COVID-19與白細胞介素的研究進展

陳 輝，張致英，李 靖，劉麗軍，趙志鵬，康龍麗

（1. 西藏民族大學高原病分子機制與干預研究省級重點實驗室；2. 西藏民族大學環境與疾病相關基因研究高校重點實驗室，陜西 咸陽 712082）

COVID-19是由SARS-CoV-2引起的新型呼吸道疾病，于2019 年12 月首次被報道。SARS-CoV-2 屬于冠狀病毒家族，是一種正鏈RNA 病毒，呈球形，具有典型的“冠狀”外觀［1］，經鑒定為此前未知的β-冠狀病毒［2］，可引起上呼吸道感染癥狀，特別是對于易感人群（如老人、體質弱者）可以導致嚴重感染，如嚴重的支氣管炎和肺炎［3］。除此之外，SARS-CoV-2感染還可出現發燒、乏力和干咳等癥狀，嚴重情況下可出現急性呼吸綜合征和腎衰竭［1］。COVID-19的暴發給全世界人民的生命健康帶來了嚴峻挑戰。當前，COVID-19 的發病機制尚不明確，也沒有完全有效的治療方法。據報道，部分COVID-19 患者會出現細胞因子風暴，本文就白介素與COVID-19 的發生、發展與防治關系進行綜述。

1 細胞因子風暴

在冠狀病毒感染過程中，炎性細胞因子具有雙重作用：一方面，它們可以有效刺激免疫反應的激活，使機體積極對抗外來入侵的病毒；另一方面，它們會介導放大全身炎癥的發展，導致免疫功能反應失調，引起細胞因子風暴，但這一反應既對病原體無效，又對身體有害，最終還導致急性呼吸窘迫綜合征（ARDS），并有可能導致患者死亡的事件發生［4］。

COVID-19 患者發病后7～10 天是免疫失調的時間窗，此時正是細胞因子風暴肆虐和呼吸窘迫高峰期。通過對患者入院時的血清細胞因子水平和淋巴細胞成分的分析可以發現，存在IL-6、IL-10 和腫瘤壞死因子-α（TNF-α）過度產生，CD4+和CD8+T 淋巴細胞減少以及CD4+T 細胞干擾素-γ（IFN-γ）表達水平降低的情況，它們與冠狀病毒導致的病情嚴重程度有重要聯系［2］。大多數細胞因子，如IL-6、TNF-α將進一步促進炎癥反應的發展，使機體出現強免疫反應，進而可能導致免疫反應失控，從而使免疫細胞及其信號分子的過度產生，引起細胞因子風暴［5］。有學者認為，細胞因子風暴可能是大量免疫細胞涌入肺部，通過加重肺部病理改變、T 細胞耗竭和CD4+T 細胞功能障礙，造成淋巴細胞減少和間質性肺炎，來誘導ARDS 和繼發性噬血細胞性淋巴組織細胞增多癥（secondary hemophagocytic lymphohistio?cytosis，sHLH）［6］。

2 白細胞介素

有研究表明，COVID-19患者血漿中多種細胞因子成分發生變化，而這一變化與多種IL 有關。HUANG C 等［7］的研究發現，感染SARS-CoV-2 的患者血漿中IL-1β、IL-1RA、IL-7、IL-8、IL-9、IL-10、成纖維細胞生長因子（FGF）、巨噬細胞集落刺激因子（M-CSF）、IFN-γ、干擾素γ 誘導蛋白（IP10）、單核細胞趨化蛋白（MCP1）、巨噬細胞炎癥蛋白（MIP1）、血小板衍生因子（PDGF）、TNF-α和血管內皮生長因子（VEGF）等指標均高于健康成人。通過比較重癥與輕癥患者的血漿細胞因子水平，可發現更多有效信息。MICHOT JM［8］和DI MAURO GABRIELLA［1］等研究發現，入住重癥監護病房（ICU）的患者血漿細胞因子IL-2、IL-7、IL-10、IP10、MCP1、TNF-α 水平較高，提示COVID-19 引起的細胞因子風暴很可能與這些細胞因子有關，SARS-CoV-2誘導的細胞因子風暴與疾病的嚴重程度和轉歸有關。CONTI P 等［3］也有相似的發現，COVID-19 患者血液檢測提示IL-6、鐵蛋白和中性粒細胞數目異常高，而與凝血功能下降相關的淋巴細胞和血小板數量顯著減少。研究報道，患者感染SARS-CoV-2 期間，機體會過度激活巨噬細胞和單核細胞，造成免疫反應失去控制，產生過多的細胞因子。總體來說，免疫反應導致中性粒細胞、IL-6 和C-反應蛋白（CRP）增加，淋巴細胞總數減少［9］，說明細胞因子風暴（特別是IL）與COVID-19的病情程度相關。

SARS-CoV-2感染單核細胞、巨噬細胞和樹突狀細胞［6］，一旦進入細胞，病毒RNA 就被模式識別受體（PRR）檢測到，這些受體觸發下游的分子級聯反應，導致轉錄因子NF-κB 和干擾素調節因子3（IRF3）的激活，隨后產生Ⅰ型干擾素和一系列炎性細胞因子，特別是IL-6和IL-1β［10］。

2.1 IL-6IL-6 是一種調節體液和細胞反應的多功能細胞因子，在感染和退行性疾病（動脈粥樣硬化、癌癥）的炎癥和組織損傷中發揮關鍵作用。IL-6通過與受體復合物IL-6Rb（也稱為gp130）相互作用，將IL-6效應傳導至細胞內［11］。然而，IL-6介導的炎癥反應可能驅動感染造成不良影響［10］。

CHEN X 等［12］通過檢測COVID-19 患者的血清，發現約15%的患者血清中存在SARS-CoV-2 病毒RNA（RNA血癥），并且RNA血癥僅在危重患者中被診斷，而危重患者IL-6 水平急劇升高，幾乎是輕型患者的10 倍，所有死亡患者的IL-6 水平均極高，提示高水平IL-6 與RNA 血癥的發生率和病死率密切相關。IL-6 水平是細胞因子風暴的一個標志和重要的驅動力，是主要炎性因子之一，它可能導致危重患者的多器官功能障礙，因此IL-6 可作為評估COVID-19嚴重程度的生物標志物。

值得注意的是，部分感染SARS-CoV-2 的患者發展為帕金森綜合征，他們大多受到與持續高水平IL-6 相關的一些共病（包括高血壓、心血管疾病、癌癥、慢性腎功能衰竭等）的影響。BIZZARRI M 等［11］推測，SARS-CoV-2感染可以進一步加劇IL-6高水平患者繼續釋放IL-6，從而導致細胞因子風暴的發生。炎癥風暴可能導致肺泡-毛細血管血氣交換功能障礙［8］，引起一系列相關癥狀。

2.2 IL-1IL-1 是一種多效性細胞因子，在不同的生物學過程中發揮作用，主要參與炎癥、免疫和造血等功能。IL-1R1 與IL-1α 和IL-1β 結合，使其能夠招募共同受體IL-1R3，形成三聚體信號復合物，這些過程導致MyD88 的募集和磷酸化的激活，從而通過促炎途徑，誘導產生其他細胞因子，放大包括冠狀病毒在內的許多疾病的炎癥狀態［3］。白細胞介素-1 前體α（ProIL-1α）在多種組織細胞中組成性表達，在應激或炎癥時表達增加，IL-1RA 基因多態性與炎性細胞因子的表型—基因型相關，其引起的細胞因子水平變化與嚴重社區獲得性肺炎（CAP）的不良結局有關［13］。IL-1β 主要由炎癥刺激下的髓系細胞產生，進一步誘導其他炎性細胞因子（如TNF-α和IL-6）的表達，IL-1β 在呼吸道病毒感染過程中上調，其分泌本身可能與高細胞因子血癥有關［14］。

COVID-19 患者存在高水平的IL-1β、IL-1RA 和TNF-α，IL-1 可誘導產生一種強有力的促炎性和促凋亡蛋白TNF，TNF 進而促進炎癥的啟動和擴大，TNF和IL-1能夠在病毒感染性疾病（如冠狀病毒）中誘導炎性細胞因子IL-6 高表達，除了執行炎癥功能外，TNF還與IL-1共享信號通路［3］。

2.3 其他ILIL-2 也被稱為T 細胞生長因子，是T細胞增殖、分化和活化所必需的。SHI H 等［15］通過研究發現，部分重癥患者IL-2 較普通患者升高，而當病情進展為危重癥時，IL-2水平呈下降趨勢，推測CD8+T 細胞減少可能與IL-2 信號通路有關。危重患者IL-2/IL-2R 的抑制通過JAK1-STAT5 途徑引起CD8+T 細胞和淋巴細胞減少。血漿IL-2 進行性下降可能是COVID-19患者肺炎病情惡化的預警因素。

除了導致免疫反應加劇的IL產生，也有如IL-10等對細胞因子活化起抑制作用的IL 產生，可能是機體對體內過多的細胞因子做出的有益反饋。研究數據表明，危重組血清IL-10 水平明顯高于中、重度組，進行Spearman 等級相關分析發現CRP 與IL-10呈顯著正相關［5］。高水平的外源性IL-10 促進CD8+T細胞的細胞毒作用，而中等水平的內源性IL-10則誘導腫瘤中CD8+T細胞的耗竭，由于IL-10可以抑制IL-2 的分泌，并且對CD8+T 細胞的激活具有異質性，因此推測IL-10可能通過IL-2途徑參與T 細胞的激活［15］。IL-10 可作為疾病惡化風險較高的患者快速診斷的預測指標。

與大多數的研究不同的是，LUO W 等［16］通過觀察25例好轉出院的重癥患者細胞因子變化情況，發現這些患者IL-2、IL-4、TNF-α、IFN-γ 和CRP 并不顯著升高，僅部分患者IL-6、IL-10 水平超過參考值。同樣，HAN H等［5］的研究發現，重癥患者與普通患者的IFN-γ、IL-4 差異無顯著性，且IL-2 和TNF-α 的表達則不隨病情加重而增加。可能是由于重癥患者病情得到控制，沒有進展為危重癥，也可能是每個人的免疫系統反應機制的區別，因此應檢測循環炎性細胞因子的水平，使后續抗炎治療更加精確。歸納COVID-19與IL的關系如下（見圖1）。

圖1 COVID-19與IL關系圖

3 治療前景

嚴重COVID-19 患者可能會出現細胞因子風暴綜合征，因此下調免疫功能被認為是有益的治療方法［11］。為了消除導致COVID-19 患者功能障礙的高炎性免疫反應，目前有多種免疫調節藥物正在進行臨床試驗。然而，任何減輕炎癥的干預措施都可能對病毒清除產生負面影響，不適當的消炎治療對機體反而是有害的［16］。在治療過程中，需要充分考慮細胞因子水平與病情的變化情況，減少炎癥相關的肺損傷。盡管IL-6 和IL-1β 在細胞因子風暴綜合征中均升高，然而并不清楚這兩種IL 產生的因果關系，降低單一IL 或是聯合降低治療的效果尚不清楚［17］。IL-6和IL-1以及其他靶向治療的研究仍在進行中。

3.1 IL-6 受體拮抗劑由于IL-6 升高可能造成更大程度的細胞因子風暴，導致預后不良，因此IL-6可能是具有過度炎癥反應的危重患者的潛在治療靶點，用單克隆抗體阻斷IL-6 的特異性受體來抑制IL-6被認為是一種有希望的嘗試［12］。

針對IL-6的單克隆抗體或能夠下調IL-6的藥物可能有效地阻斷炎性風暴，成為治療重癥COVID-19的潛在藥物。肌醇（myo-inositol）可以降低IL-6 水平，減輕炎癥級聯反應，目前沒有發現其存在明顯的不良反應，如BIZZARRI M 等［11］的研究表明IL-6是肌醇的一個主要靶點，肌醇對肺功能的化學保護作用直接與IL-6 的下調和微環境免疫反應的調節有關。

對IL-6受體拮抗劑，特別是托珠單抗（tocilizumab）的臨床研究表明，使用其他非IL-6 定向的生物療法通常導致嚴重感染的發生率增加［11］。Tocilizumab是一種單克隆抗體，可以抑制IL-6 與可溶性受體特異性結合，抑制信號轉導，最近在中國被批準用于減少SARS-CoV-2感染患者的肺部并發癥［1］。MICHOT JM等［8］報告一例與冠狀病毒相關的呼吸衰竭患者，在接受注射Tocilizumab 治療后迅速獲得良好的效果。這表明，IL-6 受體拮抗劑可以通過減輕冠狀病毒在肺部的細胞因子風暴來降低進展為重癥肺炎的風險。

IL-6 受體拮抗劑可以抑制順式和反式信號，有效改善重癥COVID-19 患者病情，從而最大限度地降低對重癥監護的需求，但從長遠來看，還是需要開發IL-6受體拮抗劑相關的抗病毒藥品和疫苗［6］。

3.2 IL-1 受體拮抗劑IL-37 屬于IL-1 家族成員，是一種具有炎癥抑制作用的細胞因子。IL-37 蛋白由健康人的單核細胞表達，也由人巨噬細胞、B 細胞、漿細胞、T 細胞和腫瘤細胞表達。IL-37 缺陷的受試者更容易患炎癥性疾病，IL-1 的抑制可以通過使用IL-37來實現。IL-37信號通過抑制磷酸化和炎癥抑制mTOR 的激活。在病毒感染中，IL-37 與炎癥反應有關，并隨疾病嚴重程度的增加而增加，抑制促炎的IL-1 家族成員和IL-6，但另一方面，IL-37 也會導致不必要的免疫抑制。IL-38也是具有抗炎特性的IL-1 家族成員，IL-38是與IL-1相關的炎性細胞因子的抑制劑，能抑制病毒感染，如SARS-CoV-2誘導的IL-6［3］。

由于IL-1 是SARS-CoV-2 誘導的肺部炎癥和纖維化的重要介質，抑制這種高度促炎的細胞因子可能具有重要的治療價值。臨床應用中，使用阻斷IL-1受體的藥物（如阿那白滯素，Anakinra）治療微生物感染的患者可以有更高的存活率［3］。

Anakinra 是一種重組IL-1 受體拮抗劑，被許多兒科風濕科醫生視為治療MAS/sHLH 的一線藥物。一項關于Anakinra 在有冷卟啉相關周期性綜合征（CAPS）的兒童和成人中的長期安全性的研究，在感染期間繼續進行Anakinra治療，可以預防疾病爆發，而不會使感染過程復雜化［17］。Anakinra 在冠狀病毒相關的sHLH 表現中也十分活躍。AOUBA A 等［18］通過病例研究發現，盡管使用Anakinra 的患者CRP水平沒有像自體炎癥疾病中觀察到的那樣顯著下降，但通過作用于炎癥小體誘導的炎癥信號通路的上游，Anakinra很可能會強烈地阻斷細胞因子風暴。嚴重的新冠肺炎可導致化療免疫治療后血液病患者出現危及生命的高炎綜合征。JAMES W DAY等［19］通過對3 例患者使用Anakinra 治療，表明在新冠肺炎和急性白血病患者中篩查高炎癥狀態的重要性，提供了進一步的證據證明這種藥物在臨床背景下的有效性，并支持對這一表型的患者使用免疫調節劑，以改善高炎性COVID-19 患者的預后。因此抗IL-1 治療可能有助于平息這場風暴，并可能防止進展為呼吸衰竭，應該鼓勵建立循證治療方案，用前瞻性對照研究來確認IL-1 拮抗劑的最佳治療劑量。

3.3 其他可能的免疫治療方法MESSINA F 等［4］描述了一例接受生物療法的銀屑病患者冠狀病毒感染的病例，此病例的結果提示IL-23/IL-17 軸抑制在冠狀病毒感染的背景下可能有一定效果，因此，可研究IL-23/IL-17軸抑制對SARS-CoV-2的有效機制。

TNF 是病毒感染的免疫反應介質，TNF-α 具有很強的抗輪狀病毒作用，其抗輪狀病毒作用是由NF-κB調控的基因通過激活經典的NF-κB信號實現的，并且不依賴于Ⅰ型干擾素的產生［13］，但卻會導致炎癥反應的加劇。抑制TNF 后可減輕炎癥反應，但在SARS-CoV-2 感染的患者中貿然使用TNF 抑制劑可能會促進病毒的重新激活。因此，抗腫瘤壞死因子療法會增加許多感染的潛在風險，因為參與對抗病毒疾病（包括由SARS-CoV-2 誘導的疾病）的免疫系統受到了抑制［3］。有必要權衡TNF 對免疫系統功效的影響，探索TNF 家族配體作為病毒疫苗佐劑的效果，慎重使用TNF抑制劑。

IL-7 能增強淋巴細胞分泌，作為逆轉T 細胞耗竭的細胞因子在恢復免疫系統內穩態方面可能是有用的。IL-7 發揮抗凋亡特性，誘導T 細胞有效增殖，增加T 細胞受體譜系的多樣性，改善T 細胞運輸至感染部位的能力，對機體抵抗病毒有積極效果。重組白細胞介素-7（rIL-7）不會通過刺激獲得性免疫而導致高炎性反應的發生，且rIL-7用于治療感染性休克后的T 細胞衰竭和恢復艾滋病患者的CD4+T 細胞時，沒有出現促炎性標志物（TNF-α、IL-6、CRP）及臨床惡化的不良后果，需要實驗來評估rIL-7 對COVID-19的治療效果［14］。

綜上所述，IL 參與了COVID-19 造成的細胞因子風暴，且與冠狀病毒疾病的嚴重程度密切相關。IL-6 和IL-1 很可能是細胞因子風暴的關鍵細胞因子，針對白細胞介素受體的靶向治療有一定效果，且有多種其他免疫治療方法正在積極嘗試，用于抑制體內細胞因子的產生，以改善COVID-19患者的病情。我們需要認識到，雖然IL-6和IL-1與COVID-19關系密切，但可能存在細胞因子共同作用造成的影響，后續需進一步實驗性研究來探明。隨著對COVID-19 研究深入，SARS-CoV-2 引起的免疫途徑一定會更加清晰，針對不同病情的抗炎藥物也有希望被研發并用于個性化治療。