楊志偉，賈紅煒(綜述)，祖一文，杜全勝*(審校)

(1.河北省人民醫(yī)院重癥醫(yī)學(xué)科，河北 石家莊 050051；2.河北省石家莊市人民醫(yī)院急診科，河北 石家莊 050011)

急性呼吸窘迫綜合征(acute respiratory distress syndrome,ARDS)由急性低氧血癥、雙肺浸潤和非心源性肺水腫的發(fā)展來定義的一種錯(cuò)綜復(fù)雜的綜合征，以肺泡滲透性增加導(dǎo)致的低氧血癥和彌漫性雙肺滲出為主要表現(xiàn)，病死率高達(dá)35%～45%[1]。目前，COVID-19仍在流行，肺部最嚴(yán)重的并發(fā)癥即為ARDS。盡管其肺損傷和多器官衰竭的確切機(jī)制仍有待商榷，但細(xì)胞因子風(fēng)暴早已成為其病理生理的代名詞，并且越來越多的證據(jù)表明，炎性細(xì)胞因子風(fēng)暴可能是COVID-19嚴(yán)重的病理表現(xiàn)和臨床表現(xiàn)惡化的原因，而白細(xì)胞介素6(interleukin 6，IL-6),是引發(fā)ARDS炎性瀑布的一種關(guān)鍵炎性細(xì)胞因子[2]。

1 IL-6的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)

IL-6基因位于人類第7對染色體上，相對分子質(zhì)量26 000，是一種多功能糖蛋白。該細(xì)胞因子由多種免疫細(xì)胞和非免疫細(xì)胞產(chǎn)生和分泌。另外，激活Toll樣受體可使巨噬細(xì)胞和單核細(xì)胞釋放IL-6，幫助天然免疫識別感染性病原體。IL-6可通過3種不同的機(jī)制作用于靶細(xì)胞：①經(jīng)典信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，即通過與膜結(jié)合受體(membrane IL-6 receptor，mIL-6R)結(jié)合，進(jìn)而募集廣泛表達(dá)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)糖蛋白130受體(glycoprotein 130，gp130)作用于靶細(xì)胞。該轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑僅限于具有mIL-6R的細(xì)胞，包括肝細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、中性粒細(xì)胞和一些T細(xì)胞亞群[3]。②這些細(xì)胞還通過細(xì)胞外脫落或選擇性剪接將可溶性受體(soluble IL-6 receptor，sIL-6R)釋放到循環(huán)中。因此，IL-6可以與sIL-6R結(jié)合，并通過gp130在缺乏mIL-6R的細(xì)胞上誘導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，這被稱為IL-6反式信號轉(zhuǎn)導(dǎo)。③IL-6還可以以反式遞呈方式與可溶性gp130結(jié)合，即與樹突狀細(xì)胞膜上的IL-6Rα(IL-6結(jié)合鏈)結(jié)合，并被“呈遞”給表達(dá)在同源T細(xì)胞表面的gp130同源二聚體[4]。通常，IL-6的再生、抗炎功能是通過經(jīng)典信號介導(dǎo)的，而促炎活性通過反式信號介導(dǎo)，有時(shí)也可通過反式遞呈介導(dǎo)[5]。IL-6通過激活多個(gè)下游信號通路影響免疫過程，包括Janus激酶-信號轉(zhuǎn)導(dǎo)子與轉(zhuǎn)錄激活子3(Janus kinase-signal transducer and activator of transcription 3，JAK-STAT3)、蛋白酪氨酸磷酸酶src同源蛋白2結(jié)構(gòu)域Ras- Raf-絲裂原活化蛋白激酶(RAS-RAF-MAPK)、SRC-YAP-NOTCH和磷脂酰肌醇3激酶-蛋白激酶B(phosphoinositide 3-kinase-threonine protein kinase B,PI3K-AKT)等信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路[6]。因此，IL-6可以通過以上途徑發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)作用[7]。IL-6的過度產(chǎn)生則會導(dǎo)致免疫失調(diào)，使病毒感染相關(guān)疾病迅速進(jìn)展，重癥COVID-19所致的ARDS就是一個(gè)嚴(yán)重免疫失調(diào)的例子。

2 IL-6在免疫系統(tǒng)中的生物學(xué)作用

IL-6是一種多效性細(xì)胞因子，由免疫細(xì)胞如樹突狀細(xì)胞、肥大細(xì)胞、單核細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、活化的B淋巴細(xì)胞及T淋巴細(xì)胞等表達(dá)，也可由成纖維細(xì)胞、系膜細(xì)胞、上皮細(xì)胞以及角質(zhì)形成細(xì)胞等非免疫細(xì)胞表達(dá)[2]，參與細(xì)胞增殖、分化、存活和運(yùn)輸?shù)汝P(guān)鍵細(xì)胞事件。IL-6就像一把雙刃劍，影響炎癥反應(yīng)和抗炎反應(yīng)的激活和調(diào)節(jié)[5]，在固有免疫和適應(yīng)性免疫系統(tǒng)的發(fā)育和激活中均起著重要作用。在固有免疫系統(tǒng)中，IL-6刺激抗菌肽和急性時(shí)相蛋白的產(chǎn)生[8-9]。一旦病原體進(jìn)入人體，它們的病原相關(guān)分子模式也會通過先天免疫受體被檢測到。這些細(xì)胞傳感器被稱為模式識別受體，包括核苷酸結(jié)合的寡聚化結(jié)構(gòu)域樣受體、Toll樣受體、DNA傳感器和RNA傳感器[10]。在病毒感染中，這些不同的免疫細(xì)胞病原體識別受體也能夠檢測和結(jié)合不同的病毒病原相關(guān)分子模式，并激活包括IL-6在內(nèi)的炎性細(xì)胞因子的轉(zhuǎn)錄因子，增加這些細(xì)胞因子的產(chǎn)生[11]。在適應(yīng)性免疫系統(tǒng)中，IL-6具有廣泛的活性。在體液免疫方面，它可以通過調(diào)節(jié)IL-21的表達(dá)來增加IgG的產(chǎn)生[12]，參與B細(xì)胞被抗原激活并分化為IgM、IgA過程；細(xì)胞免疫方面，該細(xì)胞因子在幼稚CD4+T細(xì)胞分化中起著重要作用?？纱碳D4+T細(xì)胞產(chǎn)生IL-4，來抑制1型T輔助細(xì)胞(T helper 1 cell,Th1)分化，從而使Th1/Th2平衡偏向Th2，刺激Th2產(chǎn)生。并且，IL-6聯(lián)合轉(zhuǎn)化生長因子β可促進(jìn)Th17細(xì)胞的發(fā)育和功能，從而產(chǎn)生IL-17[13]；它也能誘導(dǎo)激活CD8+T細(xì)胞(即細(xì)胞毒性T淋巴細(xì)胞，CTL)，使其在抗腫瘤和抗病毒防御中發(fā)揮重要作用。IL-6的另一個(gè)基本功能是參與白細(xì)胞的運(yùn)輸，特別是中性粒細(xì)胞，這在感染中最常見。在某些情況下，與其他炎性細(xì)胞因子一起，能夠引發(fā)細(xì)胞因子風(fēng)暴，并通過免疫反應(yīng)和機(jī)制的失調(diào)導(dǎo)致組織損傷。IL-6在病毒感染中破壞有效免疫反應(yīng)的另一個(gè)副作用是增加程序性細(xì)胞死亡蛋白1和程序性死亡配體1等抑制分子的表達(dá)[14]。因此，在病毒感染的情況下，患者體內(nèi)IL-6水平的升高與病毒復(fù)制的增加和病毒感染的持續(xù)性呈正相關(guān)[15]。另外，有研究表明IL-6是血管內(nèi)皮生長因子表達(dá)和肺泡上皮細(xì)胞血管通透性的核心調(diào)節(jié)劑[16]，與肺泡中滲出液增加密切相關(guān)。

3 IL-6在COVID-19致ARDS中的作用

IL-6參與調(diào)節(jié)多種宿主免疫反應(yīng)。相關(guān)基礎(chǔ)研究表明，IL-6與腫瘤壞死因子α和IL-1β一起，可以影響病毒感染中的許多成分和免疫反應(yīng)[17]。IL-6可能通過參與T和B淋巴細(xì)胞相關(guān)反應(yīng)的調(diào)節(jié)，抑制炎癥，刺激肺組織修復(fù)，抑制病毒感染的肺內(nèi)皮細(xì)胞凋亡，對IL-6缺陷小鼠的生存和病毒清除起關(guān)鍵作用[18]。另一方面，有臨床研究表明，在一些病毒感染中，如COVID-19，IL-6的表達(dá)過度增加，會對肺組織造成多重?fù)p害，并導(dǎo)致感染進(jìn)展[19]。

3.1IL-6在COVID-19致ARDS免疫發(fā)病機(jī)制中的作用 ARDS是COVID-19最常見和最嚴(yán)重的并發(fā)癥，早期數(shù)據(jù)顯示，新冠肺炎ARDS的病死率可達(dá)40%～50%。呼吸衰竭被認(rèn)為是COVID-19相關(guān)死亡的主要原因。對感染冠狀病毒(即非典型肺炎病毒、中東呼吸綜合征冠狀病毒和新型冠狀病毒(severe acute respiratory syndrome coronavirus 2,SARS-CoV-2))的患者的研究表明，淋巴細(xì)胞減少和細(xì)胞因子風(fēng)暴是這些患者的兩個(gè)重要的免疫病理結(jié)果[20-22]。細(xì)胞因子風(fēng)暴的發(fā)生與多種細(xì)胞因子(包括IL-1、IL-2、IL-6、IL-10、IL-17、粒細(xì)胞集落刺激因子、TNF-α等)和趨化因子(CCL1、CCL3、CCL10等)的合成失調(diào)有關(guān)，反映了先天性免疫和獲得性免疫(Th1和Th17)的病理性激活。這些細(xì)胞因子濃度的顯著升高可導(dǎo)致炎癥加劇和失控，導(dǎo)致多臟器功能衰竭(multiple organ failure，MOF)，甚至死亡。在感染SARS-CoV-2的病例中，細(xì)胞因子風(fēng)暴也是COVID-19進(jìn)展為ARDS病例的顯著特征[23-24]。在這些病例中，導(dǎo)致ARDS和多器官功能障礙綜合征的是免疫反應(yīng)，而不是病毒本身的作用。

因此，了解IL-6在COVID-19所致ARDS的免疫發(fā)病機(jī)制中的確切作用至關(guān)重要。在COVID-19中產(chǎn)生IL-6和巨噬細(xì)胞集落刺激因子，激活的T細(xì)胞也激活炎癥單核細(xì)胞，然后以級聯(lián)放大的方式產(chǎn)生和分泌IL-6，形成嚴(yán)重的過度免疫反應(yīng)。這樣，在殺死SARS-CoV-2的同時(shí)，免疫細(xì)胞也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”，從而形成細(xì)胞因子風(fēng)暴。肺組織中的非免疫細(xì)胞，如Ⅱ型肺泡上皮細(xì)胞和肺成纖維細(xì)胞也能產(chǎn)生IL-6[2]。SARS-CoV-2感染Ⅱ型肺泡上皮細(xì)胞后，細(xì)胞內(nèi)RNA傳感器可以識別病毒RNA及其下游信號通路，從而激活干擾素調(diào)節(jié)因子3和核轉(zhuǎn)錄因子κB，最終產(chǎn)生I型干擾素，以及導(dǎo)致細(xì)胞因子風(fēng)暴和多器官功能衰竭的IL-6等炎性細(xì)胞因子和趨化因子。此外，Ⅱ型肺泡上皮細(xì)胞和巨噬細(xì)胞產(chǎn)生IL-8和IL-6可將中性粒細(xì)胞募集到肺泡。隨后，IL-6介導(dǎo)的中性粒細(xì)胞活化可以通過產(chǎn)生血小板激活因子、白三烯、活性氧以及其他蛋白酶來干擾肺泡上皮液體運(yùn)輸和Ⅱ型肺泡上皮細(xì)胞表面活性物質(zhì)的產(chǎn)生[25]。由此，肺組織內(nèi)大量的免疫細(xì)胞、IL-6等細(xì)胞因子以及代謝物堆積，造成肺泡氣體交換障礙，最終導(dǎo)致ARDS發(fā)生。進(jìn)而，缺氧和炎性物質(zhì)的大量滲出又可繼發(fā)凝血功能障礙、MOF等一系列病理狀態(tài)，甚至死亡。

3.2IL-6在重癥COVID-19致ARDS中作用的臨床研究 重癥COVID-19患者多在發(fā)病一周后出現(xiàn)呼吸困難和(或)低氧血癥，嚴(yán)重者可快速進(jìn)展為ARDS。IL-6則在ARDS發(fā)生發(fā)展過程中起著至關(guān)重要的作用。發(fā)生COVID-19后，這種細(xì)胞因子的血清濃度升高，尤其是在重癥患者，這也得到了大量研究數(shù)據(jù)[26-31]的支持。紐約的一項(xiàng)研究表明，較高的IL-6水平是疾病嚴(yán)重程度和死亡的獨(dú)立和重要的預(yù)測因子[26]。武漢早期的一項(xiàng)研究顯示，重癥患者入院時(shí)IL-6水平明顯高于非重癥患者[27]。基線IL-6升高與雙側(cè)、間質(zhì)性肺損害呈正相關(guān)，與住院期間最高體溫密切相關(guān)，并與糖皮質(zhì)激素、人免疫球蛋白、住院期間機(jī)械通氣治療均有關(guān)。該研究表明，IL-6水平升高提示病情加重，其動(dòng)態(tài)變化可作為重癥COVID-19患者病情監(jiān)測的一項(xiàng)重要指標(biāo)。對COVID-19病例(1 302例)的薈萃分析顯示[28]，重癥COVID-19患者的IL-6水平是輕、中度患者的2.9倍(P<0.001)。其他研究表明，IL-6濃度升高與ARDS的進(jìn)展(P=0.030)和死亡風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)[29]。根據(jù)另一項(xiàng)納入9項(xiàng)研究的薈萃分析，重癥COVID-19患者的IL-6平均濃度顯著高于非重癥患者(平均差值為38.6 ng/L，P<0.001)，此薈萃分析顯示，IL-6濃度升高與病死率增加顯著相關(guān)[30]。當(dāng)IL-6濃度>55 ng/L時(shí)，發(fā)生重癥COVID-19的風(fēng)險(xiǎn)增加，當(dāng)IL-6濃度>80 ng/L時(shí)，死亡風(fēng)險(xiǎn)增加。該研究表明，IL-6是一個(gè)重要的炎癥標(biāo)志物，可以指導(dǎo)臨床醫(yī)生在病程早期識別重癥COVID-19患者。 有研究顯示，IL-6濃度升高與機(jī)械通氣需求密切相關(guān)[31]。這也反映了IL-6水平越高，機(jī)械通氣需求越高，這部分患者的病情也更重。綜上所述，基線IL-6水平往往可以預(yù)測患者COVID-19的嚴(yán)重程度及ARDS的發(fā)生，其濃度也會隨病情變化而產(chǎn)生一致的波動(dòng)，基于此，臨床醫(yī)生可以通過監(jiān)測IL-6水平來輔助推測患者病情走向，并做出更合理的治療決定。

許多研究者提出，這些初期的新冠肺炎IL-6數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性還受其他因素的影響，比如，在評估COVID-19研究中，許多研究數(shù)據(jù)不完整、使用的ICU入院標(biāo)準(zhǔn)及對疾病嚴(yán)重程度的定義不統(tǒng)一，甚至許多入組患者接受了已知影響細(xì)胞因子濃度的治療。再者，當(dāng)患者處于疾病進(jìn)展的不同時(shí)期(采樣時(shí)機(jī)不同)，數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性也會受影響。但事實(shí)上，一系列以細(xì)胞因子為中心的COVID-19危重患者前瞻性研究報(bào)告稱，無論是絕對值還是相對于其他炎癥氣道條件，如嚴(yán)重的社區(qū)獲得性肺炎，IL-6濃度都是顯著升高的[32-33]。

與其他導(dǎo)致ARDS的原因相比，COVID-19的特點(diǎn)是循環(huán)細(xì)胞因子水平升高不顯著，但即使IL-6水平升高程度較感染性休克中低[34]，也足以確定COVID-19患者有呼吸衰竭的高風(fēng)險(xiǎn)(IL-6>80 ng/L，AUC=0.98)[31]。雖然一般情況下，SARS-CoV-2病毒載量與COVID-19的嚴(yán)重程度無關(guān)[35]，但在重癥COVID-19患者的血清中通?？梢詸z測到SARS-CoV-2 RNA，并伴有IL-6水平的顯著升高[7]。研究表明，重癥COVID-19患者血清病毒載量與IL-6水平呈顯著正相關(guān)，這種病毒載量與ARDS的嚴(yán)重程度和肺組織損傷相關(guān)[7]。種種證據(jù)都表明IL-6在SARS-COV-2感染患者中可能具有破壞性作用。

鑒于上述觀察結(jié)果，很明顯，IL-6在重癥COVID-19的發(fā)生發(fā)展中扮演著重要的角色，可被視為潛在的診斷生物標(biāo)志物和治療SARS-COV-2感染的合適靶點(diǎn)。

4 小結(jié)和展望

IL-6是一種多效性的細(xì)胞因子，在感染SARS-CoV-2后病毒清除及肺組織修復(fù)中起著重要的作用。另一方面，炎癥反應(yīng)失調(diào)可能導(dǎo)致肺損傷，導(dǎo)致ARDS、MOF，甚至死亡。雖然目前的數(shù)據(jù)不足以確定失調(diào)的細(xì)胞因子反應(yīng)在COVID-19中的確切作用和范圍。但目前臨床上多數(shù)研究仍認(rèn)為，細(xì)胞因子風(fēng)暴理論可能是COVID-19患者病情惡化乃至死亡的重要原因之一，IL-6則在細(xì)胞因子風(fēng)暴中起關(guān)鍵作用，與肺損傷嚴(yán)重程度以及患者的預(yù)后密切相關(guān)，可作為新冠肺炎ARDS患者評價(jià)的生物標(biāo)志物。因此，監(jiān)測COVID-19患者體內(nèi)細(xì)胞因子，特別是IL-6的動(dòng)態(tài)變化可以及早預(yù)警細(xì)胞因子風(fēng)暴的發(fā)生，并且有助于監(jiān)測重癥、危重癥COVID-19患者的病情進(jìn)展及輔助判斷預(yù)后?？蒲泄ぷ髡呖梢蚤_發(fā)一種包括IL-6在內(nèi)的評分系統(tǒng)來指導(dǎo)臨床醫(yī)生在病程早期識別重癥COVID-19患者，從而協(xié)助ARDS的快速診斷和危險(xiǎn)分層，同時(shí)，有助于實(shí)施靶向治療和個(gè)體化治療，從而實(shí)現(xiàn)ARDS的精準(zhǔn)治療。