新型冠狀病毒與胞外誘捕網的研究進展

柳元慧，陳瑤，陸玉霞，宋康，孫靜（通信作者）

蘇州衛生職業技術學院醫學檢驗教研室 （江蘇蘇州 315000）

2019年12月至今3年多的時間，每個人的生產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為主的各系統疾病，嚴重者會出現呼吸困難、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的傳染性，又因其極易變異，預防和治療變難度極大。胞外誘捕網是機體固有免疫的重要組成部分，不管是病原菌入侵時最先發揮作用的中性粒細胞，還是單核巨噬細胞，均可以產生胞外誘捕網。新型冠狀病毒入侵后，胞外誘捕網發揮重要作用，但其對機體而言并不友好。新型冠狀病毒與胞外誘捕網之間到底如何相互作用，本研究將逐一闡述。

1 胞外誘捕網

1.1 胞外誘捕網的發現與發展

2004年，Brinkmann 等[1]首次發現，在被金黃色葡萄球菌、鼠傷寒沙門菌、痢疾志賀菌及其產物刺激后，中性粒細胞活化并伸出由DNA 纏繞為骨架的網狀結構。該網狀結構中有瓜氨酸化組蛋白3（citrullinated histone 3，CitH3）、髓過氧化物酶（myeloperoxidase，MPO）和中性粒細胞彈性蛋白酶（neutrophil elastase，NE）等物質黏附并可殺傷病原生物，Brinkmann 等[1]將此結構命名為中性粒細胞胞外誘捕網（neutrophil extracellular traps，NETs）。胞外誘捕網的發現打破了學者們對于中性粒細胞僅通過吞噬作用清除細菌的固有認知。隨著研究的不斷深入，后續越來越多的證據表明，多種細菌、病毒、細胞因子均可促進各種類型的細胞產生胞外誘捕網[2-3]。起初，人們認為胞外誘捕網僅在對抗入侵微生物的固有免疫中發揮作用，即其可以殺死病原體或阻止病原體在宿主內傳播，但后續的研究發現胞外誘捕網在自身免疫性疾病、腫瘤、糖尿病及心血管疾病中均發揮重要作用[4-5]，大量產生的胞外誘捕網也可能造成局部或系統損傷。胞外誘捕網的首次發現與細菌相關，二者的相互作用也一直是臨床研究的熱點，而胞外誘捕網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揭開了胞外誘捕網與病毒之間存在密切聯系的序幕。

1.2 胞外誘捕網的產生機制

胞外誘捕網的形成是一個受機體控制的過程，稱作NETosis。雖然NETosis 的相關信號通路尚未被研究透徹，但已有研究明確NETosis 是區別于凋亡和壞死的一種其他細胞死亡形式。胞外誘捕網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，細胞核膜解體，染色質向細胞外伸出形成絲狀結構，酶類物質黏附于染色質[8]。Papayannopoulos 等[9]研究發現，MPO 和NE 不僅可以殺滅微生物，還能在不依賴酶活性的基礎上協同降解某些特定的組蛋白，促進染色質解聚。肽酰基精氨酸脫亞氨酶4（peptidyl arginine deiminase type IV，PAD4）的激活在NETosis 過程中同樣重要，其主要作用是促進染色質解聚。

1.3 胞外誘捕網的抗微生物機制

機體通過固有免疫和適應性免疫發揮抗感染作用。固有免疫包括屏障結構、吞噬細胞和非特異性免疫分子等；適應性免疫分為細胞免疫和體液免疫。胞外誘捕網的抗微生物作用屬于固有免疫的一種。在研究胞外誘捕網與微生物相互關系的長河中，研究者于2004年首次發現胞外誘捕網在抵抗細菌感染中發揮重要作用[1]。胞外誘捕網的抗菌作用機制是，DNA 網狀結構捕獲病原體，黏附于DNA 上的酶類物質如CitH3、MPO 和NE 抑制或殺死病原體。胞外誘捕網可被脫氧核糖核酸酶降解，網的完整性同時會受到破壞。因此，表達脫氧核糖核酸酶的菌株比不表達脫氧核糖核酸酶的菌株的致病性更強[10]。2012年，Saitoh 等[11]發現胞外誘捕網可以通過Toll 樣受體（Toll-like receptors，TLRs）TLR7和TLR8發現人類免疫缺陷病毒-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現，胞外誘捕網不僅在對抗細菌感染中發揮重要作用，在防御病毒入侵過程中同樣必不可少。時至今日，人們已發現胞外誘捕網在抵抗細菌、病毒和真菌中均發揮重要作用。

2 新型冠狀病毒

2.1 新型冠狀病毒的發現與發展

2019年12月，湖北省武漢市出現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以來，先后迅速席卷中國、美國、印度等國家。變異株的出現使新型冠狀病毒的傳播力、致病力和免疫原性增強，而變異株出現的原因是病毒刺突蛋白上出現了多個氨基酸位點的突變。截至目前，較重要的變異株有英國發現的阿爾法（alpha）、南非發現的貝塔（beta）、巴西發現的伽馬（gamma）、印度發現的德爾塔（delta）及最新的流行于多個國家的奧密克戎（omicron）[14]。截至2022年10月，全球累計已超過6億人感染新型冠狀病毒，死亡人數高達653萬，感染人數約占到全球總人數（76億）的1/13[14]。目前，感染人數仍呈指數級增長，已嚴重影響人類的生產、生活。

2.2 新型冠狀病毒的傳播方式和致病機制

新型冠狀病毒作為重點攻擊呼吸系統的病毒，主要通過呼吸道和接觸進行傳播。呼吸道傳播是指患者通過打噴嚏、咳嗽和吐痰等方式產生的帶有病毒的飛沫被他人直接吸入體內。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、鼻腔等黏膜導致接觸感染。新型冠狀病毒的致病機制為，病毒自身攜帶的刺突蛋白可識別人類呼吸道上皮細胞的血管緊張素轉化酶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]。新型冠狀病毒進入人體后會肆無忌憚地復制繁殖，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在生理屏障處感染單核細胞、巨噬細胞和血管內皮細胞等，作為全身傳播的入口[16]。

2.3 新型冠狀病毒的臨床表現

患者感染新型冠狀病毒在2～14 d 后會開始出現臨床癥狀。輕癥患者可有發熱、咳嗽、頭痛等癥狀，重癥患者可出現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燒、寒戰、頭痛、疲勞、肌肉酸痛、干咳或復雜的呼吸困難，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出現癥狀，即存在無癥狀感染者。無癥狀感染者并無相關臨床癥狀，但核酸檢測或血清特異性抗體檢測呈陽性，仍具有很強的潛在傳播風險。Johansson 等[18]研究發現，無癥狀感染傳播者占總傳播人數的一半以上。

3 新型冠狀病毒與胞外誘捕網的相互作用

目前，國內尚無文獻闡明新型冠狀病毒與胞外誘捕網的關系，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進展與胞外誘捕網密切相關。因胞外誘捕網兼具促炎和抗炎作用，所以胞外誘捕網的存在對于新型冠狀病毒肺炎患者是否有利，各學者持不同意見。

Zuo 等[19]研究發現，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，且有活性的新型冠狀病毒可以直接誘導健康中性粒細胞釋放胞外誘捕網。Veras 等[20]的研究也得出同樣的結論，即新型冠狀病毒可促進胞外誘捕網的生成。就產生機制而言，新型冠狀病毒促進胞外誘捕網的生成依賴于ACE2、絲氨酸蛋白酶、病毒復制和PAD4。此外，Veras 等[20]還發現新型冠狀病毒激活中性粒細胞釋放的胞外誘捕網可導致肺上皮細胞死亡。有研究表明NETs 會通過MPO 和NE 等NETosis 相關酶引起肺組織損傷[21]。還有研究證明新型冠狀病毒肺炎患者在發生急性呼吸窘迫綜合征時，胞外誘捕網可促進免疫血栓的形成[22]。上述研究均表明，胞外誘捕網會對新型冠狀病毒肺炎患者的機體造成損害，對患者的生存產生不利影響。

盡管尚未有文獻表明胞外誘捕網可以直接清除新型冠狀病毒，但已有證據表明胞外誘捕網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散[25]。所以我們推測，胞外誘捕網對于新型冠狀病毒在人體的擴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，胞外誘捕網可以限制病毒的傳播；另一方面，胞外誘捕網可以激活機體的免疫系統，引發過度炎癥反應，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的生成可引起新型冠狀病毒肺炎患者強烈的炎癥反應，且尚未有研究表明胞外誘捕網可以直接殺滅新型冠狀病毒，所以抑制胞外誘捕網的生成是限制新型冠狀病毒肺炎病情發展、治療疾病的重要靶點。

4 展望

鑒于胞外誘捕網在新型冠狀病毒肺炎發展過程中的弊大于利，抑制胞外誘捕網的生成有望成為抑制疾病的發展及治療疾病的新靶點。及時應用治療策略，靶向抑制中性粒細胞的激活，防止胞外誘捕網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后具有重要意義。