姚金艷，關心，魏文娟，鄒偉，劉晶,3

病毒感染在通常情況下從外周組織開始，很少會擴散到中樞神經(jīng)系統(tǒng)（central nervous system，CNS），這是因為血腦屏障（blood brain barrier，BBB）可有效地保護CNS免受大多數(shù)病毒的感染[1]。戊型肝炎病毒（hepatitis e virus，HEV）是第一個被發(fā)現(xiàn)侵襲CNS的冠狀病毒（1962年）[2]，像這類具有神經(jīng)毒力的病毒浸潤CNS 影響神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細胞的正常功能并誘發(fā)各種神經(jīng)系統(tǒng)癥狀的現(xiàn)象被稱為嗜神經(jīng)性[3]。嚴重急性呼吸系統(tǒng)綜合征冠狀病毒2（severe acute respiratory syndrome coronavirus 2，SARS-CoV-2）導致2019 年新型冠狀病毒肺炎（coronavirus diseas 2019，COVID-19）持續(xù)在世界范圍肆虐，許多報道開始聚焦于COVID-19 患者神經(jīng)系統(tǒng)表現(xiàn)[4-10]。Joost 等[11]綜合了中國、英國、拉丁美洲等大量流行病學數(shù)據(jù)，總結(jié)了COVID-19 的病理生理學、診斷和治療，其中出現(xiàn)的神經(jīng)系統(tǒng)癥狀也在常見臨床診斷癥狀之列，包括疲勞、肌痛（15%～44%），頭痛、無力（25%），厭食、失語（3%）等，且伴隨意識障礙（8%）、急性腦血管病（3%）、休克（6%）等。Zhou等[12]通過1 099例新冠肺炎患者的研究發(fā)現(xiàn)COVID-19 除全身性表現(xiàn)外，也可引起多種神經(jīng)系統(tǒng)癥狀，且重癥多集中在老年患者或有嚴重基礎疾病的患者。已有相當多的研究證明SARS-CoV具有嗜神經(jīng)性，因而推測SARS-CoV-2 也很有可能具嗜神經(jīng)性。Rhea 等[13]利用放射性元素標記過的SARS-CoV-2刺突蛋白（S1）I-S1亞基可輕松越過小鼠BBB，進入大腦實質(zhì)。有人從患者腦脊液中檢測到SARS-CoV-2 mRNA，表明SARS-CoV-2 可穿過BBB[14]。病毒入侵神經(jīng)系統(tǒng)以激活人體固有免疫應答的同時不可避免也利用某些信號通路加劇病毒的感染[15]。新近發(fā)現(xiàn)，受細胞因子風暴影響，SARS-CoV-2侵入機體產(chǎn)生的大量細胞因子可直接影響CNS 功能而無需透過BBB[16]。為更好地開展進一步研究，本文聚焦于新冠病毒的嗜神經(jīng)性，探討病毒嗜神經(jīng)性可能引發(fā)的免疫應答機制，總結(jié)二者同時存在引發(fā)的一系列COVID-19相關神經(jīng)系統(tǒng)損傷性功能紊亂，為未來尋找有效的防治方法及改善患者神經(jīng)系統(tǒng)預后提供新思路。

1 SARS-CoV-2的嗜神經(jīng)性及免疫應答機制

1.1 病毒與嗜神經(jīng)性

BBB由腦微血管內(nèi)皮細胞、周細胞和星形膠質(zhì)細胞偽足等組成，是CNS免受感染的主要屏障。研究發(fā)現(xiàn)，有些嗜神經(jīng)性病毒的成分如人類免疫缺陷病毒-Ⅰ型Tat蛋白能刺激星形膠質(zhì)細胞釋放基質(zhì)金屬蛋白酶9，導致BBB完整性受損。但也有些病毒可在BBB沒有受損的情況下通過BBB。如一些病毒（α皰疹病毒）可通過與感覺神經(jīng)元和自主神經(jīng)元軸突末端的受體結(jié)合進入外周神經(jīng)系統(tǒng)。通常，病毒粒子可通過與質(zhì)膜直接融合穿透質(zhì)膜或通過內(nèi)吞作用進入細胞，而后順行或逆行運輸?shù)缴窠?jīng)元細胞體，感染神經(jīng)元（圖1）。

圖1 病毒嗜神經(jīng)性模式

1.2 SARS-CoV-2與嗜神經(jīng)性

研究表明，SARS-CoV-2 為單股正鏈RNA（26~32 kb）包膜病毒。病毒整個蛋白質(zhì)外殼由刺突蛋白（S）、包膜蛋白（E）、膜蛋白（M）和核衣殼蛋白（N）組成。S 蛋白作為SARS-CoV-2 包膜表面最大的蛋白，在附著宿主細胞和膜融合方面起著至關重要的作用，因而S 蛋白通過影響病毒顆粒的溶解度進而決定病毒的感染性[17]。目前普遍公認的SARS-CoV-2入侵宿主細胞的方式為膜融合形式。在與宿主細胞融合前，SARS-CoV-2的S蛋白與血管緊張素轉(zhuǎn)化酶2（angiotensin converting enzyme 2，ACE2）結(jié)合后誘導S蛋白構象變化，促進S1/S2裂解位點的跨膜蛋白酶絲氨酸2、組織蛋白酶L 或弗林蛋白酶水解S 蛋白，導致S1和S2亞基解離。新分離的S2亞基的構象變化促進用于膜融合進入宿主細胞的螺旋融合中間體的形成[18,19]。但最新研究發(fā)現(xiàn)，有些細胞（如小膠質(zhì)細胞、周細胞等）表面未表達ACE2 受體，但依舊發(fā)現(xiàn)了SARS-CoV-2入侵的現(xiàn)象，提示病毒可能通過與其他受體結(jié)合進入宿主細胞[16]。Wang 等[20]發(fā)現(xiàn)除了ACE2，SARS-CoV-2 還可利用細胞表面蛋白（basignin，BSG）和神經(jīng)纖毛蛋白1（neuropilin-1，NRP1）等非典型受體進入神經(jīng)細胞。由于新冠肺炎疫情來的兇猛突然，病毒變異又快，臨床提供的數(shù)據(jù)尚不完整，人們對SARS-CoV-2 嗜神經(jīng)性的認識還不清楚。目前研究數(shù)據(jù)支持病毒可能通過血液途徑或神經(jīng)逆行途徑侵入CNS（圖2）。首先，SARS-CoV-2 通過BBB 進入CNS 的方式存在多種可能性。血液中可能存在攜帶SARS-CoV-2 的白細胞，可以遷移穿過BBB；此外因SARS-CoV-2 入侵引發(fā)的炎癥反應破壞BBB，病毒通過內(nèi)皮細胞間隙進入CNS。而后，病毒突破BBB 并傳播到腦組織中可以與神經(jīng)細胞膜上的受體識別直接損傷破壞神經(jīng)元，也可激活CNS中的免疫應答機制。進入CNS中的病毒在腦內(nèi)可能通過募集大腦中具有特定神經(jīng)遞質(zhì)的通路來介導其傳播，還可通過神經(jīng)元順行或逆行機制傳播[5]。在外周病毒可能通過嗅覺神經(jīng)元和迷走神經(jīng)以神經(jīng)元逆行途徑進入CNS[21]。Heppner 等[22]認為SARS-CoV-2 可通過篩板在嗅球傳播，SARS-CoV-2 通過篩板與神經(jīng)元上的ACE2 結(jié)合。Esposito等[23]根據(jù)SARS-CoV-2從肺和上呼吸道的迷走神經(jīng)傳入CNS的推論結(jié)合COVID-19患者消化系統(tǒng)癥狀推測腸道神經(jīng)系統(tǒng)可能成為SARS-CoV2 神經(jīng)入侵的替代入口。無論病毒通過何種途徑到達CNS，病毒感染引起的細胞因子會破壞BBB 的緊密連接，一方面病毒通過復制導致神經(jīng)元病變，另一方面病毒激活免疫系統(tǒng)加速神經(jīng)元的損傷[24]。

圖2 SARS-CoV-2入侵神經(jīng)系統(tǒng)可能路徑

1.3 SARS-CoV-2與免疫應答失衡

眾所周知，病毒侵入人體后，可引起固有免疫和適應性免疫反應，二者相互影響，相輔相成。首先啟動宿主防御的固有免疫反應激活信號通路，然后適應性免疫反應進一步迅速高效地清除病毒。劉麗等[25]觀察了中國獼猴在SARS-CoV-2急性感染過程中抗S-IgG對巨噬細胞造成的反應發(fā)現(xiàn)，一方面，病毒激活肺內(nèi)靜止的巨噬細胞，進而將單核細胞募集到損傷部位并釋放炎癥因子；另一方面，被激活的巨噬細胞產(chǎn)生基質(zhì)金屬蛋白酶、生長因子和抗炎因子（尤其是TGF-β）等來發(fā)揮抗炎功能。臨床研究也表明，在最終恢復階段，若抗炎功能占據(jù)優(yōu)勢，炎癥反應迅速消退，病灶將恢復正常結(jié)構，意味著患者即可戰(zhàn)勝病魔。反之，固有免疫與適應性免疫應答失衡、促炎性與抗炎性細胞因子水平失衡引發(fā)細胞因子風暴綜合征（cytokine storm syndrome，CSS）。需要指出的是，急性壞死性腦病通常與顱內(nèi)細胞因子風暴有關，這可能導致BBB 的破壞。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，COVID-19 患者血中的促炎因子如IL-6、IL-1b、TNF、IL-17、IL-2、IL-8、G-CSF、GMCSF、IP10、MCP1、MIP1a2等水平升高，尤以IL-6水平與臨床預后密切相關（其可能相關的信號通路見圖3）。這些促炎細胞因子進入CNS可激活神經(jīng)膠質(zhì)細胞并改變其功能，從而導致神經(jīng)膠質(zhì)細胞的活化和增殖，這可進一步破壞BBB的結(jié)構和功能完整性[26]。

圖3 細胞因子風暴模式

2 SARS-CoV-2致神經(jīng)系統(tǒng)疾病損傷及功能紊亂

臨床觀察到，COVID-19 患者同時伴隨著神經(jīng)系統(tǒng)癥狀[27]，其表現(xiàn)包括CNS 表現(xiàn)（圖4）、周圍神經(jīng)系統(tǒng)（peripheral nervous system，PNS）表現(xiàn)和骨骼肌損傷。Mao 等[28]回顧了中國武漢市華中科技大學協(xié)和醫(yī)院3個COVID-19指定?？浦行囊汛_診的214例患者，其中至少1/3的患者具有某種神經(jīng)系統(tǒng)表現(xiàn)。嗅覺味覺障礙、共濟失調(diào)和精神狀態(tài)改變等可能是SARS-CoV-2 嗜神經(jīng)性的早期跡象[29]，且隨著患者的癥狀加重，COVID-19患者可出現(xiàn)肌痛、肌酸激酶水平升高、橫紋肌溶解等骨骼肌損傷表現(xiàn)，癥狀嚴重者甚至死亡[30]。因而早期識別和發(fā)現(xiàn)微小神經(jīng)系統(tǒng)癥狀，有針對性地進行干預治療對改善預后具有極大的價值。

圖4 SARS-CoV-2致神經(jīng)系統(tǒng)損傷及功能紊亂

2.1 中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病損傷及功能紊亂

2.1.1 腦炎 腦炎是一種急性、彌漫性、炎癥性的大腦疾病。臨床表現(xiàn)為發(fā)熱、頭痛、癲癇、局灶性神經(jīng)功能缺損和意識改變。意識改變的范圍可以從嗜睡到深度昏迷。腦脊液檢查可以檢測出腦炎的病原體。臨床檢測人員運用RT-PCR 技術從某些COVID-19患者腦脊液中檢測出SARS-CoV-2的mRNA，得出腦炎的診斷[31,32]。Siahaan 等[21]從24 項研究中總結(jié)有33 例新冠肺炎患者出現(xiàn)腦炎并發(fā)癥。SARS-CoV-2相關腦炎的臨床表現(xiàn)與中東呼吸綜合征冠狀病毒相關腦炎相似，主要表現(xiàn)為上呼吸道感染（發(fā)熱、咳嗽、乏力），精神狀態(tài)下降，快速呼吸衰竭[21]。更有甚者在病情進展的過程中因嚴重缺氧誘發(fā)急性出血性壞死性腦炎[28,33]，這很有可能是因為SARS-CoV-2在肺泡上皮細胞中復制和增殖，肺間質(zhì)和肺泡彌漫性炎性滲出，大量炎癥因子釋放促進肺透明膜形成，影響肺泡氣體交換引發(fā)缺氧，缺氧后則會導致腦水腫和腦循環(huán)缺血。相比較而言，COVID-19 重癥患者比輕癥患者更容易出現(xiàn)神經(jīng)系統(tǒng)癥狀。聯(lián)系上述病毒入侵CNS 的機制，在腦內(nèi)ACE2除在血管內(nèi)皮細胞上表達外，還在腦干和延髓頭端腹外側(cè)的神經(jīng)元和膠質(zhì)細胞表達，因而SARS-CoV-2 直接入侵腦干可能導致原發(fā)性中樞性呼吸衰竭[34]。然而某些患者腦脊液中并沒有發(fā)現(xiàn)SARS-CoV-2，因此人們猜測，神經(jīng)系統(tǒng)并發(fā)癥可能是由細胞因子風暴引起，而非病毒直接入侵CNS所致[24]。確實如上所述，一些臨床、實驗室和影像學結(jié)果顯示，COVID-19相關性腦炎造成腦損傷的原因是細胞因子免疫介導炎癥，而非病毒的直接侵襲[21]。IL-6激活CD4+T淋巴細胞分化成Th17，促進細胞因子IL-17、IL-21 和IL-22 的產(chǎn)生，從而引發(fā)細胞因子風暴，同時造成血管內(nèi)皮功能障礙，導致BBB受損，使炎癥因子更易進入腦實質(zhì)，進一步造成神經(jīng)系統(tǒng)損傷[21]。即使在感染清除后，COVID-19 患者也有可能發(fā)展為神經(jīng)退行性疾病或持續(xù)性認知障礙等不良預后。

2.1.2 腦血管疾病 腦血管疾病是由于各種原因?qū)е履X器質(zhì)性損傷類疾病的總稱，以突發(fā)且迅速出現(xiàn)局限性或彌散性腦功能缺損為共同臨床特征，主要臨床類型為卒中（stroke），分為缺血性卒中和出血性卒中。有關新冠肺炎的早期病例報告描述了患有新冠肺炎的年輕健康個體出現(xiàn)腦梗死，但在隨后的眾多病例中，患者通常年齡較大，并有大量腦血管合并癥。因此，目前還不清楚是SARS-CoV-2 引發(fā)卒中，還是這些腦血管疾病高危人群發(fā)病時恰好感染SARS-CoV-2。但一般來說感染會增加卒中風險，SARS-CoV-2 在機體內(nèi)外都能感染血管并導致血管內(nèi)皮損傷，一方面，內(nèi)皮損傷激活凝血系統(tǒng)從而導致血栓性疾病[35]；另一方面，SARS-CoV-2 與內(nèi)皮細胞上的ACE2 受體結(jié)合，引起血壓升高并伴有血小板減少征和出血性疾病。因此，病毒的直接侵襲、血管內(nèi)皮功能障礙和血液的高凝狀態(tài)都是導致COVID-19 患者卒中風險增加的因素[36]。卒中后引發(fā)的炎癥進一步促進炎癥因子在腦內(nèi)大量聚集，正向促進CSS的發(fā)展[35,37]。綜上所述，SARS-CoV-2 感染確實在導致卒中方面發(fā)揮了一定作用，最終導致腦血管損傷。

2.1.3 癥狀性癲癇及癇性發(fā)作 癲癇是各種病因所致的以反復發(fā)作為特征的神經(jīng)元異常放電的臨床綜合征，發(fā)作形式多樣，可表現(xiàn)一種或多種意識、行為、感覺、運動、精神和自主神經(jīng)功能障礙。已明確病因（如病毒感染CNS）的CNS 損傷或功能紊亂所致癲癇稱為癥狀性癲癇（symptomatic epilepsy）。臨床上將每次癲癇發(fā)作的過程稱為癇性發(fā)作（seizure）。癇性發(fā)作是COVID-19患者癥狀加重的神經(jīng)系統(tǒng)表現(xiàn)，若COVID-19患者先前存在癲癇和神經(jīng)系統(tǒng)局灶性病變（如腦炎和腦血管疾病），會導致癲癇發(fā)作的可能性增加或癲癇持續(xù)狀態(tài)加重[38]，正如美國的三級診療醫(yī)院回顧的7例患者中的3例患者既往有控制良好的癲癇病史，感染SARS-CoV-2后繼發(fā)癥狀性癲癇，表明SARSCoV-2通過各種途徑入侵CNS可能降低癇性發(fā)作的閾值[39]。而剩下的4例新發(fā)癲癇發(fā)作的患者中有2例既往有卒中史[40]，說明成人急性癥狀性癲癇往往與神經(jīng)系統(tǒng)損傷與功能紊亂密切相關。癇性發(fā)作很少獨立存在，有基礎疾病的COVID-19 老年患者是癇性發(fā)作的高發(fā)人群[41]，此外多器官衰竭和相關的代謝紊亂等嚴重并發(fā)癥也會干擾正常的神經(jīng)元網(wǎng)絡，從而加大診療難度，預后不甚理想。Geneslaw 等[42]從哥倫比亞大學歐文醫(yī)學中心兒科重癥監(jiān)護醫(yī)學科收入的82 例患兒中有4 例出現(xiàn)癇性發(fā)作，其確切發(fā)病機制尚不清楚，這是因為兒童神經(jīng)系統(tǒng)還未發(fā)育完全，在疾病過程中跟成人存在很大的差異，但不排除是SARS-CoV-2 入侵CNS 使皮質(zhì)受累的原因，或者免疫介導的大腦炎癥激活谷氨酸受體，導致神經(jīng)元過度興奮，引發(fā)急性癲癇發(fā)作。臨床上結(jié)合腦電圖和影像學檢查的早期診療顯得尤為重要，應及早為COVID-19患者提供抗癲癇藥物治療、免疫療法或調(diào)節(jié)血壓等干預措施以改善預后。

2.2 外周神經(jīng)系統(tǒng)疾病損傷及功能紊亂

2.2.1 格林-巴利綜合征 格林-巴利綜合征（Guillain-Barré syndrome，GBS）是自身免疫介導的周圍神經(jīng)病，主要累及脊神經(jīng)根、周圍神經(jīng)、腦神經(jīng)[43]，臨床表現(xiàn)為急性或亞急性起病，發(fā)病前1～3周常有感染史，患者多以肢體對稱性弛緩性肌無力為首發(fā)癥狀[44]。Zhao 等[43]報道了首例COVID-19 合并GBS 患者，臨床表現(xiàn)為雙下肢嚴重肌無力，肌電圖和神經(jīng)傳導檢查提示脫髓鞘性疾病。Bhanot 等[45]報道了另一位54 歲的男性可能因感染SARS-CoV-2 引發(fā)了GBS，Toscano 等[46]也報道了5 例意大利COVID-19 合并GBS 患者，因此推測出COVID-19 與GBS 之間可能存在關聯(lián)。此外，從發(fā)病機制角度看，GBS 患者體內(nèi)因免疫應答產(chǎn)生的自身抗體與周圍神經(jīng)結(jié)構的成分相似而引發(fā)交叉反應（分子模仿），從而導致外周神經(jīng)損傷[48]，確與免疫系統(tǒng)受累相關，進而推測細胞因子風暴影響了機體正常的免疫調(diào)節(jié)能力，從而引發(fā)GBS。

2.2.2 周圍神經(jīng)系統(tǒng)疾病 COVID-19患者的非特異性PNS癥狀通常包括厭食、嗅覺障礙、味覺障礙、肌痛和疲勞。Mao 等[28]從214例COVID-19患者中總結(jié)，嗅覺、味覺減退是有PNS癥狀的患者的早期癥狀甚至首發(fā)癥狀。嗅覺減退的主要原因可能是如圖2所示，病毒可通過結(jié)合嗅上皮ACE2受體感染并破壞鼻黏膜之后以軸突運輸?shù)姆绞竭M入CNS。臨床發(fā)現(xiàn)，嗅覺和味覺減退和恢復幾乎是同步的，這可能是因為味覺和嗅覺相互關聯(lián)，也可能是因為SARS-CoV-2 同時識別并結(jié)合唾液酸中的受體，所以味覺功能減退[49]。此外，臨床數(shù)據(jù)顯示COVID-19 患者嗅覺和味覺的變化與IL-6的水平相關，相關研究發(fā)現(xiàn)IL-6參與嗅覺相關的信號通路，因而應關注出現(xiàn)味覺、嗅覺減退的輕度COVID-19患者的神經(jīng)系統(tǒng)表現(xiàn)，避免疾病進一步加重[49]。

3 總結(jié)與展望

病毒嗜神經(jīng)性作為冠狀病毒常見特性之一，可引起急性或慢性感染、留下致殘后遺癥甚至死亡。SARS-CoV-2 具有嗜神經(jīng)性，可侵入CNS 并引發(fā)癥狀，重癥患者體內(nèi)細胞因子風暴可加劇急、慢性神經(jīng)炎癥反應。COVID-19 除常見的呼吸系統(tǒng)受累外，還可導致多器官功能障礙，也可致神經(jīng)系統(tǒng)損傷。本文總結(jié)了SARS-CoV-2 嗜神經(jīng)性可能途徑與機制及COVID-19 與相關神經(jīng)系統(tǒng)疾病的關系，主要關注SARS-CoV-2 侵入神經(jīng)系統(tǒng)后神經(jīng)血管單元內(nèi)的免疫應答機制，為未來尋找有效的防治方法及改善患者神經(jīng)系統(tǒng)預后提供新思路。隨著大量科學研究和臨床數(shù)據(jù)正在全球范圍內(nèi)迅速積累，本課題組也積極參與COVID-19 的研究中，結(jié)合本課題組利用組織工程學積極構建類腦損傷修復模型并結(jié)合干細胞與微流控芯片方面的優(yōu)勢，探究干細胞在新冠病毒肺炎中的治療作用，并對體外擴增培養(yǎng)的干細胞的功能有效性與移植安全性進行了評估（數(shù)據(jù)尚未發(fā)表），為探尋干細胞療法修復COVID-19患者各系統(tǒng)損傷而做出努力。深入認識SARS-CoV-2嗜神經(jīng)性的機制從而有助于臨床對神經(jīng)系統(tǒng)癥狀早發(fā)現(xiàn)、早診斷，并進行針對性治療，最大程度地改善患者預后。