細胞因子風暴綜合征和細胞因子釋放綜合征的研究進展*

劉亮 孟圓 高全立

細胞因子風暴（cytokine storm，CS）不是一個疾病，而是一種全身系統性炎癥反應，與傳染性疾病和非傳染性疾病有關，可由感染、藥物等多種因素誘發。過去人們把以上原因引發的細胞因子風暴統一命名為細胞因子風暴綜合征（cytokine storm syndrome，CSS），但隨著免疫治療的發展，人們發現免疫藥物或免疫細胞療法引起的細胞因子風暴在機制上與其他因素所誘發的有所不同，由這類因素引起的細胞因子大量釋放繼而導致的一系列連鎖反應命名為細胞因子釋放綜合征（cytokine release syndrome，CRS）。本文將CSS 和CRS 區別開來，概述了CSS 和CRS 各自的特點和發生機制，為臨床上對CSS 和CRS 發生的診斷和預防提供一些思路。

1 概述

在CSS 和CRS 的發生發展過程中，細胞因子都發揮著重要的作用。細胞因子是指免疫細胞和某些非免疫細胞（血管內皮細胞、表皮細胞和成纖維細胞等）經刺激而合成、分泌的一類可溶性小分子調節蛋白或糖蛋白，它們調控細胞生長與分化、組織發育與修復等多種生命過程，在天然免疫和獲得性免疫中起著重要作用[1]。1957 年，英國科學家在研究流行性感冒病毒時證實了一種能使兩種病毒之間相互干擾物質的存在，并把它命名為干擾素（interferon，IFN）。1969 年，Dumonde 等首次提出淋巴因子（lymphokine）概念，用以概括被激活的淋巴細胞所產生的除抗體以外的全部活性物質，1974 年定名細胞因子。細胞因子是一類物質的概括，可分為IFN、白細胞介素（interleukin，IL）、腫瘤壞死因子（tumor necrosis factor，TNF）等，通過自分泌、旁分泌和內分泌3 種方式發揮作用[1]，細胞因子作為一種重要的物質，有著免疫調節和誘導疾病發生的雙重作用，在一定的條件下引發細胞因子風暴繼而誘發CSS 和CRS 的發生，導致全身的炎性反應和多器官的衰竭，嚴重可能導致死亡。

1.1 CSS 的定義及發展歷史

細胞因子風暴綜合征是一個涵蓋多種免疫調節失調疾病的術語，包括具有全身性癥狀、系統性炎癥和多器官功能障礙，如果治療不當可導致多器官功能衰竭。最早在1952 年，Farquhar 和Claireaux 在家族性噬血細胞淋巴組織細胞增生癥（family hemophagocytie lymphohistiocytosis，fHLH）中描述了CS 癥狀[2]，1993 年，最早由Ferrara 等在移植物抗宿主病（graft versushost disease，GVHD）中提出“細胞因子風暴”這個詞[3]，直到2002 年SARS 的突然爆發和全球流行，細胞因子風暴這個詞開始用于描述感染過程中出現的嚴重免疫反應[4]，包括之后2005 年的H5N1 禽流感[5]和2009 年的H1N1 豬流感[6]，把這種由感染性病毒和自身免疫性疾病引起的細胞因子風暴命名為“細胞因子風暴綜合征”。

1.2 CRS 的定義及發展歷史

細胞因子釋放綜合征是一種因免疫細胞被激活并釋放大量細胞因子而引發的嚴重全身性炎癥反應綜合征，起初也被歸納至細胞因子風暴綜合征中，1990年CD3 單克隆抗體OKT3 應用于CIK 細胞治療[7]，2006 年人源化CD28 的超級激動劑TGNI412 注射后，患者出現全身性炎癥反應，特點為促炎癥細胞因子的迅速釋放[8]，近年來，隨著免疫治療的發展，相繼發現使用nivolumab[9]等后也會發生全身性炎癥反應，并且CAR-T 等療法的運用也出現了類似現象[10]， 2018年美國ASBMT 的共識，將CRS 定義為任何免疫治療后導致內源性或輸注性T 細胞和/或其他免疫效應細胞的激活或參與的超生理反應[11]，與傳統意義的CSS 區分開來。

2 CSS 發生機制

CSS 大致分為兩類，包括由傳染性疾病和非傳染性疾病引起。由傳染性疾病感染誘發包括：來源于細菌如化膿性鏈球菌、金黃色葡萄球菌、肺炎克雷伯菌和鼠疫耶爾森菌；來源于病毒如部分甲流病毒、埃博拉、SARS-CoV，SRAS-CoV-2、MERS-CoV。由非傳染性疾病引起的包括單基因和自身免疫性疾病，如噬血細胞性淋巴組織細胞增多癥（HLH），分為原發性HLH（pHLH）和繼發性HLH（sHLH），原發性HLH 包括家族性HLH（FHLH）和一些免疫缺陷病相關性HLH；繼發性HLH 可出現于各年齡段，可由感染如EBV、一些惡性腫瘤、藥物、自身免疫性疾病或移植后引發，也稱為獲得性HLH，其中由自身免疫性疾病繼發HLH稱為巨噬細胞活化綜合征（macrophage activation syndrome，MAS）。

2.1 感染相關CSS

2.1.1 2019 新型冠狀病毒肺炎 2019 年開始爆發流行的冠狀病毒疾病，是由嚴重急性呼吸綜合征冠狀病毒2 型（SARS-CoV-2）引起。有研究指出，SARSCoV 的主要功能性受體為血管緊張素轉化酶2（ACE2），兩者結合有助于病毒進入靶細胞[12]。有研究通過流式分析患者外周血，發現外周CD4+和CD8+的T 細胞明顯減少，但是狀態卻處于過度激活，原因是促炎的Th17 的增加和CD8+T 細胞的高細胞毒性，這也是患者嚴重免疫損傷的一部分原因[13]。另有研究表明，新冠肺炎患者體內的細胞因子和趨化因子水平明顯增加，尤其與炎癥相關，回顧性研究還發現重癥監護病房的患者和非重癥患者相比，血漿中的IL-2、IL-7、IL-10、G-CSF、IP-10、MCP-1、MIP-1a 和TNF-α濃度升高，表明在一些危急重患者中可能發生了CS[14]，繼而導致CSS。CS 不僅參與了新冠肺炎的發病機制，還與疾病的嚴重程度相關，有一項對29 例新冠肺炎患者的資料總結顯示，新冠肺炎患者外周血IL-2R 和IL-6 水平均顯著增高，且危重型組＞重型組＞普通型組[15]。綜上所述，可能由于病毒的直接作用、免疫反應以及一些炎性因子的大量釋放，從而在新冠肺炎的患者體內形成了細胞因子風暴。

2.1.2 SARS 嚴重急性呼吸綜合征（severe acute respiratory syndrome，SARS）于2002 年在中國廣東發生并擴散成全球傳染病疫潮，直至2003 年中才被消滅。它的病原體也是一種冠狀病毒（SARS-CoV）。有研究發現，SARS 患者的IL-6 濃度升高，重癥SARS 患者的IL-6 濃度顯著升高，但恢復期患者和對照組的 IL-6濃度相似，表明血清 IL-6 濃度與 SARS 嚴重程度正相關[16]。另有研究調查了20 例SARS 患者血漿的細胞因子譜顯示，SARS 患者通過單核/巨噬細胞和中性粒細胞的積累激活了Th1 細胞介導的免疫和炎癥反應，表現為Th1 細胞因子IFN-γ、炎癥細胞因子IL-1、IL-6 和IL-12 以及趨化因子IL-8、MCP-1 和IP-10 的升高[4]。以上結果表明，盡管SARS 發病的機制尚未完全明確，但是已有很多研究都證明其導致的免疫病理損傷與CSS 有關。

2.1.3 中東呼吸綜合征 中東呼吸綜合征（Middle East respiratory syndrome，MERS）是 一 種 由 病 毒MERS-CoV 引起的病毒性呼吸道疾病。IL-6 被發現在MERS-CoV 感染的單核巨噬細胞中被誘導[17]。與SARS-CoV 相比，MERS-CoV 顯著提高了IL-12、IFNγ 和趨化因子(IP-10/CXCL-10、MCP-1/CCL-2、MIP-1α/CCL-3、RANTES/CCL-5 和IL-8)的表達水平[17]。通過對感染MERS-CoV 的患者的臨床樣本進行分析，發現發病后病情突然惡化的患者的IL-6 和 CXCL-10水平顯著升高[18]。以上都可以證實感染MERS-CoV患者發生的CSS 與不良預后相關。

2.2 單基因和自身免疫性疾病相關CSS

HLH 于1979 年首次由Risdall 等[19]報道，以免疫系統過度激活（主要是細胞毒性 T 細胞和巨噬細胞）和細胞因子風暴（包括 IFN-γ、IL-6 和 TNF-α）為特征。原發性HLH 指在與 T 細胞和NK 細胞的細胞毒性途徑相關的基因或與 EBV 清除相關的基因中存在嚴重遺傳缺陷的患者，多以兒童發病為主。有研究發現，IFN-γ 和 IL-10 水平顯著增加以及 IL-6 水平輕度升高的特點對兒童 HLH 具有高度特異性[20]。另有研究檢測了EBV-HLH 治療前后的細胞因子譜，發現IL-6、IL-10、TNF- α 和 IFN- γ 的降低具有統計學意義，提示其可能是監測 EBV-HLH 治療的有效的指標[21]。繼發性HLH 具有多樣化的誘因，有研究發現IL-18/IL-18BP 的嚴重失衡導致的Th1 淋巴細胞和巨噬細胞活化，可能導致患有潛在疾病的患者發生繼發性噬血細胞綜合征[22]。通過比較原發性HLH 和繼發性HLH細胞因子水平的發現，IL-4 和 IFN-γ 水平較低的 HLH患者發生原發性 HLH 的可能性較高[23]，這有助于快速的鑒別診斷。

3 CRS 發病機制

CRS 大致也分為兩類，一類是由輸注性免疫細胞治療引起如CAR-T 療法、CAR-NK 療法等；一類是由免疫藥物治療引起如雙特異性抗體（BsAb）、PD-1 抑制劑、CTLA-4 抑制劑、TIM-3 抑制劑等。

3.1 輸注性免疫細胞治療相關CRS

3.1.1 CAR-T 療法 嵌合抗原受體T 細胞（CAR-T）免疫療法是免疫治療中最重要的發展之一，已經在急性淋巴性白血病[24]、淋巴瘤[25]等患者中顯示出令人印象深刻的治療效果。但在其治療的過程中，活化的免疫細胞會釋放大量的炎性相關細胞因子，引起多系統臟器的損害。在識別腫瘤抗原后，CAR-T 細胞會釋放大量的IFN-γ 和TNF-α 使腫瘤細胞焦亡，這被認為可能是CRS 開始的標志，其可能涉及兩種途徑，分別由顆粒酶素A 和顆粒酶素B 介導，在臨床上也發現CRS 的嚴重程度與顆粒酶素的增加呈正相關[25]。有研究發現，IL-6 是驅動其CRS 的關鍵細胞因子之一，血清IL-6 的水平也與CRS 的嚴重程度相關[10]，參與CRS 的細胞因子還包括GM-CSF、IL-8、IL-10、IL-15、MCP-1 等[26]。

3.1.2 CAR-NK 療法 由于MHC 限制性T 細胞只能識別和殺死部分腫瘤細胞，限制了其臨床療效[27]，基于自然殺傷（NK）細胞的一些療法就成為腫瘤免疫治療的研究方向。有研究顯示，CAR-NK 療法與CART 療法相比，具有較低的CRS 和移植物抗宿主病（GVHD）的發生率[28]，在產生的細胞因子中NK 細胞和T 細胞也有所不同，NK 細胞主要以IFN-γ 和GMCSF 的釋放為主，而CAR-T 細胞主要產生促炎細胞因子IL-6、TNF-α[27]。

3.2 免疫藥物治療相關CRS

3.2.1 腫瘤靶向克隆抗體 雙特異性抗體（bispecific monoclonal antibody，BsAb）是一種基因工程合成的融合蛋白，其功能是將免疫細胞運送到腫瘤細胞附近，從而促進免疫介導的腫瘤細胞毒性破壞的激活。BsAb 作用機制類似于CAR-T 細胞，與CAR-T 細胞相比，BsAb 是“現成的”藥物，blinatumomab 是首個獲批用于治療復發和難治性急性淋巴細胞白血病的BsAb。CRS 是BsAb 所有早期試驗中最常見的不良事件，有研究發現在CD3 BsAb 治療期間，BsAb 由T細胞驅動的TNF-α、IL-6 和 IL-1β 是介導單核細胞激活以實現全身細胞因子釋放的主要因素，這進一步導致 CRS[29]。Tocilizumab 是一種白細胞介素-6 受體拮抗劑，被批準用于治療CAR-T 細胞療法誘導的嚴重或危及生命的CRS，也可有效治療blinatumomab誘導的CRS[30]。

3.2.2 免疫檢查點抑制劑 PD-1 抑制劑、CTLA-4抑制劑等免疫檢查點抑制劑（immune checkpoint inhibitors, ICIs）已被證明對多種癌癥的治療有效，但同時又會帶來一些免疫相關不良反應（immune-related adverse events，irAEs）。有研究認為，ICIs 可能作為藥理學觸發因素導致 CRS 發作，CRS 是ICIs 引起irAE的原因之一[31]。通過過度激活免疫系統，ICIs 可以引起靶向自身的免疫毒性，在 CRS 中，T 細胞、B 細胞、自然殺傷細胞、巨噬細胞和內皮細胞釋放多種細胞因子，其中IL-6 起著核心作用[32]。有研究觀察到 ICIs 的CRS 更常見于血液系統惡性腫瘤患者，例如急性淋巴細胞性 B 細胞白血病、慢性淋巴細胞性白血病和彌漫性大 B 細胞淋巴瘤，這與BsAb 和CAR-T 療法出現嚴重CRS 的結果有一致性[31]。不同ICI 相關CRS 也有所不同，關于抗 PD-1/PD-L1 抗體的 ICI 相關 CRS安全性報告更多[33]。

4 總結與展望

綜上所述，CSS 和CRS 發生的細胞因子風暴不完全相同，例如在發病機制、發生時間和介導的細胞因子等方面都有所區別。CSS 的發生并不依賴于靶向腫瘤抗原從而激活免疫系統，而CRS 的發生中T細胞會隨著對腫瘤抗原的識別而激活；CSS 中的細胞因子多以TNF-α 和IFN-γ 為主，而CRS 的細胞因子則以IL-6 介導為主；在發生時間上CSS 往往會在治療后很快出現臨床癥狀，但CRS 由于依賴T 細胞的激活，其臨床癥狀可能在治療后的一段時間才延遲出現。在細胞因子風暴中可以觀察到廣泛的臨床和實驗室異常，大部分病例都涉及細胞因子水平升高、急性全身炎癥癥狀和繼發性器官功能障礙（通常是腎、肝或肺），盡管最初的驅動因素可能不同， CS 的開始和持續時間也各不相同，但細胞因子風暴的后期臨床表現經常是重疊的。對于不同誘因引起的細胞因子風暴進行準確判斷，實施預防干預措施，及時對癥治療非常重要。在未來研究方面，關于不同誘因引發的CS 的機制的進一步探索、如何建立有效的動物模型進行研究以及以預防為主的策略，應該是需要重點關注的問題。