SARS-CoV-2 病毒性膿毒癥：臨床發(fā)現(xiàn)和科學(xué)假說
《柳葉刀》（The Lancet）4月17日發(fā)表來自中日友好醫(yī)院曹彬教授團(tuán)隊(duì)的論文。作者結(jié)合COVID-19的尸檢病理研究以及先前對SARS-CoV-2和SARS-CoV進(jìn)行的基礎(chǔ)科學(xué)研究證據(jù)，提出了關(guān)于SARS-CoV-2發(fā)病機(jī)理的若干假設(shè)，認(rèn)為病毒性膿毒癥對COVID-19的發(fā)病機(jī)制至關(guān)重要。雖然未來可能會證實(shí)假設(shè)是不完美的，但作者認(rèn)為這些觀點(diǎn)可為基礎(chǔ)研究提供思路和指導(dǎo)方向。
自2019冠狀病毒?。–OVID-19）暴發(fā)以來，臨床醫(yī)生已盡一切努力來了解這種疾病，現(xiàn)在我們已經(jīng)對它的臨床特征有了大致的了解。在臨床實(shí)踐中我們發(fā)現(xiàn)，即使沒有明顯的低血壓，許多重癥或危重癥COVID-19患者也出現(xiàn)了肢冷和脈搏細(xì)弱等典型的休克臨床表現(xiàn)。理解COVID-19中的病毒性膿毒癥的機(jī)制有助于探索如何為這些患者提供更好的臨床救治。在與從事COVID-19研究的基礎(chǔ)科學(xué)家、病理學(xué)家和臨床醫(yī)生進(jìn)行多輪討論后，我們結(jié)合最近對COVID-19的尸檢病理研究以及先前對嚴(yán)重急性呼吸綜合征冠狀病毒2（SARS-CoV-2）和嚴(yán)重急性呼吸綜合征冠狀病毒（SARS-CoV）進(jìn)行的基礎(chǔ)科學(xué)研究證據(jù)，提出了關(guān)于SARS-CoV-2發(fā)病機(jī)理的若干假設(shè)。我們認(rèn)為病毒性膿毒癥對COVID-19的發(fā)病機(jī)制至關(guān)重要。雖然這些想法可能會在將來被證明是不完美的，甚至是錯誤的，但我們相信，這些觀點(diǎn)此刻可以為基礎(chǔ)研究提供思路和指導(dǎo)方向。SARS-CoV-2疫情最早于2019年12月在武漢市首次報(bào)道，對中國乃至整個世界都產(chǎn)生了巨大影響。由SARS-CoV-2引起的疾病被稱為2019冠狀病毒?。ê喎QCOVID-19）。截止到2020年3月19日，確診病例數(shù)已經(jīng)增加到20萬以上。盡管大多數(shù)感染SARS-CoV-2的患者僅有輕微癥狀，但約有5%的患者惡化為嚴(yán)重的肺損傷甚至多器官功能障礙，病死率約為1.4%[1]。在臨床實(shí)踐中我們發(fā)現(xiàn)，即使沒有明顯的低血壓，許多重癥或危重癥COVID-19患者也出現(xiàn)了肢冷和脈搏細(xì)弱等典型的休克臨床表現(xiàn)。這些患者中許多都表現(xiàn)出嚴(yán)重的代謝性酸中毒，表明可能存在微循環(huán)功能障礙。此外，除嚴(yán)重的肺損傷外，一些患者也有肝臟[2]和腎臟功能受損。這些患者符合Sepsis-3共識[3]中關(guān)于膿毒癥和膿毒癥休克的診斷標(biāo)準(zhǔn)，但SARS-CoV-2感染似乎是大多數(shù)患者的唯一病因[1]。在最近報(bào)道的一項(xiàng)COVID-19研究中，76%膿毒癥患者的血液和下呼吸道標(biāo)本細(xì)菌和真菌培養(yǎng)結(jié)果呈陰性[4]。因此，用“病毒性膿毒癥”來描述重癥或危重癥COVID-19患者的臨床表現(xiàn)更加準(zhǔn)確[5]。理解COVID-19中病毒性膿毒癥的機(jī)制有助于探索為這些患者提供更好的臨床救治。在活檢或尸檢病理研究中，早期[6]和晚期[7]COVID-19患者的肺部病理表現(xiàn)均出現(xiàn)彌漫性肺泡損害伴有透明膜形成，肺泡腔內(nèi)單核細(xì)胞和巨噬細(xì)胞浸潤，肺泡壁彌漫性增厚。通過電子顯微鏡，在支氣管上皮和2型肺泡上皮細(xì)胞中可以觀察到病毒顆粒[8,9]。此外，一些患者還存在脾萎縮、肺門淋巴結(jié)壞死、腎臟局灶性出血、肝臟腫大并伴有炎性細(xì)胞浸潤、腦神經(jīng)元水腫和分散的神經(jīng)元變性。從COVID-19患者的呼吸道樣本，以及糞便[10]和尿液[11]樣本中均分離出了SARS-CoV-2感染性病毒顆粒，這表明重癥COVID-19患者的多器官功能障礙至少部分是由感染直接攻擊引起的。但是，目前在尸檢中尚未發(fā)現(xiàn)病毒在多器官廣泛播散。SARS-CoV-2是否可以直接靶向除肺以外的其它器官，特別是那些高表達(dá)ACE2[12,13]和L-SIGN[14]（均為SARS-CoV-2可能的細(xì)胞受體）的器官，還不得而知。此外，SARS-CoV-2如何傳播到肺外器官仍然是一個謎。目前，已經(jīng)觀察到流行的SARS-CoV-2病毒株出現(xiàn)了基因組變異，但是這些變異是否造成病毒毒力的改變還需要進(jìn)一步研究[15]。以細(xì)胞因子風(fēng)暴和淋巴細(xì)胞減低為特征的宿主免疫反應(yīng)失調(diào)是SARS-CoV-2感染的突出表現(xiàn)研究發(fā)現(xiàn)，COVID-19患者促炎細(xì)胞因子和趨化因子TNF-α、IL-1β、IL-6、G-SCF、IP-10、MCP1和MIP1α水平顯著升高[16,17]。和重癥流感相似，細(xì)胞因子風(fēng)暴可能在COVID-19的免疫致病機(jī)理中起重要作用。此前研究表明，在流感病毒感染中，肺上皮細(xì)胞、巨噬細(xì)胞和樹突狀細(xì)胞（DC）都通過模式識別受體（PRR）的激活在一定程度上釋放細(xì)胞因子；被激活的PRR包括Toll樣受體TLR3、TLR7和TLR8、視黃酸誘導(dǎo)型基因I（RIG-1）和NOD樣受體家族[18]。但是，目前對COVID-19細(xì)胞因子如何釋放仍然知之甚少。識別SARS-CoV-2感染后細(xì)胞因子的主要來源，以及細(xì)胞因子風(fēng)暴背后的病毒學(xué)機(jī)制，對理解COVID-19 的致病機(jī)理至關(guān)重要。此外，將來的研究也需要闡明細(xì)胞因子激活的動態(tài)變化：感染后多長時(shí)間機(jī)體釋放出第一批細(xì)胞因子？細(xì)胞因子有哪些？另外，重癥COVID-19患者的多器官功能衰竭是由什么機(jī)制造成的？病毒感染造成的直接組織損傷，還是全身性細(xì)胞因子風(fēng)暴？或是兩者的協(xié)同作用導(dǎo)致？這些問題同樣值得研究。另外，阻斷這些促炎介質(zhì)是否會影響患者的臨床結(jié)局，這個問題也值得關(guān)注。有人提出可以利用抗IL-6R單克隆抗體或糖皮質(zhì)激素來對抗病毒感染后的炎癥反應(yīng)。但是，IL-6可能通過促進(jìn)嗜中性粒細(xì)胞介導(dǎo)的病毒清除，在病毒感染后的初步免疫反應(yīng)中發(fā)揮重要作用；一項(xiàng)研究表明，IL-6/IL-6R缺乏會導(dǎo)致流感病毒感染狀態(tài)持續(xù)存在，并最終導(dǎo)致小鼠死亡[19]。糖皮質(zhì)激素的使用目前仍存在爭議[20,21]。
另一方面，免疫反應(yīng)失調(diào)還包括炎癥期后的免疫抑制階段。其特征是在COVID-19患者中出現(xiàn)外周淋巴細(xì)胞計(jì)數(shù)（主要是CD4 T和CD8 T細(xì)胞）持續(xù)且顯著減低；并且淋巴細(xì)胞減低與繼發(fā)性細(xì)菌感染相關(guān)[4]。淋巴細(xì)胞減低在重癥流感和其他呼吸道病毒感染中同樣存在。在COVID-19中，已經(jīng)有研究顯示淋巴細(xì)胞減少的程度與疾病的嚴(yán)重程度相關(guān)。淋巴細(xì)胞減少的機(jī)制仍然未知。此前研究發(fā)現(xiàn)，從各個器官（外周血、脾臟、淋巴結(jié)、多種器官的淋巴組織）分離的T淋巴細(xì)胞中可以檢測到SARS樣病毒顆粒和SARS-CoV病毒RNA[22,23]，這表明SARS-CoV可能直接感染T淋巴細(xì)胞。SARS-CoV-2和SARS-CoV的刺突蛋白受體結(jié)合域（RBD）顯示出高度的一致性[24,25]，并且在SARS-CoV-2感染患者的血液樣本中也能檢測到病毒RNA[16]。因此，一個合理的假設(shè)是，除了由Fas/Fas-L和IFN/TRAIL介導(dǎo)的細(xì)胞活化和細(xì)胞死亡外，SARS-CoV-2還可直接感染淋巴細(xì)胞，特別是T淋巴細(xì)胞，并啟動或促進(jìn)細(xì)胞淋巴細(xì)胞死亡，最終導(dǎo)致淋巴細(xì)胞減少和抗病毒反應(yīng)減弱。但是，這種假設(shè)需要進(jìn)一步研究。并且我們還需要確定SARS-CoV-2感染后淋巴細(xì)胞中發(fā)生了哪些類型的細(xì)胞死亡。此外，值得注意的是淋巴細(xì)胞缺乏ACE2表達(dá)，這表明SARS-CoV-2感染T淋巴細(xì)胞存在另一種機(jī)制[13]。肺泡巨噬細(xì)胞是否可以吞噬病毒顆粒然后轉(zhuǎn)移到淋巴細(xì)胞，是該領(lǐng)域一個令人興奮的懸而未決的問題。有研究發(fā)現(xiàn)，在COVID-19病程晚期，71.4%的死亡患者符合DIC診斷標(biāo)準(zhǔn)（≥5分）[27]，并出現(xiàn)凝血功能異常，尤其是D-二聚體和FDP顯著增高與預(yù)后不良有關(guān)[4]。但是，凝血功能異常的具體機(jī)制仍待明確。SARS-CoV-2病毒是否可以直接攻擊ACE2高表達(dá)的血管內(nèi)皮細(xì)胞[13]，并進(jìn)而導(dǎo)致凝血功能異常和膿毒癥仍待研究。同時(shí)，ACE2也是一個重要血壓調(diào)節(jié)分子。感染SARS-CoV-2病毒后，ACE2在循環(huán)系統(tǒng)紅的高表達(dá)可能是膿毒癥性低血壓的潛在原因[28]。對于合并高血壓的COVID-19患者，ARB/ACE抑制劑降壓治療仍有爭議。一些研究者認(rèn)為ACE抑制劑可以通過減輕肺部炎性反應(yīng)的方式使患者獲益[29]，但也有學(xué)者認(rèn)為ACE抑制劑可能改變ACE2的表達(dá)水平并加速病毒進(jìn)入細(xì)胞[30]。但是，目前尚無明確臨床證據(jù)評估ARB/ACE抑制劑治療對COVID-19患者的風(fēng)險(xiǎn)。這些藥物是抑制還是促進(jìn)病毒侵入細(xì)胞尚需進(jìn)一步研究探索。基于對患者的臨床觀察，我們假設(shè)，在輕癥SARS-CoV-2感染者中，肺部的巨噬細(xì)胞能夠激活炎癥反應(yīng)并吞噬病毒，固有免疫和適應(yīng)性免疫應(yīng)答可有效抑制病毒的復(fù)制，患者可以很快康復(fù)。但是，在重癥或危重癥COVID-19患者中，肺泡上皮-內(nèi)皮屏障（氣-血屏障）的完整性會被嚴(yán)重破壞。SARS-CoV-2病毒不僅會攻擊肺泡上皮細(xì)胞，也會攻擊肺毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞，導(dǎo)致大量漿液性成分漏出進(jìn)入肺泡腔。SARS-CoV-2病毒感染后，肺泡巨噬細(xì)胞和上皮細(xì)胞會釋放大量促炎細(xì)胞因子和趨化因子；單核細(xì)胞和中性粒細(xì)胞會被募集到感染部位并清除含有病毒顆粒和感染細(xì)胞的滲出液，導(dǎo)致炎癥反應(yīng)失控。在這個過程中，由于顯著的淋巴細(xì)胞數(shù)量減少和功能失調(diào)，適應(yīng)性免疫難以有效啟動。失控的病毒感染會導(dǎo)致嚴(yán)重的巨噬細(xì)胞浸潤，進(jìn)一步加重肺損傷。同時(shí)，播散的SARS-CoV-2病毒也可直接攻擊其它器官，免疫反應(yīng)可導(dǎo)致系統(tǒng)性的炎癥風(fēng)暴，同時(shí)還有微循環(huán)障礙，這些因素一起作用最終引發(fā)病毒性膿毒癥（如下圖）。因此，有效的抗病毒治療、調(diào)節(jié)固有免疫應(yīng)答和重建適應(yīng)性免疫應(yīng)答的措施是打破惡性循環(huán)、改善患者預(yù)后的關(guān)鍵。Figure. Occurrence and outcome of severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 viral sepsis自COVID-19暴發(fā)以來，臨床醫(yī)生竭盡全力來了解這種疾病，現(xiàn)在我們已經(jīng)對它的臨床特征有了初步的認(rèn)識。但是臨床現(xiàn)象背后的機(jī)制仍有很多未知?；诮贑OVID-19尸檢研究和前期針對SARS-CoV-2病毒和SARS-CoV病毒的基礎(chǔ)研究結(jié)果，我們和研究COVID-19的基礎(chǔ)科學(xué)家、病理學(xué)家、臨床醫(yī)師經(jīng)過多輪討論后提出了關(guān)于SARS-CoV-2病理機(jī)制的一系列假設(shè)。我們認(rèn)為病毒性膿毒癥是COVID-19的一個關(guān)鍵致病機(jī)制。盡管這些假設(shè)可能并不完善、甚至之后可能被證明是錯誤的，但是我們相信這些臨床觀察可以為未來的實(shí)驗(yàn)室研究提供思路。未來主要有以下幾個研究重點(diǎn)：1. 探討SARS-CoV-2病毒是否可以直接攻擊血管內(nèi)皮細(xì)胞及其對凝血功能和病毒播散的影響；2. 在臨床試驗(yàn)或動物模型中，評估ARB/ACE抑制劑對SARS-CoV-2病毒感染結(jié)局的影響；3. 確認(rèn)SARS-CoV-2病毒是否可以直接感染淋巴細(xì)胞以及如何影響適應(yīng)性免疫應(yīng)答；4. 細(xì)胞因子反應(yīng)在SARS-CoV-2病毒感染過程中的動態(tài)變化；5. 通過隨機(jī)對照臨床試驗(yàn)評估免疫調(diào)節(jié)藥物的治療效果。
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