專家談“冠” | COVID-19感染中的關(guān)鍵點(diǎn)：免疫反應(yīng)
COVID-19感染中的關(guān)鍵點(diǎn)：免疫反應(yīng)
文 | 蘇州大學(xué)轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)研究院 時(shí)玉舫
在1918年流感大爆發(fā)100多年之后的今天，我們又面臨著另一場大流行。新型冠狀病毒(SARS-CoV-2)感染的爆發(fā)正蔓延到每一個(gè)大陸，迫使我們在很長一段時(shí)間內(nèi)都要與這種病毒進(jìn)行博弈。科學(xué)家和臨床醫(yī)生已經(jīng)了解到并非所有接觸SARS-CoV-2的人都被感染，也不是所有受感染的病人都發(fā)展成嚴(yán)重的呼吸道疾病【1】?，F(xiàn)階段明確SARS-CoV-2感染大致可分為三個(gè)階段:第一階段，無癥狀潛伏期，有或沒有可檢測到的病毒；第二階段，無嚴(yán)重癥狀期，有病毒存在；第三階段，嚴(yán)重呼吸癥狀期，病毒載量高【2】。從預(yù)防的角度來看，第一階段的個(gè)體，即隱形攜帶者是最難控制的，因?yàn)樗麄儠?huì)在不知情的情況下傳播病毒。事實(shí)上，德國已經(jīng)報(bào)道了首例無癥狀傳播，無癥狀的SARS-CoV-2感染者在傳播感染中的作用仍有待確定。在武漢分析的1000多例臨床病例可以發(fā)現(xiàn)，除兒童和青少年偶爾感染外，其他年齡段人群感染概率相當(dāng)。大約15%的確診病例進(jìn)展為重病患者，而65歲以上的感染者更有可能演變成為重病患者【1】。一個(gè)最大的懸而未決的問題是，為什么有些人會(huì)發(fā)展為重病，而另外一些人則不會(huì)。顯然，基于受感染患者自身免疫力高低的傳統(tǒng)觀點(diǎn)不能解釋疾病表現(xiàn)的廣譜性。
COVID-19感染誘導(dǎo)的兩期免疫反應(yīng)
在臨床上，SARS-CoV-2感染引起的免疫反應(yīng)分為兩個(gè)階段。第一階段在潛伏期和非嚴(yán)重期，肯定需要特定的適應(yīng)性免疫反應(yīng)才能消除病毒，并阻止疾病發(fā)展到嚴(yán)重階段。因此，在此階段增強(qiáng)免疫應(yīng)答（抗血清或聚乙二醇干擾素α）的策略顯得尤為重要。為了在潛伏期和非嚴(yán)重期產(chǎn)生內(nèi)源性保護(hù)性免疫應(yīng)答，被感染者應(yīng)處于良好的健康狀況，并具有適當(dāng)?shù)倪z傳背景（HLA）以誘導(dǎo)特異性抗病毒免疫。然而，當(dāng)保護(hù)性免疫反應(yīng)受損時(shí)，病毒就會(huì)繁殖，從而大規(guī)模破壞受影響的組織，特別是在ACE2高表達(dá)的器官中，如腸道和腎臟。第二階段進(jìn)入嚴(yán)重的發(fā)病期后，肺部炎癥是危及生命的呼吸系統(tǒng)疾病的主要原因【4】。因此，對于已經(jīng)發(fā)展到嚴(yán)重期的患者來說，正常而強(qiáng)烈的免疫反應(yīng)可能是不利的：一旦發(fā)生嚴(yán)重的肺損傷，就應(yīng)該努力抑制炎癥，控制癥狀。
令人擔(dān)憂的是，有些病人出院后病毒仍呈陽性，有些甚至復(fù)發(fā)。這表明，至少在一些患者身上很難建立起針對消除SARS-CoV-2的病毒免疫應(yīng)答，而疫苗可能對這些患者無效，在確定疫苗開發(fā)策略時(shí)應(yīng)考慮這些情況。此外，冠狀病毒有許多類型或亞型。因此，如果直接針對SARS-CoV-2的疫苗難以開發(fā)，則應(yīng)考慮采用Edward Jenner方法。
細(xì)胞因子風(fēng)暴和肺損傷
細(xì)胞因子釋放綜合征（CRS）主要影響病情嚴(yán)重的患者。由于COVID-19感染的重病患者經(jīng)常出現(xiàn)淋巴細(xì)胞減少現(xiàn)象， SARS-CoV-2病毒引起的CRS應(yīng)該由T細(xì)胞以外的白細(xì)胞介導(dǎo)，正如CAR-T治療所導(dǎo)致的狀況。伴隨淋巴細(xì)胞的減少，病人的白細(xì)胞計(jì)數(shù)反而升高，提示這一變化可作為COVID-19的鑒別診斷的新指標(biāo)。此外，阻斷IL-6、 IL-1和TNF也可能使患者受益【5】。盡管中國的許多臨床單位已經(jīng)宣布在嚴(yán)重感染COVID-19的病例中使用間充質(zhì)基質(zhì)/干細(xì)胞（MSC），但尚未見到可靠的結(jié)果。需要注意的是，MSCs需要被IFN-g激活以發(fā)揮其抗炎作用，但I(xiàn)FN-g在重病患者中可能不存在，因?yàn)門細(xì)胞未被SARS-CoV-2感染很好地激活。為了提高治愈效率，可以考慮采用協(xié)同方法：用IFN-g和TNFɑ預(yù)處理MSCs。這種經(jīng)細(xì)胞因子預(yù)處理（授權(quán)）的MSCs可以更有效地抑制過度活躍的免疫應(yīng)答和促進(jìn)組織修復(fù)。事實(shí)上，細(xì)胞因子預(yù)處理的MSCs在LPS誘導(dǎo)的急性肺損傷中是有效的【6】。
肺損傷是那些嚴(yán)重患者康復(fù)的主要障礙。通過產(chǎn)生各種生長因子，MSCs可以幫助修復(fù)受損的肺組織。值得一提的是，各種研究表明，在博來霉素誘導(dǎo)的肺損傷動(dòng)物模型中，維生素B3（煙酸或煙酰胺）在預(yù)防肺組織損傷方面非常有效【7】。向COVID-19患者提供這種食品補(bǔ)充劑可能是一種明智的選擇。
HLA單倍型和SARS-CoV-2感染
主要的組織相容性復(fù)合抗原位點(diǎn)（HLA）是傳染病遺傳易感性的典型候選位點(diǎn)【8,9】。HLA單倍型位點(diǎn)變異是與病原體共進(jìn)化過程中選擇的結(jié)果。免疫學(xué)家發(fā)現(xiàn)，CD4+或CD8+T細(xì)胞上的T細(xì)胞抗原受體識別抗原結(jié)合區(qū)的構(gòu)象結(jié)構(gòu)和相關(guān)抗原肽。因此，不同的HLA單倍型與不同疾病的易感性有關(guān)。構(gòu)成單倍型的HLA分子序列決定了進(jìn)化過程中的生存幾率。因此，在抗原遞呈細(xì)胞的細(xì)胞表面具有與SARS-CoV-2病毒肽結(jié)合特異性更強(qiáng)的HLA分子似乎是有利的。事實(shí)上，對各種傳染病的易感性，如肺結(jié)核、麻風(fēng)、艾滋病毒、乙型肝炎和流感，都與特定的HLA單倍型有關(guān)。在人類中，HLA-I類也與H1N1感染相關(guān)：HLA-A*11、HLA-B*35和HLA-DRB1*10可導(dǎo)致對甲型流感（H1N1）pdm09感染的易感性【10】。因此，有必要研究特定的HLA位點(diǎn)是否與抗SARS-CoV-2免疫的發(fā)展有關(guān)，如果是的話，還需要確定能誘導(dǎo)保護(hù)性免疫的等位基因，無論是I類還是II類。一旦發(fā)現(xiàn)了那些顯性等位基因，就可以開發(fā)簡單的檢測試劑盒。這些信息對于戰(zhàn)略性臨床管理、評估普通人群中不同個(gè)體的疫苗接種效果和對COVID-19患者的治療過程中指派臨床專業(yè)和管理團(tuán)隊(duì)至關(guān)重要。
透明質(zhì)酸:死亡的潛在原因
病毒造成組織損傷所引起的固有免疫反應(yīng)可導(dǎo)致急性呼吸窘迫綜合征（ARDS），在ARDS患者中肺部迅速出現(xiàn)廣泛炎癥，出現(xiàn)包括呼吸短促、發(fā)紺和呼吸衰竭癥狀，隨后死亡【4】。重癥監(jiān)護(hù)病房的重癥患者通常需要機(jī)械呼吸機(jī)，而那些無法呼吸的患者則需要與體外膜氧合(ECMO)相連接以維持生命【11】。CT圖像顯示，肺中有典型的白色斑塊，稱為“磨玻璃”，其中含有液體。最近的尸檢證實(shí)，肺里充滿了透明的液體膠狀物質(zhì)，癥狀與濕溺水的肺相似【4】。盡管透明膠狀物質(zhì)的性質(zhì)尚未確定，但透明質(zhì)酸（HA）與ARDS有關(guān)【12】；此外，在SARS感染期間，透明質(zhì)酸的產(chǎn)生和調(diào)節(jié)是有缺陷的。炎性細(xì)胞因子（IL-1、TNF）在COVID-19患者肺組織中含量較高，這些細(xì)胞因子是CD31+內(nèi)皮細(xì)胞、EpCAM+肺泡上皮細(xì)胞和成纖維細(xì)胞中透明質(zhì)酸（HAS2）合成的強(qiáng)誘導(dǎo)劑。值得注意的是，HA有能力吸收1000倍于其分子量的水。因此，很有希望可以通過降低HA幫助COVID-19患者呼吸。醫(yī)生可以簡單地給病人提供醫(yī)用級的透明質(zhì)酸酶來減少透明質(zhì)酸的積累，從而清除肺部的膠狀物。在動(dòng)物模型中，透明質(zhì)酸酶經(jīng)鼻給藥可緩解流感引起的呼吸困難。醫(yī)生也可以使用臨床批準(zhǔn)的膽汁治療藥物，Hymecromone （4- methylumone, 4-MU）， HAS2的抑制劑【14】。LPS誘導(dǎo)的肺部炎癥可由4-MU緩解,4-MU或其化學(xué)相似物廣泛存在于各種中藥中，這可能解釋了中草藥聯(lián)合治療在某些患者觀察到療效。
總的來說，這個(gè)概要是基于一些臨床常識的。我們提出了一些簡單但基本被忽視的COVID-19患者的治療方法(圖1)。我們認(rèn)為，兩階段的劃分非常重要：第一階段是基于免疫防御的保護(hù)階段，第二階段是炎癥驅(qū)動(dòng)的損傷階段。醫(yī)生應(yīng)該在第一階段嘗試增強(qiáng)免疫反應(yīng)，而在第二階段抑制免疫反應(yīng)。由于維生素B3對肺有很強(qiáng)的保護(hù)作用，所以應(yīng)該在咳嗽一開始就使用它。當(dāng)呼吸困難變得明顯時(shí)，透明質(zhì)酸酶可用于氣管內(nèi)，同時(shí)給予4-MU抑制HAS2。當(dāng)然，HLA分型將為制定預(yù)防、治療、疫苗接種和臨床方法提供易感性信息。我們希望上述的一些想法可以用來幫助對抗這種在世界各地不斷蔓延的致命傳染病。
圖1 COVID-19感染進(jìn)展和潛在輔助干預(yù)的示意圖
潛伏期過后，入侵的COVID-19病毒會(huì)引起非嚴(yán)重癥狀并引發(fā)保護(hù)性免疫反應(yīng)。想要成功消除感染取決于被感染者的健康狀況和HLA單倍型。在此階段，可以應(yīng)用增強(qiáng)免疫反應(yīng)的策略。如果感染者的總體健康狀況和HLA單倍型不能消除病毒，則患者會(huì)進(jìn)入嚴(yán)重階段，即發(fā)生強(qiáng)烈的破壞性炎癥反應(yīng)，尤其是在肺部。在這個(gè)階段，可以采用抑制透明質(zhì)酸合酶和消除透明質(zhì)酸的辦法。細(xì)胞因子激活的間充質(zhì)干細(xì)胞也可用于阻斷炎癥并促進(jìn)組織修復(fù)。維生素B3可用于開始出現(xiàn)肺部CT圖像異常的患者。
參考文獻(xiàn)：
1 Guan, W. J., Ni, Z.Y., Hu, Y., Liang, W.H., Ou, C.Q., He. J.X., Liu, L., Shan, H., Lei, C.L., Hui, D.S.C., Du, B., Li, L.J., Zeng, G., Yuen, K.Y., Chen, R.C., Tang, C.L., Wang, T., Chen, P.Y., Xiang, J., Li, S.Y., Wang, J.L., Liang, Z.J., Peng, Y.X., Wei, L., Liu, Y., Hu, Y.H., Peng, P., Wang, J.M., Liu, J.Y., Chen, Z., Li, G., Zheng, Z.J., Qiu, S.Q., Luo, J., Ye, C.J., Zhu, S.Y., Zhong, N.S. China Medical Treatment Expert Group for Covid-19. Clinical Characteristics of Coronavirus Disease 2019 in China. N Engl J Med, doi:10.1056/NEJMoa2002032 (2020).
2 Wang, D. et al. Clinical Characteristics of 138 Hospitalized Patients With 2019 Novel Coronavirus-Infected Pneumonia in Wuhan, China. JAMA, doi:10.1001/jama.2020.1585 (2020).
3 Rothe, C. et al. Transmission of 2019-nCoV Infection from an Asymptomatic Contact in Germany. N Engl J Med, doi:10.1056/NEJMc2001468 (2020).
4 Xu, Z. et al. Pathological findings of COVID-19 associated with acute respiratory distress syndrome. Lancet Respir Med, doi:10.1016/S2213-2600(20)30076-X (2020).
5 Wang, Y., Chen, X., Cao, W. & Shi, Y. Plasticity of mesenchymal stem cells in immunomodulation: pathological and therapeutic implications. Nat Immunol 15, 1009-1016, doi:10.1038/ni.3002 (2014).
6 Wang, G. et al. Kynurenic acid, an IDO metabolite, controls TSG-6-mediated immunosuppression of human mesenchymal stem cells. Cell Death Differ 25, 1209-1223, doi:10.1038/s41418-017-0006-2 (2018).
7 Nagai, A. et al. Effects of nicotinamide and niacin on bleomycin-induced acute injury and subsequent fibrosis in hamster lungs. Exp Lung Res 20, 263-281, doi:10.3109/01902149409064387 (1994).
8 Blackwell, J. M., Jamieson, S. E. & Burgner, D. HLA and infectious diseases. Clin Microbiol Rev 22, 370-385, Table of Contents, doi:10.1128/CMR.00048-08 (2009).
9 Matzaraki, V., Kumar, V., Wijmenga, C. & Zhernakova, A. The MHC locus and genetic susceptibility to autoimmune and infectious diseases. Genome Biol 18, 76, doi:10.1186/s13059-017-1207-1 (2017).
10 Dutta, M., Dutta, P., Medhi, S., Borkakoty, B. & Biswas, D. Polymorphism of HLA class I and class II alleles in influenza A(H1N1)pdm09 virus infected population of Assam, Northeast India. J Med Virol 90, 854-860, doi:10.1002/jmv.25018 (2018).
11 MacLaren G, F. D., Brodie D. Preparing for the Most Critically Ill Patients With COVID-19: The Potential Role of Extracorporeal Membrane Oxygenation. JAMA, doi:10.1001/jama.2020.2342 (2020).
12 Hallgren, R., Samuelsson, T., Laurent, T. C. & Modig, J. Accumulation of hyaluronan (hyaluronic acid) in the lung in adult respiratory distress syndrome. Am Rev Respir Dis 139, 682-687, doi:10.1164/ajrccm/139.3.682 (1989).
13 Bell TJ, B. O., Morgan DJ, Salek-Ardakani S, Jagger C, Fujimori T, Cholewa L, Tilakaratna V, ?stling J, Thomas M, Day AJ, Snelgrove RJ, Hussell T. Defective lung function following influenza virus is due to prolonged, reversible hyaluronan synthesis. Matrix Biol 80, 14-28 (2018).
14 Collum, S. D. et al. Inhibition of hyaluronan synthesis attenuates pulmonary hypertension associated with lung fibrosis. Br J Pharmacol 174, 3284-3301, doi:10.1111/bph.13947 (2017).
專家介紹：
時(shí)玉舫博士，蘇州大學(xué)特聘教授、博士生導(dǎo)師，任蘇州大學(xué)轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)研究院院長、蘇州大學(xué)附屬第一醫(yī)院副院長和蘇州大學(xué)附屬第三醫(yī)院副院長。國家特聘專家，國家杰出青年科學(xué)基金獲得者，國家973重大科學(xué)研究計(jì)劃總體組成員、首席科學(xué)家，中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)干細(xì)胞與再生醫(yī)學(xué)科技專項(xiàng)總體組成員，國際細(xì)胞治療學(xué)會(huì)間充質(zhì)干細(xì)胞治療分會(huì)專家組成員。致力于T細(xì)胞凋亡、干細(xì)胞的免疫調(diào)節(jié)作用和腫瘤免疫等方面的研究。
時(shí)老師，透明質(zhì)酸水解酶有望解決新冠肺膠狀物難題，快開展臨床試驗(yàn)啊。 醫(yī)生可以簡單地給病人提供醫(yī)用級的透明質(zhì)酸酶來減少透明質(zhì)酸的積累，從而清除肺部的膠狀物,以解決美，英，意，西等國防控不力導(dǎo)致疫情嚴(yán)峻，老年人無法得到呼吸機(jī)救治的悲慘局面，他們年輕人不戴口罩，再三萬家宴聚，數(shù)千人玩樂。。維生素B3對肺有很強(qiáng)的保護(hù)作用，所以應(yīng)該在咳嗽一開始，出現(xiàn)肺部CT圖像異常的患者。。當(dāng)呼吸困難變得明顯時(shí)，透明質(zhì)酸酶可用于氣管內(nèi)，同時(shí)給予4MU4‐methylumbeliferone抑制透明質(zhì)酸合成酶HAS2。