姚立騰閔建平蘇海翔

1.武威市人民醫(yī)院，甘肅 武威733000；2.甘肅省醫(yī)學(xué)科學(xué)研究院/甘肅省腫瘤醫(yī)院，甘肅 蘭州730050

新型冠狀病毒肺炎（corona virus disease 2019，COVID-19）是人類感染新型冠狀病毒（severe acute respiratory syndrome coronavirus-2，SARS-CoV-2）引起的以肺炎為主的新發(fā)傳染性疾病。與2003年嚴(yán)重急性呼吸綜合征（severe acute respiratory syndrome，SARS）不同，絕大多數(shù)COVID-19患者早期的癥狀并不嚴(yán)重，但約有20%的患者在病程后期突然加重［1］，出現(xiàn)凝血功能障礙、急性呼吸窘迫征（acute respiratory distress syndrome，ARDS）和多臟器功能衰竭（multiple organ failure，MOF）等，導(dǎo)致部分重癥患者最終死亡。造成重癥患者高死亡率的主要原因是對重癥缺乏深入的監(jiān)測方法和有效的治療手段［2］。大量研究發(fā)現(xiàn)［3-6］，細(xì)胞因子風(fēng)暴（cytokine storm，CS）是COVID-19患者病情惡化乃至死亡的重要因素之一。本研究就細(xì)胞因子在COVID-19疾病進(jìn)展中的作用機(jī)制和臨床監(jiān)測價(jià)值進(jìn)行綜述。

1 細(xì)胞因子及其抗炎免疫作用

細(xì)胞因子是由機(jī)體免疫細(xì)胞或非免疫細(xì)胞經(jīng)刺激分泌的一類小分子多肽或蛋白，不僅活性高，且具有廣泛的生物學(xué)功能。主要包括白介素（interleukin，IL）、干擾素（interferon，IFN）、腫瘤壞死因子（tumor necrosis factor，TNF）、集落刺激因子（colony stimulating factor，CSF）、轉(zhuǎn)化生長因子-β、生長因子、趨化性細(xì)胞因子等7大家族。在炎癥反應(yīng)中，多種細(xì)胞因子與其特異性受體結(jié)合，通過調(diào)控免疫反應(yīng)從而發(fā)揮生理功能。一部分細(xì)胞因子具有激活免疫細(xì)胞、促進(jìn)炎性反應(yīng)的功能，稱為促炎細(xì)胞因子；另一部分細(xì)胞因子能夠抵抗炎癥反應(yīng)，稱為抗炎細(xì)胞因子。當(dāng)機(jī)體發(fā)生病原體感染時(shí)，免疫系統(tǒng)產(chǎn)生的促炎細(xì)胞因子促進(jìn)炎癥的進(jìn)展；而抗炎細(xì)胞因子抑制炎癥反應(yīng)并清除病原體。兩方面共同作用，因而呈現(xiàn)出復(fù)雜的免疫反應(yīng)。

2 SARS-CoV-2誘導(dǎo)的細(xì)胞因子譜及細(xì)胞因子風(fēng)暴

2.1 SARS-CoV-2誘導(dǎo)產(chǎn)生的細(xì)胞因子譜 近年來，隨著人們對流感病毒、SARS-CoV、MERS-CoV及其引發(fā)疾病的深入研究，發(fā)現(xiàn)不同的病毒誘導(dǎo)機(jī)體所表達(dá)的細(xì)胞因子譜不盡相同。近期，由中國疾病預(yù)防控制中心和中國醫(yī)學(xué)科學(xué)研究院等單位共同開展了一項(xiàng)研究［7］，檢測了12例COVID-19患者血液中的48種細(xì)胞因子水平。結(jié)果顯示，與對照組相比，COVID-19患者血液中有38種細(xì)胞因子水平顯著升高，且17種與血液中SARS-CoV-2的病毒載量相關(guān)，15種與肺部損傷相關(guān)聯(lián)。Huang C［8］等新近發(fā)表于Lancet的研究顯示，13例入住ICU的COVID-19重癥患者的IL-2、IL-7、IL-10、G-CSF、干擾素誘導(dǎo)蛋白10、單核細(xì)胞趨化蛋白1、巨噬細(xì)胞炎癥蛋白-1A和TNF-α的水平較高。Lancet在線發(fā)表相關(guān)研究顯示［1，9，10］，COVID-19患者體內(nèi)升高的IL-2、IL-6、IL-7、IL-10、IFN-γ、TNF-α等 與COVID-19的嚴(yán)重程度有關(guān)，52%的患者表現(xiàn)出IL-6升高，尤其在重癥和危重癥患者中顯著升高［11］。由此可見，SARS-Cov-2誘導(dǎo)機(jī)體產(chǎn)生多種細(xì)胞因子的廣泛表達(dá)，上述部分細(xì)胞因子在不同病程時(shí)期表現(xiàn)為顯著的持續(xù)變化，可能是參與COVID-19重癥化的關(guān)鍵細(xì)胞因子。

2.2 COVID-19細(xì)胞因子風(fēng)暴及其機(jī)制CS又稱高細(xì)胞因子血癥，最早由Ferrara JL于20世紀(jì)90年代在移植物抗宿主排斥反應(yīng)引起炎癥病理狀態(tài)中發(fā)現(xiàn)并予報(bào)道［12］。CS通常繼發(fā)于嚴(yán)重感染后，是由促炎細(xì)胞因子水平急劇升高引發(fā)的一種嚴(yán)重異常免疫反應(yīng)。SARS-CoV-2感染人肺泡上皮細(xì)胞后，在細(xì)胞內(nèi)大量復(fù)制并激活肺泡組織內(nèi)固有的免疫細(xì)胞（主要為CD4+T淋巴細(xì)胞）?；罨腃D4+T細(xì)胞增殖分化為Th1細(xì)胞和Th2細(xì)胞，其中參與細(xì)胞免疫的Th1細(xì)胞分泌IL-2、IL-6、IFN-γ與GM-CSF等細(xì)胞因子入血，完成初級(jí)細(xì)胞因子釋放。進(jìn)入血液循環(huán)的GM-CSF募集并激活CD14+CD16+炎性單核細(xì)胞等多種免疫細(xì)胞，活化的CD14+CD16+炎性單核細(xì)胞進(jìn)一步分泌其他種類的細(xì)胞因子并使之逐漸呈現(xiàn)高水平狀態(tài)，完成二級(jí)細(xì)胞因子釋放。促炎細(xì)胞因子又可募集和激活更多免疫細(xì)胞釋放超量的細(xì)胞因子，形成一個(gè)正向反饋環(huán)路［13］。

通常情況下，機(jī)體對這一反饋是可以控制的。在某些病理狀態(tài)下，這種正向反饋中的細(xì)胞因子分泌水平超過機(jī)體閾值，反饋環(huán)路超出機(jī)體控制進(jìn)而引發(fā)級(jí)聯(lián)效應(yīng)，形成嚴(yán)重的過度免疫反應(yīng)［14］。如此一來，免疫細(xì)胞在殺死SARS-CoV-2的同時(shí)，猛烈攻擊肺泡組織中的正常細(xì)胞，導(dǎo)致極端的“自殺式攻擊”，從而形成CS［13］。雖然特異性免疫應(yīng)答是機(jī)體清除病毒的主要途徑［15］，但在機(jī)體持續(xù)感染或不能有效清除病毒時(shí)，體內(nèi)的非特異性免疫應(yīng)答會(huì)逐漸增強(qiáng)。相比于CD4+T細(xì)胞介導(dǎo)的特異性免疫應(yīng)答，CD14+CD16+單核細(xì)胞介導(dǎo)的非特異性免疫應(yīng)答在COVID-19患者CS的形成中，發(fā)揮著更為重要的作用。

魏海明教授團(tuán)隊(duì)的最新研究揭示［16］，GM-CSF在CS啟動(dòng)中的或許發(fā)揮著更重要的作用。因?yàn)閺臋C(jī)制上看，阻斷IL-6僅降低了血液和組織中IL-6的濃度，并不能阻斷CD14+CD16+炎性單核細(xì)胞的活化及其二級(jí)細(xì)胞因子的分泌；而阻斷GM-CSF不僅降低了血液和組織中GM-CSF的濃度，而且阻斷了CD14+CD16+炎性單核細(xì)胞的活化及其二級(jí)細(xì)胞因子的釋放。由此可見，IL-6和GM-CSF是參與COVID-19患者CS的兩種關(guān)鍵細(xì)胞因子［17］。CS導(dǎo)致肺組織內(nèi)大量的免疫細(xì)胞、細(xì)胞因子以及代謝物堆積阻塞肺泡，造成肺泡氣體交換障礙，最終導(dǎo)致ARDS發(fā)生［18］。繼而，缺氧和炎性物質(zhì)的大量滲出又可引發(fā)凝血功能紊亂、MOF等一系列繼發(fā)性病理狀態(tài)，甚至死亡［19］。

2.3 血管緊張素轉(zhuǎn)換酶2的免疫調(diào)節(jié)作用SARSCoV-2感染人體是通過其棘突糖蛋白（S蛋白）識(shí)別宿主細(xì)胞表面的受體-血管緊張素轉(zhuǎn)換酶2（angiotensin converting enzyme 2，ACE2）從而進(jìn)入肺泡上皮細(xì)胞。宿主細(xì)胞主要是高表達(dá)ACE2的Ⅱ型肺泡上皮細(xì)胞（alveolar epithelial typeⅡcells，ATⅡ）［20］。ATⅡ細(xì)胞對于S蛋白的易感性取決于ATⅡ細(xì)胞表面ACE2的表達(dá)水平，所以ACE2是SARS-CoV-2感染宿主細(xì)胞的“鑰匙”。ACE2與ACE同屬于腎素-血管緊張素-醛固酮系統(tǒng)（renin-angiotensin-aldosterone system，RAAS）與激肽-緩激肽系統(tǒng)家族，ACE促進(jìn)血管緊張素Ⅱ（an giotensinⅡ，AngⅡ）生成，ACE2催化AngⅡ轉(zhuǎn)化為Ang1-7。正常情況下肺部的ACE2與ACE保持相對平衡，這種平衡狀態(tài)有助于避免肺組織損傷的發(fā)生［21］。SARS-CoV-2感染ATⅡ細(xì)胞后，ACE2表達(dá)下調(diào)，而ACE仍保持在原來的水平，ACE2與ACE的平衡被打破，容易引發(fā)肺組織損傷；另一方面，低水平的ACE2不能使AngⅡ轉(zhuǎn)化為Ang1-7，從而導(dǎo)致AngⅡ呈現(xiàn)高水平，激活RAAS系統(tǒng)和AT1受體［22］。進(jìn)而，肺組織平滑肌強(qiáng)烈收縮，肺泡毛細(xì)血管通透性增加，激活了炎性細(xì)胞的非特異性免疫反應(yīng)，大量滲出的炎性細(xì)胞和炎性組織液堆積于肺泡形成肺水腫，進(jìn)一步加重了肺損傷［23，24］。由此可見，ACE2在COVID-19病程中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，它是SARS-CoV-2打開宿主ATⅡ細(xì)胞大門的“鑰匙”；SARS-CoV-2感染后，低水平的ACE2激活RAAS系統(tǒng)，促成CS［22，24］。除肺部以外，ACE2在心臟、腎臟、肝臟和消化道中亦呈高水平表達(dá)［25］。由此推斷，SARS-CoV-2感染導(dǎo)致的心肌功能下降、肝腎功能損害以及MOF可能與ACE2有關(guān)［26］。

3 細(xì)胞因子在COVID-19疾病中的監(jiān)測價(jià)值

COVID-19患者一旦發(fā)生CS，將導(dǎo)致病情迅速加重，往往難以逆轉(zhuǎn)。有報(bào)道顯示［27］，COVID-19患者血液中IL-6、IL-8、GM-CSF等細(xì)胞因子的升高可以誘發(fā)多種病理狀態(tài)，如血管通透性增加、血栓形成和心肌收縮力下降等，進(jìn)而導(dǎo)致低血壓、DIC和MOF。因此，如何對CS的發(fā)生進(jìn)行早期監(jiān)測預(yù)警，并依此給予對癥治療，是降低重癥率和死亡率的一個(gè)關(guān)鍵［28］。

有多個(gè)版本的專家共識(shí)和診療方案提出，可通過檢測細(xì)胞因子來監(jiān)測COVID-19病情。國家衛(wèi)健委發(fā)布的《新型冠狀病毒肺炎診療方案》第五版以及《上海市2019冠狀病毒病綜合救治專家共識(shí)》提出，在病情進(jìn)展階段可出現(xiàn)IL-6、IL-8等細(xì)胞因子水平升高，有必要進(jìn)行監(jiān)測［30］?！缎滦凸跔畈《痉窝自\療方案》第七版中，在重型、危重型病例的免疫治療中，對于雙肺廣泛病變及重型患者，且實(shí)驗(yàn)室檢測IL-6水平升高者，可用IL-6受體阻斷劑托珠單抗治療。監(jiān)測患者體內(nèi)IL-6的水平亦可反映托珠單抗的阻斷效果。

在COVID-19臨床實(shí)踐中，相比于其他細(xì)胞因子，檢測IL-6和GM-CSF的水平在COVID-19診斷、病程觀察、免疫治療以及療效監(jiān)測等方面的臨床價(jià)值較為突出。關(guān)于IL-6和GM-CSF的標(biāo)本來源，國內(nèi)外多項(xiàng)研究通過檢測血清中IL-6、GM-CSF等細(xì)胞因子濃度的變化評估肺組織的炎性狀況和損傷程度［31-35］，也有通過肺泡灌洗液檢測IL-6、IL-8的水平［36］。IL-6、GMCSF等細(xì)胞因子的實(shí)驗(yàn)室檢測方法主要有分子生物學(xué)和免疫學(xué)檢測。目前，國內(nèi)縣級(jí)以上醫(yī)院廣泛采用化學(xué)發(fā)光免疫分析法進(jìn)行檢測。此方法檢測細(xì)胞因子不僅較高的靈敏度，而且自動(dòng)化程度高，實(shí)驗(yàn)室周轉(zhuǎn)時(shí)間短。

4 小結(jié)

SARS-CoV-2具有很強(qiáng)的傳染性和致病性，在COVID-19的整個(gè)病程中，CS的發(fā)生是導(dǎo)致輕癥向重癥、危重癥發(fā)展的重要因素之一。調(diào)控CS可能是扭轉(zhuǎn)病情惡化、降低重癥率和死亡率的關(guān)鍵。監(jiān)測COVID-19患者體內(nèi)細(xì)胞因子尤其是IL-6與GM-CSF的動(dòng)態(tài)變化，可以及早預(yù)警CS的發(fā)生，而且有助于評估COVID-19患者的病情進(jìn)展和預(yù)后，為COVID-19的診療提供重要依據(jù)。