SARS-CoV-2 病毒性膿毒癥：臨床發(fā)現(xiàn)和科學(xué)假說
《柳葉刀》（The Lancet）4月17日發(fā)表來自中日友好醫(yī)院曹彬教授團隊的論文。作者結(jié)合COVID-19的尸檢病理研究以及先前對SARS-CoV-2和SARS-CoV進行的基礎(chǔ)科學(xué)研究證據(jù)，提出了關(guān)于SARS-CoV-2發(fā)病機理的若干假設(shè)，認為病毒性膿毒癥對COVID-19的發(fā)病機制至關(guān)重要。雖然未來可能會證實假設(shè)是不完美的，但作者認為這些觀點可為基礎(chǔ)研究提供思路和指導(dǎo)方向。
自2019冠狀病毒病（COVID-19）暴發(fā)以來，臨床醫(yī)生已盡一切努力來了解這種疾病，現(xiàn)在我們已經(jīng)對它的臨床特征有了大致的了解。在臨床實踐中我們發(fā)現(xiàn)，即使沒有明顯的低血壓，許多重癥或危重癥COVID-19患者也出現(xiàn)了肢冷和脈搏細弱等典型的休克臨床表現(xiàn)。理解COVID-19中的病毒性膿毒癥的機制有助于探索如何為這些患者提供更好的臨床救治。在與從事COVID-19研究的基礎(chǔ)科學(xué)家、病理學(xué)家和臨床醫(yī)生進行多輪討論后，我們結(jié)合最近對COVID-19的尸檢病理研究以及先前對嚴重急性呼吸綜合征冠狀病毒2（SARS-CoV-2）和嚴重急性呼吸綜合征冠狀病毒（SARS-CoV）進行的基礎(chǔ)科學(xué)研究證據(jù)，提出了關(guān)于SARS-CoV-2發(fā)病機理的若干假設(shè)。我們認為病毒性膿毒癥對COVID-19的發(fā)病機制至關(guān)重要。雖然這些想法可能會在將來被證明是不完美的，甚至是錯誤的，但我們相信，這些觀點此刻可以為基礎(chǔ)研究提供思路和指導(dǎo)方向。SARS-CoV-2疫情最早于2019年12月在武漢市首次報道，對中國乃至整個世界都產(chǎn)生了巨大影響。由SARS-CoV-2引起的疾病被稱為2019冠狀病毒?。ê喎QCOVID-19）。截止到2020年3月19日，確診病例數(shù)已經(jīng)增加到20萬以上。盡管大多數(shù)感染SARS-CoV-2的患者僅有輕微癥狀，但約有5%的患者惡化為嚴重的肺損傷甚至多器官功能障礙，病死率約為1.4%[1]。在臨床實踐中我們發(fā)現(xiàn)，即使沒有明顯的低血壓，許多重癥或危重癥COVID-19患者也出現(xiàn)了肢冷和脈搏細弱等典型的休克臨床表現(xiàn)。這些患者中許多都表現(xiàn)出嚴重的代謝性酸中毒，表明可能存在微循環(huán)功能障礙。此外，除嚴重的肺損傷外，一些患者也有肝臟[2]和腎臟功能受損。這些患者符合Sepsis-3共識[3]中關(guān)于膿毒癥和膿毒癥休克的診斷標準，但SARS-CoV-2感染似乎是大多數(shù)患者的唯一病因[1]。在最近報道的一項COVID-19研究中，76%膿毒癥患者的血液和下呼吸道標本細菌和真菌培養(yǎng)結(jié)果呈陰性[4]。因此，用“病毒性膿毒癥”來描述重癥或危重癥COVID-19患者的臨床表現(xiàn)更加準確[5]。理解COVID-19中病毒性膿毒癥的機制有助于探索為這些患者提供更好的臨床救治。在活檢或尸檢病理研究中，早期[6]和晚期[7]COVID-19患者的肺部病理表現(xiàn)均出現(xiàn)彌漫性肺泡損害伴有透明膜形成，肺泡腔內(nèi)單核細胞和巨噬細胞浸潤，肺泡壁彌漫性增厚。通過電子顯微鏡，在支氣管上皮和2型肺泡上皮細胞中可以觀察到病毒顆粒[8,9]。此外，一些患者還存在脾萎縮、肺門淋巴結(jié)壞死、腎臟局灶性出血、肝臟腫大并伴有炎性細胞浸潤、腦神經(jīng)元水腫和分散的神經(jīng)元變性。從COVID-19患者的呼吸道樣本，以及糞便[10]和尿液[11]樣本中均分離出了SARS-CoV-2感染性病毒顆粒，這表明重癥COVID-19患者的多器官功能障礙至少部分是由感染直接攻擊引起的。但是，目前在尸檢中尚未發(fā)現(xiàn)病毒在多器官廣泛播散。SARS-CoV-2是否可以直接靶向除肺以外的其它器官，特別是那些高表達ACE2[12,13]和L-SIGN[14]（均為SARS-CoV-2可能的細胞受體）的器官，還不得而知。此外，SARS-CoV-2如何傳播到肺外器官仍然是一個謎。目前，已經(jīng)觀察到流行的SARS-CoV-2病毒株出現(xiàn)了基因組變異，但是這些變異是否造成病毒毒力的改變還需要進一步研究[15]。以細胞因子風暴和淋巴細胞減低為特征的宿主免疫反應(yīng)失調(diào)是SARS-CoV-2感染的突出表現(xiàn)研究發(fā)現(xiàn)，COVID-19患者促炎細胞因子和趨化因子TNF-α、IL-1β、IL-6、G-SCF、IP-10、MCP1和MIP1α水平顯著升高[16,17]。和重癥流感相似，細胞因子風暴可能在COVID-19的免疫致病機理中起重要作用。此前研究表明，在流感病毒感染中，肺上皮細胞、巨噬細胞和樹突狀細胞（DC）都通過模式識別受體（PRR）的激活在一定程度上釋放細胞因子；被激活的PRR包括Toll樣受體TLR3、TLR7和TLR8、視黃酸誘導(dǎo)型基因I（RIG-1）和NOD樣受體家族[18]。但是，目前對COVID-19細胞因子如何釋放仍然知之甚少。識別SARS-CoV-2感染后細胞因子的主要來源，以及細胞因子風暴背后的病毒學(xué)機制，對理解COVID-19 的致病機理至關(guān)重要。此外，將來的研究也需要闡明細胞因子激活的動態(tài)變化：感染后多長時間機體釋放出第一批細胞因子？細胞因子有哪些？另外，重癥COVID-19患者的多器官功能衰竭是由什么機制造成的？病毒感染造成的直接組織損傷，還是全身性細胞因子風暴？或是兩者的協(xié)同作用導(dǎo)致？這些問題同樣值得研究。另外，阻斷這些促炎介質(zhì)是否會影響患者的臨床結(jié)局，這個問題也值得關(guān)注。有人提出可以利用抗IL-6R單克隆抗體或糖皮質(zhì)激素來對抗病毒感染后的炎癥反應(yīng)。但是，IL-6可能通過促進嗜中性粒細胞介導(dǎo)的病毒清除，在病毒感染后的初步免疫反應(yīng)中發(fā)揮重要作用；一項研究表明，IL-6/IL-6R缺乏會導(dǎo)致流感病毒感染狀態(tài)持續(xù)存在，并最終導(dǎo)致小鼠死亡[19]。糖皮質(zhì)激素的使用目前仍存在爭議[20,21]。
另一方面，免疫反應(yīng)失調(diào)還包括炎癥期后的免疫抑制階段。其特征是在COVID-19患者中出現(xiàn)外周淋巴細胞計數(shù)（主要是CD4 T和CD8 T細胞）持續(xù)且顯著減低；并且淋巴細胞減低與繼發(fā)性細菌感染相關(guān)[4]。淋巴細胞減低在重癥流感和其他呼吸道病毒感染中同樣存在。在COVID-19中，已經(jīng)有研究顯示淋巴細胞減少的程度與疾病的嚴重程度相關(guān)。淋巴細胞減少的機制仍然未知。此前研究發(fā)現(xiàn)，從各個器官（外周血、脾臟、淋巴結(jié)、多種器官的淋巴組織）分離的T淋巴細胞中可以檢測到SARS樣病毒顆粒和SARS-CoV病毒RNA[22,23]，這表明SARS-CoV可能直接感染T淋巴細胞。SARS-CoV-2和SARS-CoV的刺突蛋白受體結(jié)合域（RBD）顯示出高度的一致性[24,25]，并且在SARS-CoV-2感染患者的血液樣本中也能檢測到病毒RNA[16]。因此，一個合理的假設(shè)是，除了由Fas/Fas-L和IFN/TRAIL介導(dǎo)的細胞活化和細胞死亡外，SARS-CoV-2還可直接感染淋巴細胞，特別是T淋巴細胞，并啟動或促進細胞淋巴細胞死亡，最終導(dǎo)致淋巴細胞減少和抗病毒反應(yīng)減弱。但是，這種假設(shè)需要進一步研究。并且我們還需要確定SARS-CoV-2感染后淋巴細胞中發(fā)生了哪些類型的細胞死亡。此外，值得注意的是淋巴細胞缺乏ACE2表達，這表明SARS-CoV-2感染T淋巴細胞存在另一種機制[13]。肺泡巨噬細胞是否可以吞噬病毒顆粒然后轉(zhuǎn)移到淋巴細胞，是該領(lǐng)域一個令人興奮的懸而未決的問題。有研究發(fā)現(xiàn)，在COVID-19病程晚期，71.4%的死亡患者符合DIC診斷標準（≥5分）[27]，并出現(xiàn)凝血功能異常，尤其是D-二聚體和FDP顯著增高與預(yù)后不良有關(guān)[4]。但是，凝血功能異常的具體機制仍待明確。SARS-CoV-2病毒是否可以直接攻擊ACE2高表達的血管內(nèi)皮細胞[13]，并進而導(dǎo)致凝血功能異常和膿毒癥仍待研究。同時，ACE2也是一個重要血壓調(diào)節(jié)分子。感染SARS-CoV-2病毒后，ACE2在循環(huán)系統(tǒng)紅的高表達可能是膿毒癥性低血壓的潛在原因[28]。對于合并高血壓的COVID-19患者，ARB/ACE抑制劑降壓治療仍有爭議。一些研究者認為ACE抑制劑可以通過減輕肺部炎性反應(yīng)的方式使患者獲益[29]，但也有學(xué)者認為ACE抑制劑可能改變ACE2的表達水平并加速病毒進入細胞[30]。但是，目前尚無明確臨床證據(jù)評估ARB/ACE抑制劑治療對COVID-19患者的風險。這些藥物是抑制還是促進病毒侵入細胞尚需進一步研究探索。基于對患者的臨床觀察，我們假設(shè)，在輕癥SARS-CoV-2感染者中，肺部的巨噬細胞能夠激活炎癥反應(yīng)并吞噬病毒，固有免疫和適應(yīng)性免疫應(yīng)答可有效抑制病毒的復(fù)制，患者可以很快康復(fù)。但是，在重癥或危重癥COVID-19患者中，肺泡上皮-內(nèi)皮屏障（氣-血屏障）的完整性會被嚴重破壞。SARS-CoV-2病毒不僅會攻擊肺泡上皮細胞，也會攻擊肺毛細血管內(nèi)皮細胞，導(dǎo)致大量漿液性成分漏出進入肺泡腔。SARS-CoV-2病毒感染后，肺泡巨噬細胞和上皮細胞會釋放大量促炎細胞因子和趨化因子；單核細胞和中性粒細胞會被募集到感染部位并清除含有病毒顆粒和感染細胞的滲出液，導(dǎo)致炎癥反應(yīng)失控。在這個過程中，由于顯著的淋巴細胞數(shù)量減少和功能失調(diào)，適應(yīng)性免疫難以有效啟動。失控的病毒感染會導(dǎo)致嚴重的巨噬細胞浸潤，進一步加重肺損傷。同時，播散的SARS-CoV-2病毒也可直接攻擊其它器官，免疫反應(yīng)可導(dǎo)致系統(tǒng)性的炎癥風暴，同時還有微循環(huán)障礙，這些因素一起作用最終引發(fā)病毒性膿毒癥（如下圖）。因此，有效的抗病毒治療、調(diào)節(jié)固有免疫應(yīng)答和重建適應(yīng)性免疫應(yīng)答的措施是打破惡性循環(huán)、改善患者預(yù)后的關(guān)鍵。Figure. Occurrence and outcome of severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 viral sepsis自COVID-19暴發(fā)以來，臨床醫(yī)生竭盡全力來了解這種疾病，現(xiàn)在我們已經(jīng)對它的臨床特征有了初步的認識。但是臨床現(xiàn)象背后的機制仍有很多未知?；诮贑OVID-19尸檢研究和前期針對SARS-CoV-2病毒和SARS-CoV病毒的基礎(chǔ)研究結(jié)果，我們和研究COVID-19的基礎(chǔ)科學(xué)家、病理學(xué)家、臨床醫(yī)師經(jīng)過多輪討論后提出了關(guān)于SARS-CoV-2病理機制的一系列假設(shè)。我們認為病毒性膿毒癥是COVID-19的一個關(guān)鍵致病機制。盡管這些假設(shè)可能并不完善、甚至之后可能被證明是錯誤的，但是我們相信這些臨床觀察可以為未來的實驗室研究提供思路。未來主要有以下幾個研究重點：1. 探討SARS-CoV-2病毒是否可以直接攻擊血管內(nèi)皮細胞及其對凝血功能和病毒播散的影響；2. 在臨床試驗或動物模型中，評估ARB/ACE抑制劑對SARS-CoV-2病毒感染結(jié)局的影響；3. 確認SARS-CoV-2病毒是否可以直接感染淋巴細胞以及如何影響適應(yīng)性免疫應(yīng)答；4. 細胞因子反應(yīng)在SARS-CoV-2病毒感染過程中的動態(tài)變化；5. 通過隨機對照臨床試驗評估免疫調(diào)節(jié)藥物的治療效果。
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