2019冠狀病毒病重癥化的免疫炎癥機制與臨床干預策略

宋枚芳，申 川(綜述)，王亞東，趙彩彥(審校)

(河北醫科大學第三醫院感染內科，河北 石家莊 050051)

自2019年12月以來，由嚴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患者根據臨床表現分為輕型、普通型、重型和危重型，死亡病例多來自重型與危重型。由病毒誘發機體失控性免疫應答所致的細胞因子風暴相關的炎癥反應是患者重癥化的主要機制。在目前還沒有針對COVID-19特效藥物的情況下，闡明失控性免疫炎癥反應發生的分子機制有助于尋找臨床干預措施的靶點，為防控COVID-19重癥化、降低病死率發揮積極作用。現將免疫炎癥反應在COVID-19中的作用以及相應的臨床干預措施作一綜述。

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)構成，包括α、β、γ和δ四個屬，其中冠狀病毒的β屬可引起嚴重的疾病甚至死亡。SARS-CoV-2與嚴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化酶2(angiotensin-converting enzyme 2,ACE2)結合進入宿主細胞，且SARS-CoV-2與ACE2的親和力是SARS-CoV的10～20倍[3]。83% ACE2受體表達于肺泡Ⅱ型上皮細胞。其次，在食道上皮細胞、回腸和結腸上皮細胞、心肌細胞、膽管細胞、腎近端小管細胞和膀胱上皮細胞等也存在ACE2的高度表達[4]。

2 COVID-19重癥化的表現與機制

COVID-19患者中輕癥者居多，表現為急性呼吸道感染或輕癥肺炎，早期癥狀表現為發熱、干咳及乏力，胸部影像學為雙肺多發小斑片影及間質改變，以肺外帶明顯。Tian等[5]對2例患有肺腺癌的患者進行肺葉切除時發現其曾患有COVID-19，肺部病理表現為水腫、蛋白滲出及間質增厚，肺泡腔內被少量炎性細胞浸潤，透明膜形成不明顯，此病理表現可能是COVID-19肺部受累的早期階段。隨著疾病的進展，COVID-19患者可出現呼吸困難和(或)低氧血癥，更為嚴重者可快速進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83例COVID-19患者進行回顧性研究發現，重癥COVID-19的典型胸部CT表現為實變影、鋪路石征、線性混濁和支氣管壁增厚。姚小紅等[8]對3例COVID-19死亡患者進行肺臟、心臟、肝臟等多器官微創尸檢發現肺間質纖維化、單核和巨噬細胞浸潤及微血管內透明血栓，其他器官受到不同程度的累及，表現為實質細胞的變性、壞死和小血管內透明血栓。這些證據均提示免疫炎癥反應在COVID-19病情進展中發揮著重要的作用。

2.1細胞因子風暴 細胞因子風暴是一種失控性炎癥反應，表現為促炎細胞因子的過度釋放，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，而失控性免疫應答引發細胞因子風暴相關的炎癥反應是COVID-19患者重癥化的主要原因。Huang等[9]研究發現，入住重癥監護病房(intensive care unit，ICU)的COVID-19患者白細胞介素(interleukin，IL)-2、IL-7、IL-10、干擾素誘導蛋白10(interferon-inducible protein-10，IP10)、腫瘤壞死因子α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)、粒細胞集落刺激因子(granulocyte colony-stimulating factor,GCSF)、單核細胞趨化蛋白1(monocyte chemoattractant protein-1,MCP-1)、巨噬細胞炎癥蛋白1A(macrophage inflammatory protein-1A,MIP-1A)的血漿濃度高于非ICU患者。Diao等[10]對重癥COVID-19患者研究發現IL-6和TNF-α水平明顯升高。Ruan等[11]對150例確診COVID-19病例的回顧性、多中心研究發現，死亡患者的C反應蛋白與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。一項薈萃分析顯示，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COVID-19疾病進展的潛在標志物[12]。COVID-19死亡患者尸檢發現彌漫性肺泡損傷、單核巨噬細胞浸潤、肺間質纖維化和多臟器實質細胞受損等[8]進一步佐證了細胞因子風暴的存在。

2.1.1促炎T淋巴細胞激活 細胞因子風暴的形成促使T淋巴細胞的分化及活性發生變化，T淋巴細胞的損傷是COVID-19患者病情惡化的原因之一。COVID-19患者CD4+T細胞、CD8+T細胞減少，但是發揮促炎作用的Th17型CD4+T細胞增加。Xu等[6]研究發現，COVID-19死亡患者外周血中高度促炎的CCR6+Th17細胞數量顯著增加，進一步證明了Th17型細胞因子風暴的存在。Th17細胞產生的IL-17可促進炎性因子IL-1β、IL-6、TNF-a的產生，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等細胞因子的大量釋放也可能導致Th1細胞激活，Th1細胞激活后可分泌IL-2、IFN-γ、IFN-α、腫瘤壞死因子β(tumor necrosis factor-β,TNF-β)等[9]。Th1的激活還可誘導巨噬細胞向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)等的分泌而發揮促炎作用。研究表明，COVID-19患者體內抑制炎癥反應的IL-4和IL-10細胞因子水平增加[13]，其發生機制可能與病毒持續存在時，T細胞逐漸失去效應能力呈細胞耗竭狀態相關[14]，具體機制有待進一步證實。

2.1.2抗體依賴性增強(antibody dependent enhancement,ADE) ADE的作用機制研究較多，宿主細胞表面的抗體Fc受體(Fc receptor，FcR)、補體受體等均可介導ADE作用。結合病毒的抗體Fc段可與某些表面表達FcR的細胞結合而介導病毒進入，使病毒在細胞內持續復制，不僅能引起機體的二次應答反應，還可產生細胞因子風暴加重病情。ADE的發生及相關的炎癥反應與抗體的特異性、濃度、親和力和種型等因素有關?？共《局泻涂贵w引起的炎癥反應是COVID-19發生嚴重肺部炎癥的可能機制。高抗體效價被認為是嚴重疾病的危險因素，在某些患者中可能具有負面作用。一項關于173例COVID-19患者的分析報道顯示，合并嚴重疾病的患者具有更高的IgG反應和總抗體滴度[15]。這提示SARS-CoV-2感染機體后可能存在ADE，但尚無確鑿的證據，仍需進一步探索。

2.1.3固有免疫激活 SARS-CoV-2進入機體后，固有免疫作為機體的第一道防線，可通過模式識別受體對病毒RNA進行識別并誘導Ⅰ型干擾素(type Ⅰ interferon,IFN-Ⅰ)產生。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制，并在誘導機體適應性免疫應答中發揮重要作用。SARS-CoV-2的S蛋白與細胞ACE2受體結合后引發免疫反應，產生炎性細胞因子并抑制IFN反應，這可能是病毒早期復制失控的原因之一。病毒的持續復制使IFN-I產生增多，引發巨噬細胞及中性粒細胞的大量涌入。Wang等[16]對138例COVID-19患者研究發現，重癥患者中性粒細胞數量異常增多。巨噬細胞及中性粒細胞啟動肺部早期炎癥使肺上皮-內皮屏障功能受損，嚴重時大量炎癥介質及細胞因子釋放引發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、凝血酶原時間延長、纖維蛋白降解產物及D-二聚體升高提示凝血系統與纖溶系統失衡，對COVID-19死亡患者尸檢發現多臟器小血管內透明血栓提示患者發生彌散性血管內凝血[8]。同時，凝血功能障礙的出現及糾正是影響重癥患者轉歸的獨立危險因素[9]。細胞因子風暴引起IL-1β、IL-6、IL-8和TNF-α產生增加而促進凝血過程，是重癥患者凝血功能障礙的主要原因。炎性因子大量產生損傷血管內皮細胞，致使中性粒細胞、單核巨噬細胞和血小板表達并釋放組織因子(tissue factor,TF)，TF進入血液后通過一系列途徑最終使凝血酶原轉化為凝血酶。凝血酶不僅在血栓形成中發揮著重要的作用，還可促進中性粒細胞釋放蛋白酶及活性氧加重內皮損傷，刺激血小板釋放CD40配體，進而使IL-6和IL-8合成增加而加重炎癥反應，如此形成一個惡性循環。由此可見，細胞因子風暴使COVID-19患者的凝血過程向促凝方向轉化，導致血栓形成甚至威脅患者生命。SARS-CoV-2誘發免疫功能失調致凝血功能紊亂的分子機制還需要更為深入的基礎和病理學研究。

3 免疫炎癥機制對臨床干預措施的啟發

目前對于COVID-19的治療無特效的藥物，最好的防控策略是早發現、早隔離、早報告和早治療。在治療過程中應掌握其重癥化的機制、預警表現與關口前移、防止重癥化、及早治療，降低病死率。

3.1抗炎藥 糖皮質激素抑制促炎細胞因子的產生而發揮強大的抗炎作用。但是，目前COVID-19患者對于是否應用糖皮質激素治療存在爭議。趙建平等[17]認為對于重癥COVID-19患者的治療可試用中小劑量及短療程的激素。但由于激素的應用會抑制機體免疫反應，不僅影響病毒清除甚至還會出現一些相關的并發癥，故一部分研究者對應用糖皮質激素持否定態度。目前的關鍵是選擇合適的患者、尋找能夠有效指導患者應用糖皮質激素的生物學標記物。阿那白滯素是一種IL-1受體拮抗劑，可阻斷促炎細胞因子IL-1α和IL-1β的活性。一項回顧性隊列研究發現，應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胞因子，還有利于機體抵抗病毒的侵襲。魯索替尼是JAK1/2抑制劑，研究發現接受其治療的COVID-19重癥患者臨床癥狀改善，且體內的IL-6、IL-12、MIP-1α、MIP-1β、神經生長因子β、巨噬細胞遷移抑制因子和血管內皮生長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和粒細胞-巨噬細胞集落刺激因子的信號傳導途徑進而減少炎癥反應。目前TCZ廣泛用于治療自身免疫性疾病，包括類風濕關節炎、成人斯蒂爾氏病和大血管炎。COVID-19患者可使用TCZ預防或治療細胞因子風暴。Luo等[20]選取了15例COVID-19患者，給予TCZ治療后患者C反應蛋白、IL-6指標均低于治療前水平。一項回顧性病例對照研究表明，TCZ可減少COVID-19重癥患者的ICU入院次數和(或)病死率[21]。然而，應用TCZ治療的過程中還應注意由此引發的嚴重感染、血小板減少、中性粒細胞減少和肝損害。

3.3免疫增強劑 靜脈注射免疫球蛋白(intravenous immunoglobulin,IVIG)可提高機體防御能力，阻斷與靶細胞相關的受體，防止病原體進一步破壞靶細胞。此外，IVIG還可影響淋巴細胞的分化與成熟，抑制炎性因子的產生而減輕炎癥損傷。重癥患者易存在ARDS或細胞因子風暴，大劑量的IVIG應用可能作為防止肺部炎癥進一步惡化的有效方法。一項對1 099例COVID-19患者研究發現其IVIG使用率達13.1%，重癥患者使用率為33.5%[22]。一項研究發現，進入ICU后48 h內啟動IVIG可以減少機械通氣的時間，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]認為IVIG聯合低分子肝素抗凝是重癥患者治療的關鍵環節。若患者出現淋巴細胞明顯減少、炎癥因子異常升高及凝血指標異常(尤其是D-二聚體出現4倍升高)時，應啟動IVIG和抗凝治療。同時，對于D-二聚體明顯增高且無抗凝禁忌證者，建議預防性使用抗凝藥物。Yin等[25]研究發現在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%)。應密切關注重癥COVID-19患者的高凝狀態，若無禁忌應考慮對其進行抗凝治療，同時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、透析等原理達到凈化血液的一種治療方式，可以有效清除炎性細胞因子、阻斷細胞因子風暴和維持水電解質等內環境的穩定。有研究表明，應用血漿置換可以降低COVID-19重型患者的炎癥因子水平，表現為C反應蛋白和IL-6水平顯著下降[26]。Zhang等[27]認為人工肝血液凈化系統作為針對炎性因子風暴的療法，在降低重癥COVID-19患者的病死率方面具有良好的潛力。間充質干細胞(mesenchymal stem cells,MSC)具有分化為多種組織細胞的潛能，具有抗炎和抗凋亡的作用，可對損傷的組織進行修復，為COVID-19患者的臨床治療提出新思路。Leng等[28]在7例COVID-19患者中進行MSC靜脈移植的臨床實驗，發現患者TNF-α水平顯著降低，而IL-10水平升高，這不僅有效規避了炎性因子風暴，還顯著改善了重癥患者的預后。目前關于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一步探索。

4 總結與展望

免疫炎癥反應在COVID-19重癥化的作用機制尚未完全闡明，仍需未來進一步研究。當前COVID-19已呈全球大流行，探究其有效的治療策略已刻不容緩。針對免疫炎癥機制的闡明所采取的相應干預措施有待進一步臨床研究證實其安全性與有效性。COVID-19的最終控制有待于疫苗的應用、有效的抗病毒藥物與積極的調控炎癥反應來實現。