新型冠狀病毒肺炎的病理機制及治療藥物研究進展

朱綺霞，劉青光，李紅霞,3

(西安交通大學第一附屬醫(yī)院：1.醫(yī)務部；2.肝膽外科；3.消化內(nèi)科，陜西西安 710061)

新型冠狀病毒肺炎(coronavirus disease 2019, COVID-19)，簡稱“新冠肺炎”，其病原體為嚴重急性呼吸綜合征冠狀病毒2(severe acute respiratory syndrome coronavirus 2, SARS-CoV-2)。截至目前，已報告確診患者292 142例，死亡12 784例，全球病死率約為4.38%，且確診病例數(shù)仍在不斷增加。

1 新型冠狀病毒的病原學特點

SARS-CoV-2屬于β冠狀病毒屬，包膜單股正鏈RNA病毒，顆粒呈大致球形或多形性，直徑80～120 nm，其核酸和核衣殼蛋白緊密包裝在病毒體中，多數(shù)病毒體外面有脂質(zhì)雙層膜[1]。膜表面存在棘突，棘突寬約7 nm，長約23 nm，棘突蛋白由S1和S2亞基兩部分組成，當S1亞基解離時，S2構象發(fā)生變化[1]。SARS-CoV-2已進化出兩種亞型：L亞型和S亞型，L亞型較S亞型更為普遍，且這兩種病毒亞型在地域及人群分布中的比例相差較大，L亞型可能比S亞型更具侵襲性且更易傳播擴散[2]。目前認為，蝙蝠可能為SARS-CoV-2的宿主，穿山甲為潛在中間宿主，穿山甲攜帶的Pangolin-CoV與SARS-CoV-2的基因相似度達91.02%[3]。該病毒已在患者鼻拭子、咽拭子、痰液、支氣管肺泡灌洗液、血液、糞便、尿液、淚液和結膜分泌物中被檢測到[4-6]，且鼻部的病毒載量高于咽喉部[7]。

2 新型冠狀病毒肺炎的病理機制

細胞受體血管緊張素轉換酶2(angiotensin converting enzyme 2, ACE2)和跨膜絲氨酸蛋白酶2(transmembrane serine proteinase 2, TMPRSS2)共表達是SARS-CoV-2進入宿主細胞的關鍵因素。SARS-CoV-2與嚴重急性呼吸綜合征冠狀病毒(SARS-CoV)具有79.5%的核苷酸同源性[8]，使用相同的細胞受體ACE2進入靶細胞，并利用TMPRSS2激活棘突蛋白[9]。冠狀病毒采用多亞基復制與轉錄機制，由一組非結構蛋白組裝而成，RNA依賴性RNA聚合酶可催化病毒RNA的合成，促進病毒的復制。另有研究發(fā)現(xiàn)，SARS-CoV-2棘突蛋白可與宿主細胞上的受體CD147結合，從而介導病毒入侵[10]。研究發(fā)現(xiàn)，COVID-19重癥患者體內(nèi)出現(xiàn)細胞因子風暴綜合征[11]，該綜合征可能是患者發(fā)展為急性呼吸窘迫綜合征(acute respiratory distress syndrome, ARDS)的重要因素，而ARDS與患者死亡相關[12]。SARS-CoV-2感染人體后，在體內(nèi)誘發(fā)細胞因子風暴，CD4+的T淋巴細胞被激活為病理性Th1細胞，并產(chǎn)生粒細胞-巨噬細胞集落刺激因子等細胞因子，進而誘導CD14+、CD16+的炎性單核細胞過度激活，高度表達白介素-6，加劇炎癥反應。部分患者可快速進展為ARDS和敗血性休克，引發(fā)多器官功能衰竭，導致急性死亡[13]。

SARS-CoV-2通過細胞受體ACE2進入靶細胞，ACE2在人體組織中的表達和分布決定了SARS-CoV-2可能的感染途徑和受累器官。研究發(fā)現(xiàn)，人體肺、氣管、食道、回腸、結腸、肝臟、胰腺、心臟、腎臟、膀胱、睪丸均有ACE2表達，這提示SARS-CoV-2可能侵襲呼吸、消化、循環(huán)、泌尿和生殖等系統(tǒng)。

2.1 呼吸系統(tǒng)研究發(fā)現(xiàn)，Ⅱ型肺泡細胞(type Ⅱ alveolar cell, AT2)可表達高水平ACE2，AT2還可高度表達與病毒繁殖和傳播密切相關的基因[14]，提示SARS-CoV-2可能引起大量AT2受損，進而誘導肺炎。ACE2還可少量表達于Ⅰ型肺泡細胞、支氣管上皮細胞、成纖維細胞、內(nèi)皮細胞和巨噬細胞[14]。此外，ACE2可在鼻黏膜上皮細胞中表達，其表達水平與AT2相當[7]。COVID-19病理觀察結果提示，COVID-19主要引起以深部氣道和肺泡損傷為特征的炎性反應，從而導致進行性呼吸衰竭[15]。另有組織學檢查顯示，雙肺彌漫性肺泡損傷伴細胞纖維黏液樣滲出，均有透明膜形成，可見到以淋巴細胞為主的間質(zhì)性單核細胞炎性浸潤，肺泡內(nèi)腔中出現(xiàn)多核巨細胞，表現(xiàn)出病毒感染引起的細胞病理變化[16]。

2.2 消化系統(tǒng)研究發(fā)現(xiàn)，ACE2在食管上皮細胞、回腸和結腸吸收性腸上皮細胞中高度表達，且ACE2在回腸和結腸部位的表達水平高于肺和食管[17]。吸收性腸上皮細胞被病毒侵襲破壞后，引起吸收不良、腸分泌不平衡、腸神經(jīng)系統(tǒng)激活導致患者腹瀉，這提示COVID-19患者出現(xiàn)的消化道癥狀可能與表達ACE2的腸上皮細胞受到侵襲有關[17-18]。ACE2在膽管細胞中顯著表達，表明COVID-19可能直接與ACE2陽性的膽管細胞結合，從而導致肝功能異常[19]。FAN等[20]發(fā)現(xiàn)，50.7%的COVID-19患者表現(xiàn)出不同程度的肝功能損害，在重癥患者中肝損害更為常見，主要表現(xiàn)為乳酸脫氫酶(LDH)、谷草轉氨酶(AST)等升高。肝活檢標本顯示中度微血管脂肪變性、輕度肝小葉活動性炎癥[16]。ACE2可在胰腺外分泌腺和胰島組織中表達，COVID-19重癥患者存在輕度胰腺損傷的現(xiàn)象，主要表現(xiàn)為胰腺局灶性腫大或胰管擴張，16.41%的重癥患者淀粉酶和脂肪酶水平升高，7.46%的重癥患者胰腺影像學發(fā)生改變[21]。

2.3 循環(huán)系統(tǒng)研究發(fā)現(xiàn)，血管內(nèi)皮細胞、動脈平滑肌細胞、心肌細胞可表達ACE2，這提示當病毒存在于血液中或出現(xiàn)毒血癥時，心臟存在被SARS-CoV-2感染的高風險[17]。

2.4 泌尿系統(tǒng)研究發(fā)現(xiàn)，腎近端小管上皮細胞、膀胱尿路上皮細胞可高表達ACE2[17]。DIAO等[22]研究發(fā)現(xiàn)，27.06%的COVID-19患者出現(xiàn)急性腎衰竭，并通過免疫組織化學檢測到SARS-CoV-2病毒核殼蛋白抗原在腎小管中積累，這可能是導致急性腎小管損傷的原因。另有研究認為，急性腎損傷可能與病毒的直接作用、缺氧和休克有關[23]。

2.5 生殖系統(tǒng)WANG等[24]發(fā)現(xiàn)，ACE2在精原細胞、支持細胞及間質(zhì)細胞中特異表達，并且ACE2陽性的細胞表達了更多的與病毒復制和傳播相關的基因，較少表達與精子發(fā)生相關的基因，這提示睪丸可能被SARS-CoV-2感染，從而造成男性生殖功能障礙。

2.6 神經(jīng)系統(tǒng)MAO等[25]發(fā)現(xiàn)，重癥患者存在神經(jīng)系統(tǒng)癥狀，表現(xiàn)為急性腦血管疾病、意識障礙和骨骼肌損傷，提示SARS-COV-2可能通過血源性或逆行性神經(jīng)元途徑進入中樞神經(jīng)系統(tǒng)，或因病毒感染介導的有害免疫反應導致的神經(jīng)系統(tǒng)受損。

3 新型冠狀病毒肺炎的臨床表現(xiàn)

多數(shù)患者具有發(fā)熱、咳嗽、肌肉酸痛或乏力、惡心、嘔吐和腹瀉癥狀。重癥患者存在輕度胰腺炎[21]，還可發(fā)生細菌和真菌的合并感染[26]。多數(shù)危重患者出現(xiàn)器官功能受損，表現(xiàn)為ARDS、急性腎損傷、心臟損傷、肝功能不全、氣胸[27]。研究發(fā)現(xiàn)，高齡、中性粒細胞增多、器官與凝血功能障礙、合并癥是COVID-19成年患者的死亡危險因素[12,28]。兒童患者癥狀較輕，最常見的癥狀是發(fā)熱、咳嗽和咽部紅斑，約15.8%的兒童患者為無癥狀感染[29]。多數(shù)患者淋巴細胞減少，這可能是因為病毒消耗了大量免疫細胞，并抑制了人體的細胞免疫功能，T淋巴細胞的損傷是導致患者病情惡化的重要因素[26]。絕大多數(shù)患者出現(xiàn)肺部CT異常[30]，主要表現(xiàn)為毛玻璃樣混濁或雙側斑片狀陰影。COVID-19患者的常見并發(fā)癥包括膿毒癥、ARDS、心力衰竭、休克等[23,28]。此外，COVID-19患者使用機械通氣會加重肺泡細胞的損傷，肺泡細胞損傷后，組織中釋放轉化生長因子-β，促進肺部修復，而病毒感染常導致該通路過度活化，從而導致肺纖維化的發(fā)生，故肺纖維化可能是COVID-19患者的并發(fā)癥之一[30]。

4 新型冠狀病毒肺炎的治療藥物

COVID-19已在全球范圍內(nèi)廣泛傳播，但目前對COVID-19患者以支持治療和對癥治療為主，尚無特異性治療藥物。

4.1 現(xiàn)有藥物對SARS-CoV-2的潛在抑制作用多項研究對現(xiàn)有藥物的抗病毒作用進行了評估與研究。通過評估利巴韋林、噴昔洛韋、硝唑胺、萘莫司他、氯喹、瑞德西韋、法維吡韋和洛匹那韋對SARS-CoV-2的體外抑制作用發(fā)現(xiàn)，氯喹、瑞德西韋、洛匹那韋在體外對SARS-CoV-2具有很好的控制作用[31-32]。氯喹可通過提高病毒與細胞融合所需細胞內(nèi)環(huán)境pH值，以及改變冠狀病毒細胞受體的糖基化修飾發(fā)揮抗病毒作用，已用于COVID-19的臨床治療[33]。羥氯喹的安全性優(yōu)于氯喹，一項針對羥氯喹的臨床試驗研究結果表明，羥氯喹與阿奇霉素聯(lián)用治療組鼻咽拭子病毒轉陰率為100%，同時研究者建議在口服的基礎上，可將羥氯喹做成口鼻噴霧劑使用[34]。瑞德西韋可通過作用于RNA依賴性RNA聚合酶阻斷病毒RNA的合成[35]，但需通過臨床試驗驗證其療效。洛匹那韋是一種人類免疫缺陷病毒1型感染的蛋白酶抑制劑，洛匹那韋與利托那韋合用，可延長血漿半衰期。一項隨機對照試驗結果提示，口服洛匹那韋-利托那韋對重癥患者無明顯療效[36]。法維吡韋是一種RNA依賴性RNA聚合酶抑制劑，為廣譜抗流感病毒藥物，阿比多爾是一種治療流感的抗病毒藥物。以未經(jīng)抗病毒治療的普通患者為研究對象的一項多中心隨機對照試驗發(fā)現(xiàn)，法維吡韋的7日臨床治愈率高于阿比多爾，并可有效降低發(fā)熱及咳嗽的發(fā)生率，法維吡韋可作為治療普通患者的首選藥物[32]。巴瑞替尼是一種酪氨酸蛋白激酶抑制劑，可能通過抑制蛋白激酶來阻斷病毒進入及細胞內(nèi)病毒顆粒組裝[37]。

4.2 廣譜抗病毒藥物XIONG等[38]發(fā)現(xiàn)，二氫乳清酸脫氫酶抑制劑來氟米特和特立氟胺可通過干擾病毒復制和免疫調(diào)節(jié)兩種途徑發(fā)揮廣譜抗病毒作用，并設計候選藥物S312和S416，S416細胞試驗的抗病毒作用比氯喹的活性強60余倍，比瑞德西韋強45倍，是目前已報道的體外抑制活性最強的候選化合物。SHEAHAN等[39]發(fā)現(xiàn)，核苷酸類似物β-D-N4-羥基胞嘧啶核苷可通過誘導目標病毒產(chǎn)生錯誤突變而發(fā)揮廣譜抗病毒作用。氯硝柳胺是一種抗蠕蟲藥，具有廣譜抗病毒作用，在體外對SARS-CoV-2具有非常強的抗病毒活性；環(huán)索奈德用于治療哮喘和變應性鼻炎，可通過作用于病毒核酸內(nèi)切酶發(fā)揮抗病毒活性[40]。

4.3 特異性治療藥物通過識別SARS-CoV-2感染、復制等過程中的關鍵靶點，可用于設計并開發(fā)特異性藥物。ZHANG等[41]合成針對SARS-CoV-2棘突蛋白的多肽粘合劑，該多肽粘合劑通過與受體結構域結合，從而阻止病毒與ACE2相互作用?？笴D147人源化抗體美珀珠單抗可競爭性抑制棘突蛋白與CD147的結合，阻斷病毒入侵宿主細胞[10]。SARS-CoV-2的S2亞基在介導病毒與宿主細胞融合并進入宿主細胞的過程中發(fā)揮關鍵作用，多肽融合抑制劑EK1以S2亞基HR1結構域為作用靶點，防止病毒感染[42]。SARS-CoV-2主蛋白酶在病毒翻譯過程中起重要作用，ZHANG等[43]開發(fā)了其抑制劑α-酮酰胺，動物藥代動力學特征顯示出明顯的肺部傾向性和通過吸入途徑給藥的適應性。CHIEN等[44]證明了活性三磷酸形式的索非布韋、阿洛夫定、齊多夫、替諾福韋艾拉酚胺等核苷酸類似物，能與RNA依賴性RNA聚合酶結合，抑制酶活性，從而阻斷核酸延伸和病毒復制，提示核苷酸類似物可作為SARS-CoV-2的潛在治療藥物。

4.4 其他可能有效的治療藥物ZHOU等[13]提出識別和治療過度炎癥，如使用靶向粒細胞-巨噬細胞集落刺激因子或白介素-6的抗體阻斷炎癥因子風暴，可改善患者預后。Kevzara是一種白介素-6的受體阻滯劑，通過靶向結合受體可抑制該受體介導的炎性信號，從而發(fā)揮抗病毒作用。對于高炎癥反應的危重患者，可選擇類固醇、免疫球蛋白、選擇性細胞因子阻滯劑和酪氨酸激酶抑制劑進行治療[11-12]。LIN等[45]提出，靜脈注射免疫球蛋白聯(lián)合低分子肝素抗凝治療是治療COVID-19重癥及危重患者的重要策略之一，并建議在出現(xiàn)淋巴細胞明顯減少、炎癥因子廣泛升高、凝血指標異常時使用該治療方法。

5 小 結

COVID-19疫情已構成全球大流行，且由于病毒的變異性，存在許多不確定和未知因素。SARS-CoV-2是一種新型病原體，目前尚未完全了解其病理機制，但通過臨床實踐和相關研究，已篩選出一些具有潛在療效的治療藥物，并已開展臨床試驗評估其療效。同時，多項研究提出SARS-CoV-2感染和復制等過程涉及的關鍵靶點，針對關鍵靶點開發(fā)特異性治療藥物的相關研究也在進行當中。隨著對病毒結構的不斷解析，以及對致病機制認識的不斷深入，這將進一步促進特異性藥物的研發(fā)工作，進而用于患者治療，阻止SARS-CoV-2的感染與傳播。