新型冠狀病毒引起的細(xì)胞因子釋放綜合征及其潛在治療藥物研究進(jìn)展

劉雪姣，張晏潔綜述，岳慧杰審校

0 引 言

新型冠狀病毒即嚴(yán)重急性呼吸綜合征冠狀病毒2(severe acute respiratory syndrome coronavirus 2, SARS-CoV-2)自2019年12月爆發(fā)以來已迅速波及全世界，嚴(yán)重威脅人類生命安全。部分2019冠狀病毒病(coronavirus disease 2019，COVID-19)患者在感染初期僅表現(xiàn)出發(fā)熱、肌肉酸痛等輕癥癥狀，但在轉(zhuǎn)歸過程中可出現(xiàn)病情的急速惡化，表現(xiàn)出多器官功能衰竭，甚至是短時間內(nèi)的死亡[1]。“炎癥風(fēng)暴”又稱細(xì)胞因子風(fēng)暴參與包括嚴(yán)重急性呼吸綜合征、中東呼吸綜合征(middle East respiratory syndrome coronavirus, MERS)在內(nèi)的多種感染性疾病的惡化[2]。目前，研究認(rèn)為細(xì)胞因子風(fēng)暴在COVID-19由輕癥向重癥及危重癥發(fā)展的過程中發(fā)揮了重要作用[3]。因此，有效控制細(xì)胞因子風(fēng)暴是重癥及危重癥患者至關(guān)重要的治療措施。本文主要就細(xì)胞因子風(fēng)暴及其潛在的治療藥物作出綜述。

1 細(xì)胞因子風(fēng)暴

細(xì)胞因子風(fēng)暴是指機(jī)體受到微生物或藥物等刺激后炎癥因子在體內(nèi)不受調(diào)控的過度釋放，由此產(chǎn)生的全身炎癥反應(yīng)、多器官衰竭等臨床表現(xiàn)的超生理反應(yīng)，稱之為細(xì)胞因子釋放綜合征(cytokine release syndrome, CRS)。CRS的臨床表現(xiàn)范圍從輕度癥狀到流感樣癥狀甚至是嚴(yán)重威脅生命的全身性炎癥反應(yīng)綜合征。輕度CRS可表現(xiàn)為發(fā)熱、疲勞、肌痛、腹瀉，一般是輕微的和自限性的。嚴(yán)重可進(jìn)展為低血壓、缺氧和無法控制的全身性炎癥反應(yīng)綜合征，并伴有循環(huán)衰竭、組織和(或)肺水腫、心律失常、凝血障礙、腎功能衰竭和多器官功能衰竭[4]。

早在1993年，CRS的概念就在移植物抗宿主病(graft-versus-host disease, GVHD)中被提出。近年研究指出，CRS的發(fā)生是SARS-CoV、MERS-CoV、H1N1流感病毒、H5N1高致禽流感病毒和埃博拉病毒致機(jī)體死亡的主要原因之一[5-7]。SARS-CoV、MERS-CoV、H1N1流感病毒感染的重癥患者血清中均發(fā)現(xiàn)了促炎因子的表達(dá)增多。其中，SARS-CoV感染可在發(fā)熱的早期誘導(dǎo)IFN-γ、IL-18、MCP-1、MIG、IP-10等細(xì)胞因子濃度升高[5]；MERS患者中IL-1β、IL-6、IL-8、TNF-α、IFN-β 等細(xì)胞因子數(shù)量的大幅增加[6]。因細(xì)胞因子的異常增多，導(dǎo)致免疫細(xì)胞的過渡激活，病變部位血管通透性增加，導(dǎo)致病原體更易進(jìn)入血管及組織，從而使得感染加重、組織大面積缺血缺氧乃至壞死[8]。近些年，細(xì)胞因子風(fēng)暴主要以嵌合抗原受體T 細(xì)胞(chimeric antigen receptor T cells, CAR-T)療法、雙特異性抗體療法、單倍體同種異體移植等免疫治療的常見不良反應(yīng)而受到廣泛關(guān)注[9]。

2 細(xì)胞因子風(fēng)暴與COVID-19

研究發(fā)現(xiàn)，72.7%的COVID-19患者表現(xiàn)出了細(xì)胞因子釋放綜合征樣癥狀，患者出現(xiàn)大面積肺損傷、CD4+T細(xì)胞和CD8+T細(xì)胞的減少及IL-6表達(dá)增加[10]。對COVID-19患者的尸體解剖報(bào)告也指出，患者肺切面可見大量灰白色黏稠的分泌物從肺泡內(nèi)溢出，并可見纖維條索，肺支氣管腔內(nèi)見膠凍狀黏液附著。組織局部病理學(xué)改變與SARS-CoV、MERS-CoV感染引起的病理特征極其相似，但滲出性反應(yīng)較SARS明顯[11]。可見，細(xì)胞因子風(fēng)暴參與了COVID-19患者的疾病進(jìn)展。

Liu等[12]研究發(fā)現(xiàn)，重癥COVID-19患者IL-6的表達(dá)顯著高于非重癥組，且IL-6的表達(dá)水平與住院期間最高體溫、C反應(yīng)蛋白、乳酸脫氫酶、D-二聚體等臨床癥狀或指標(biāo)有相關(guān)性。研究表明，高水平的IL-6、CRP和高血壓是評估COVID-19嚴(yán)重程度的獨(dú)立危險(xiǎn)因素，且IL-6對COVID-19的嚴(yán)重程度起關(guān)鍵作用，對重癥患者的監(jiān)測具有潛在價值[13]。由此可見，IL-6可能是SARS-CoV-2感染患者細(xì)胞因子風(fēng)暴發(fā)生的關(guān)鍵性炎癥因子。另外，SARS-CoV-2感染患者體內(nèi)高表達(dá)IL-1β、IL-8、INF-γ、IP-1、TNF-α、GM-CSF等促炎因子[3]。這些炎癥因子與Th1細(xì)胞的活化有關(guān)，機(jī)體被SARS-CoV-2入侵后，刺激CD4+T細(xì)胞活化增殖分化為Th1細(xì)胞，并刺激GM-CSF和IL-6等促炎因子的釋放[14]?；罨拿庖呒?xì)胞可大量進(jìn)入肺循環(huán)，在重癥肺綜合征中起免疫損傷作用。然而，COVID-19患者體內(nèi)同樣表現(xiàn)出Th2細(xì)胞分泌的抑炎因子(如IL-10)水平的增加[15]，提示其與SARS-CoV感染機(jī)制不盡相同，需要進(jìn)一步研究Th1和Th2細(xì)胞在SARS-CoV-2感染中的發(fā)揮的作用。另外，研究發(fā)現(xiàn)COVID-19重癥患者CD4+T細(xì)胞和CD8+T細(xì)胞計(jì)數(shù)均顯著降低，但CD4+T細(xì)胞中具有高促炎作用的CCR4+CCR6+Th17細(xì)胞比例增高，CD8+T細(xì)胞中含有高濃度的細(xì)胞毒性顆粒，提示COVID-19患者細(xì)胞因子風(fēng)暴過程中T細(xì)胞出現(xiàn)過度激活[16]。另外，活化的巨噬細(xì)胞可能在細(xì)胞因子風(fēng)暴中扮演著重要角色。COVID-19的病理解剖學(xué)研究提示肺泡內(nèi)巨噬細(xì)胞的聚集活化及小氣道內(nèi)黏液性分泌物潴留是SARS-CoV-2感染的特別之處，表達(dá)ACE2的肺泡巨噬細(xì)胞成為SARS-CoV-2感染的靶細(xì)胞，這一特征類似于巨噬細(xì)胞活化綜合征或噬血細(xì)胞綜合征[17]。

3 潛在治療藥物

針對SARS-CoV-2感染引起的細(xì)胞因子風(fēng)暴，《新型冠狀病毒肺炎診療方案(試行第七版)》推薦通過血液凈化清除炎癥因子，阻斷細(xì)胞因子風(fēng)暴，減輕炎癥反應(yīng)對機(jī)體的損傷。結(jié)合COVID-19患者細(xì)胞因子風(fēng)暴的特征，并借鑒其他免疫相關(guān)細(xì)胞因子風(fēng)暴的治療經(jīng)驗(yàn)，適當(dāng)聯(lián)合抑制宿主非特異性免疫的治療方案或許可減少細(xì)胞因子的釋放，現(xiàn)按照作用靶點(diǎn)將相關(guān)藥物介紹如下。

3.1抑制炎癥因子釋放

3.1.1 IL-6拮抗劑托珠單抗是重組人源化人IL-6受體單克隆抗體，能夠與IL-6特異性競爭結(jié)合可溶性受體與膜結(jié)合受體，并阻斷信號傳導(dǎo)，從而抑制IL-6受體活性[18]。在針對惡性血液系統(tǒng)腫瘤CAR-T療法的回顧性研究中，對發(fā)生嚴(yán)重甚至危及生命的CRS的患者靜脈輸注托珠單抗1～2次，其中約69%的患者產(chǎn)生了應(yīng)答，在給藥14d后出現(xiàn)發(fā)熱的消退和血管活性藥物的停用[19]?；谏鲜鲅芯?，F(xiàn)DA于2017年批準(zhǔn)托珠單抗用于CAR-T免疫療法引起的嚴(yán)重或致命性CRS的治療。在一項(xiàng)回顧性病例對照研究中，托珠單抗組死亡率、ICU住院率、機(jī)械通氣均顯著低于對照組，提示托珠單抗可能是COVID-19重癥患者的治療關(guān)鍵[20]?！缎滦凸跔畈《痉窝自\療方案(試行第七版)》也明確提出，對于雙肺廣泛病變者及重型患者且實(shí)驗(yàn)室檢測IL-6水平升高者，可試用托珠單抗治療。

與托珠單抗相比，司妥昔單抗對IL-6有著更高的親和力，通過直接結(jié)合IL-6從而阻斷IL-6信號傳導(dǎo)。司妥昔單抗于2014年被FDA及EMA批準(zhǔn)用于治療罕見病多中心型巨大淋巴結(jié)增生癥，當(dāng)前研究普遍認(rèn)為巨大淋巴結(jié)增生癥的一系列臨床癥狀與IL-6驅(qū)動的細(xì)胞因子風(fēng)暴密切相關(guān)[21]。因此，從作用機(jī)制的角度來看，司妥昔單抗是治療CRS極具潛力的藥物，但目前尚無相關(guān)臨床應(yīng)用的數(shù)據(jù)。有學(xué)者認(rèn)為，如果嚴(yán)重CRS患者對托珠單抗和激素?zé)o應(yīng)答，則可考慮試用司妥昔單抗[22]。

3.1.2TNF-α抑制劑TNF-α是引發(fā)細(xì)胞因子風(fēng)暴的關(guān)鍵炎癥因子，參與介導(dǎo)膿毒癥和急性呼吸窘迫綜合征的炎癥反應(yīng)，因此TNF-α是在控制細(xì)胞因子風(fēng)暴中比較有吸引力的靶點(diǎn)。一項(xiàng)Meta分析顯示，TNF-α抑制劑能夠顯著降低膿毒癥患者的死亡率[23]。盡管目前TNF-α抑制劑尚未被納入COVID-19患者的治療中，但其可能是潛在的治療藥物。

依那西普是TNF-α競爭性抑制劑，可抑制TNF-α的生物活性，從而阻斷 TNF-α介導(dǎo)的細(xì)胞反應(yīng)，并參與調(diào)節(jié)由TNF-α誘導(dǎo)或調(diào)節(jié)的其他下游分子控制的生物反應(yīng)。在靶向CD33 CAR-T 治療的臨床試驗(yàn)中，依那西普用藥12 h內(nèi)患者發(fā)熱明顯緩解，IL-6、TNF-α、INF-γ、IL-10和IL-8等細(xì)胞因子水平在2天內(nèi)明顯下降[24]。盡管目前TNF-α的臨床價值不如IL-6，但CAR-T療法中某些患者的TNF-α水平顯著升高，且與CRS嚴(yán)重程度呈相關(guān)性[25]。因此，依那西普或可用于治療TNF-α相關(guān)的CRS。

英夫利昔單抗與可溶性和膜結(jié)合的TNF-α具有高親和力，能夠阻止TNF-α與細(xì)胞表面受體p55和p75的結(jié)合發(fā)揮抗炎作用，還可激活抗體依賴的細(xì)胞介導(dǎo)的細(xì)胞毒作用及補(bǔ)體依賴的細(xì)胞毒作用[26]。英夫利昔單抗治療類固醇難治性GVHD的回顧性研究發(fā)現(xiàn)，59%患者產(chǎn)生了應(yīng)答，尤其是胃腸道受累的患者受益更大[27]。由于高水平的TNF-α可直接損害胃腸道導(dǎo)致細(xì)胞因子級聯(lián)反應(yīng)的放大，因此對于有嚴(yán)重腸道損害的患者英夫利昔單抗的獲益會更明顯。

阿達(dá)木單抗是一種人TNF-α特異性重組IgG1單克隆抗體，可拮抗TNF-α介導(dǎo)的炎癥反應(yīng)和其他的分子作用。據(jù)報(bào)道，阿達(dá)木單抗常用于病毒或自身免疫性疾病所致巨細(xì)胞活化綜合征的治療，其特征是T淋巴細(xì)胞和巨噬細(xì)胞的過度活化和不受控制的增殖，導(dǎo)致全身炎癥和細(xì)胞因子的大量釋放[28]。另外在肺缺血再灌注損傷的大鼠模型中，阿達(dá)木單抗組較對照組炎癥、充血、水腫、空泡形成等肺組織病理學(xué)特征顯著改善，提示阿達(dá)木單抗可以改善缺血再灌注過程中的肺損害[29]。盡管尚缺乏阿達(dá)木單抗針對CRS治療的臨床經(jīng)驗(yàn)，但借鑒其在巨細(xì)胞活化綜合征中的治療，阿達(dá)木單抗或許可以有效阻斷SARS-CoV-2感染誘發(fā)的細(xì)胞因子風(fēng)暴。

3.1.3IL-1受體拮抗劑IL-1家族是細(xì)胞因子風(fēng)暴中不可忽視的細(xì)胞因子，尤其是IL-1β。IL-1受體拮抗劑(IL-1Ra)能與IL-1競爭與IL-1受體結(jié)合，阻斷IL-1誘導(dǎo)的促炎信號。Lindsay等[30]將埃博拉病毒感染小鼠的IL-1Ra基因敲除，發(fā)現(xiàn)基因敲除小鼠生存率較野生型小鼠低，提示IL-1Ra可能是埃博拉病毒感染的保護(hù)因素。

阿那白滯素是一種重組、非糖基化人IL-1受體拮抗劑，廣泛應(yīng)用于類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、蛋白相關(guān)周期熱綜合征的治療。研究發(fā)現(xiàn)，膿毒癥表現(xiàn)出促炎因子的過度釋放和穿孔素的異常表達(dá)，而阿那白滯素能夠顯著提高膿毒癥患者的28d生存率[31]。動物實(shí)驗(yàn)表明，阿那白滯素能夠降低CAR-T療法致CRS患者的死亡率，同時因其能夠穿過血腦屏障，也能降低神經(jīng)系統(tǒng)毒性的發(fā)生，相對于托珠單抗顯示出一定的優(yōu)勢[32]。因此，阿那白滯素或可成為SARS-CoV-2誘發(fā)的CRS的潛在治療靶點(diǎn)。

3.1.4其他烏司他丁是一種內(nèi)源性炎性反應(yīng)調(diào)節(jié)物質(zhì)和水解酶抑制劑，能有效抑制 TNF-α、IL-6、IL-8等炎癥介質(zhì)釋放，同時提高抑炎因子IL-10水平，促使人體的炎癥和抗炎反應(yīng)平衡，中斷炎癥反應(yīng)的惡性循環(huán)引發(fā)的細(xì)胞因子風(fēng)暴，從而阻斷向多器官功能衰竭的進(jìn)一步發(fā)展[33]。一項(xiàng)針對SARS的病例對照研究發(fā)現(xiàn)，烏司他丁聯(lián)合糖皮質(zhì)激素組患者呼吸頻率、PaCO2、IL-6、IL-8、TNF-α低于對照組，PaO2、氧合指數(shù)高于對照組，提示烏司他丁可有效改善患者血?dú)夥治鲋笜?biāo)[34]。因此，上海市及湖南省頒布的COVID-19治療方案均推薦使用烏司他丁控制細(xì)胞因子風(fēng)暴，改善肺功能。

近年來，研究表明血必凈治療膿毒癥和重癥肺炎的療效明確，主要通過抑制細(xì)胞因子的過度釋放來抑制炎癥反應(yīng)，并調(diào)整Th1/Th2失衡以改善免疫功能紊亂[35]。鑒于其對細(xì)胞因子風(fēng)暴的抑制作用，《新型冠狀病毒肺炎診療方案(試行第七版)》推薦使用COVID-19患者使用血必凈注射液, 目前初步的臨床療效已被報(bào)道。張從玉等[36]對普通型COVID-19患者的治療進(jìn)行回顧性研究，發(fā)現(xiàn)血必凈注射液的使用能促進(jìn)肺CT病灶吸收，提高治療總體有效率，但炎癥指標(biāo)(白細(xì)胞計(jì)數(shù)、C反應(yīng)蛋白、鐵蛋白)恢復(fù)水平及核酸轉(zhuǎn)陰率與對照組無明顯差異。然而，此研究人群為無CRS表現(xiàn)的普通型COVID-19患者，且未檢測IL-6、TNF-α等細(xì)胞因子表達(dá)水平，因此血必凈對COVID-19患者CRS的治療尚待進(jìn)一步研究。

3.2阻斷信號通路傳導(dǎo)

3.2.1 JAK抑制劑SARS-CoV和MERS-CoV感染引起的細(xì)胞因子風(fēng)暴常表現(xiàn)為NF-κB及其上游JAK/STAT信號通路的活化。JAK/STAT信號通路不僅調(diào)節(jié)細(xì)胞因子的生物學(xué)活性，還影響T細(xì)胞向輔助性T細(xì)胞家族Th1、Th2、Th17細(xì)胞和調(diào)節(jié)性T細(xì)胞的分化[37]。

蘆可替尼是一種ATP類似物，能夠結(jié)合到JAK1和JAK2激酶上抑制其信號傳導(dǎo)，從而下調(diào)INF-γ、IL-2等炎性細(xì)胞因子水平。Das等[38]通過病毒感染小鼠構(gòu)建以細(xì)胞因子風(fēng)暴為主要病因的噬血細(xì)胞綜合征模型，蘆可替尼組小鼠臨床癥狀和實(shí)驗(yàn)室指標(biāo)顯著改善，包括體重減輕、器官腫大、貧血、血小板減少、高細(xì)胞蛋白血癥和組織炎癥，同時提高了小鼠的存活率。在一項(xiàng)針對COVID-19重癥患者的多中心的單盲隨機(jī)對照研究中，蘆可替尼組細(xì)胞因子水平顯著低于對照組，且14天的計(jì)算機(jī)斷層掃描改善情況更佳，且耐受性良好，然而臨床改善情況并沒有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異[39]，也為更大樣本的研究提供了參考。

3.2.2酪氨酸激酶抑制劑伊布替尼是一種供口服使用、不可逆的小分子酪氨酸激酶抑制劑。伊布替尼一方面下調(diào)免疫抑制性受體，改善T細(xì)胞增殖和活化功能；另一方面，通過抑制IL-2 介導(dǎo)的T 細(xì)胞激酶的活性，抑制Th2 細(xì)胞分化，促進(jìn)Th1 細(xì)胞免疫反應(yīng)。伊布替尼聯(lián)合CAR-T療法治療慢性淋巴細(xì)胞白血病的前瞻性研究發(fā)現(xiàn)，患者的反應(yīng)率較高，但臨床未出現(xiàn)嚴(yán)重CRS，可能與其降低CAR-T療法引起的CRS有關(guān)[40]。在GVHD治療中，伊布替尼也表現(xiàn)出良好的臨床效果，F(xiàn)DA已正式批準(zhǔn)其用于1次或多次全身治療失敗后的成年cGVHD 患者。波士頓某醫(yī)療中心出現(xiàn)了六例長期使用伊布替尼的巨球蛋白血癥患者感染SARS-CoV-2，其中一例接受小劑量伊布替尼的患者因呼吸困難、缺氧住院，剩余五例常規(guī)劑量組未入院治療，且病情逐步改善[41]，提示伊布替尼可能能用于治療COVID-19患者的CRS。

3.3糖皮質(zhì)激素糖皮質(zhì)激素因其強(qiáng)大的抗炎作用能夠有效控制細(xì)胞因子風(fēng)暴，目前糖皮質(zhì)激素主要用于對托珠單抗無效的難治性的CRS的二線治療[42]。糖皮質(zhì)激素用于CRS治療的給藥時機(jī)與用法用量目前還存在爭議。部分專家建議對于3級及以上CRS的患者、老年患者或伴有嚴(yán)重并發(fā)癥的2級CRS患者，若病情在第一次使用托珠單抗后24 h內(nèi)無改善，就應(yīng)該考慮第二次使用托珠單抗或糖皮質(zhì)激素[43]。

盡管糖皮質(zhì)激素可控制細(xì)胞因子風(fēng)暴，但其在SARS-CoV、MERS-CoV等嚴(yán)重感染的治療中仍存在爭議。廣州應(yīng)對SARS-CoV感染的治療經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出，在不引起二次感染和其他并發(fā)癥的情況下，使用低至中等劑量的皮質(zhì)類固醇可降低SARS患者的死亡率，縮短危重患者的住院時間[44]。但一項(xiàng)回顧性分析發(fā)現(xiàn)，糖皮質(zhì)激素能夠延長病毒RNA的清除，增加缺血性壞死、糖尿病等并發(fā)癥的發(fā)生，提高患者死亡率[45]?？紤]到臨床醫(yī)師對觀察性研究的選擇偏倚和劑量差異大等混雜因素，目前的證據(jù)尚不能支持使用糖皮質(zhì)激素來應(yīng)對SARS-CoV-2感染，也不應(yīng)成為COVID-19患者放棄使用糖皮質(zhì)激素的理由。因此，糖皮質(zhì)激素在COVID-19患者的應(yīng)用需仔細(xì)權(quán)衡利弊，謹(jǐn)慎使用。

4 結(jié) 語

細(xì)胞因子風(fēng)暴作為COVID-19患者病情加重的重要原因，是改善危重癥患者病情的治療關(guān)鍵。部分控制細(xì)胞因子風(fēng)暴的藥物因尚不明確的臨床療效和潛在的不良反應(yīng)，限制了臨床治療的大范圍治療。但為控制細(xì)胞因子風(fēng)暴、降低COVID-19患者病死率，仍需大膽探索潛在的治療藥物。