無益。

3.10血液透析 血液透析可以消除分子量小于15 kD 的不需要的物質(zhì)，以及一些分子量為15～35 kD的中型分子；臨床常以分子量26 kD的α1-微球蛋白的清除率作為評估中分子物質(zhì)透析效果的指標(biāo)[28-29]。趨化性細(xì)胞因子、白三烯、前列腺素、血小板激活因子、補(bǔ)體、組胺、緩激肽、活性氧簇和一氧化氮等的分子量均小于10 kD；大多數(shù)促炎細(xì)胞因子(如腫瘤壞死因子α、白細(xì)胞介素1β和白細(xì)胞介素6等)的分子量均小于20 kD。因此，血液透析可消除引起血管壁通透性升高的大多數(shù)炎癥介質(zhì)和細(xì)胞毒性物質(zhì)，可作為COVID-19炎癥暴發(fā)所致的致命性肺滲漏的救命手段。

鑒于炎癥風(fēng)暴時毛細(xì)血管損害和通透性升高涉及眾多類別的炎癥介質(zhì)和非特異細(xì)胞毒性物質(zhì)，當(dāng)病毒感染、免疫反應(yīng)和非免疫炎癥引起的損傷高峰同時出現(xiàn)時[30]，針對其中一類或幾種類別的治療措施可能不足以挽救患者的生命。唯一能夠清除所有類別的毒性物質(zhì)的治療措施是血液透析。所以對于重癥COVID-19，血透應(yīng)做到能用即用。

4 總結(jié)

◆ SARS-CoV-2感染導(dǎo)致的肺毛細(xì)血管通透性升高需要得到特別重視。

◆ 炎癥風(fēng)暴導(dǎo)致危及生命的肺水腫。

◆ 血中的SARS-CoV-2通過肺毛細(xì)血管上的ACE2二次感染肺，加重肺感染。

◆ 血中的SARS-CoV-2通過與全身毛細(xì)血管上的ACE2結(jié)合，進(jìn)入組織器官，并標(biāo)記血管內(nèi)皮細(xì)胞，進(jìn)而使血管內(nèi)皮細(xì)胞受到免疫攻擊。

◆ 病毒載量、免疫反應(yīng)和炎癥高峰相遇時，易發(fā)生炎癥風(fēng)暴。

◆ 血液透析可以消除血液中的大多數(shù)炎癥介質(zhì)和細(xì)胞毒性物質(zhì)，對于重癥COVID-19，血透應(yīng)做到能用即用。

◆ 血液透析只能預(yù)防和阻止肺滲漏，不能治療已經(jīng)發(fā)生的肺實(shí)變，在重癥轉(zhuǎn)為危重癥之前使用才能取得理想效果。

◆ 抗病毒藥物、糖皮質(zhì)激素、免疫抑制劑、非甾體抗炎藥、清火中草藥、抗氧化劑、ACE2調(diào)節(jié)劑、干細(xì)胞、抗血清、促炎性細(xì)胞因子抗體的療效和副作用之間必須仔細(xì)權(quán)衡。

◆ 基礎(chǔ)疾病減少器官的功能儲備，使患者難以承受因SARS-CoV-2感染引起的器官水腫和功能障礙。