冠狀病毒感染與糖尿病的研究進展

李 靜綜述，樂 嶺審校

0 引 言

2019年12月以來湖北省武漢市報道了多例病因不詳?shù)姆窝撞±?，該病被命名為新型冠狀病毒肺?COVID-19)，為新型冠狀病毒(2019-nCoV)感染所致[1]。基因?qū)W研究發(fā)現(xiàn)2019-nCoV、SARS病毒(severe acute respiratory syndrome coronavirus, SARS-CoV)和中東呼吸綜合征冠狀病毒(middle east respiratory syndrome coronavirus, MERS-CoV)的基因序列具有明顯相似性[2]。SARS-CoV、MERS-CoV也曾先后引起全球性暴發(fā)流行，截至2003年8月，共有8422人患嚴重急性呼吸綜合征(severe acute respiratory syndrome, SARS)；截至2019年12月，共有2496人患中東呼吸綜合征(middle east respiratory syndrome，MERS)[2]。糖尿病的發(fā)生發(fā)展受遺傳和環(huán)境因素影響，病毒感染是誘發(fā)及加劇糖尿病的環(huán)境因素之一。近期發(fā)布的關于COVID-19的多篇臨床研究均發(fā)現(xiàn)，糖尿病患者為其易感人群，合并COVID-19的糖尿病患者出現(xiàn)更嚴重的炎癥風暴，重癥率和死亡率均明顯增高[3-7]，既往SARS和MERS也有相似報道[8-9]，本文主要就冠狀病毒感染與糖尿病的關系作一綜述。

1 冠狀病毒

1.1 冠狀病毒的結(jié)構(gòu)特點冠狀病毒是一類單股正鏈RNA病毒，主要由刺突蛋白(spike protein, S蛋白)、核衣殼蛋白(nucleocapsid, N蛋白)、膜蛋白以及包膜蛋白4種結(jié)構(gòu)蛋白組成[10]。對不同冠狀病毒的基因?qū)W研究發(fā)現(xiàn)，SARS-CoV和2019-nCoV的功能性受體均為血管緊張素轉(zhuǎn)換酶2(angiotensin-converting enzyme 2, ACE2),均可利用ACE2進入細胞從而感染人類[11-12]。

1.2冠狀病毒的致病特點冠狀病毒可感染鳥類和哺乳動物，導致呼吸和消化系統(tǒng)疾病的發(fā)生[13]。感染人類的冠狀病毒(hCoV)可分為低致病性和高致病性hCoV，低致病性hCoV通常引起輕微上呼吸道感染癥狀，高致病性 hCoV通常引起急性呼吸窘迫綜合征，甚至腎損傷、淋巴細胞減少等肺外臨床癥狀[14]，目前已知的高致病性hCoV包括2019-nCoV、SARS-CoV和MERS-CoV。冠狀病毒感染可累及多處器官，如肺、免疫器官和全身小血管等。Ding等[15]對3例SARS進行尸檢，發(fā)現(xiàn)病理改變主要涉及4個方面:以肺泡炎和支氣管炎為主要改變的肺部病變；以脾臟和淋巴結(jié)壞死為主要表現(xiàn)的免疫器官損傷；系統(tǒng)性血管炎可看到血管內(nèi)皮細胞增殖、腫脹和凋亡，許多免疫細胞沉積在小靜脈血管的周圍以及器官血管壁，其中一些小靜脈可見局部壞死以及血栓；全身毒性反應可看到肺、肝、腎、心臟和腎上腺的實質(zhì)細胞變性和壞死以及大腦的神經(jīng)細胞變性。Ng等[16]對1例45歲男性 MERS進行尸檢，發(fā)現(xiàn)主要病變?yōu)閺浡苑闻輷p傷，其他器官有慢性病變征象，如斑片狀心肌纖維化、外周血管病變、肝脂肪變性。Xu等[17]對1例COVID-19進行尸檢(樣本取自肝、心及肺組織)，發(fā)現(xiàn)病理改變與SARS、MERS情況相似。

2 冠狀病毒與糖尿病

2.1 冠狀病毒可誘導高血糖冠狀病毒感染誘導糖耐量正常者出現(xiàn)血糖升高主要在SARS的研究中。一項對220例 SARS患者的回顧性研究發(fā)現(xiàn)，51例高血糖患者中有糖尿病史者僅10例(19.6%)，無糖尿病史者達41例(80.4%)[18]。鄭寶忠等[19]對61例 SARS患者研究發(fā)現(xiàn)，26例血糖升高的患者中有24例被診斷為繼發(fā)性糖尿病，存活下來的20例繼發(fā)性糖尿病患者愈后血糖恢復正常。Yang等[20]對39例無糖尿病史且未使用類固醇治療的 SARS患者進行了為期3年的隨訪，14例在住院3天內(nèi)出現(xiàn)糖尿病，20例在住院2周后出現(xiàn)糖尿病，所有患者出院時僅6例仍診斷糖尿病，3年后仍罹患糖尿病的只有2例。以上研究提示冠狀病毒感染可引起機體出現(xiàn)糖代謝紊亂，但這種紊亂可能大多數(shù)為短期存在。

2.2冠狀病毒直接損傷胰島細胞SARS-CoV S蛋白是SARS-CoV和2019-nCoV的結(jié)構(gòu)蛋白之一，可介導病毒識別宿主細胞的受體，促進膜融合[21-22]。血管緊張素Ⅱ(Ang-Ⅱ)是腎素-血管緊張素系統(tǒng)(renin-angiotensin-system, RAS)的活性肽之一，Ang-Ⅱ可從多方面干擾胰島素信號通路的轉(zhuǎn)導從而促進胰島素對靶細胞的抵抗。ACE2是RAS系統(tǒng)的負調(diào)節(jié)因子，可將Ang-Ⅱ裂解為血管緊張素1-7，通過靶向Ang-Ⅱ，ACE2對許多器官有保護作用；研究發(fā)現(xiàn)ACE2與血糖調(diào)節(jié)密切相關，ACE2可拮抗Ang-Ⅱ?qū)Ζ录毎耙葝u素信號通路的不利作用從而保護β細胞; ACE2與跨膜蛋白27共享相似的轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合位點，可刺激胰腺β細胞的增殖和胰島素的胞吐過程; ACE2可使胰島的血流增多，從而保護胰島β細胞，提高其存活能力;因此認為ACE2具有保護糖尿病患者胰島功能的作用[23-24]。研究發(fā)現(xiàn)，SARS-CoV可通過ACE2直接侵入胰腺內(nèi)分泌腺損傷胰島細胞，影響胰島素分泌，也可通過侵入胰腺外分泌腺導致胰腺炎癥間接損傷胰島細胞。郭麗敏等[25]選取Wistar大鼠內(nèi)臟組織制成切片檢測各組織ACE2的表達情況，發(fā)現(xiàn)胰腺、肺、心、腎、脾、肝、回腸、膀胱8種組織均有ACE2表達，還將C57 BL/6 J小鼠及ACE2基因敲除小鼠的胰尾包埋固定并制成切片，發(fā)現(xiàn)胰腺內(nèi)、外分泌腺均表達ACE2，電鏡下在胰腺內(nèi)分泌腺、外分泌腺均可見點狀、顆粒狀標記物，ACE2在內(nèi)分泌腺集中于某一種特定的細胞，定位于細胞質(zhì)內(nèi)的分泌顆粒。季秀娟等[26]檢測ACE2在人、大鼠和小鼠胰腺的表達情況，發(fā)現(xiàn)胰島及胰腺外分泌腺均呈陽性表達，內(nèi)分泌腺主要表達于胰島中央部，顯微鏡下可見陽性表達集中在細胞膜與細胞質(zhì)上。

2.3冠狀病毒降低胰島素敏感性SARS-CoV N蛋白也是SARS-CoV的結(jié)構(gòu)蛋白之一，參與了核衣殼的組成[27]。胎球蛋白A(A2-heremans-schmid glycoprotein，AHSG)是一種血漿蛋白，通過抑制胰島素受體的活性從而干擾胰島素信號通路的傳導[28]。研究表明，AHSG可通過干擾胰島素信號通路來影響體內(nèi)的糖代謝和脂代謝，SARS-CoV N蛋白可作用于AHSG間接影響體內(nèi)的糖代謝和脂代謝。陳婷[29]通過酵母雙雜交系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)AHSG可能與SARS-CoV N蛋白相互作用；在人及小鼠的血清中，AHSG與SARS-CoV N蛋白形成多聚體，該多聚體沉淀量與 SARS-CoV N蛋白濃度相關，兩者呈濃度梯度依賴關系，提示AHSG與 SARS- CoV N蛋白密切相關；使用胰島素、AHSG及SARS-CoV N蛋白處理小鼠脂肪細胞3T3- L1，發(fā)現(xiàn)胰島素可刺激小鼠脂肪細胞3T3-L1的IRS-1和 Akt蛋白磷酸化，SARS-CoV N蛋白呈濃度依賴性增加AHSG對上述胰島素刺激作用的抑制；動物實驗發(fā)現(xiàn)，加入SARS-CoV N蛋白共同處理時，胰島素對Balb/c小鼠肝組織中脂肪酸合成酶(fatty acid synthase, FAS)、膽固醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合蛋白(sterol-regulatory element binding protein, SREBP)-1、硬脂酰輔酶A去飽和酶和HMG-CoA還原酶的基因mRNA的刺激作用被抑制，且這種抑制作用同樣與SARS-CoV N蛋白的濃度呈梯度依賴關系。張春梅等[30]在人肝細胞系HL-7702細胞的研究中得出同樣的結(jié)果，SARS-CoV N蛋白可抑制胰島素刺激的FAS、SREBP-1基因的表達，這種抑制作用與 AHSG有關；動物實驗發(fā)現(xiàn)，注射SARS- CoV N蛋白的野生型 C57小鼠的糖脂水平(血清葡萄糖、胰島素、三酰甘油、游離脂肪酸及總膽固醇)、HOMA指數(shù)以及體重增加量均高于注射等滲鹽水組，而上述指標的改變在AHSG基因敲除的C57小鼠中并不出現(xiàn)，提示SARS-CoV N蛋白可經(jīng)AHSG介導，致小鼠的胰島素敏感性下降，清除葡萄糖能力減弱，影響糖代謝和脂代謝。

2.4使用皮質(zhì)類固醇加重高血糖類固醇糖尿病是指因機體存在過多糖皮質(zhì)激素(glucocorticoids，GCS)所造成的糖代謝異常。在SARS、MERS流行期間，皮質(zhì)類固醇是主要的免疫調(diào)節(jié)藥物，多用于重型或者危重型患者。研究發(fā)現(xiàn)，患者在冠狀病毒感染期間使用GCS治療可引起血糖增高，且血糖增高水平與GCS治療的療程和劑量相關。一項納入132例SARS患者的試驗，記錄患者使用GCS的日最大劑量、平均日劑量、治療時間和空腹血糖水平(FPG)，發(fā)現(xiàn)95例(71.9%)使用GCS患者中33例(36.3%)被診斷為GCS誘導型糖尿病，GCS日最大劑量、平均日劑量、總劑量和治療時間與新發(fā)糖尿病正相關[31]。另一項研究對1291例SARS患者進行回顧性分析，根據(jù)GCS起始劑量、累積劑量以及日最大劑量進行分組，所有類型的GCS兌換成甲潑尼龍(methyl-prednisolone, MP)劑量，結(jié)果顯示GCS組病程中最高血糖比未用GCS組更高[(8.68±4.80)mmol/Lvs(6.39±3.71)mmol/L，(P<0.001)]；使用GCS的各組平均血糖均明顯升高，在使用GCS后第1～2周，血糖水平上升最明顯，而后逐漸下降，其中，MP累積≥3000 mg組比其他組的血糖增加更多高且持續(xù)時間更長(P<0.05)[32]。

3 糖尿病患者是冠狀病毒感染和死亡的高危人群

3.1 糖尿病患者合并冠狀病毒感染更危重對冠狀病毒感染的臨床研究發(fā)現(xiàn)，與非糖尿病者相比，糖尿病患者更易發(fā)生重癥冠狀病毒感染，死亡率更高。Wang等[3]分析了138例COVID-19患者的臨床特征，發(fā)現(xiàn)14例(10.1%)患者合并糖尿病，需要收入ICU治療的糖尿病患者人數(shù)是不需要收入ICU治療者的3.8倍。Booth等[8]對144例確診或疑似的SARS患者進行回顧性分析，144例SARS患中有8例死亡病例，死亡病例中合并糖尿病者有6例；多變量相關分析提示糖尿病與死亡獨立相關。Yang等[33]將SARS患者分為死亡組(135例)、存活組(385例)與非SARS患者(19例)進行對照，死亡組使用類固醇治療前的FBG最高，死亡組伴糖尿病病史的例數(shù)明顯高于存活組；相關性分析發(fā)現(xiàn)，糖尿病史和FPG≥7.0 mmol/L是死亡的獨立預測因子。

3.2糖尿病患者病毒易感性增加糖尿病患者因蛋白質(zhì)分解速度較快，白細胞吞噬功能減弱及細胞生成H2O2能力下降等，故此類患者產(chǎn)生免疫球蛋白、補體的能力不足，殺菌的能力較弱，病毒易感性增加，易罹患冠狀病毒感染。有研究將SARS患者分為高血糖組(A組，40例)和正常血糖組(B組，40例)，用流式細胞術(shù)測定SARS患者的T淋巴細胞亞群并進行比較，發(fā)現(xiàn)A組CD3+、CD4+、CD8+顯著低于B組，A組82.5%(33/40)患者CD4+< 400/μL，65%(26/40)患者CD4+<200/μL；B組37.5%(15/40)患者CD4+<400/μL,15%(6/40)患者CD4+<200/μL；直線相關分析顯示所有SARS患者的血糖與CD3+、CD4+、CD8+計數(shù)呈負相關，此外，A組合并二重感染率(20%)高于B組(5%)，差異有顯著性(P<0.05)，提示高血糖的SARS患者T細胞亞群計數(shù)降低更顯著[34]。

4 結(jié) 語

針對COVID-19的多項研究均發(fā)現(xiàn)，糖尿病患者為其易感人群，且糖尿病合并COVID-19患者病情更加危重，預后不佳，提示冠狀病毒感染與糖尿病之間關系密切。冠狀病毒感染主要通過識別ACE2入侵并損傷胰島細胞，并通過干擾胰島素信號通路誘發(fā)糖耐量正常者出現(xiàn)血糖升高，同時，GCS的使用可致繼發(fā)性高血糖，進一步加重血糖紊亂。糖尿病患者免疫球蛋白、補體下降，病毒易感性增加，感染冠狀病毒后重癥率、死亡率高。但冠狀病毒感染與糖尿病的研究甚少，可能是突發(fā)疫情缺乏防護設備和研究環(huán)境以致于臨床標本難獲取，動物造模難完全模擬等原因造成。如何在冠狀病毒感染疫情中更好的保護患者胰島功能和糖尿病人群，還需要進一步的研究探索。