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      雌激素對(duì)呼吸道病毒感染的保護(hù)作用

      2021-12-05 07:46:37陳筱涵
      協(xié)和醫(yī)學(xué)雜志 2021年2期
      關(guān)鍵詞:信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)宿主受體

      陳筱涵,郁 琦

      中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院 北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院 北京協(xié)和醫(yī)院婦產(chǎn)科,北京 100730

      病毒性肺炎是指病毒感染呼吸道及肺部引起的炎癥。近年來,由于流感病毒、嚴(yán)重急性呼吸綜合征冠狀病毒(severe acute respiratory syndrome coronavirus,SARS-CoV)、中東呼吸綜合征冠狀病毒(Middle East respiratory syndrome coronavirus,MERS-CoV)、新型冠狀病毒(severe acute respiratory syndrome coronavirus 2,SARS-CoV-2)等的流行,病毒性肺炎已成為世界范圍內(nèi)公共衛(wèi)生領(lǐng)域的重要疾病[1]。雌激素是一種具有廣泛而重要生理作用的甾體類激素,可促進(jìn)女性生殖器官發(fā)育并維持第二性征,同時(shí)對(duì)機(jī)體的其他系統(tǒng)如內(nèi)分泌、心血管及呼吸系統(tǒng)均具有明顯調(diào)節(jié)作用。相關(guān)研究證實(shí),雌激素對(duì)多種肺部疾病,如哮喘、肺動(dòng)脈高壓、肺纖維化等也具有潛在的治療價(jià)值[2]。

      病毒性肺炎相關(guān)流行病學(xué)數(shù)據(jù)均呈現(xiàn)出男性患病率或病死率高于女性的特點(diǎn)[3-5],且相關(guān)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)及分子生物學(xué)研究提示,雌激素對(duì)呼吸道病毒感染具有保護(hù)作用。本文基于國內(nèi)外現(xiàn)有研究,探討其可能的保護(hù)機(jī)制。

      1 病毒性肺炎的病理機(jī)制

      1.1 血管緊張素轉(zhuǎn)換酶2效應(yīng)

      既往研究顯示,SARS-CoV通過S蛋白與靶細(xì)胞表面的受體血管緊張素轉(zhuǎn)換酶2(angiotensin converting enzyme 2,ACE2)結(jié)合,進(jìn)而與宿主細(xì)胞膜融合,從而進(jìn)入宿主細(xì)胞引起感染[6]。與SARS-CoV相同,SARS-CoV-2也以ACE2作為宿主細(xì)胞受體,從而促進(jìn)病毒進(jìn)入細(xì)胞[7-8]。最近一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn),亞洲男性中表達(dá)ACE2的肺泡上皮細(xì)胞更為豐富,這可能解釋了為何男性對(duì)SARS-CoV-2的易感性更高[9],然而此項(xiàng)研究樣本量較小,結(jié)果外推需謹(jǐn)慎。

      ACE2蛋白廣泛分布于肺、十二指腸、空腸、回腸、心臟、脾臟、腎臟等器官[6, 10],而SARS-CoV-2除引起肺部癥狀外,還會(huì)導(dǎo)致腹瀉、急性心肌損傷、腎衰竭等,推測(cè)這些癥狀可能與ACE2的分布密切相關(guān)。在病毒負(fù)荷量多、機(jī)體免疫力低下的情況下,病毒可能會(huì)導(dǎo)致全身多器官感染,甚至多器官功能衰竭[11]。

      SARS-CoV-2的致病機(jī)理中,血管內(nèi)皮的功能障礙占據(jù)主導(dǎo)地位,主要表現(xiàn)為病毒以ACE2為受體進(jìn)入宿主細(xì)胞,導(dǎo)致人體凝血功能失調(diào)及抗炎功能喪失[12]。代謝綜合征患者本身即存在內(nèi)皮功能障礙,因此病毒與宿主細(xì)胞的ACE2結(jié)合后,病毒復(fù)制會(huì)激發(fā)免疫反應(yīng),進(jìn)而產(chǎn)生大量的細(xì)胞因子,可能導(dǎo)致更嚴(yán)重的血管損傷,甚至是多器官功能衰竭或死亡[13]。ACE2在胰島、血管內(nèi)皮和脂肪組織中廣泛表達(dá),病毒與ACE2在這些組織中相互作用以及代謝綜合征患者存在的促炎性環(huán)境,可能致使機(jī)體抗炎能力失調(diào),從而表現(xiàn)出更嚴(yán)重的臨床癥狀[14]。

      1.2 病毒對(duì)免疫系統(tǒng)的影響

      對(duì)SARS患者的血清檢測(cè)發(fā)現(xiàn),促炎細(xì)胞因子(白細(xì)胞介素-1、白細(xì)胞介素-6、白細(xì)胞介素-8等)水平明顯升高,炎性因子的升高會(huì)進(jìn)一步引起肺內(nèi)單核巨噬細(xì)胞和中性粒細(xì)胞聚集,從而導(dǎo)致嚴(yán)重的肺損傷[15-16]。

      動(dòng)物實(shí)驗(yàn)亦證實(shí),SARS病毒的快速復(fù)制可促進(jìn)致病性炎癥單核-巨噬細(xì)胞(inflammation monocyte macrophages,IMMS)流入,而IMMS是促炎細(xì)胞因子和趨化因子的主要來源,進(jìn)而可引起廣泛的血管滲漏、病毒特異性T細(xì)胞反應(yīng)減弱,這些結(jié)果與SARS患者的血清檢測(cè)及尸檢結(jié)果相吻合[17]。

      1.3 慢性疾病可能加重感染后果

      伴有慢性疾病的新型冠狀病毒肺炎(coronavirus disease 2019,COVID-19)患者,病情往往更嚴(yán)重,死亡風(fēng)險(xiǎn)更高。研究人員對(duì)1590例COVID-19患者的伴隨疾病進(jìn)行分層研究,結(jié)果顯示伴有任何一種慢性疾病的患者比無慢性疾病患者的預(yù)后均更差。399例伴有一種慢性疾病的患者,需進(jìn)入ICU治療、使用呼吸機(jī)甚至死亡的概率均增加了70%,且伴有更多慢性疾病與更差的臨床結(jié)果相關(guān)[18]。

      其中與不良預(yù)后相關(guān)最常見的慢性疾病為高血壓、2型糖尿病、慢性阻塞性肺疾病。由此可見,加重COVID-19的基礎(chǔ)疾病與胰島素抵抗(insulin resistance,IR)狀態(tài)及心血管反應(yīng)性密切相關(guān)。

      2 雌激素對(duì)病毒性肺炎的保護(hù)機(jī)制

      2.1 雌激素受體信號(hào)調(diào)節(jié)的生理效應(yīng)

      雌激素受體信號(hào)參與調(diào)節(jié)體內(nèi)多種生理效應(yīng),其不僅主導(dǎo)女性第二性征發(fā)育和維持、月經(jīng)周期及女性體內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定,且在育齡女性中,參與調(diào)節(jié)先天性和適應(yīng)性免疫系統(tǒng)中的細(xì)胞,如樹突狀細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、CD8+T細(xì)胞的分化發(fā)育以及促進(jìn)干擾素、促炎因子的產(chǎn)生,調(diào)節(jié)機(jī)體免疫應(yīng)答[19]。

      雌激素水平和雌激素受體信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)對(duì)于維持成年男性生殖能力和身體健康狀態(tài)也至關(guān)重要,通常雌激素缺乏會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重后果。據(jù)個(gè)案報(bào)道,存在兩個(gè)雌激素受體-α等位基因突變的男性患者雖然體內(nèi)雌激素水平很高,但其對(duì)雌激素基本無反應(yīng),因此呈現(xiàn)出嚴(yán)重的胰島素抵抗、肥胖和早期心血管疾病跡象[20],這表明雌激素受體信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)在維持葡萄糖代謝穩(wěn)態(tài)及心血管反應(yīng)中起重要作用。

      2.2 雌激素可能通過調(diào)節(jié)血管緊張素轉(zhuǎn)換酶2保護(hù)肺組織

      動(dòng)物實(shí)驗(yàn)采用敲除ACE2基因的SARS感染模型,證實(shí)ACE2是其感染的必需受體[21]。后續(xù)的實(shí)驗(yàn)卻發(fā)現(xiàn),ACE2基因敲除小鼠與野生型小鼠相比,對(duì)酸、PM2.5、博來霉素等表現(xiàn)出更嚴(yán)重的肺損傷[22-24],這表明在急性肺損傷發(fā)病機(jī)制中,ACE2對(duì)肺損傷的保護(hù)作用,即ACE2在冠狀病毒感染過程中既充當(dāng)了必需受體,又對(duì)宿主的肺損傷發(fā)揮了保護(hù)性作用。

      動(dòng)物實(shí)驗(yàn)亦表明,雌激素可下調(diào)肺、氣道上皮細(xì)胞中ACE2 mRNA水平[25-26]。因此雌激素對(duì)宿主細(xì)胞ACE2水平進(jìn)行調(diào)控,可能對(duì)限制病毒感染有益。

      近期一項(xiàng)試驗(yàn)對(duì)COVID-19患者及對(duì)照組的ACE2表達(dá)水平進(jìn)行了研究,結(jié)果顯示COVID-19患者ACE2表達(dá)高于對(duì)照組,表明SARS-CoV-2病毒感染可能上調(diào)宿主細(xì)胞ACE2,進(jìn)而促進(jìn)其進(jìn)一步侵襲;該研究還發(fā)現(xiàn)男性較女性患者高表達(dá)ACE2,表明男性可能對(duì)更易感[27]。

      2.3 雌激素可減輕免疫炎癥

      一些季節(jié)性呼吸道疾病,例如流感病毒的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證實(shí),雌激素可減輕病毒誘導(dǎo)的肺部組織炎癥及免疫病理改變,提高呼吸道病毒感染小鼠的存活率[28]。對(duì)SARS-CoV感染的雌性小鼠去卵巢后,會(huì)導(dǎo)致病毒滴度升高、血管滲漏增加、肺泡水腫和死亡率增加,以上變化均伴隨著肺中IMMS的增加。這些數(shù)據(jù)表明雌激素受體信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)抑制了IMMS在肺中的積聚和功能,從而降低雌性小鼠的死亡率[29]。

      甲型流感病毒(influenza A virus,IAV)感染的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)顯示,外源性雌激素治療對(duì)IAV感染雌性小鼠的發(fā)病率和死亡率具有顯著保護(hù)作用,作用機(jī)制包括產(chǎn)生γ-干擾素、腫瘤壞死因子-α以及促進(jìn)對(duì)流感疫苗的高抗體反應(yīng)[30-32]。在IAV感染過程中,雌二醇還可增加病毒特異性CD8+T細(xì)胞的百分比,進(jìn)而提高小鼠的存活率,降低發(fā)病率[33]。

      2.4 雌激素可直接抑制病毒復(fù)制

      理論上,宿主一旦被感染,有兩種防御策略來對(duì)抗病毒:一是減輕病毒所造成的組織損害,稱為“疾病耐受性”;二是參與減少病毒復(fù)制反應(yīng),稱為“宿主抵抗力”[34]。

      呼吸道上皮通常是呼吸道病毒進(jìn)入體內(nèi)后首先遇到的組織,纖毛細(xì)胞是常見的靶點(diǎn)[35]。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證實(shí),用雌激素處理培養(yǎng)的雌性小鼠鼻上皮細(xì)胞,通過調(diào)節(jié)與細(xì)胞代謝相關(guān)的基因,可抑制病毒復(fù)制[36]。由于SARS-CoV-2主要在氣道和肺泡上皮細(xì)胞中復(fù)制[37],女性雌激素受體信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)可能通過對(duì)細(xì)胞代謝的影響,直接抑制病毒復(fù)制。

      2.5 雌激素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)與慢性疾病的關(guān)系

      女性絕經(jīng)前,雌激素的合成缺陷常伴月經(jīng)紊亂、無排卵性不孕等疾病,且與IR相關(guān)疾病具有很強(qiáng)的相關(guān)性,多囊卵巢綜合征(polycystic ovary syndrome,PCOS)是最常見的表現(xiàn)[38]。女性絕經(jīng)后,伴隨雌激素的減少和IR的持續(xù)加重,也更易出現(xiàn)各種并發(fā)癥[39]。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)也證實(shí),雌性和雄性雌激素受體-α基因敲除的小鼠均表現(xiàn)出IR、葡萄糖耐量降低和肥胖癥[40],這表明雌激素受體信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)在維持體內(nèi)葡萄糖穩(wěn)態(tài)方面具有重要作用。

      女性絕經(jīng)后,心血管疾病發(fā)生率也隨之增加,雌激素在其中發(fā)揮著重要作用:雌激素缺乏通過一氧化氮通路水平上調(diào)、抗氧化物產(chǎn)生減少、腎素-血管緊張素-醛固酮系統(tǒng)及內(nèi)皮細(xì)胞水平失調(diào)等一系列途徑,導(dǎo)致血管順應(yīng)性減低及心血管疾病發(fā)生率增加[41]。相關(guān)調(diào)查數(shù)據(jù)顯示,COVID-19的發(fā)病率及患者死亡率與其伴隨的慢性疾病密切相關(guān),而這些慢性疾病往往與IR、血管反應(yīng)性密切聯(lián)系。因此對(duì)于正常月經(jīng)周期的女性來說,雌激素受體信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)對(duì)于呼吸道病毒感染可能具有保護(hù)作用。

      3 展望

      雌激素作為一種多功能甾體類激素,其在SARS、MERS、IAV感染及COVID-19等疾病中所呈現(xiàn)出的性別差異值得我們深思:雌激素是否對(duì)呼吸道病毒的預(yù)防和治療起到一定作用?

      雌激素作為一種潛在的治療措施,可能通過下調(diào)病毒感染的必需受體(ACE2)、減輕免疫炎癥反應(yīng)以及直接抑制病毒復(fù)制等,發(fā)揮其對(duì)于呼吸道病毒的特異性保護(hù)作用。從長遠(yuǎn)看,對(duì)絕經(jīng)前雌激素缺乏女性、絕經(jīng)后女性以及雌激素受體信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)障礙的人群,進(jìn)行恰當(dāng)?shù)拇萍に匮a(bǔ)充治療,可改善一系列與IR、血管反應(yīng)性相關(guān)慢性疾病,從而降低對(duì)呼吸道疾病的易感性。但目前對(duì)相關(guān)假設(shè)的前瞻性臨床研究仍較為有限,有待于進(jìn)一步探索加以驗(yàn)證。

      作者貢獻(xiàn):陳筱涵負(fù)責(zé)資料收集、論文撰寫;郁琦負(fù)責(zé)選題構(gòu)思、論文修訂。

      利益沖突:無

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