吳明軍 崔小麗 薛慶亮

新冠病毒感染(Corona Virus Disease 2019,COVID-19)最初以肺部感染為主,典型癥狀為發(fā)熱、咳嗽和呼吸困難等,隨著病毒不斷發(fā)生變異,COVID-19誘發(fā)的肌病被越來越多的文獻(xiàn)報(bào)道,包含典型的皮肌炎及可導(dǎo)致多器官衰竭甚至死亡的橫紋肌溶解癥。因此,進(jìn)一步明確COVID-19相關(guān)性肌病發(fā)生的病理生理機(jī)制可能對(duì)改善新冠患者預(yù)后具有重要臨床價(jià)值。

一、COVID-19相關(guān)性肌病發(fā)病

臨床研究顯示,COVID-19患者的肌痛發(fā)生率在19%～59%[1,2]。新冠死亡患者尸檢發(fā)現(xiàn)20%～60%存在炎癥性肌肉損害[3];另一項(xiàng)43例新冠死亡患者尸檢研究[3]發(fā)現(xiàn)26例發(fā)生炎癥性肌肉改變,以上臨床研究提示COVID-19會(huì)誘發(fā)肌病。Aschman T.等人[4]在人體肌肉標(biāo)本中發(fā)現(xiàn)了SARS-CoV-2 RNA,進(jìn)一步證實(shí)SARS-CoV-2可能會(huì)直接導(dǎo)致肌病。COVID-19綜合征是指部分COVID-19患者出現(xiàn)如氣喘、乏力、反應(yīng)遲鈍等持續(xù)性癥狀,被稱為“長新冠”。臨床研究發(fā)現(xiàn)63%的患者在新冠治愈后出現(xiàn)持續(xù)肌無力和疲勞等癥狀[5];存在持續(xù)神經(jīng)肌肉癥狀的COVID-19患者肌電圖呈現(xiàn)肌病性改變[3];重癥COVID-19患者出院19周后出現(xiàn)橫紋肌溶解癥[6]。由此推測長新冠中疲乏和肌無力可能與COVID-19相關(guān)性肌病有關(guān)。有研究指出長時(shí)間氣管插管及重癥監(jiān)護(hù)室住院的COVID-19患者更易發(fā)生橫紋肌溶解[7]。臨床實(shí)驗(yàn)室化驗(yàn)多表現(xiàn)為肌酸激酶(Creatine kinase,CK)等肌酶標(biāo)志物急性升高。一項(xiàng)薈萃分析指出,17%的COVID-19住院患者CK顯著升高,這部分患者病情進(jìn)展至危重甚至死亡的風(fēng)險(xiǎn)高達(dá)49%,而CK正常者僅24%[8],因此CK升高可能是COVID-19患者發(fā)生肌病甚至預(yù)后不良的預(yù)測指標(biāo)。

通過接種新冠疫苗形成人群免疫屏障,可明顯降低COVID-19導(dǎo)致的重癥及死亡發(fā)生率。目前,臨床研究證實(shí)SARS-CoV-2疫苗在人群中的安全性和有效性[9,10],但接種SARS-CoV-2疫苗仍存在較高的肌病發(fā)生率[3,11-14]。Hannah等[3]在一項(xiàng)納入84例COVID-19相關(guān)肌病的回顧性研究中發(fā)現(xiàn),疫苗接種后有1例發(fā)生局部肌炎,6例發(fā)生完全橫紋肌溶解;Daniel等[11]報(bào)道了6例在接種新冠疫苗后出現(xiàn)肌病的病例。研究發(fā)現(xiàn),接種新冠疫苗后出現(xiàn)肌病的大部分個(gè)體中抗黑色素瘤分化相關(guān)基因5(antimelanoma differentiation-associated gene 5,MDA5)抗體陽性[15],提示新冠疫苗相關(guān)肌病可能與疫苗誘發(fā)機(jī)體表達(dá)MDA5抗體滴度升高有關(guān)。另有研究[16]指出新冠疫苗通過激活樹突狀細(xì)胞而誘導(dǎo)MDA5抗體表達(dá)水平升高,從而促使1型干擾素(interferon 1,IFN-1)生成增多,觸發(fā)下游炎癥介質(zhì)的釋放,導(dǎo)致肌肉組織的炎性損害。Chan等[14]研究發(fā)現(xiàn)既往患皮肌炎的患者在接種新冠疫苗后病情加重,該研究指出疫苗編碼的刺突蛋白可通過促進(jìn)“超級(jí)抗原”反應(yīng)的發(fā)生而導(dǎo)致遺傳易感個(gè)體的全身免疫反應(yīng)失調(diào)。García等[17]研究顯示接種新冠疫苗可能會(huì)誘導(dǎo)遺傳易感個(gè)體中病毒表面刺突蛋白(Spike protein,S蛋白)與多種組織抗原之間的免疫炎癥反應(yīng),從而導(dǎo)致新冠疫苗相關(guān)性肌病的發(fā)生。另有研究[10]認(rèn)為肌內(nèi)注射疫苗會(huì)刺激肌細(xì)胞釋放肌肉抗原,導(dǎo)致肌肉免疫性損傷,且RNA和DNA疫苗成分可能在肌肉中被吸收,從而誘發(fā)人體肌肉組織中自身免疫反應(yīng)而損傷肌肉組織。

二、COVID-19相關(guān)性肌病發(fā)病機(jī)制

1.缺氧機(jī)制

COVID-19通過損傷肺組織而導(dǎo)致低氧血癥甚至呼吸衰竭,缺氧與通氣血流比例失調(diào)、死腔樣通氣及肺內(nèi)分流等有關(guān)[18]。尸檢報(bào)告發(fā)現(xiàn)COVID-19會(huì)導(dǎo)致肺血管內(nèi)皮損害、微血栓及新生毛細(xì)血管形成[19],這些病理生理改變都會(huì)導(dǎo)致缺氧。缺氧會(huì)增加活性氧的產(chǎn)生而上調(diào)氧化應(yīng)激反應(yīng)并通過誘導(dǎo)腫瘤壞死因子α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)的釋放、核因子-κB(nuclear factor,NF-κB)活化而介導(dǎo)炎癥反應(yīng)[20]。De Luna等[21]研究證實(shí)在缺氧的條件下,機(jī)體表達(dá)缺氧誘導(dǎo)因子1α(Hypoxia inducible factor,HIF-1α)水平升高,HIF-1α通過促使人肌肉組織中的維甲酸誘導(dǎo)基因 I(Retinoic acid-inducible gene I,RIG-I)過表達(dá)而激活I(lǐng)FN-I轉(zhuǎn)錄信號(hào),促使大量炎癥介質(zhì)產(chǎn)生而導(dǎo)致炎性肌損害。該研究[21]還發(fā)現(xiàn)肌炎患者肌肉組織中毛細(xì)血管減少,由此推測COVID-19發(fā)生長新冠后的肌無力的表現(xiàn),可能與肌組織中毛細(xì)血管減少造成肌肉組織缺氧有關(guān)。研究[22]指出,蛋白質(zhì)合成與降解之間的平衡是維持骨骼肌質(zhì)量的重要決定因素,機(jī)體為適應(yīng)COVID-19導(dǎo)致的缺氧環(huán)境,相關(guān)蛋白質(zhì)的合成和降解會(huì)發(fā)生適應(yīng)性調(diào)節(jié),然而持續(xù)的低氧環(huán)境會(huì)破壞肌組織蛋白質(zhì)代謝平衡,導(dǎo)致肌肉損傷。Mineo等[23]發(fā)現(xiàn)肺氣腫患者在肺減容手術(shù)后,由缺氧引發(fā)的肌損害明顯減輕。以上研究均表明COVID-19導(dǎo)致機(jī)體發(fā)生缺氧的病理生理改變會(huì)損害肌肉組織而導(dǎo)致肌病的發(fā)生。

2.免疫、炎癥反應(yīng)機(jī)制

SARS-CoV-2入侵人體后,在遺傳易感個(gè)體中可通過分子模擬、表位擴(kuò)散、旁位活化及B細(xì)胞活化等途徑誘導(dǎo)自身免疫、炎癥反應(yīng)[24]。臨床研究發(fā)現(xiàn),重癥COVID-19患者淋巴細(xì)胞顯著減少(85.7%),外周調(diào)節(jié)性T細(xì)胞水平降低、C-反應(yīng)蛋白及白細(xì)胞介素-6(Interleukin 6,IL-6)水平升高(94.7%、89.5%),抗52kDa SSA/Ro(Ro-52)抗體(20%)、抗60kDa SSA/Ro(Ro-60)抗體(25%)和抗核抗體(50%)等表達(dá)顯著升高[25,26]。此外,有研究指出COVID-19引起自身免疫、炎癥反應(yīng)的病理生理機(jī)制可能包括:炎癥小體的形成、氧化應(yīng)激、非編碼RNA反應(yīng)、細(xì)胞自噬、細(xì)胞NF-κB等炎性轉(zhuǎn)錄因子表達(dá)增加及細(xì)胞因子相關(guān)分泌表型的形成等[27]。研究發(fā)現(xiàn),SARS-CoV-2通過激活適應(yīng)性免疫應(yīng)答過程而上調(diào)IL-1、IL-6、IL-10、IFN-g、單核細(xì)胞趨化蛋白-1(Monocyte Chemoattractant Protein-1,MCP-1)和粒細(xì)胞-巨噬細(xì)胞集落刺激因子等炎癥因子的表達(dá)水平,引發(fā)機(jī)體炎癥風(fēng)暴,并最終通過與肌細(xì)胞內(nèi)補(bǔ)體相互作用導(dǎo)致肌病發(fā)生[28,29]。另有研究顯示,COVID-19相關(guān)的炎癥風(fēng)暴可能與線粒體抗病毒信號(hào)蛋白(mitochondrial antiviral-signaling protein,MAVS)/RIG-I樣受體(RIG-I-like receptors,RLR)介導(dǎo)的信號(hào)通路異常有關(guān),在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和線粒體膜上,SARS-CoV-2可誘導(dǎo)MAVS激活并結(jié)合RLR形成RLR-MAVS多功能蛋白質(zhì)復(fù)合物,RLR-MAVS通過與干擾素基因刺激物STING及 TNFR相關(guān)因子3相互作用而激活TANK結(jié)合激酶1,進(jìn)而通過激活轉(zhuǎn)錄因子干擾素調(diào)節(jié)因子3(Interferon regulatory factor 3,IRF3)和NF-κB而產(chǎn)生大量炎癥介質(zhì),在調(diào)控機(jī)體免疫、炎癥反應(yīng)中發(fā)揮重要作用,使新冠患者肌肉組織發(fā)生免疫及炎性損害[27]。

3.MDA5抗體機(jī)制

MDA5是一種胞質(zhì)病毒RNA傳感器,通過識(shí)別病毒RNA并觸發(fā)先天免疫反應(yīng)而上調(diào)IFN-1、TNF-α,IL-1,IL-6,IL-18等炎癥細(xì)胞因子的表達(dá),從而抑制病毒復(fù)制。研究指出,人體感染SARS-CoV-2后,體內(nèi)顯著增加的MDA5通過與細(xì)胞質(zhì)中的雙鏈 RNA 結(jié)合,并通過MAVS信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路激活干擾素的表達(dá)并誘導(dǎo)炎癥介質(zhì)產(chǎn)生,損傷肌細(xì)胞[30,31]。一項(xiàng)274例COVID-19患者的臨床研究發(fā)現(xiàn),MDA5抗體陽性率達(dá)48.2%[15]。MDA5抗體是一種與皮肌炎發(fā)生相關(guān)的肌炎特異性自身抗體,MDA5抗體性肌炎是皮肌炎的一種罕見亞型,其特征是明顯的潰瘍性紅斑性皮膚病變和快速進(jìn)展型間質(zhì)性肺病[11]。隨著新冠病毒不斷發(fā)生變異,SARS-CoV-2感染后MDA5抗體相關(guān)性皮肌炎的發(fā)病率逐漸升高[11]。多項(xiàng)研究均發(fā)現(xiàn)COVID-19和MDA5抗體性皮肌炎都可出現(xiàn)發(fā)熱、皮疹、間質(zhì)性肺炎、乏力肌痛等癥狀[29,31],并存在廣泛的血管內(nèi)皮功能障礙及血栓形成等病理生理改變[32]。此外,臨床研究發(fā)現(xiàn),COVID-19的肺影像學(xué)與MDA5抗體性肌炎所致的間質(zhì)性肺炎均表現(xiàn)為彌漫性磨玻璃樣改變[29]。有研究證實(shí)伴發(fā)MDA5抗體相關(guān)性皮肌炎的COVID-19患者具有三個(gè)與SARS-CoV-2蛋白序列高度一致的免疫原性線性表位[33],提示潛伏病毒感染和分子模擬可能在皮肌炎的病理生理機(jī)制中發(fā)揮重要作用。

4.分子模擬機(jī)制

研究顯示,“分子模擬”可能是另一種引起COVID-19相關(guān)性肌病的病理生理機(jī)制。SARS-CoV-2表面的結(jié)構(gòu)蛋白S和結(jié)構(gòu)蛋白E及非結(jié)構(gòu)蛋白Orf7a、orf7a、orf8b、orf9、orf2b等,與人體肌肉組織中的結(jié)構(gòu)蛋白存在同源區(qū)域[27]。Marino等人將病毒蛋白與人類分子伴侶進(jìn)行比較,并推測主要包含熱休克蛋白的分子伴侶可能參與了SARS-CoV-2感染后的分子模擬現(xiàn)象[34]。SARS-CoV-2入侵會(huì)誘發(fā)機(jī)體產(chǎn)生針對(duì)病毒表面糖蛋白的抗體而造成肌肉組織免疫炎性損害[35]。此外,Lucchese等將SARS-CoV-2的氨基酸序列與免疫介導(dǎo)的多發(fā)性神經(jīng)病相關(guān)的人類自身抗原進(jìn)行了比較,結(jié)果顯示嵌入SARS-CoV-2免疫活性表位的肽與人類熱休克蛋白90及60存在相同序列,這兩種熱休克蛋白與吉蘭巴雷綜合癥及其他自身免疫性疾病顯著相關(guān)[36]。臨床研究發(fā)現(xiàn)存在嚴(yán)重并發(fā)癥的COVID-19患者,大部分患有高血壓和糖尿病,這兩種疾病都會(huì)引起血管內(nèi)皮細(xì)胞的慢性炎性應(yīng)激反應(yīng),血管內(nèi)皮細(xì)胞通過胞內(nèi)蛋白質(zhì)修飾而異常地表達(dá)熱休克蛋白等質(zhì)膜分子,促使肌肉組織細(xì)胞在病毒感染期間出現(xiàn)分子模擬現(xiàn)象而發(fā)生肌病[37]。以上研究均提示分子模擬在COVID-19相關(guān)性肌病中起重要作用。

5.血管緊張素轉(zhuǎn)換酶2機(jī)制

血管緊張素轉(zhuǎn)換酶2(angiotensin converting enzyme 2,ACE2)是腎素-血管緊張素-醛固酮系統(tǒng)(renin angiotensin aldosterone system,RAAS)的調(diào)節(jié)因子,在心肌細(xì)胞、肺泡上皮細(xì)胞、呼吸道黏膜上皮、腎臟、結(jié)腸粘膜及骨骼肌細(xì)胞中高度表達(dá)[38,39]。ACE2存在兩種形式:一種是位于細(xì)胞膜上的mACE2,由跨膜錨和細(xì)胞外結(jié)構(gòu)域組成,是SARS-CoV-2病毒表面S蛋白的受體結(jié)合位點(diǎn);另一種是循環(huán)中的可溶性sACE2[40]。目前研究發(fā)現(xiàn),ACE2對(duì)SARS-CoV-2 具有高親和力,SARS-CoV-2通過其表面S蛋白與人體細(xì)胞上的ACE2受體結(jié)合形成病毒-ACE2復(fù)合物而引發(fā)感染,病毒-ACE2復(fù)合物進(jìn)入宿主細(xì)胞后可直接感染骨骼肌細(xì)胞并激活骨骼肌細(xì)胞中的免疫細(xì)胞[41],導(dǎo)致直接性病毒性骨骼肌損傷和間接免疫介導(dǎo)的骨骼肌損傷。Beyerstedt 等[42]研究指出SARS-CoV-2可與血管緊張素Ⅱ(angiotensin Ⅱ,Ang Ⅱ)競爭ACE2受體而抑制ACE2活性,使RAAS失衡,從而收縮骨骼肌血管而導(dǎo)致肌肉組織慢性缺血缺氧,加重骨骼肌細(xì)胞氧化應(yīng)激、炎癥反應(yīng)及纖維化,最終導(dǎo)致肌病。Brevin等[43]研究通過抑制倉鼠體內(nèi)法尼醇X受體(Farnesoid X receptor,FXR)而下調(diào)ACE2的表達(dá),從而降低肺、胃腸道、膽道等組織細(xì)胞對(duì)SARS-CoV-2的易感性;此外該研究團(tuán)隊(duì)在人肺和肝臟異位灌注實(shí)驗(yàn)中用熊去氧膽酸和植物類固醇抑制FXR,ACE2的表達(dá)明顯下降[43]。在一項(xiàng)納入31例膽汁淤積性肝病合并COVID-19的隊(duì)列研究中發(fā)現(xiàn),長期服用熊去氧膽酸的患者COVID-19的患病率、危重率及死亡率明顯低于陰性對(duì)照組[44],進(jìn)一步證實(shí)ACE2是SARS-CoV-2引發(fā)感染的重要途徑。另一項(xiàng)研究通過下調(diào)SARS-CoV-2感染后ACE2的表達(dá)而誘導(dǎo)緩激肽產(chǎn)生增加,進(jìn)而功能失衡的RAAS及激肽釋放酶-激肽系統(tǒng)促使COVID-19患者病情惡化[45]。因此,調(diào)節(jié)ACE2表達(dá)及其受體活性可能是具有較高遺傳耐藥屏障的多種SARS-CoV-2變異株的潛在治療靶點(diǎn)。

三、總結(jié)

綜上所述,COVID-19易合并肌肉組織損害,這些可能的機(jī)制還需要進(jìn)一步在臨床實(shí)踐和基礎(chǔ)研究中證實(shí)和修正。此外,基于MDA5抗體、ACE2及其受體、免疫和炎癥反應(yīng)等在新冠病毒引發(fā)的肌病中所起的重要作用,研發(fā)以抑制MDA5抗體、減輕機(jī)體免疫和炎癥反應(yīng)、降低ACE2表達(dá)并阻斷ACE2受體與新冠病毒表面S蛋白結(jié)合等為靶點(diǎn)的COVID-19治療藥物,可能成為未來防治COVID-19的新方向。