人体免疫系统对抗新冠肺炎的得与失

细胞因子风暴作为新冠肺炎患者病情恶化的重要原因，是逆转危重症患者病情的关键治疗靶点。

据约翰霍普金斯大学系统科学与工程中心发布的全球新冠肺炎疫情数据显示，截至今日全球已有确诊新冠肺炎患者275434例，治愈88256例，死亡11399例。

全球疫情地图，截至3月19日，WHO，Coronavirus disease 2019 (COVID-19) Situation report-59

目前已有许多人在感染新冠肺炎后康复，人们也知道免疫系统可以成功抵抗这种病毒，但其具体机制尚不清楚。澳大利亚科学家在近期BBC news采访中表示，他们通过追踪监测一位新冠肺炎患者康复前伴随的免疫应答广度，已经识别出人体免疫系统是如何抵抗新冠病毒的，并确定出四种可以抵抗新冠病毒的免疫细胞，包括特异性抗体分泌细胞（ASC）、滤泡辅助性T细胞（TFH细胞）、活化的CD4+T细胞和CD8+T细胞，以及与冠状病毒SARS-CoV-2结合的免疫球蛋白M（IgM）和IgG抗体。相关文章发表在3月16日的《自然医学》期刊上。

该患者是一名来自中国武汉的旅奥女性，她在确诊前4天（设置出现症状的时间为第0天）开始有嗜睡、喉咙痛、干咳、胸膜胸痛、轻度呼吸困难和主观性发热症状（图a）。研究者追踪了其长达16天的免疫应答情况。期间医生仅给予她静脉补液治疗，未使用抗生素、类固醇或抗病毒药物。

图a.患病时间轴（通过rRT-PCR对SARS-CoV-2进行定量。循环阈值（Ct）越高意味着病毒载量越低。水平虚线表示检测极限（LOD）阈值（Ct = 45）。空心圆表示未检测到SARS-CoV-2）(来源：Irani Thevarajan , Thi H. O. Nguyen , Marios Koutsakos ,et al.Breadth of concomitant immune responses prior to patient recovery: a case report of non-severe COVID-19.Nature Medicine ,2020,3,16.)

期间行胸部X线片检查显示，患者于发现症状后第5天出现肺双基底浸润，并在第10天好转（图b）。

图b.患者第5和第10天X线胸片(来源：Irani Thevarajan , Thi H. O. Nguyen , Marios Koutsakos ,et al.Breadth of concomitant immune responses prior to patient recovery: a case report of non-severe COVID-19.Nature Medicine ,2020,3,16.)

患者第11天隔离出院，于第13天主观症状完全消失，直至随访到第20天情况仍然良好。第7天（发现症状后一周）患者血浆SARS-CoV-2结合IgM和IgG抗体开始升高，并从第9天开始维持高水平至第20天（图c）。不难看出，抗体升高并维持高水平阶段，与患者肺部症状好转时间重合。

图c.免疫荧光抗体染色（用于检测与SARS-CoV-2感染的Vero细胞结合的IgG和IgM抗体）(来源：Irani Thevarajan , Thi H. O. Nguyen , Marios Koutsakos ,et al.Breadth of concomitant immune responses prior to patient recovery: a case report of non-severe COVID-19.Nature Medicine ,2020,3,16.)

通过分析免疫反应的动力学和广度，研究者发现ASCs（为埃博拉病毒感染、流感病毒感染和疫苗接种后快速产生抗体的关键细胞）出现在病毒清除时（第7天，1.48%），并在第8天达到高峰（6.91%）。cTFH（流感病毒疫苗接种后可诱导活化）同时也在第7天（1.98%）出现在血液中，并在第8天（3.25%）和第9天（4.46%）增加（图d），与抗体监测情况吻合。新冠肺炎患者的ASCs和cTFH细胞峰值明显高于健康对照组（分别为0.61%±0.40%和1.83%±0.77%；n=5）。在恢复期（第20天），患者ASCs和cTFH细胞仍显著存在（分别为4.54%和7.14%；图d）。

图d.CD27hiCD38hi ASC（CD3– CD19+淋巴细胞门控）和活化的ICOS+PD-1+ TFH细胞（CD4+ CXCR5+淋巴细胞门控）含量(来源：Irani Thevarajan , Thi H. O. Nguyen , Marios Koutsakos ,et al.Breadth of concomitant immune responses prior to patient recovery: a case report of non-severe COVID-19.Nature Medicine ,2020,3,16.)

由于CD38和HLA-DR的共表达是CD8+T细胞对病毒感染反应活化的关键表型，因此研究分析了CD38和HLA-DR的共表达情况。结果显示，CD38和HLA-DR在CD8+T细胞上的共表达从第7天（3.57%）迅速增加到第8天（5.32%）和第9天（11.8%），然后在第20天（7.05%）下降，也与上述监测情况相符合。

此外，该患者CD38+HLA-DR+CD8+T细胞的含量明显高于健康者（1.47%±0.50%；n=5）。同样，相对于健康供体，患者CD4+T细胞上CD38和HLA-DR的共表达在第7天（0.55%）到第9天（3.33%）之间亦有所增加（0.63%±0.28%；n=5）。CD38+HLA-DR+T细胞，尤其是CD8+T细胞，产生的颗粒酶A、B和穿孔素数量比其母细胞（CD8+或CD4+细胞群；图e）多约34%-54%。第7至9天，患者活化的CD38+HLA-DR+T细胞，特别是CD8+T细胞会出现并迅速增加，这意味着，患者将开始通过自身免疫系统的应答缓解症状。

图e.活化的CD38+HLA-DR+CD8+或CD4+T细胞(来源：Irani Thevarajan , Thi H. O. Nguyen , Marios Koutsakos ,et al.Breadth of concomitant immune responses prior to patient recovery: a case report of non-severe COVID-19.Nature Medicine ,2020,3,16.)

与免疫病理相关的CD16+CD14+单核细胞分析显示，在第7、8和9天该患者血液中的CD16+CD14+单核细胞含量（分别为1.29%、0.43%和1.47%）低于健康对照组（9.03% vs. 4.39%；n=5）（图f），可能提示CD16+CD14+单核细胞从血液流到了感染部位。但活化的HLA-DR+CD3-CD56+自然杀伤细胞无明显变化。

图f.与免疫病理相关的CD16+CD14+单核细胞含量(来源：Irani Thevarajan , Thi H. O. Nguyen , Marios Koutsakos ,et al.Breadth of concomitant immune responses prior to patient recovery: a case report of non-severe COVID-19.Nature Medicine ,2020,3,16.)

同时该研究还分析了患者IFITM3基因rs12252-C/C的多态性（与严重流感有关），发现了IFITM3-rs12252-C/C变异的“风险”（图g）。千人基因组计划数据显示，IFITM3-rs12252-C/C变异在中国人群中发生率为26.5%。这进一步提示了研究新冠肺炎人群中IFITM3-rs12252-C/C等位基因的必要性。或许我们未来可以通过IFITM3-rs12252-C/C等位基因筛查，提前确认新冠肺炎易感人群，为精准医疗提供依据。

图g.患者IFITM3基因rs12252-C/C(来源：Irani Thevarajan , Thi H. O. Nguyen , Marios Koutsakos ,et al.Breadth of concomitant immune responses prior to patient recovery: a case report of non-severe COVID-19.Nature Medicine ,2020,3,16.)

促炎细胞因子和趋化因子是流感严重临床转归的预测因子，因此研究也监测了患者血浆中17种促炎细胞因子和趋化因子，以观察患者疾病进展情况。结果显示，尽管在第7至9天新冠肺炎患者症状明显时血浆中发现了趋化因子MCP-1，但其水平较低，与健康献血者、感染A或B型流感者和感染人类冠状病毒HCoV-229e患者的结果相当。同时患者IL-6、IL-8、IL-10、MIP-1β和IFN-γ6等促炎细胞因子水平也很低（图h）。

图h.COVID-19患者的促炎细胞因子和趋化因子(来源：Irani Thevarajan , Thi H. O. Nguyen , Marios Koutsakos ,et al.Breadth of concomitant immune responses prior to patient recovery: a case report of non-severe COVID-19.Nature Medicine ,2020,3,16.)

患者促炎细胞因子和趋化因子水平较低，规避了发生细胞因子风暴的风险，从而达到自愈可能。冠状肺炎患者自身免疫系统战胜新冠病毒的全过程，与流感十分相似，这也是大多数轻中症患者可以直接痊愈的原因。但需要警惕的是，“成也免疫，败也免疫”，部分轻症患者会由于免疫系统失调发展为重症患者，从而增加死亡风险。

实际上，已有诸多新冠肺炎患者临床资料指出，IL-6等细胞因子增多形成的细胞因子风暴是患者病情加重的重要机制。

细胞因子风暴综合征是机体受到微生物或药物等刺激后促炎性细胞因子水平急剧升高而致免疫系统失调的现象。新型冠状病毒通过刺突蛋白识别血管紧张素转换酶2感染机体后，可大量复制，从而迅速激活CD4+T细胞，使之增殖分化为Th1细胞并分泌IL-6、γ干扰素和粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子（GM-CSF）等促炎性细胞因子。其中，GM-CSF又可激活单核细胞进一步释放IL-6和其他因子，导致形成细胞因子风暴，使患者病情发展为ARDS、MOF甚至死亡。因此，T淋巴细胞和单核细胞释放的IL-6和GM-CSF可能是新冠病毒诱发细胞因子风暴的关键环节。中国《新冠肺炎诊疗方案（第7版）》业已将IL-6列为重型、危重型临床预警指标。监测促炎细胞因子水平并及早采取相应干预措施，对延缓轻中度患者向重度患者转移，实现好的临床转归有重要意义。

图i.冠状病毒引发细胞因子风暴过程（来源：Geng Li,Yaohua Fan,Yanni Lai,et al.Coronavirus infections and immune responses.Journal of Medical Virology,Volume 92, Issue 4.）

目前可监测细胞因子风暴的高性能产品有：

来源：网易新闻

与细胞因子风暴相关的ELISA试剂盒：

来源：网易新闻

对于细胞因子风暴的治疗，仍是当前疫情防控任务的一大难题。目前可采取回输新冠肺炎康复者血清的方法，增强机体特异性免疫，但因恢复期血浆的获取存在一定的困难，而且该方法疗效的好坏可能与提取的血清中中和抗体滴度的高低有关，所以在临床上的应用也受到一定限制；免疫细胞清除、使用皮质醇类激素等方法已在临床取得一定疗效；炎症因子阻断（托珠单抗、甘草次酸、IL-1家族阻断剂、γ干扰素阻断剂）、干细胞疗法亦有望成为对抗细胞因子风暴、治疗新冠肺炎的有效手段；另外，一些中药组方也可阻断病毒进入细胞从而调节机体免疫系统，起到预防和治疗轻症患者甚至救治重症患者的作用，这可能与某些中药成分如黄芪、人参、山药、槟榔等通过对肾素-血管紧张素-醛固酮系统的调控从而抑制细胞因子风暴有关。虽然目前用于控制细胞因子风暴的药物有部分已进入冠状肺炎临床试验，但因为来源的限制性和对机体潜在的不良反应未能迅速投入大范围临床治疗。近期抗疟药物氯喹被发现用于新冠肺炎的治疗中有良好效果，并得到临床试验证实，其大样本量研究值得期待。据悉，氯喹亦可抑制TNF-α和IL-6的产生和释放。

细胞因子风暴作为新冠肺炎患者病情恶化的重要原因，是逆转危重症患者病情的关键治疗靶点，未来我们应继续观测不同新冠肺炎患者免疫应答广度，了解其发生的具体机制，为探索新的、有效的治疗手段提供依据，为战胜疫情寻求更好方案。