新型冠狀病毒肺炎發(fā)病機制及藥物治療研究進展

王 霜，王貴佐，唐 甜，楊淑梅

(1.西安醫(yī)學院，陜西 西安710021；2.陜西省人民醫(yī)院呼吸與危重癥一科，陜西 西安710068)

新型冠狀病毒肺炎(COVID-19)是由2019新型冠狀病毒(2019-nCoV)感染后引起的一種急性呼吸道傳染病，傳染性強，病死率高。世界衛(wèi)生組織宣布將2019-nCoV所引起COVID-19作為國際社會關注的公共衛(wèi)生安全緊急事件[1]。與嚴重急性呼吸綜合征(SARS)相比，COVID-19傳染性更強[2]。該病發(fā)病率及病死率仍不斷增加，因此探索COVID-19的發(fā)病機制，為疾病治療提供新的方向和思路迫在眉睫?，F(xiàn)就COVID-19發(fā)病機制及目前治療方案作一綜述，以期為COVID-19的治療提供新思路。

1 COVID-19發(fā)病機制

1.1 病毒直接侵犯肺組織 2019-nCoV是一類位于有囊細胞膜的單股正鏈RNA病毒,是引起人和哺乳動物上呼吸道感染的重要病原體[3]。受體S蛋白位于冠狀病毒最外層，是冠狀病毒最重要的表面蛋白，與病毒的傳染能力密切相關，S蛋白包含兩個亞基：S1和S2，S1包含受體結合區(qū)域(RBD)，負責識別宿主細胞內受體，同時承擔了病毒與宿主細胞膜相結合的重要功能；S2含有膜融合過程所需要的基本化學元件，促進病毒包膜與宿主細胞膜融合，與病毒的侵入能力有關[4]。血管緊張素轉化酶2(ACE2)是存在于人體內上皮細胞表面的一種蛋白質，尤以Ⅱ型肺泡上皮細胞含量最豐富，發(fā)揮著抗炎、抗增生、抗纖維化、抗肺泡上皮細胞凋亡和舒張血管等作用[5]。研究發(fā)現(xiàn)2019-nCoV包膜錨定的S蛋白通過ACE2與宿主細胞膜受體融合后進入宿主細胞[6]，進而引起肺部細胞膜損傷。推測COVID-19可能是由于2019-nCoV侵入人體，病毒的S蛋白與ACE2接觸后，病毒與ACE2的跨膜區(qū)域一起通過胞吞作用進入細胞，在胰蛋白酶或弗林蛋白酶的作用下，S蛋白被進一步激活，發(fā)生膜融合后釋放出新冠病毒RNA引起肺部細胞損傷，造成彌漫性肺間質及肺泡內膜水腫，進而可能導致急性低氧性呼吸功能不全，甚至導致急性呼吸窘迫綜合征。

1.2 細胞免疫功能下降參與COVID-19發(fā)病機制 免疫系統(tǒng)在防御2019-nCoV方面起著至關重要的作用。研究發(fā)現(xiàn)COVID-19患者體內CD3+T、CD4+T和CD8+T淋巴細胞計數(shù)明顯減少,揭示了CD8+T和CD4+T淋巴細胞計數(shù)可作為COVID-19疾病的診斷標志物和判斷疾病嚴重程度的預測評價因子[7]。上述研究提示COVID-19發(fā)病機制與細胞免疫受損相關，2019-nCoV進入人體后通過細胞膜將一部分病毒碎片傳遞到細胞外，人體免疫細胞廣泛聚集并消滅病毒，由于病毒不斷繁殖，大量淋巴細胞和單核細胞被消耗和破壞，導致機體免疫功能下降，清除、殺滅病毒能力明顯不足，進而導致病毒大量繁殖，破壞正常淋巴組織細胞，造成彌漫性肺間質及肺泡水腫，導致急性低氧性呼吸功能不全，甚至導致ARDS及多器官功能衰竭。

1.3 免疫串擾失調和凝血異常參與COVID-19發(fā)病機制 補體因子是存在于人血清和組織液中具有酶活性的一組補體蛋白質，由可溶性蛋白、膜結合蛋白和補體受體蛋白組成的多分子系統(tǒng)，具有調理、產生促炎介質和激活膜攻擊復合物(MAC)[8]作用。組織因子暴露于血液中可啟動外源性凝血途徑，已證實補體因子C5a在血液循環(huán)路徑[9]和內皮細胞中[10]能顯著提高組織因子活性。絲氨酸蛋白酶-1(MASP-1)和絲氨酸蛋白酶-2(MASP-2)可裂解凝血酶原形成自然活化的凝血酶，增加血小板活性和聚集，提高凝血酶原活性和釋放血小板衍生促凝顆粒[11]。Brown等[12]的一項研究發(fā)現(xiàn)補體因子C1抑制因子(CIINH)在其天然狀態(tài)下抑制纖溶酶原，從而導致纖溶減少和血栓形成增加。臨床研究發(fā)現(xiàn)25%的住院COVID-19患者發(fā)展為靜脈血栓栓塞征(VTE)[13]；大部分死亡病例存在彌散性血管內凝血(DIC)[14]，考慮重癥COVID-19患者機體內產生大量細胞因子促使血管內皮細胞損傷、血管壁通透性增加，從而激活凝血機制，患者發(fā)生DIC和VTE的風險顯著增加。上述研究與證據(jù)提示補體、凝血和纖溶之間免疫串擾參與COVID-19的發(fā)病機制并與疾病嚴重程度相關。

1.4 炎癥風暴參與COVID-19發(fā)病機制 越來越多的證據(jù)表明炎癥風暴參與COVID-19發(fā)病機制。研究發(fā)現(xiàn)在肺炎和嚴重缺氧的COVID-19患者中，IL-6等血清細胞因子顯著升高，同時IL-17、IL-8等細胞因子也出現(xiàn)不同程度的升高[15]。此外，研究發(fā)現(xiàn)在2019-nCoV引起的ARDS患者血漿和支氣管肺泡灌洗液中TNFα明顯升高[16]。綜上推測2019-nCoV入侵細胞后,激活促炎癥細胞因子的表達,導致被感染的細胞產生多種細胞因子(如IL-6、IFN-γ、TNF-α升高),進一步激活效應細胞及T細胞、NK細胞等免疫細胞，免疫細胞繼續(xù)分泌更多的細胞因子,這些細胞因子與各自的受體結合,不僅高效殺滅病毒還損傷正常器官組織，導致肺纖維化、內皮功能障礙并繼續(xù)放大炎癥反應,形成細胞因子風暴,嚴重者引發(fā)ARDS,進一步可擴散至全身導致多器官功能障礙綜合征(MODS),甚至死亡。

1.5 細胞凋亡級聯(lián)反應參與COVID-19發(fā)病機制 細胞凋亡是指由基因控制的細胞自主有序的死亡從而維護內環(huán)境穩(wěn)定，正常情況下，細胞凋亡通過激活特定的死亡信號通路，導致細胞從組織中被清除。然而，許多病毒基因產物可以通過干擾細胞信號級聯(lián)反應來觸發(fā)細胞凋亡。研究表明，細胞凋亡是SARS冠狀病毒(SARS-CoV)感染后的主要病理特征[17]，SARS-CoV感染機體后觸發(fā)一系列細胞反應，調節(jié)信號轉導級聯(lián)反應如p38蛋白激酶(p38MAPK)和蛋白激酶B(PKB/Akt)信號通路進而誘導細胞凋亡[18]。因2019-nCoV與SARS-CoV具有高度同源性。推測2019-nCoV感染后同樣會作用于肺泡上皮細胞，觸發(fā)一系列細胞反應，誘導正常的肺組織細胞凋亡，從而引起急性肺損傷，嚴重者出現(xiàn)ARDS，甚至死亡。

1.6 細胞代謝異常參與COVID-19發(fā)病機制 在COVID-19患者的外周血單個核細胞和支氣管肺泡灌洗液中發(fā)現(xiàn)與氧化磷酸化相關的基因表達較高，提示線粒體活性升高在COVID-19期間起著關鍵作用；對COVID-19患者的血清進行蛋白質組學和代謝組學技術分析發(fā)現(xiàn)色氨酸代謝、糖酵解和糖異生等途徑被激活[19]；另一項研究顯示重癥COVID-19患者體內的葡萄糖、葡萄糖醛酸、膽紅素降解產物和4種膽酸衍生物的濃度均升高，提示肝臟解毒功能可能下降，推測病毒可能通過影響細胞代謝途徑來參與COVID-19的發(fā)病。上述研究提示細胞代謝異常參與COVID-19發(fā)病機制。

2 COVID-19治療

2.1 抗病毒治療 現(xiàn)有抗病毒藥物并不能直接消滅病毒，而是抑制病毒在人體內的復制和傳播。洛匹那韋是冠狀病毒蛋白加工過程中一種蛋白酶抑制劑[20]，在細胞內干擾病毒RNA合成，讓RNA鏈合成提前終止，從而形成未成熟、無感染力的病毒顆粒；瑞德西韋通過抑制2019-nCoV RdRp阻斷負鏈RNA、亞基因組mRNA和子代病毒基因組RNA的合成，實現(xiàn)對病毒復制的抑制[21]。目前臨床已經啟動使用聚乙二醇干擾素聯(lián)合利巴韋林治療新冠肺炎患者，皮下注射干擾素副作用較多，因此需對患者進行嚴密的監(jiān)控，根據(jù)患者的臨床反應調整劑量[22]。氯喹、羥氯喹具有潛在的廣譜抗病毒活性，磷酸氯喹抗病毒機制是依靠酸堿反應中和溶酶體酸性，抑制病毒脫殼；磷酸羥氯喹可能通過與疏基的相互作用、干擾磷酸酯酶等酶的活性、抑制前列腺素的形成等作用來起到抗病毒作用[23]。另有研究發(fā)現(xiàn)，氯喹和羥氯喹作為ACE2阻滯劑，通過結合ACE2可有效阻斷2019-nCoV侵染細胞[24]。ACE2分布的心臟、食管、腎臟、胃、膀胱這些器官也容易也受到2019-nCoV的侵害，因此感染嚴重時，可導致多器官功能衰竭。但這些藥物對COVID-19的療效和安全性仍有待臨床實驗進一步證實。

2.2 抗細胞因子和免疫調節(jié)劑 新冠肺炎患者血液中免疫細胞計數(shù)減少及全身炎癥反應細胞因子的升高提示增強細胞免疫力有助于COVID-19治療[6]。利托珠單抗是一種重組人源化抗人白介素6(IL-6)受體單克隆抗體，通過結合可溶性及膜結合的IL-6受體，阻斷引發(fā)細胞因子風暴的關鍵炎癥因子IL-6 的信號通路傳導，從而降低新型冠狀病毒誘發(fā)的炎癥反應對患者肺組織及其他器官的損傷[25]。IL-7是T細胞穩(wěn)態(tài)中的關鍵細胞因子，一項臨床研究結果顯示，重組人IL-7不僅可使膿毒癥休克和嚴重淋巴細胞減少癥的患者循環(huán)中淋巴細胞計數(shù)、CD4+T和CD8+T細胞增加，增加T細胞增殖和活化，而且不會引起細胞因子風暴和炎癥相關的器官功能障礙等并發(fā)癥，提示重組人IL-7可能是逆轉膿毒癥患者淋巴細胞減少或缺失，恢復適應性免疫的有效制劑[26]。但重組人IL-7應用于臨床治療新冠肺炎還待更多臨床數(shù)據(jù)研究支持。胸腺肽：胸腺素α1是人工合成的28個氨基酸組成的多肽，通過調節(jié)T淋巴細胞活性而提高細胞免疫功能，促進正常人淋巴細胞產生干擾素，增強機體的自身免疫力。研究提示，胸腺肽可使CD4+T細胞、CD8+T細胞及相關受體水平提高，抑制炎癥介質發(fā)揮作用，增強機體細胞免疫功能增強抵抗力[27]。CYNK-001是一種冷凍保存的同種異體NK細胞治療方法，CYNK-001一方面通過與受感染細胞上的應激配體和病毒抗原結合；另一方面通過表達細胞溶解分子穿孔素和顆粒酶B，殺死被感染的細胞。相關研究證實其可作為限制病毒復制和疾病進展的潛在療法[28]。

2.3 通過阻斷糖原代謝途徑而阻止細胞因子風暴發(fā)生 巨噬細胞在介導細胞因子風暴過程中，發(fā)揮極其關鍵的作用，炎性巨噬細胞中糖原代謝處于活躍狀態(tài)，一方面利用糖原代謝維持巨噬細胞的存活，同時利用該代謝中間產物尿苷二磷酸葡萄糖(UDPG)作為核心信號分子引起巨噬細胞的炎性激活?；A研究發(fā)現(xiàn)通過調控糖原代謝，可以控制炎性細胞因子的釋放，進而抑制炎癥風暴發(fā)生，為新冠肺炎的治療提供新思路[29]。

2.4 激素治療 糖皮質激素具有抗炎、抗毒、抗過敏、抗休克的作用，可調節(jié)免疫活性和減輕各種重大疾病的炎癥[30]。一研究發(fā)現(xiàn)合理的使用糖皮質激素可以降低危重癥SARS患者的病死率，縮短住院時間，且不會引起繼發(fā)感染及其他并發(fā)癥[31]。最新版診療方案也提出針對重型、危重型患者，可根據(jù)患者呼吸困難程度、胸部影像學進展情況，酌情短期內使用小量糖皮質激素[32]。

2.5 血液凈化治療 血液凈化是通過體外循環(huán)技術，借助各種血液凈化裝置來清除血液中的病理性物質，從而達到凈化血液的目的。目前這一治療方法存在一定爭議，需要大量的臨床數(shù)據(jù)來進一步探索其合適的治療方案。

2.6 超免疫球蛋白治療 免疫球蛋白能中和抗原，阻斷吞噬細胞上的Fc受體，調節(jié)細胞因子反應及免疫細胞功能。一項對COVID-19危重癥患者進行回顧性分析指出IVIG治療可明顯改善COVID-19危重癥的生存率[33]，提示免疫球蛋白療法可能對重癥COVID-19起一定的治療作用

2.7 間充質干細胞治療 間充質干細胞(MSCs)目前是治療新冠肺炎的一個新方向。MSCs具有多向分化與自我更新能力,因其具有較強的抗炎能力可以抑制重癥患者體內的細胞因子風暴、調節(jié)機體免疫功能、減慢ARDS進程和降低肺部纖維化水平、增強組織損傷修復而被考慮應用于新冠肺炎患者的救治[34]。但供體及組織來源的不同、劑量療程等問題仍待更加嚴格的臨床試驗和更多的臨床數(shù)據(jù)來解決,以期獲得可靠的研究結論，進而應用于臨床。

2.8 恢復期患者血漿治療 研究發(fā)現(xiàn)，COVID-19患者恢復期血漿中可能存在針對2019-nCoV的特異性抗體。因此，輸注恢復期血漿可中和血液中的部分病原體以達到治療效果[35]。國內學者應用康復期血漿(抗體滴度≥1∶640)200 ml單次劑量治療重癥COVID-19患者，可使患者血漿抗體滴度迅速上升至1∶640以上，臨床癥狀癥狀明顯改善，血氧飽和度及氧合指數(shù)均顯著提升，各項炎癥反應實驗室指標趨于好轉，淋巴細胞計數(shù)升高[36]。但康復期血漿治療COVID-19的最佳劑量、應用時間仍需大規(guī)模臨床對照試驗進一步研究。

3 結 語

前新型冠狀病毒主要通過直接侵犯肺組織、抑制細胞免疫功能、免疫串擾、細胞凋亡、細胞代謝異常及炎癥風暴等方式導致COVID-19發(fā)病并使病情進一步加重。對新冠肺炎患者來講，針對上述發(fā)病機制涌現(xiàn)了抗病毒治療、抗細胞因子和免疫調節(jié)劑、通過阻斷糖原代謝途徑等新的療法，盡管治療藥物種類眾多，但目前仍未研制出特效藥和特效治療方法。因此，在對新冠肺炎的治療應當從發(fā)病機制出發(fā)，通過對導致新冠肺炎的相關因素進行分析，制定出最佳的治療方案。此外，由于導致病情嚴重程度的因素比較復雜，所以，在治療的過程中，應當在尊重患者個體差異的基礎上，施行個體化治療手段。目前最緊迫的任務是進一步研究發(fā)病機制，從而開發(fā)更多的干預措施，最終使這種嚴重的病毒感染得到有效控制。