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)學科學研究院/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］，細胞因子風暴（cytokine storm，CS）是COVID-19患者病情惡化乃至死亡的重要因素之一。本研究就細胞因子在COVID-19疾病進展中的作用機制和臨床監(jiān)測價值進行綜述。

1 細胞因子及其抗炎免疫作用

細胞因子是由機體免疫細胞或非免疫細胞經(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）、轉化生長因子-β、生長因子、趨化性細胞因子等7大家族。在炎癥反應中，多種細胞因子與其特異性受體結合，通過調控免疫反應從而發(fā)揮生理功能。一部分細胞因子具有激活免疫細胞、促進炎性反應的功能，稱為促炎細胞因子；另一部分細胞因子能夠抵抗炎癥反應，稱為抗炎細胞因子。當機體發(fā)生病原體感染時，免疫系統(tǒng)產(chǎn)生的促炎細胞因子促進炎癥的進展；而抗炎細胞因子抑制炎癥反應并清除病原體。兩方面共同作用，因而呈現(xiàn)出復雜的免疫反應。

2 SARS-CoV-2誘導的細胞因子譜及細胞因子風暴

2.1 SARS-CoV-2誘導產(chǎn)生的細胞因子譜 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)不同的病毒誘導機體所表達的細胞因子譜不盡相同。近期，由中國疾病預防控制中心和中國醫(yī)學科學研究院等單位共同開展了一項研究［7］，檢測了12例COVID-19患者血液中的48種細胞因子水平。結果顯示，與對照組相比，COVID-19患者血液中有38種細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，15種與肺部損傷相關聯(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、干擾素誘導蛋白10、單核細胞趨化蛋白1、巨噬細胞炎癥蛋白-1A和TNF-α的水平較高。Lancet在線發(fā)表相關研究顯示［1，9，10］，COVID-19患者體內升高的IL-2、IL-6、IL-7、IL-10、IFN-γ、TNF-α等 與COVID-19的嚴重程度有關，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誘導機體產(chǎn)生多種細胞因子的廣泛表達，上述部分細胞因子在不同病程時期表現(xiàn)為顯著的持續(xù)變化，可能是參與COVID-19重癥化的關鍵細胞因子。

2.2 COVID-19細胞因子風暴及其機制CS又稱高細胞因子血癥，最早由Ferrara JL于20世紀90年代在移植物抗宿主排斥反應引起炎癥病理狀態(tài)中發(fā)現(xiàn)并予報道［12］。CS通常繼發(fā)于嚴重感染后，是由促炎細胞因子水平急劇升高引發(fā)的一種嚴重異常免疫反應。SARS-CoV-2感染人肺泡上皮細胞后，在細胞內大量復制并激活肺泡組織內固有的免疫細胞（主要為CD4+T淋巴細胞）?；罨腃D4+T細胞增殖分化為Th1細胞和Th2細胞，其中參與細胞免疫的Th1細胞分泌IL-2、IL-6、IFN-γ與GM-CSF等細胞因子入血，完成初級細胞因子釋放。進入血液循環(huán)的GM-CSF募集并激活CD14+CD16+炎性單核細胞等多種免疫細胞，活化的CD14+CD16+炎性單核細胞進一步分泌其他種類的細胞因子并使之逐漸呈現(xiàn)高水平狀態(tài)，完成二級細胞因子釋放。促炎細胞因子又可募集和激活更多免疫細胞釋放超量的細胞因子，形成一個正向反饋環(huán)路［13］。

通常情況下，機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胞因子分泌水平超過機體閾值，反饋環(huán)路超出機體控制進而引發(fā)級聯(lián)效應，形成嚴重的過度免疫反應［14］。如此一來，免疫細胞在殺死SARS-CoV-2的同時，猛烈攻擊肺泡組織中的正常細胞，導致極端的“自殺式攻擊”，從而形成CS［13］。雖然特異性免疫應答是機體清除病毒的主要途徑［15］，但在機體持續(xù)感染或不能有效清除病毒時，體內的非特異性免疫應答會逐漸增強。相比于CD4+T細胞介導的特異性免疫應答，CD14+CD16+單核細胞介導的非特異性免疫應答在COVID-19患者CS的形成中，發(fā)揮著更為重要的作用。

魏海明教授團隊的最新研究揭示［16］，GM-CSF在CS啟動中的或許發(fā)揮著更重要的作用。因為從機制上看，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+炎性單核細胞的活化及其二級細胞因子的分泌；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+炎性單核細胞的活化及其二級細胞因子的釋放。由此可見，IL-6和GM-CSF是參與COVID-19患者CS的兩種關鍵細胞因子［17］。CS導致肺組織內大量的免疫細胞、細胞因子以及代謝物堆積阻塞肺泡，造成肺泡氣體交換障礙，最終導致ARDS發(fā)生［18］。繼而，缺氧和炎性物質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 血管緊張素轉換酶2的免疫調節(jié)作用SARSCoV-2感染人體是通過其棘突糖蛋白（S蛋白）識別宿主細胞表面的受體-血管緊張素轉換酶2（angiotensin converting enzyme 2，ACE2）從而進入肺泡上皮細胞。宿主細胞主要是高表達ACE2的Ⅱ型肺泡上皮細胞（alveolar epithelial typeⅡcells，ATⅡ）［20］。ATⅡ細胞對于S蛋白的易感性取決于ATⅡ細胞表面ACE2的表達水平，所以ACE2是SARS-CoV-2感染宿主細胞的“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促進血管緊張素Ⅱ（an giotensinⅡ，AngⅡ）生成，ACE2催化AngⅡ轉化為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細胞后，ACE2表達下調，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轉化為Ang1-7，從而導致AngⅡ呈現(xiàn)高水平，激活RAAS系統(tǒng)和AT1受體［22］。進而，肺組織平滑肌強烈收縮，肺泡毛細血管通透性增加，激活了炎性細胞的非特異性免疫反應，大量滲出的炎性細胞和炎性組織液堆積于肺泡形成肺水腫，進一步加重了肺損傷［23，24］。由此可見，ACE2在COVID-19病程中發(fā)揮著關鍵作用，它是SARS-CoV-2打開宿主ATⅡ細胞大門的“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［25］。由此推斷，SARS-CoV-2感染導致的心肌功能下降、肝腎功能損害以及MOF可能與ACE2有關［26］。

3 細胞因子在COVID-19疾病中的監(jiān)測價值

COVID-19患者一旦發(fā)生CS，將導致病情迅速加重，往往難以逆轉。有報道顯示［27］，COVID-19患者血液中IL-6、IL-8、GM-CSF等細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，進而導致低血壓、DIC和MOF。因此，如何對CS的發(fā)生進行早期監(jiān)測預警，并依此給予對癥治療，是降低重癥率和死亡率的一個關鍵［28］。

有多個版本的專家共識和診療方案提出，可通過檢測細胞因子來監(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》提出，在病情進展階段可出現(xiàn)IL-6、IL-8等細胞因子水平升高，有必要進行監(jiān)測［30］。《新型冠狀病毒肺炎診療方案》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，且實驗室檢測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IL-6的水平亦可反映托珠單抗的阻斷效果。

在COVID-19臨床實踐中，相比于其他細胞因子，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)測等方面的臨床價值較為突出。關于IL-6和GM-CSF的標本來源，國內外多項研究通過檢測血清中IL-6、GM-CSF等細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等細胞因子的實驗室檢測方法主要有分子生物學和免疫學檢測。目前，國內縣級以上醫(yī)院廣泛采用化學發(fā)光免疫分析法進行檢測。此方法檢測細胞因子不僅較高的靈敏度，而且自動化程度高，實驗室周轉時間短。

4 小結

SARS-CoV-2具有很強的傳染性和致病性，在COVID-19的整個病程中，CS的發(fā)生是導致輕癥向重癥、危重癥發(fā)展的重要因素之一。調控CS可能是扭轉病情惡化、降低重癥率和死亡率的關鍵。監(jiān)測COVID-19患者體內細胞因子尤其是IL-6與GM-CSF的動態(tài)變化，可以及早預警CS的發(fā)生，而且有助于評估COVID-19患者的病情進展和預后，為COVID-19的診療提供重要依據(jù)。