新型冠狀病毒肺炎的研究進展

張詩琬，喻雪琴，陳芳，敬雪明，梅怡晗，梅小平

1川北醫學院附屬醫院，四川南充 637000；2首都醫科大學朝陽醫院

冠狀病毒是在1937年首先從雞身上分離出來，屬冠狀病毒科冠狀病毒屬，是一種以球形或橢圓形為主的多形性態病毒。冠狀病毒既可引發普通感冒癥狀，又可引起嚴重急性呼吸綜合征。2019年12月，武漢市出現不明原因肺炎疫情;2020年1月通過對患者下呼吸道肺泡灌洗液樣本基因組測序后認為該病毒是一種與已知病毒不符的新型冠狀病毒，并暫命名為2019-novel Coronavirus(2019-nCoV)[1]。2020年2月11日，國際病毒分類委員會將其命名為“嚴重急性呼吸綜合征病毒2”(SARS-CoV-2)，世界衛生組織將該病毒感染所致肺炎命名為“2019新型冠狀病毒病肺炎(COVID-19)”。至 2020年3月9日，全球COVID-19患者接近9萬例，我國確診病例達80 304例，3 123例死亡，病死率為3.48%。目前，該疾病已對全球公共衛生和經濟發展構成了重大威脅。本文將從病原學、流行病學特點、發病機制、臨床特點治療手段等方面對COVID-19進行初步綜述。

1 COVID-19的病原學特點

冠狀病毒是一種有囊膜等結構的單鏈正義RNA病毒，囊膜由刺突表面糖蛋白(S)、基質蛋白(M)、小包膜蛋白(E)以及核衣殼蛋白(N)構成；其中S蛋白由S1和S2兩個亞基構成，S1亞基通過與宿主細胞膜表面受體結合后由S2亞基來促進靶細胞膜的融合后共同促進病毒感染，N蛋白在病毒轉錄過程中發揮關鍵作用。冠狀病毒可通過囊膜表面的S蛋白與靶細胞膜表面受體結合來侵入細胞內，主要感染人類等哺乳動物，肺部炎癥為首要病變方式，繼而引起人體多系統病變。高突變率與頻繁重組是冠狀病毒易于適應不同宿主的主要原因。目前發現[2]，人類易感的6種冠狀病毒均能引起呼吸道疾病，其中有2003年引起致命性呼吸衰竭的急性呼吸道綜合征冠狀病毒(SARS-CoV)和2012年的中東呼吸綜合征冠狀病毒(MERS-CoV)，但冠狀病毒中HCoV-OC43、HCoV-HKU1和HCoV-229E等僅引起上呼吸道的輕微癥狀。

COVID-19是由2019-nCoV感染引起的急性呼吸道傳染病。2019-nCoV歸于有包膜的β冠狀病毒屬類，呈圓形或橢圓形，直徑60～200 nm，基因組約29 kb，由6個主要開放閱讀框(ORFs)和輔助基因構成。研究結果顯示[3]，2019-nCoV與來自中華菊頭蝠的蝙蝠SARS樣冠狀病毒(SARS-like CoVs)最為相似，核苷酸序列同源性高達87.9%～98.7%，且在冠狀病毒的ORF1ab中7個保守的復制酶結構域中氨基酸同源性達94.6%，提示2019-nCoV與SARS-like CoVs可能為同一類。有研究表明[4]，在56個基因組中2019-nCoV有大于99%的基因序列相一致，提示病毒結構相對穩定。但因2019-nCoV為單股正鏈RNA病毒，在將來受到各種因素影響下不能排除發生基因突變與重組的可能，在突變過程中其毒性可能出現減弱或增強。有研究顯示[5]，與2019-nCoV高度同源的SARS-CoV，其受體蛋白也為血管緊張素轉化酶2(ACE2)。通過計算機對冠狀病毒基因模擬測序與體外細胞實驗后顯示，2019-nCoV與SARS-CoV受體蛋白均為ACE2，因此認為SARS-CoV和2019-nCoV可能是通過病毒表面S蛋白與靶細胞表面ACE2結合后致細胞膜溶解而融入細胞內。研究發現[6，7]，2019-nCoV與SARS-CoV膜上的S蛋白同源性達76.47%，2019-nCoV的S蛋白與靶細胞表面ACE2受體結合力較SARS強，提示2019-nCoV的傳染性與致病力可能更強。這次導致我國湖北省武漢市疫情爆發的COVID-19、傳染性非典型肺炎(SARS)及中東呼吸綜合征(MERS)發生的病原體均是屬冠狀病毒感染所致。研究發現[8]，SARS-CoV與2019-nCoV間基因序列同源性達80%，2019-nCoV與蝙蝠SARS樣冠狀病毒基因序列高度相近，提示蝙蝠可能是2019-nCoV的自然宿主之一。同時研究發現，從穿山甲血液中分離出的冠狀病毒與2019-nCoV基因同源性達99%，提示穿山甲也可能為其中間宿主。

2 COVID-19的流行病學特點

WHO在2012年9月23日發布了首例60歲沙特籍人因2019-nCoV感染死亡的病例，隨后英國確認了1例49歲卡塔爾籍男性患者因感染2019-nCoV出現急性呼吸系統綜合征繼發腎功能衰竭死亡，并從二者肺部組織樣本中分離出相似度達到99.5%的2種病毒。 WHO隨后認為這種新型冠狀病毒與在2002～2003年引起傳染性非典型肺炎的SARS病毒為同一家族[9]。

2.1 傳染源 在第5版COVID-19診斷指南(試行)中指出，COVID-19的主要傳染源為感染2019-nCoV的患者，2019-nCoV無癥狀感染者也可成為傳染源，其中有臨床癥狀的患者傳染性更強。研究發現[10]，在1 099例COVID-19患者中，武漢居民占43.95%，其他地區患者近期未到過武漢或未接觸來自武漢人群的COVID-19患者占26.00%，醫護人員感染占2.09%，COVID-19患者與野生動物有直接接觸者占1.18%，31.30%的COVID-19患者去過武漢，71.80%的COVID-19患者與來自武漢的人員有過接觸過。這提示到過武漢或接觸來自武漢的人群可能為高危人群，無癥狀2019-nCoV感染者及COVID-19患者是其主要的傳染源。

2.2 傳播途徑 目前研究發現[11]，2019-nCoV可經呼吸道飛沫、密切接觸和氣溶膠迅速傳播，目前所見的傳染源主要是無癥狀2019-nCoV感染者及COVID-19患者。在確診的COVID-19患者中一般可追蹤到有近距離密切接觸無癥狀COVID-19感染者或患者到過高危地區或接觸過高危人群的呼吸道飛沫等傳播或接觸傳播史。醫務人員在標本采樣、吸痰、霧化吸入、氣管插管等特殊條件下可能通過氣溶膠傳播，但目前證據尚不充分。在2019-nCoV核酸檢測陽性母親30 h后生產的嬰兒2019-nCoV核酸檢測為陽性，因此是否存在母嬰傳播的可能性有待明確。呼吸道是冠狀病毒的主要寄居地，個別COVID-19患者大便中可檢測出2019-nCoV核酸陽性，目前尚不能以此推斷有消化道傳播途徑的存在。另外COVID-19患者或感染者血液中核酸陽性率低，一般來講，母體血清應存在高病毒載量才有存在母嬰傳播可能。研究發現[10]，在COVID-19患者或感染者糞便中有6.5%新冠病毒核酸陽性率，提示存在消化道傳播的可能性，但有待進一步明確。有學者報道[11]，COVID-19患者或感染者的飛沫可能經暴露的眼睛感染人，這可能與傳染性飛沫和體液易污染人結膜上皮相關。SARS-CoV主要通過眼睛、嘴或鼻子的黏膜間接接觸等方式傳播，裸露的黏膜和未受保護的眼睛會增加SARS-CoV感染的風險，提示呼吸道并不是2019-nCoV感染的唯一傳播途徑。

2.3 易感性 從現有的相關報道來看，感染2019-nCoV最小年齡為出生后30 h的新生兒，最大年齡者為90歲患者。作者推測，人群具有普遍易感性，相對來講，年齡越大、基礎疾病多、特別是伴有腫瘤、糖尿病等疾病的高齡患者易感性越高，病情越危重者發生率越高，死亡風險越大。

3 COVID-19的發病機制

3.1 細胞因子風暴對COVID-19的影響 2019-nCoV為β冠狀病毒屬的RNA病毒，其囊膜上S蛋白是入侵靶細胞的關鍵蛋白，通過S蛋白與靶細胞受體ACE2結合，進入靶細胞后開始大量復制與漂移。人體通過免疫反應的發生來清除2019-nCoV，2019-nCoV的S蛋白與靶細胞ACE2的親和力較SARS強10～20倍，這可能是其感染性、傳染性與致病性強的主要原因[10]。在2019-nCoV、SARS-CoV、MERS-CoV感染后可致機體免疫功能紊亂與細胞因子水平失衡，出現細胞因子風暴綜合征(CSS)，致肺毛細血管內皮細胞及肺泡上皮細胞等靶細胞出現彌漫性損傷并發展為ARDS、膿毒性休克及多器官功能衰竭(MOF)甚至死亡。研究發現[12]，CSS是機體受到2019-nCoV、SARS-CoV、MERS-CoV等病毒誘導后產生的一種過度免疫反應致腫瘤壞死因子-α(TNF-α)、白細胞介素(IL-1)、干擾素 (IFN-γ或IFN-α、IFN-β)等細胞因子水平失衡的一種炎性反應，導致全身性炎癥反應、MOF等的發生。研究顯示[13]，MERS-CoV、SARS-CoV與2019-nCoV所致CCS特點不同，MERS-CoV感染后是IFN-γ、TNF-α、IL-17等促炎細胞因子水平高表達致肺部炎癥；SARS-CoV感染后是IL-6、IL-12、IFN-γ等細胞因子水平高表達致肺部炎性反應廣泛發生；2019-nCoV感染后則是TNF-α、G-CSF、IP10等細胞因子水平高表達，其TNF-α、G-CSF的表達水平與病情程度密切相關，這一點與MERS-CoV、SARS-CoV感染后有所不同。研究發現[14]，2019-nCoV感染后主要致肺部出現彌漫性肺泡損傷和透明膜形成，且以淋巴細胞為主的間質性單核細胞炎性浸潤，其肺纖維化程度不明顯，但肺組織的炎癥反應更重。研究發現[15]，COVID-19死亡患者肺部表現為雙肺彌漫性肺泡損傷伴纖維黏液性滲出，有明顯肺泡上皮細胞脫落、透明膜形成和肺水腫，雙肺間質內以淋巴細胞為主的單核細胞炎性浸潤，肺泡腔內見多核巨細胞和非典型增大的肺泡細胞。另外，2019-nCoV感染后外周血CD4+T、CD8+T細胞數量明顯低表達，但活化程度更高，表現為CD8+T細胞和CCR4+CCR6+Th17細胞毒性更強，提示T淋巴細胞水平與病情程度程度及生存率關系密切。

3.2 ACE2在COVID-19中的作用 對SARS-CoV感染和SARS-CoV棘突蛋白處理后的小鼠研究發現, SARS-CoV的S蛋白和ACE2結合其表達水平下調致小鼠血液中血管緊張素Ⅱ( AngⅡ)水平高表達，再通過AngⅡ受體1介導肺血管通透性增高導致肺組織的急性損傷，而ACE2則顯示出對肺功能的保護作用，ACE2表達水平下調在SARS病毒感染所致的ARDS進展中發揮了明顯的調節作用。2019-nCoV和SARS-CoV均是通過囊膜上S蛋白與ACE2受體結合，再通過內吞作用后進入細胞內，主要感染肺部的纖毛支氣管上皮細胞和Ⅱ型肺泡細胞。AP2相關蛋白激酶1(AAK1)是其發生內吞作用的主要調節因子，AAK1的受損可阻止2019-nCoV和SARS-CoV等進入細胞內以及遏制病毒的復制，為此AAK1抑制劑可能在將來成為抗2019-nCoV和抗SARS-CoV等治療的潛在靶藥。研究顯示[16]，2019-nCoV感染后致腎素-血管緊張素系統(RAS)失衡，患者血清AngⅡ水平較健康人群明顯高表達，且與肺組織炎癥程度密切相關，通過使用血管緊張素轉換酶抑制劑(ACEI)治療可明顯降低2019-nCoV感染所致細胞因子的高水平和肺部炎癥程度。作者認為，調節ACEI水平或(和)使用血管緊張素受體阻滯劑(ARB)治療COVID-19或2019-nCoV感染者可能是未來研究方向與潛在路徑。

4 COVID-19的臨床特征與免疫學改變

COVID-19主要的臨床表現為發熱、咳嗽和乏力，偶有鼻塞、流涕、咽痛和腹瀉等不適。按COVID-19患者病情程度可分為輕型、普通型、重型和危重型，其相應臨床表現與免疫學特征也存在差異[17]。對于COVID-19輕型和普通型患者的肺部影像學表現為肺部的多發性小斑片影及間質改變，以肺外帶表現為著；隨著COVID-19病情的加重，多發展為雙肺多發性的毛玻璃表現與浸潤影，重者可出現肺實變。在免疫學特征方面也發生了相應改變，COVID-19患者T淋巴細胞數及比例下調，出現CD4+T、CD8+T數量的顯著下調[17]，患者外周血中的中性粒細胞數明顯增加，IL-6等促炎性細胞因子水平顯著高表達等特征[18]。

4.1 輕型和普通型COVID-19患者的臨床特征與免疫學改變 輕型和普通型COVID-19患者約占COVID-19患者的70%，其臨床表現不典型，偶有發熱、干咳等不適，其肺部CT影像學特征不明顯，這是導致對輕型和普通型COVID-19患者診斷困難或易誤診的主要原因，常易與普通感冒或流感相混淆。輕型和普通型COVID-19患者外周血中CD4+T、CD8+T數量顯著下調。按《新型冠狀病毒診療方案(試行第5版)》要求：對于急性發熱且肺部影學改變不明顯者，若外周血中出現CD4+T、CD8+T數量明顯下調，宜列為疑似病例進行醫學隔離觀察[17]。因此，可通過對患者的臨床特征、影像學變化及免疫學特征等指標來篩選出可能是2019-nCoV 感染者或患者的疑似病例，阻止了潛在的2019-nCoV 感染者或患者對2019-nCoV的傳播。

4.2 重型COVID-19患者的臨床特征與免疫學改變 重型COVID-19患者常有明顯的發熱、干咳，氣促和呼吸困難的臨床表現、其肺部CT 的影像學特征表現為雙肺彌漫性病變[19]，其免疫學特征表現為免疫功能紊亂，外周血中CD4+T、CD8+T細胞數量明顯低表達，但活化程度更高，具體表現為CD8+T細胞和CCR4+CCR6+Th17細胞毒性更強，IL-6、IL-10 和 TNF-α等促炎性細胞因子水平高表達[18]。因患者CD4+T、CD8+T細胞數量低，活化程度高，CD8+T和CCR4+CCR6+Th17細胞毒性強，致使患者肺部T淋巴細胞免疫激活明顯，大量促炎性細胞因子致免疫細胞浸潤而致肺功能降低，其相應組織液的過度沉積或阻塞起到而影響肺泡與毛細血管間的氧交換，繼而出現ARDS等嚴重并發癥而危及生命。

4.3 危重型COVID-19患者的臨床特征與免疫學改變 危重型COVID-19患者多出現持續發熱與呼吸困難，需采用人工手段來維持其生命，肺部CT 影像學表現“白肺”[19]。危重型COVID-19患者免疫功能已嚴重失衡，D-二聚體、中性粒細胞數量和血肌酐持續升高，CD4+T/CD8+T細胞數量更低，但活化程度更高，表現為CD8+T細胞和CCR4+CCR6+Th17細胞毒性更強[20]，致免疫系統過度活化而致全身炎癥反應的發生，患者體內促炎性細胞因子IL-6、GM-CSF等水平會持續高表達，抑炎性細胞因子IFN-γ等水平低表達而出現“細胞因子風暴”，提示T淋巴細胞的表達水平與患者病情程度及生存率關系密切，細胞因子風暴的出現更易引起患者MOF的發生或死亡。為此，對重型COVID-19患者通過檢測細胞因子、T淋巴細胞水平可在一定程度上評估患者發展為危重型的風險程度，同時調節T淋巴細胞及細胞因子水平可能是預防與治療COVID-19患者發展為危重型的潛在手段之一。

5 COVID-19患者的治療

目前對于COVID-19尚無特效治療藥物，主要以營養休息與對癥支持治療為主，防止繼發感染與并發癥的發生。無癥狀感染者和輕癥者一般不需治療，多數可自愈。多數COVID-19 患者肺部出現了炎性滲出性病變，需謹慎使用糖皮質激素，專家共識為短期小劑量使用，這與SARS的大劑量激素治療是有所不同的。對于COVID-19患者可采取吸氧、抗生素與抗病毒治療的綜合治療措施，同時針對不同COVID-19患者病情程度可據情況采用α-干擾素2b霧化吸入，阿比多爾、洛匹那韋/利托那韋、利巴韋林等進行抗病毒治療，但療效尚不明確。磷酸氯喹、維生素C、恢復期患者的血漿也可用于COVID-19患者治療，但尚處于臨床治療的探索中。恢復期患者的血清及激素治療多來自于治療SARS、MERS及流感的經驗。恢復期患者血清可能含有抗2019-nCoV的抗體，理論上可行，但在SARS治療中恢復期患者的血清療效并不穩定，恢復期患者血清治療的效果尚有待臨床驗證。在SARS爆發期間，曾大量使用激素治療，但目前使用激素治療COVID-19患者后生存率未見明顯提高，對2019-nCoV清除還發生了延遲現象，因此2019-nCoV感染患者使用激素類藥物治療還需謹慎和進一步探索。抗2019-nCoV治療尚無特效藥。研究發現，2019-nCoV可通過Spike-ACE2 來感染人體，以ACE2作為治療靶點的藥物可能對COVID-19治療產生療效，另外，抗MERS-CoV和SARS-CoV有效或對抑制RNA病毒復制有效的藥物也可能是開發治療COVID-19的希望與途徑。

綜上所述，人類對2019-nCoV本身及作用機制、流行病學和臨床診治等方面尚不完全清楚。在COVID-19初期，輕型和普通型COVID-19患者的臨床表現與感冒或肺炎表現難以鑒別，但COVID-19免疫學特征與感冒或肺炎存在明顯差異，通過分析其臨床表現、流行病學、免疫學特征及2019-nCoV核酸檢測有助于診斷。目前對于COVID-19治療尚無特效藥物，主要通過心理支持、對癥支持治療、預防感染、抗病毒及免疫增強治療等手段來促進患者生命康復。有證據顯示，2019-nCoV感染患者失衡的免疫功能復常是患者治愈的主要原因之一。作者認為，在抗2019-nCoV治療時需注意患者免疫功能變化，通過藥物抗2019-nCoV治療并干預病毒在體內賴以生存的環境，抑制機體過度活化的免疫反應，調節細胞因子水平，防止細胞因子風暴的發生，促進機體免疫功能復常有助于患者恢復健康。