新型冠狀病毒肺炎發病機制及藥物治療研究進展

王 霜，王貴佐，唐 甜，楊淑梅

(1.西安醫學院，陜西 西安710021；2.陜西省人民醫院呼吸與危重癥一科，陜西 西安710068)

新型冠狀病毒肺炎(COVID-19)是由2019新型冠狀病毒(2019-nCoV)感染后引起的一種急性呼吸道傳染病，傳染性強，病死率高。世界衛生組織宣布將2019-nCoV所引起COVID-19作為國際社會關注的公共衛生安全緊急事件[1]。與嚴重急性呼吸綜合征(SARS)相比，COVID-19傳染性更強[2]。該病發病率及病死率仍不斷增加，因此探索COVID-19的發病機制，為疾病治療提供新的方向和思路迫在眉睫。現就COVID-19發病機制及目前治療方案作一綜述，以期為COVID-19的治療提供新思路。

1 COVID-19發病機制

1.1 病毒直接侵犯肺組織 2019-nCoV是一類位于有囊細胞膜的單股正鏈RNA病毒,是引起人和哺乳動物上呼吸道感染的重要病原體[3]。受體S蛋白位于冠狀病毒最外層，是冠狀病毒最重要的表面蛋白，與病毒的傳染能力密切相關，S蛋白包含兩個亞基：S1和S2，S1包含受體結合區域(RBD)，負責識別宿主細胞內受體，同時承擔了病毒與宿主細胞膜相結合的重要功能；S2含有膜融合過程所需要的基本化學元件，促進病毒包膜與宿主細胞膜融合，與病毒的侵入能力有關[4]。血管緊張素轉化酶2(ACE2)是存在于人體內上皮細胞表面的一種蛋白質，尤以Ⅱ型肺泡上皮細胞含量最豐富，發揮著抗炎、抗增生、抗纖維化、抗肺泡上皮細胞凋亡和舒張血管等作用[5]。研究發現2019-nCoV包膜錨定的S蛋白通過ACE2與宿主細胞膜受體融合后進入宿主細胞[6]，進而引起肺部細胞膜損傷。推測COVID-19可能是由于2019-nCoV侵入人體，病毒的S蛋白與ACE2接觸后，病毒與ACE2的跨膜區域一起通過胞吞作用進入細胞，在胰蛋白酶或弗林蛋白酶的作用下，S蛋白被進一步激活，發生膜融合后釋放出新冠病毒RNA引起肺部細胞損傷，造成彌漫性肺間質及肺泡內膜水腫，進而可能導致急性低氧性呼吸功能不全，甚至導致急性呼吸窘迫綜合征。

1.2 細胞免疫功能下降參與COVID-19發病機制 免疫系統在防御2019-nCoV方面起著至關重要的作用。研究發現COVID-19患者體內CD3+T、CD4+T和CD8+T淋巴細胞計數明顯減少,揭示了CD8+T和CD4+T淋巴細胞計數可作為COVID-19疾病的診斷標志物和判斷疾病嚴重程度的預測評價因子[7]。上述研究提示COVID-19發病機制與細胞免疫受損相關，2019-nCoV進入人體后通過細胞膜將一部分病毒碎片傳遞到細胞外，人體免疫細胞廣泛聚集并消滅病毒，由于病毒不斷繁殖，大量淋巴細胞和單核細胞被消耗和破壞，導致機體免疫功能下降，清除、殺滅病毒能力明顯不足，進而導致病毒大量繁殖，破壞正常淋巴組織細胞，造成彌漫性肺間質及肺泡水腫，導致急性低氧性呼吸功能不全，甚至導致ARDS及多器官功能衰竭。

1.3 免疫串擾失調和凝血異常參與COVID-19發病機制 補體因子是存在于人血清和組織液中具有酶活性的一組補體蛋白質，由可溶性蛋白、膜結合蛋白和補體受體蛋白組成的多分子系統，具有調理、產生促炎介質和激活膜攻擊復合物(MAC)[8]作用。組織因子暴露于血液中可啟動外源性凝血途徑，已證實補體因子C5a在血液循環路徑[9]和內皮細胞中[10]能顯著提高組織因子活性。絲氨酸蛋白酶-1(MASP-1)和絲氨酸蛋白酶-2(MASP-2)可裂解凝血酶原形成自然活化的凝血酶，增加血小板活性和聚集，提高凝血酶原活性和釋放血小板衍生促凝顆粒[11]。Brown等[12]的一項研究發現補體因子C1抑制因子(CIINH)在其天然狀態下抑制纖溶酶原，從而導致纖溶減少和血栓形成增加。臨床研究發現25%的住院COVID-19患者發展為靜脈血栓栓塞征(VTE)[13]；大部分死亡病例存在彌散性血管內凝血(DIC)[14]，考慮重癥COVID-19患者機體內產生大量細胞因子促使血管內皮細胞損傷、血管壁通透性增加，從而激活凝血機制，患者發生DIC和VTE的風險顯著增加。上述研究與證據提示補體、凝血和纖溶之間免疫串擾參與COVID-19的發病機制并與疾病嚴重程度相關。

1.4 炎癥風暴參與COVID-19發病機制 越來越多的證據表明炎癥風暴參與COVID-19發病機制。研究發現在肺炎和嚴重缺氧的COVID-19患者中，IL-6等血清細胞因子顯著升高，同時IL-17、IL-8等細胞因子也出現不同程度的升高[15]。此外，研究發現在2019-nCoV引起的ARDS患者血漿和支氣管肺泡灌洗液中TNFα明顯升高[16]。綜上推測2019-nCoV入侵細胞后,激活促炎癥細胞因子的表達,導致被感染的細胞產生多種細胞因子(如IL-6、IFN-γ、TNF-α升高),進一步激活效應細胞及T細胞、NK細胞等免疫細胞，免疫細胞繼續分泌更多的細胞因子,這些細胞因子與各自的受體結合,不僅高效殺滅病毒還損傷正常器官組織，導致肺纖維化、內皮功能障礙并繼續放大炎癥反應,形成細胞因子風暴,嚴重者引發ARDS,進一步可擴散至全身導致多器官功能障礙綜合征(MODS),甚至死亡。

1.5 細胞凋亡級聯反應參與COVID-19發病機制 細胞凋亡是指由基因控制的細胞自主有序的死亡從而維護內環境穩定，正常情況下，細胞凋亡通過激活特定的死亡信號通路，導致細胞從組織中被清除。然而，許多病毒基因產物可以通過干擾細胞信號級聯反應來觸發細胞凋亡。研究表明，細胞凋亡是SARS冠狀病毒(SARS-CoV)感染后的主要病理特征[17]，SARS-CoV感染機體后觸發一系列細胞反應，調節信號轉導級聯反應如p38蛋白激酶(p38MAPK)和蛋白激酶B(PKB/Akt)信號通路進而誘導細胞凋亡[18]。因2019-nCoV與SARS-CoV具有高度同源性。推測2019-nCoV感染后同樣會作用于肺泡上皮細胞，觸發一系列細胞反應，誘導正常的肺組織細胞凋亡，從而引起急性肺損傷，嚴重者出現ARDS，甚至死亡。

1.6 細胞代謝異常參與COVID-19發病機制 在COVID-19患者的外周血單個核細胞和支氣管肺泡灌洗液中發現與氧化磷酸化相關的基因表達較高，提示線粒體活性升高在COVID-19期間起著關鍵作用；對COVID-19患者的血清進行蛋白質組學和代謝組學技術分析發現色氨酸代謝、糖酵解和糖異生等途徑被激活[19]；另一項研究顯示重癥COVID-19患者體內的葡萄糖、葡萄糖醛酸、膽紅素降解產物和4種膽酸衍生物的濃度均升高，提示肝臟解毒功能可能下降，推測病毒可能通過影響細胞代謝途徑來參與COVID-19的發病。上述研究提示細胞代謝異常參與COVID-19發病機制。

2 COVID-19治療

2.1 抗病毒治療 現有抗病毒藥物并不能直接消滅病毒，而是抑制病毒在人體內的復制和傳播。洛匹那韋是冠狀病毒蛋白加工過程中一種蛋白酶抑制劑[20]，在細胞內干擾病毒RNA合成，讓RNA鏈合成提前終止，從而形成未成熟、無感染力的病毒顆粒；瑞德西韋通過抑制2019-nCoV RdRp阻斷負鏈RNA、亞基因組mRNA和子代病毒基因組RNA的合成，實現對病毒復制的抑制[21]。目前臨床已經啟動使用聚乙二醇干擾素聯合利巴韋林治療新冠肺炎患者，皮下注射干擾素副作用較多，因此需對患者進行嚴密的監控，根據患者的臨床反應調整劑量[22]。氯喹、羥氯喹具有潛在的廣譜抗病毒活性，磷酸氯喹抗病毒機制是依靠酸堿反應中和溶酶體酸性，抑制病毒脫殼；磷酸羥氯喹可能通過與疏基的相互作用、干擾磷酸酯酶等酶的活性、抑制前列腺素的形成等作用來起到抗病毒作用[23]。另有研究發現，氯喹和羥氯喹作為ACE2阻滯劑，通過結合ACE2可有效阻斷2019-nCoV侵染細胞[24]。ACE2分布的心臟、食管、腎臟、胃、膀胱這些器官也容易也受到2019-nCoV的侵害，因此感染嚴重時，可導致多器官功能衰竭。但這些藥物對COVID-19的療效和安全性仍有待臨床實驗進一步證實。

2.2 抗細胞因子和免疫調節劑 新冠肺炎患者血液中免疫細胞計數減少及全身炎癥反應細胞因子的升高提示增強細胞免疫力有助于COVID-19治療[6]。利托珠單抗是一種重組人源化抗人白介素6(IL-6)受體單克隆抗體，通過結合可溶性及膜結合的IL-6受體，阻斷引發細胞因子風暴的關鍵炎癥因子IL-6 的信號通路傳導，從而降低新型冠狀病毒誘發的炎癥反應對患者肺組織及其他器官的損傷[25]。IL-7是T細胞穩態中的關鍵細胞因子，一項臨床研究結果顯示，重組人IL-7不僅可使膿毒癥休克和嚴重淋巴細胞減少癥的患者循環中淋巴細胞計數、CD4+T和CD8+T細胞增加，增加T細胞增殖和活化，而且不會引起細胞因子風暴和炎癥相關的器官功能障礙等并發癥，提示重組人IL-7可能是逆轉膿毒癥患者淋巴細胞減少或缺失，恢復適應性免疫的有效制劑[26]。但重組人IL-7應用于臨床治療新冠肺炎還待更多臨床數據研究支持。胸腺肽：胸腺素α1是人工合成的28個氨基酸組成的多肽，通過調節T淋巴細胞活性而提高細胞免疫功能，促進正常人淋巴細胞產生干擾素，增強機體的自身免疫力。研究提示，胸腺肽可使CD4+T細胞、CD8+T細胞及相關受體水平提高，抑制炎癥介質發揮作用，增強機體細胞免疫功能增強抵抗力[27]。CYNK-001是一種冷凍保存的同種異體NK細胞治療方法，CYNK-001一方面通過與受感染細胞上的應激配體和病毒抗原結合；另一方面通過表達細胞溶解分子穿孔素和顆粒酶B，殺死被感染的細胞。相關研究證實其可作為限制病毒復制和疾病進展的潛在療法[28]。

2.3 通過阻斷糖原代謝途徑而阻止細胞因子風暴發生 巨噬細胞在介導細胞因子風暴過程中，發揮極其關鍵的作用，炎性巨噬細胞中糖原代謝處于活躍狀態，一方面利用糖原代謝維持巨噬細胞的存活，同時利用該代謝中間產物尿苷二磷酸葡萄糖(UDPG)作為核心信號分子引起巨噬細胞的炎性激活。基礎研究發現通過調控糖原代謝，可以控制炎性細胞因子的釋放，進而抑制炎癥風暴發生，為新冠肺炎的治療提供新思路[29]。

2.4 激素治療 糖皮質激素具有抗炎、抗毒、抗過敏、抗休克的作用，可調節免疫活性和減輕各種重大疾病的炎癥[30]。一研究發現合理的使用糖皮質激素可以降低危重癥SARS患者的病死率，縮短住院時間，且不會引起繼發感染及其他并發癥[31]。最新版診療方案也提出針對重型、危重型患者，可根據患者呼吸困難程度、胸部影像學進展情況，酌情短期內使用小量糖皮質激素[32]。

2.5 血液凈化治療 血液凈化是通過體外循環技術，借助各種血液凈化裝置來清除血液中的病理性物質，從而達到凈化血液的目的。目前這一治療方法存在一定爭議，需要大量的臨床數據來進一步探索其合適的治療方案。

2.6 超免疫球蛋白治療 免疫球蛋白能中和抗原，阻斷吞噬細胞上的Fc受體，調節細胞因子反應及免疫細胞功能。一項對COVID-19危重癥患者進行回顧性分析指出IVIG治療可明顯改善COVID-19危重癥的生存率[33]，提示免疫球蛋白療法可能對重癥COVID-19起一定的治療作用

2.7 間充質干細胞治療 間充質干細胞(MSCs)目前是治療新冠肺炎的一個新方向。MSCs具有多向分化與自我更新能力,因其具有較強的抗炎能力可以抑制重癥患者體內的細胞因子風暴、調節機體免疫功能、減慢ARDS進程和降低肺部纖維化水平、增強組織損傷修復而被考慮應用于新冠肺炎患者的救治[34]。但供體及組織來源的不同、劑量療程等問題仍待更加嚴格的臨床試驗和更多的臨床數據來解決,以期獲得可靠的研究結論，進而應用于臨床。

2.8 恢復期患者血漿治療 研究發現，COVID-19患者恢復期血漿中可能存在針對2019-nCoV的特異性抗體。因此，輸注恢復期血漿可中和血液中的部分病原體以達到治療效果[35]。國內學者應用康復期血漿(抗體滴度≥1∶640)200 ml單次劑量治療重癥COVID-19患者，可使患者血漿抗體滴度迅速上升至1∶640以上，臨床癥狀癥狀明顯改善，血氧飽和度及氧合指數均顯著提升，各項炎癥反應實驗室指標趨于好轉，淋巴細胞計數升高[36]。但康復期血漿治療COVID-19的最佳劑量、應用時間仍需大規模臨床對照試驗進一步研究。

3 結 語

前新型冠狀病毒主要通過直接侵犯肺組織、抑制細胞免疫功能、免疫串擾、細胞凋亡、細胞代謝異常及炎癥風暴等方式導致COVID-19發病并使病情進一步加重。對新冠肺炎患者來講，針對上述發病機制涌現了抗病毒治療、抗細胞因子和免疫調節劑、通過阻斷糖原代謝途徑等新的療法，盡管治療藥物種類眾多，但目前仍未研制出特效藥和特效治療方法。因此，在對新冠肺炎的治療應當從發病機制出發，通過對導致新冠肺炎的相關因素進行分析，制定出最佳的治療方案。此外，由于導致病情嚴重程度的因素比較復雜，所以，在治療的過程中，應當在尊重患者個體差異的基礎上，施行個體化治療手段。目前最緊迫的任務是進一步研究發病機制，從而開發更多的干預措施，最終使這種嚴重的病毒感染得到有效控制。