重磅:免疫学视角看COVID

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张怡堃、战略支援部队特色医学中心、血液科主任

一场特殊的肺炎为表现的全身疾病COVID-19病毒,不但终止了2020中国人春节的欢庆和安宁、更是把全国人民的目光聚焦在武汉,武汉无疑目前是全球的焦点。面对高传染性、高致病性及相对高的致死率,各行各业都在群策群力以不同的方式抗击肺炎。此次新型冠状病毒对大多数人而言十分陌生,但对血液科医生而言,恶性血液病在发病、治疗等过程中始终伴随有各种病毒的身影,抗病毒治疗已是日常工作的一部分,那么从血液学视角如何认识并治疗此次COVID-19病毒感染?COVID-19病毒感染的特别之处

兵法云知彼知己,百战不殆。首先我们需要认识一下2019-nCoV冠状病毒的特殊性及其致病的机制。依据起源科冠状病毒科主要可以分成3个群,3个群间病毒的抗原没有或者很少有交叉反应。第1群和第2群为感染哺乳动物的冠状病毒,其中第1群包括人冠状病毒229E(HCoV-229E),第2群包括人冠状病毒OC43(HCoV-OC43)第3群为禽的冠状病毒和火鸡冠状病毒,其中包括蝙蝠SARS样冠状病毒(Bat-SARS-CoV)、SARS冠状病毒(SARS-CoV),而此次来源于武汉的新冠状病毒,与过去引起流行的SARS-CoV和MERS-CoV不同,2019-nCoV的全基因组序列分析表明该病毒属于β冠状病毒。经全基因组测序证实COVID-19病毒的并非嵌合体,它的基因组几乎有一半是由β冠状病毒的一个独特谱系组成的,2019-nCoV与Bat_SARS-like冠状病毒一起形成了sarbecovirus(禽的冠状病毒)亚属内一个独特的谱系。因此其致病力及抗原性均不同以往的冠状病毒感染。

冠状病毒是一种包膜病毒,属于肺叶病毒科,为正链单股RNA病毒,是目前已知RNA病毒中基因组最大的病毒。冠状病毒可能具有不同的策略来逃避宿主免疫,通过这些蛋白的功能,它们作为毒性因子来加重了肺部组织的感染。此外,非结构蛋白已被证明可抑制I型干扰素反应的激活。另外病毒依赖于宿主细胞的翻译功能来产生它们的蛋白质和复制感染性后代。此外,蛋白质合成也是宿主细胞对感染的反应的关键,因为它能刺激机体产生抗病毒(先天)免疫反应。在SARS-CoV和MERS-CoV冠状病毒的研究已经证实病毒通过不同的但通常是并行的机制调节宿主蛋白的合成对细胞有深远的影响。在这种情况下,病毒的“翻译调节剂”可能是病毒致病性的重要机制。此外,病毒核蛋白已被证明在感染期间可抑制树突状细胞和T细胞之间的免疫突触,导致T细胞激活效率低下。

适应性免疫应答激活,出现免疫级联放大效应

病毒感染入血后单核/巨噬细胞所释放的免疫细胞因子激活了适应性免疫应答系统,出现免疫级联放大效应。在细胞因子作用下进一步活化机体免疫细胞(如单核细胞、巨噬细胞、T 细胞、B 细胞等)或者非免疫细胞(如内皮细胞),导致这些细胞释放大量细胞因子,如IL-1,IL-6,IL-8,TNF- α,MCP-1,CCL3,CCL4,CXCL9、IFN-γ,10,IL-12,IL-13,IL-2,IL -3,IP-10,MDC,GM-CSF,IL-4,IL-9等。这些释放的细胞因子会继续加重器官的损伤。患者会表现出一系列临床症状,如高热、肌肉酸痛、精神萎靡等主要表现,严重者可表现为血管渗漏效应、继发性低血压、低氧血症、凝血功能异常、血细胞减少、多器官毒性表现,严重甚至危及生命。而血管渗漏效应会持续加重肺泡及肺组织中的渗出,进一步加重低氧血症,一旦形成恶性循环,病情会进一步恶化。

同时由于单核/巨噬细胞在体内分布广泛,随着病毒感染的加重,受累脏器的增多;加上活化的T细胞的持续活化及释放,血液中IL-6、IFN-γ、TNF-α水平异常升高,不但进一步加重器官的损伤,而且会增加治疗的复杂程度。

细胞因子风暴效应

细胞因子风暴(Cytokine storm)又称高细胞介质症(Hypercytokinemia),是指由各种原因导致患者体内多种细胞因子在短时间内迅速大量产生并对组织、器官造成严重病理损伤的现象。作为一种不恰当的免疫反应,细胞因子释放与免疫细胞活化的正反馈循环而产生。“细胞因子风暴”的概念的提出是在1993年的一篇关于移植物抗宿主病(graft-versus-host disease,GVHD)的病例报道中。其后多用描述严重免疫反应的过程。曾被认为是1918年流感大流行、2003年SARS事件、2009年H1N1流感大流行,以及H5N1高致病性禽流感中病毒致死的主要原因,目前有关COVID-19病毒感染肺炎患者中重症及死亡的主要原因是否与此有关尚无充分的证据及研究数据可以证实其关联性,但部分重症患者出现的高热、肺的呼吸窘迫综合征等多脏器功能受损甚至衰竭与此可能不无关系。

但要特别强调一点,一般来讲,细胞因子风暴是指不依赖于肿瘤靶点的免疫系统激活,引起系统炎症和血液动力学的不稳定,导致多器官衰竭甚至引起死亡的结局。主要是特异的前炎症细胞因子升高。比如肿瘤坏死因子TNF-α的升高。与细胞因子风暴不同,细胞因子释放综合征CRS用来描述能引起免疫系统强烈激活的靶向治疗,如CART和T细胞参与的双特异性抗体,使用后引起的一系列特异的反应。CRS 一般表现出延迟出现的临床症状,这可以解释为,抗原驱动的T细胞的激活和增殖。延迟出现的CRS动力学以T细胞和肿瘤细胞相互作用为特征,在靶向CD3和CD19的治疗中有所体现。

COVID-19病毒感染后如导致淋巴细胞及组织细胞的异常活化剂分泌大量的炎症性因子同样可诱发噬血细胞综合征,表现为持续的发热、肝脾肿大伴全血细胞减少;高甘油三酯血症和/或低纤维蛋白原血症及异常的铁蛋白升高。继发性噬血细胞综合征发生后的可继发损伤肝脏、皮肤、肺组织等重要器官,进一步加重病情的复杂及危重程度。重视NK细胞的功能

最后应当关注NK细胞的活化及功能:NK细胞又称自然杀伤细胞(natural killer cell,NK),是另一个重要的免疫细胞,具有抗肿瘤、抗病毒感染和免疫调节的功能。活化后的NK细胞可合成和分泌多种细胞因子,发挥调节免疫和造血作用以及直接杀伤靶细胞的作用。NK细胞分泌的主要因子包括穿孔素、NK细胞毒因子和TNF-α和TNF-β等。正常情况下NK细胞在在机体抗病毒感染中起重要作用。首先,NK细胞可选择性地杀伤病毒感染的靶细胞,并在在辅佐细胞或IFN-γ协同作用下对正常细胞有保护作用。而体外实验也证实NK细胞可溶解疱疹病毒、腮腺炎病毒、巨细胞病毒和流感病毒感染的靶细胞。而此次的新冠状病毒,由于其基因谱的变异是否干扰了NK细胞对其识别及选择性地杀伤作用,目前尚无研究证实,可对其开展科学研究。

COVID-19病毒理论上同样可以活化NK细胞,而IL-2、IL-12、IFN-α、TNF-α等对NK细胞同样具有活化及促进分化的作用。二者协同作用,NK细胞持续活化及分化,产生穿孔素、NK细胞毒因子和TNF等杀伤介质。由于NK细胞是非特异性的识别靶细胞,因此活化后的NK细胞既具有抗病毒的功能,对自身组织细胞同样具有损伤效应。特别是其分泌的穿孔素(perforin),又称溶细胞素(cytolysin),当NK细胞与靶细胞密切接触及相互作用后,迅速释放穿孔素并在靶细胞膜上形成多聚穿孔素管状通道,导致靶细胞溶解破坏。使Na+、水分子进入靶细胞内,K+及细胞内蛋白等从靶细胞内流出,改变细胞渗透压,迅速导致细胞溶解。在肺组织中,不但导致黏膜、组织细胞的水肿、通透性增加、同时还导致细胞的溶解、组织间隙的水肿,可持续加重低氧血症、CO2潴留,低血压等表现。而对于心肌、肝脏、肾脏等器官则导致细胞的肿胀、溶解、坏死,受累器官出现不同程度的功能异常。

重视衰老对NK细胞的影响。衰老导致NK细胞数量的降低,增殖能力下降。中老年人人群中,未成熟的CD56bright细胞亚群显著减少的,分泌细胞因子IFN-γ和TNF-αIFN-γ、TNF、IL-2和IL-12,表达IL-2R的能力均有所下降。老年人群中NK细胞表面活化性受体NKp46比例减少,穿孔素分泌显著降低;这些导致老年人群对疾病刺激应答反应降低,抗病毒、调节适应性免疫应答、杀伤靶细胞和诱导细胞凋亡等能力均普遍下降。

人体免疫系统抵抗病毒的能力随着年龄的增长显著衰退。年龄越大,不仅更易受到新的威胁,而且没有足够的能力去抵抗继发性的内源性感染。免疫系统的衰老并不是一个随机、同步的过程,不同的免疫细胞所受影响也不同,这里不再赘述。再定义及治疗建议

因此从免疫学视角重新审视COVID-19病毒感染性肺炎,建议定义为:起源于呼吸道2109-noCo病毒感染后,伴有触发机体先天和继发免疫系统应答活化,进而累及全身多器官、多系统的全身性免疫性疾病。因此,治疗上不但要强调抗病毒的重要性,更要重视机体免疫系统的应答反应过程中的继发性二次损伤效应的防治。建议在治疗上从以下几个方面进行补充完善:


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