新型冠狀病毒與胞外誘捕網(wǎng)的研究進(jìn)展

柳元慧，陳瑤，陸玉霞，宋康，孫靜（通信作者）

蘇州衛(wèi)生職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)教研室 （江蘇蘇州 315000）

2019年12月至今3年多的時(shí)間，每個(gè)人的生產(chǎn)生活都或多或少地被新型冠狀病毒改變。新型冠狀病毒因在電鏡下形似王冠而得名。作為一種呼吸道病毒，新型冠狀病毒可引起以呼吸系統(tǒng)為主的各系統(tǒng)疾病，嚴(yán)重者會(huì)出現(xiàn)呼吸困難、呼吸窘迫及多臟器功能衰竭。新型冠狀病毒本身具有非常強(qiáng)的傳染性，又因其極易變異，預(yù)防和治療變難度極大。胞外誘捕網(wǎng)是機(jī)體固有免疫的重要組成部分，不管是病原菌入侵時(shí)最先發(fā)揮作用的中性粒細(xì)胞，還是單核巨噬細(xì)胞，均可以產(chǎn)生胞外誘捕網(wǎng)。新型冠狀病毒入侵后，胞外誘捕網(wǎng)發(fā)揮重要作用，但其對機(jī)體而言并不友好。新型冠狀病毒與胞外誘捕網(wǎng)之間到底如何相互作用，本研究將逐一闡述。

1 胞外誘捕網(wǎng)

1.1 胞外誘捕網(wǎng)的發(fā)現(xiàn)與發(fā)展

2004年，Brinkmann 等[1]首次發(fā)現(xiàn)，在被金黃色葡萄球菌、鼠傷寒沙門菌、痢疾志賀菌及其產(chǎn)物刺激后，中性粒細(xì)胞活化并伸出由DNA 纏繞為骨架的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。該網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中有瓜氨酸化組蛋白3（citrullinated histone 3，CitH3）、髓過氧化物酶（myeloperoxidase，MPO）和中性粒細(xì)胞彈性蛋白酶（neutrophil elastase，NE）等物質(zhì)黏附并可殺傷病原生物，Brinkmann 等[1]將此結(jié)構(gòu)命名為中性粒細(xì)胞胞外誘捕網(wǎng)（neutrophil extracellular traps，NETs）。胞外誘捕網(wǎng)的發(fā)現(xiàn)打破了學(xué)者們對于中性粒細(xì)胞僅通過吞噬作用清除細(xì)菌的固有認(rèn)知。隨著研究的不斷深入，后續(xù)越來越多的證據(jù)表明，多種細(xì)菌、病毒、細(xì)胞因子均可促進(jìn)各種類型的細(xì)胞產(chǎn)生胞外誘捕網(wǎng)[2-3]。起初，人們認(rèn)為胞外誘捕網(wǎng)僅在對抗入侵微生物的固有免疫中發(fā)揮作用，即其可以殺死病原體或阻止病原體在宿主內(nèi)傳播，但后續(xù)的研究發(fā)現(xiàn)胞外誘捕網(wǎng)在自身免疫性疾病、腫瘤、糖尿病及心血管疾病中均發(fā)揮重要作用[4-5]，大量產(chǎn)生的胞外誘捕網(wǎng)也可能造成局部或系統(tǒng)損傷。胞外誘捕網(wǎng)的首次發(fā)現(xiàn)與細(xì)菌相關(guān)，二者的相互作用也一直是臨床研究的熱點(diǎn)，而胞外誘捕網(wǎng)與病毒相互作用的研究相對較少，新型冠狀病毒疫情的暴發(fā)揭開了胞外誘捕網(wǎng)與病毒之間存在密切聯(lián)系的序幕。

1.2 胞外誘捕網(wǎng)的產(chǎn)生機(jī)制

胞外誘捕網(wǎng)的形成是一個(gè)受機(jī)體控制的過程，稱作NETosis。雖然NETosis 的相關(guān)信號通路尚未被研究透徹，但已有研究明確NETosis 是區(qū)別于凋亡和壞死的一種其他細(xì)胞死亡形式。胞外誘捕網(wǎng)的形成過程有活性氧（reactive oxygen species，ROS）依賴和ROS 非依賴兩條途徑[6-7]。受外界因素刺激后，細(xì)胞核膜解體，染色質(zhì)向細(xì)胞外伸出形成絲狀結(jié)構(gòu)，酶類物質(zhì)黏附于染色質(zhì)[8]。Papayannopoulos 等[9]研究發(fā)現(xiàn)，MPO 和NE 不僅可以殺滅微生物，還能在不依賴酶活性的基礎(chǔ)上協(xié)同降解某些特定的組蛋白，促進(jìn)染色質(zhì)解聚。肽?；彼崦搧啺泵?（peptidyl arginine deiminase type IV，PAD4）的激活在NETosis 過程中同樣重要，其主要作用是促進(jìn)染色質(zhì)解聚。

1.3 胞外誘捕網(wǎng)的抗微生物機(jī)制

機(jī)體通過固有免疫和適應(yīng)性免疫發(fā)揮抗感染作用。固有免疫包括屏障結(jié)構(gòu)、吞噬細(xì)胞和非特異性免疫分子等；適應(yīng)性免疫分為細(xì)胞免疫和體液免疫。胞外誘捕網(wǎng)的抗微生物作用屬于固有免疫的一種。在研究胞外誘捕網(wǎng)與微生物相互關(guān)系的長河中，研究者于2004年首次發(fā)現(xiàn)胞外誘捕網(wǎng)在抵抗細(xì)菌感染中發(fā)揮重要作用[1]。胞外誘捕網(wǎng)的抗菌作用機(jī)制是，DNA 網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)捕獲病原體，黏附于DNA 上的酶類物質(zhì)如CitH3、MPO 和NE 抑制或殺死病原體。胞外誘捕網(wǎng)可被脫氧核糖核酸酶降解，網(wǎng)的完整性同時(shí)會(huì)受到破壞。因此，表達(dá)脫氧核糖核酸酶的菌株比不表達(dá)脫氧核糖核酸酶的菌株的致病性更強(qiáng)[10]。2012年，Saitoh 等[11]發(fā)現(xiàn)胞外誘捕網(wǎng)可以通過Toll 樣受體（Toll-like receptors，TLRs）TLR7和TLR8發(fā)現(xiàn)人類免疫缺陷病毒-1（human immunodeficiency virus-1，HIV-1），并可通過MPO 和a-防御素捕獲并清除HIV-1。這也是研究者首次發(fā)現(xiàn)，胞外誘捕網(wǎng)不僅在對抗細(xì)菌感染中發(fā)揮重要作用，在防御病毒入侵過程中同樣必不可少。時(shí)至今日，人們已發(fā)現(xiàn)胞外誘捕網(wǎng)在抵抗細(xì)菌、病毒和真菌中均發(fā)揮重要作用。

2 新型冠狀病毒

2.1 新型冠狀病毒的發(fā)現(xiàn)與發(fā)展

2019年12月，湖北省武漢市出現(xiàn)多例有華南海鮮市場暴露史的不明原因肺炎患者，所有患者的共同特點(diǎn)是高燒不退、抗感染治療無效以及重癥肺炎。2020年1月8日，該病原體最終被確定為新型冠狀病毒[12]，可引起新型冠狀病毒肺炎。新型冠狀病毒是單股正鏈RNA 病毒，有包膜，顆粒呈圓形或橢圓形，常為多形性，直徑60～140 nm[13]。新型冠狀病毒肺炎疫情暴發(fā)以來，先后迅速席卷中國、美國、印度等國家。變異株的出現(xiàn)使新型冠狀病毒的傳播力、致病力和免疫原性增強(qiáng)，而變異株出現(xiàn)的原因是病毒刺突蛋白上出現(xiàn)了多個(gè)氨基酸位點(diǎn)的突變。截至目前，較重要的變異株有英國發(fā)現(xiàn)的阿爾法（alpha）、南非發(fā)現(xiàn)的貝塔（beta）、巴西發(fā)現(xiàn)的伽馬（gamma）、印度發(fā)現(xiàn)的德爾塔（delta）及最新的流行于多個(gè)國家的奧密克戎（omicron）[14]。截至2022年10月，全球累計(jì)已超過6億人感染新型冠狀病毒，死亡人數(shù)高達(dá)653萬，感染人數(shù)約占到全球總?cè)藬?shù)（76億）的1/13[14]。目前，感染人數(shù)仍呈指數(shù)級增長，已嚴(yán)重影響人類的生產(chǎn)、生活。

2.2 新型冠狀病毒的傳播方式和致病機(jī)制

新型冠狀病毒作為重點(diǎn)攻擊呼吸系統(tǒng)的病毒，主要通過呼吸道和接觸進(jìn)行傳播。呼吸道傳播是指患者通過打噴嚏、咳嗽和吐痰等方式產(chǎn)生的帶有病毒的飛沫被他人直接吸入體內(nèi)。接觸傳播是指患者通過上述方式先造成門把手、電梯按鈕、桌面等的污染，隨后他人通過接觸帶有病毒的物品表面污染到手，最后被病毒污染的手接觸眼睛、口腔、鼻腔等黏膜導(dǎo)致接觸感染。新型冠狀病毒的致病機(jī)制為，病毒自身攜帶的刺突蛋白可識(shí)別人類呼吸道上皮細(xì)胞的血管緊張素轉(zhuǎn)化酶2（angiotensinconverting enzyme 2，ACE2）蛋白，并與之相互作用，從而打開新型冠狀病毒入侵人體的大門[15]。新型冠狀病毒進(jìn)入人體后會(huì)肆無忌憚地復(fù)制繁殖，引起高血壓、糖尿病、冠心病等一系列疾病。此外，有研究表明，新型冠狀病毒可能會(huì)在生理屏障處感染單核細(xì)胞、巨噬細(xì)胞和血管內(nèi)皮細(xì)胞等，作為全身傳播的入口[16]。

2.3 新型冠狀病毒的臨床表現(xiàn)

患者感染新型冠狀病毒在2～14 d 后會(huì)開始出現(xiàn)臨床癥狀。輕癥患者可有發(fā)熱、咳嗽、頭痛等癥狀，重癥患者可出現(xiàn)急性呼吸窘迫綜合征和腎衰竭等，甚至死亡。新型冠狀病毒感染人體后的常見癥狀有發(fā)燒、寒戰(zhàn)、頭痛、疲勞、肌肉酸痛、干咳或復(fù)雜的呼吸困難，較少見的癥狀有無味、腹瀉、咯血、流鼻涕、肝臟損傷、腎損傷、惡心、嘔吐等[17]。值得注意的是，并不是所有的新型冠狀病毒感染患者都會(huì)出現(xiàn)癥狀，即存在無癥狀感染者。無癥狀感染者并無相關(guān)臨床癥狀，但核酸檢測或血清特異性抗體檢測呈陽性，仍具有很強(qiáng)的潛在傳播風(fēng)險(xiǎn)。Johansson 等[18]研究發(fā)現(xiàn)，無癥狀感染傳播者占總傳播人數(shù)的一半以上。

3 新型冠狀病毒與胞外誘捕網(wǎng)的相互作用

目前，國內(nèi)尚無文獻(xiàn)闡明新型冠狀病毒與胞外誘捕網(wǎng)的關(guān)系，但國外已有較多研究表明新型冠狀病毒肺炎的病理生理學(xué)進(jìn)展與胞外誘捕網(wǎng)密切相關(guān)。因胞外誘捕網(wǎng)兼具促炎和抗炎作用，所以胞外誘捕網(wǎng)的存在對于新型冠狀病毒肺炎患者是否有利，各學(xué)者持不同意見。

Zuo 等[19]研究發(fā)現(xiàn)，與健康人相比，新型冠狀病毒肺炎患者的血漿、氣管吸出物和肺組織中具有更高水平的胞外誘捕網(wǎng)，且有活性的新型冠狀病毒可以直接誘導(dǎo)健康中性粒細(xì)胞釋放胞外誘捕網(wǎng)。Veras 等[20]的研究也得出同樣的結(jié)論，即新型冠狀病毒可促進(jìn)胞外誘捕網(wǎng)的生成。就產(chǎn)生機(jī)制而言，新型冠狀病毒促進(jìn)胞外誘捕網(wǎng)的生成依賴于ACE2、絲氨酸蛋白酶、病毒復(fù)制和PAD4。此外，Veras 等[20]還發(fā)現(xiàn)新型冠狀病毒激活中性粒細(xì)胞釋放的胞外誘捕網(wǎng)可導(dǎo)致肺上皮細(xì)胞死亡。有研究表明NETs 會(huì)通過MPO 和NE 等NETosis 相關(guān)酶引起肺組織損傷[21]。還有研究證明新型冠狀病毒肺炎患者在發(fā)生急性呼吸窘迫綜合征時(shí)，胞外誘捕網(wǎng)可促進(jìn)免疫血栓的形成[22]。上述研究均表明，胞外誘捕網(wǎng)會(huì)對新型冠狀病毒肺炎患者的機(jī)體造成損害，對患者的生存產(chǎn)生不利影響。

盡管尚未有文獻(xiàn)表明胞外誘捕網(wǎng)可以直接清除新型冠狀病毒，但已有證據(jù)表明胞外誘捕網(wǎng)可以捕獲呼吸道合胞病毒和流感病毒[23-24]。此外，還有研究表明胞外誘捕網(wǎng)可以通過DNA 包裹病毒，將病毒限制于感染部位，有效地防止其傳播擴(kuò)散[25]。所以我們推測，胞外誘捕網(wǎng)對于新型冠狀病毒在人體的擴(kuò)散也有一定的限制作用。

綜上所述，NETosis 對于新型冠狀病毒而言是把雙刃劍。一方面，胞外誘捕網(wǎng)可以限制病毒的傳播；另一方面，胞外誘捕網(wǎng)可以激活機(jī)體的免疫系統(tǒng)，引發(fā)過度炎癥反應(yīng)，從而對人體造成損傷。目前，很多研究已表明過量胞外誘捕網(wǎng)的生成可引起新型冠狀病毒肺炎患者強(qiáng)烈的炎癥反應(yīng)，且尚未有研究表明胞外誘捕網(wǎng)可以直接殺滅新型冠狀病毒，所以抑制胞外誘捕網(wǎng)的生成是限制新型冠狀病毒肺炎病情發(fā)展、治療疾病的重要靶點(diǎn)。

4 展望

鑒于胞外誘捕網(wǎng)在新型冠狀病毒肺炎發(fā)展過程中的弊大于利，抑制胞外誘捕網(wǎng)的生成有望成為抑制疾病的發(fā)展及治療疾病的新靶點(diǎn)。及時(shí)應(yīng)用治療策略，靶向抑制中性粒細(xì)胞的激活，防止胞外誘捕網(wǎng)的生成以避免過度炎癥所引起的血栓等問題，對于新型冠狀病毒肺炎患者的治療和預(yù)后具有重要意義。