2019冠狀病毒病重癥化的免疫炎癥機(jī)制與臨床干預(yù)策略

宋枚芳，申 川(綜述)，王亞東，趙彩彥(審校)

(河北醫(yī)科大學(xué)第三醫(yī)院感染內(nèi)科，河北 石家莊 050051)

自2019年12月以來，由嚴(yán)重急性呼吸綜合征冠狀病毒2(severe acute respiratory syndrome coronavirus 2,SARS-CoV-2)感染所致的2019冠狀病毒病(corona virus disease-19,COVID-19)在全球迅速蔓延。COVID-19患者根據(jù)臨床表現(xiàn)分為輕型、普通型、重型和危重型，死亡病例多來自重型與危重型。由病毒誘發(fā)機(jī)體失控性免疫應(yīng)答所致的細(xì)胞因子風(fēng)暴相關(guān)的炎癥反應(yīng)是患者重癥化的主要機(jī)制。在目前還沒有針對(duì)COVID-19特效藥物的情況下，闡明失控性免疫炎癥反應(yīng)發(fā)生的分子機(jī)制有助于尋找臨床干預(yù)措施的靶點(diǎn)，為防控COVID-19重癥化、降低病死率發(fā)揮積極作用。現(xiàn)將免疫炎癥反應(yīng)在COVID-19中的作用以及相應(yīng)的臨床干預(yù)措施作一綜述。

1 SARS-CoV-2及其受體

冠狀病毒是包膜單股正鏈RNA病毒，主要由刺突蛋白(spike protein,S)、包膜蛋白(envelope protein，E)、核衣殼蛋白(nucleoprotein,N)和膜蛋白(membrane protein,M)構(gòu)成，包括α、β、γ和δ四個(gè)屬，其中冠狀病毒的β屬可引起嚴(yán)重的疾病甚至死亡。SARS-CoV-2與嚴(yán)重急性呼吸綜合征冠狀病毒(severe acute respiratory syndrome coronavirus,SARS-CoV)、中東呼吸道病毒綜合征冠狀病毒(middle east respiratory syndrome coronavirus,MERS-CoV)均屬于冠狀病毒的β屬并具有一定的相似性。SARS-CoV-2通過呼吸道飛沫和密切接觸傳播，比SARS-CoV和MERS-CoV毒力弱，但具更強(qiáng)的傳播性[1]。遺傳序列分析顯示SARS-CoV-2與SARS-CoV和MERS-CoV分別有約79%和50%的核苷酸同源性[2]。SARS-CoV-2與SARS-CoV均利用S蛋白與血管緊張素轉(zhuǎn)化酶2(angiotensin-converting enzyme 2,ACE2)結(jié)合進(jìn)入宿主細(xì)胞，且SARS-CoV-2與ACE2的親和力是SARS-CoV的10～20倍[3]。83% ACE2受體表達(dá)于肺泡Ⅱ型上皮細(xì)胞。其次，在食道上皮細(xì)胞、回腸和結(jié)腸上皮細(xì)胞、心肌細(xì)胞、膽管細(xì)胞、腎近端小管細(xì)胞和膀胱上皮細(xì)胞等也存在ACE2的高度表達(dá)[4]。

2 COVID-19重癥化的表現(xiàn)與機(jī)制

COVID-19患者中輕癥者居多，表現(xiàn)為急性呼吸道感染或輕癥肺炎，早期癥狀表現(xiàn)為發(fā)熱、干咳及乏力，胸部影像學(xué)為雙肺多發(fā)小斑片影及間質(zhì)改變，以肺外帶明顯。Tian等[5]對(duì)2例患有肺腺癌的患者進(jìn)行肺葉切除時(shí)發(fā)現(xiàn)其曾患有COVID-19，肺部病理表現(xiàn)為水腫、蛋白滲出及間質(zhì)增厚，肺泡腔內(nèi)被少量炎性細(xì)胞浸潤(rùn)，透明膜形成不明顯，此病理表現(xiàn)可能是COVID-19肺部受累的早期階段。隨著疾病的進(jìn)展，COVID-19患者可出現(xiàn)呼吸困難和(或)低氧血癥，更為嚴(yán)重者可快速進(jìn)展為急性呼吸窘迫綜合征(acute respiratory distress syndrome,ARDS)、難以糾正的代謝性酸中毒、膿毒癥休克、凝血功能障礙和多器官功能衰竭等。COVID-19死亡患者的肺臟可見雙肺彌漫性肺泡損傷、透明膜形成等提示存在ARDS[6]。Li等[7]對(duì)83例COVID-19患者進(jìn)行回顧性研究發(fā)現(xiàn)，重癥COVID-19的典型胸部CT表現(xiàn)為實(shí)變影、鋪路石征、線性混濁和支氣管壁增厚。姚小紅等[8]對(duì)3例COVID-19死亡患者進(jìn)行肺臟、心臟、肝臟等多器官微創(chuàng)尸檢發(fā)現(xiàn)肺間質(zhì)纖維化、單核和巨噬細(xì)胞浸潤(rùn)及微血管內(nèi)透明血栓，其他器官受到不同程度的累及，表現(xiàn)為實(shí)質(zhì)細(xì)胞的變性、壞死和小血管內(nèi)透明血栓。這些證據(jù)均提示免疫炎癥反應(yīng)在COVID-19病情進(jìn)展中發(fā)揮著重要的作用。

2.1細(xì)胞因子風(fēng)暴 細(xì)胞因子風(fēng)暴是一種失控性炎癥反應(yīng)，表現(xiàn)為促炎細(xì)胞因子的過度釋放，引起ARDS和多臟器功能衰竭。COVID-19患者均存在不同程度的免疫失調(diào)，而失控性免疫應(yīng)答引發(fā)細(xì)胞因子風(fēng)暴相關(guān)的炎癥反應(yīng)是COVID-19患者重癥化的主要原因。Huang等[9]研究發(fā)現(xiàn)，入住重癥監(jiān)護(hù)病房(intensive care unit，ICU)的COVID-19患者白細(xì)胞介素(interleukin，IL)-2、IL-7、IL-10、干擾素誘導(dǎo)蛋白10(interferon-inducible protein-10，IP10)、腫瘤壞死因子α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)、粒細(xì)胞集落刺激因子(granulocyte colony-stimulating factor,GCSF)、單核細(xì)胞趨化蛋白1(monocyte chemoattractant protein-1,MCP-1)、巨噬細(xì)胞炎癥蛋白1A(macrophage inflammatory protein-1A,MIP-1A)的血漿濃度高于非ICU患者。Diao等[10]對(duì)重癥COVID-19患者研究發(fā)現(xiàn)IL-6和TNF-α水平明顯升高。Ruan等[11]對(duì)150例確診COVID-19病例的回顧性、多中心研究發(fā)現(xiàn)，死亡患者的C反應(yīng)蛋白與IL-6水平高于出院患者，這表明由病毒引起的過度炎癥與COVID-19患者的死亡密切相關(guān)。一項(xiàng)薈萃分析顯示，重癥COVID-19患者的IL-6水平與非重癥患者相比顯著升高，這說明IL-6可作為一項(xiàng)COVID-19疾病進(jìn)展的潛在標(biāo)志物[12]。COVID-19死亡患者尸檢發(fā)現(xiàn)彌漫性肺泡損傷、單核巨噬細(xì)胞浸潤(rùn)、肺間質(zhì)纖維化和多臟器實(shí)質(zhì)細(xì)胞受損等[8]進(jìn)一步佐證了細(xì)胞因子風(fēng)暴的存在。

2.1.1促炎T淋巴細(xì)胞激活 細(xì)胞因子風(fēng)暴的形成促使T淋巴細(xì)胞的分化及活性發(fā)生變化，T淋巴細(xì)胞的損傷是COVID-19患者病情惡化的原因之一。COVID-19患者CD4+T細(xì)胞、CD8+T細(xì)胞減少，但是發(fā)揮促炎作用的Th17型CD4+T細(xì)胞增加。Xu等[6]研究發(fā)現(xiàn)，COVID-19死亡患者外周血中高度促炎的CCR6+Th17細(xì)胞數(shù)量顯著增加，進(jìn)一步證明了Th17型細(xì)胞因子風(fēng)暴的存在。Th17細(xì)胞產(chǎn)生的IL-17可促進(jìn)炎性因子IL-1β、IL-6、TNF-a的產(chǎn)生，具有廣泛的促炎作用。COVID-19患者的IL-1β、γ-干擾素(interferon-γ,IFN-γ)、IP-10、MCP-1等細(xì)胞因子的大量釋放也可能導(dǎo)致Th1細(xì)胞激活，Th1細(xì)胞激活后可分泌IL-2、IFN-γ、IFN-α、腫瘤壞死因子β(tumor necrosis factor-β,TNF-β)等[9]。Th1的激活還可誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞向M1方向極化，引起炎性因子如IL-1β、IL-6、IL-18、IL-12、IL-23、TNF-α和趨化因子配體1-3(CXC chemokine ligand 1-3，CXCL1-3)、CXCL5、CXCL8-10、CXCL16、C-C趨化因子配體(C-C chemokine ligand,CCL)11、CCL2-5和CX3趨化因子配體(CX3 chemokine ligand,CX3CL)等的分泌而發(fā)揮促炎作用。研究表明，COVID-19患者體內(nèi)抑制炎癥反應(yīng)的IL-4和IL-10細(xì)胞因子水平增加[13]，其發(fā)生機(jī)制可能與病毒持續(xù)存在時(shí)，T細(xì)胞逐漸失去效應(yīng)能力呈細(xì)胞耗竭狀態(tài)相關(guān)[14]，具體機(jī)制有待進(jìn)一步證實(shí)。

2.1.2抗體依賴性增強(qiáng)(antibody dependent enhancement,ADE) ADE的作用機(jī)制研究較多，宿主細(xì)胞表面的抗體Fc受體(Fc receptor，F(xiàn)cR)、補(bǔ)體受體等均可介導(dǎo)ADE作用。結(jié)合病毒的抗體Fc段可與某些表面表達(dá)FcR的細(xì)胞結(jié)合而介導(dǎo)病毒進(jìn)入，使病毒在細(xì)胞內(nèi)持續(xù)復(fù)制，不僅能引起機(jī)體的二次應(yīng)答反應(yīng)，還可產(chǎn)生細(xì)胞因子風(fēng)暴加重病情。ADE的發(fā)生及相關(guān)的炎癥反應(yīng)與抗體的特異性、濃度、親和力和種型等因素有關(guān)?？共《局泻涂贵w引起的炎癥反應(yīng)是COVID-19發(fā)生嚴(yán)重肺部炎癥的可能機(jī)制。高抗體效價(jià)被認(rèn)為是嚴(yán)重疾病的危險(xiǎn)因素，在某些患者中可能具有負(fù)面作用。一項(xiàng)關(guān)于173例COVID-19患者的分析報(bào)道顯示，合并嚴(yán)重疾病的患者具有更高的IgG反應(yīng)和總抗體滴度[15]。這提示SARS-CoV-2感染機(jī)體后可能存在ADE，但尚無確鑿的證據(jù)，仍需進(jìn)一步探索。

2.1.3固有免疫激活 SARS-CoV-2進(jìn)入機(jī)體后，固有免疫作為機(jī)體的第一道防線，可通過模式識(shí)別受體對(duì)病毒RNA進(jìn)行識(shí)別并誘導(dǎo)Ⅰ型干擾素(type Ⅰ interferon,IFN-Ⅰ)產(chǎn)生。IFN-Ⅰ型干擾素包括IFN-α和IFN-β等，可在感染的早期抑制病毒復(fù)制，并在誘導(dǎo)機(jī)體適應(yīng)性免疫應(yīng)答中發(fā)揮重要作用。SARS-CoV-2的S蛋白與細(xì)胞ACE2受體結(jié)合后引發(fā)免疫反應(yīng)，產(chǎn)生炎性細(xì)胞因子并抑制IFN反應(yīng)，這可能是病毒早期復(fù)制失控的原因之一。病毒的持續(xù)復(fù)制使IFN-I產(chǎn)生增多，引發(fā)巨噬細(xì)胞及中性粒細(xì)胞的大量涌入。Wang等[16]對(duì)138例COVID-19患者研究發(fā)現(xiàn)，重癥患者中性粒細(xì)胞數(shù)量異常增多。巨噬細(xì)胞及中性粒細(xì)胞啟動(dòng)肺部早期炎癥使肺上皮-內(nèi)皮屏障功能受損，嚴(yán)重時(shí)大量炎癥介質(zhì)及細(xì)胞因子釋放引發(fā)ARDS。

2.2凝血功能紊亂 COVID-19重癥患者幾乎均存在凝血功能障礙[9]。COVID-19重癥患者血小板降低、凝血酶原時(shí)間延長(zhǎng)、纖維蛋白降解產(chǎn)物及D-二聚體升高提示凝血系統(tǒng)與纖溶系統(tǒng)失衡，對(duì)COVID-19死亡患者尸檢發(fā)現(xiàn)多臟器小血管內(nèi)透明血栓提示患者發(fā)生彌散性血管內(nèi)凝血[8]。同時(shí)，凝血功能障礙的出現(xiàn)及糾正是影響重癥患者轉(zhuǎn)歸的獨(dú)立危險(xiǎn)因素[9]。細(xì)胞因子風(fēng)暴引起IL-1β、IL-6、IL-8和TNF-α產(chǎn)生增加而促進(jìn)凝血過程，是重癥患者凝血功能障礙的主要原因。炎性因子大量產(chǎn)生損傷血管內(nèi)皮細(xì)胞，致使中性粒細(xì)胞、單核巨噬細(xì)胞和血小板表達(dá)并釋放組織因子(tissue factor,TF)，TF進(jìn)入血液后通過一系列途徑最終使凝血酶原轉(zhuǎn)化為凝血酶。凝血酶不僅在血栓形成中發(fā)揮著重要的作用，還可促進(jìn)中性粒細(xì)胞釋放蛋白酶及活性氧加重內(nèi)皮損傷，刺激血小板釋放CD40配體，進(jìn)而使IL-6和IL-8合成增加而加重炎癥反應(yīng)，如此形成一個(gè)惡性循環(huán)。由此可見，細(xì)胞因子風(fēng)暴使COVID-19患者的凝血過程向促凝方向轉(zhuǎn)化，導(dǎo)致血栓形成甚至威脅患者生命。SARS-CoV-2誘發(fā)免疫功能失調(diào)致凝血功能紊亂的分子機(jī)制還需要更為深入的基礎(chǔ)和病理學(xué)研究。

3 免疫炎癥機(jī)制對(duì)臨床干預(yù)措施的啟發(fā)

目前對(duì)于COVID-19的治療無特效的藥物，最好的防控策略是早發(fā)現(xiàn)、早隔離、早報(bào)告和早治療。在治療過程中應(yīng)掌握其重癥化的機(jī)制、預(yù)警表現(xiàn)與關(guān)口前移、防止重癥化、及早治療，降低病死率。

3.1抗炎藥 糖皮質(zhì)激素抑制促炎細(xì)胞因子的產(chǎn)生而發(fā)揮強(qiáng)大的抗炎作用。但是，目前COVID-19患者對(duì)于是否應(yīng)用糖皮質(zhì)激素治療存在爭(zhēng)議。趙建平等[17]認(rèn)為對(duì)于重癥COVID-19患者的治療可試用中小劑量及短療程的激素。但由于激素的應(yīng)用會(huì)抑制機(jī)體免疫反應(yīng)，不僅影響病毒清除甚至還會(huì)出現(xiàn)一些相關(guān)的并發(fā)癥，故一部分研究者對(duì)應(yīng)用糖皮質(zhì)激素持否定態(tài)度。目前的關(guān)鍵是選擇合適的患者、尋找能夠有效指導(dǎo)患者應(yīng)用糖皮質(zhì)激素的生物學(xué)標(biāo)記物。阿那白滯素是一種IL-1受體拮抗劑，可阻斷促炎細(xì)胞因子IL-1α和IL-1β的活性。一項(xiàng)回顧性隊(duì)列研究發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用阿那白滯素可改善呼吸功能并提高COVID-19患者的存活率[18]。JAK抑制劑不僅可以抑制炎性細(xì)胞因子，還有利于機(jī)體抵抗病毒的侵襲。魯索替尼是JAK1/2抑制劑，研究發(fā)現(xiàn)接受其治療的COVID-19重癥患者臨床癥狀改善，且體內(nèi)的IL-6、IL-12、MIP-1α、MIP-1β、神經(jīng)生長(zhǎng)因子β、巨噬細(xì)胞遷移抑制因子和血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子的水平明顯降低[19]。

3.2免疫抑制劑 托珠單抗(tocilizumab,TCZ)抑制免疫功能，阻斷IL-6和粒細(xì)胞-巨噬細(xì)胞集落刺激因子的信號(hào)傳導(dǎo)途徑進(jìn)而減少炎癥反應(yīng)。目前TCZ廣泛用于治療自身免疫性疾病，包括類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎、成人斯蒂爾氏病和大血管炎。COVID-19患者可使用TCZ預(yù)防或治療細(xì)胞因子風(fēng)暴。Luo等[20]選取了15例COVID-19患者，給予TCZ治療后患者C反應(yīng)蛋白、IL-6指標(biāo)均低于治療前水平。一項(xiàng)回顧性病例對(duì)照研究表明，TCZ可減少COVID-19重癥患者的ICU入院次數(shù)和(或)病死率[21]。然而，應(yīng)用TCZ治療的過程中還應(yīng)注意由此引發(fā)的嚴(yán)重感染、血小板減少、中性粒細(xì)胞減少和肝損害。

3.3免疫增強(qiáng)劑 靜脈注射免疫球蛋白(intravenous immunoglobulin,IVIG)可提高機(jī)體防御能力，阻斷與靶細(xì)胞相關(guān)的受體，防止病原體進(jìn)一步破壞靶細(xì)胞。此外，IVIG還可影響淋巴細(xì)胞的分化與成熟，抑制炎性因子的產(chǎn)生而減輕炎癥損傷。重癥患者易存在ARDS或細(xì)胞因子風(fēng)暴，大劑量的IVIG應(yīng)用可能作為防止肺部炎癥進(jìn)一步惡化的有效方法。一項(xiàng)對(duì)1 099例COVID-19患者研究發(fā)現(xiàn)其IVIG使用率達(dá)13.1%，重癥患者使用率為33.5%[22]。一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，進(jìn)入ICU后48 h內(nèi)啟動(dòng)IVIG可以減少機(jī)械通氣的時(shí)間，提高患者的有效治療水平[23]。早期開始IVIG治療和大劑量輸注可以使COVID-19患者受益。因此，IVIG可作為治療COVID-19一種安全而有效的藥物。

3.4抗凝治療 Lin等[24]認(rèn)為IVIG聯(lián)合低分子肝素抗凝是重癥患者治療的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。若患者出現(xiàn)淋巴細(xì)胞明顯減少、炎癥因子異常升高及凝血指標(biāo)異常(尤其是D-二聚體出現(xiàn)4倍升高)時(shí)，應(yīng)啟動(dòng)IVIG和抗凝治療。同時(shí)，對(duì)于D-二聚體明顯增高且無抗凝禁忌證者，建議預(yù)防性使用抗凝藥物。Yin等[25]研究發(fā)現(xiàn)在D-二聚體>3.0 mg/L的重癥COVID-19患者中，肝素使用者的28 d病死率(32.8%)低于非使用者(52.4%)。應(yīng)密切關(guān)注重癥COVID-19患者的高凝狀態(tài)，若無禁忌應(yīng)考慮對(duì)其進(jìn)行抗凝治療，同時(shí)在抗凝治療期間還需警惕出血問題。

3.5其他 血液凈化是通過建立血液通道，利用血漿置換、吸附、濾過、透析等原理達(dá)到凈化血液的一種治療方式，可以有效清除炎性細(xì)胞因子、阻斷細(xì)胞因子風(fēng)暴和維持水電解質(zhì)等內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定。有研究表明，應(yīng)用血漿置換可以降低COVID-19重型患者的炎癥因子水平，表現(xiàn)為C反應(yīng)蛋白和IL-6水平顯著下降[26]。Zhang等[27]認(rèn)為人工肝血液凈化系統(tǒng)作為針對(duì)炎性因子風(fēng)暴的療法，在降低重癥COVID-19患者的病死率方面具有良好的潛力。間充質(zhì)干細(xì)胞(mesenchymal stem cells,MSC)具有分化為多種組織細(xì)胞的潛能，具有抗炎和抗凋亡的作用，可對(duì)損傷的組織進(jìn)行修復(fù)，為COVID-19患者的臨床治療提出新思路。Leng等[28]在7例COVID-19患者中進(jìn)行MSC靜脈移植的臨床實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)患者TNF-α水平顯著降低，而IL-10水平升高，這不僅有效規(guī)避了炎性因子風(fēng)暴，還顯著改善了重癥患者的預(yù)后。目前關(guān)于MSC治療COVID-19的臨床研究相繼開展，其有效性和安全性有待進(jìn)一步探索。

4 總結(jié)與展望

免疫炎癥反應(yīng)在COVID-19重癥化的作用機(jī)制尚未完全闡明，仍需未來進(jìn)一步研究。當(dāng)前COVID-19已呈全球大流行，探究其有效的治療策略已刻不容緩。針對(duì)免疫炎癥機(jī)制的闡明所采取的相應(yīng)干預(yù)措施有待進(jìn)一步臨床研究證實(shí)其安全性與有效性。COVID-19的最終控制有待于疫苗的應(yīng)用、有效的抗病毒藥物與積極的調(diào)控炎癥反應(yīng)來實(shí)現(xiàn)。