对α-干扰素雾化治疗新型冠状病毒肺炎的认识

周光红，余旭东，郭建婷，黄 静，魏 维，吴 波，龙怀聪

(1.四川省医学科学院·四川省人民医院 a.呼吸与危重症医学科，b.老年重症监护室，四川 成都 610072；2.川北医学院，四川 南充 637000；3.四川省仪陇县人民医院呼吸与危重症医学科，四川 仪陇 637600；4.四川省安岳县人民医院 a.呼吸与危重症医学科，b.重症监护室，四川 安岳 642300)

自2019年12月以来，新型冠状病毒肆虐全球，对感染病例的呼吸道标本全基因组序列分析发现病原菌为一种新型冠状病毒(2019 nCoV)，与蝙蝠携带的SARS样冠状病毒RaTG13株全基因组亲缘关系最近，同源性为96%。虽然我国积累了大量治疗SARS的宝贵经验，但目前尚无特效药物或疫苗被批准用于治疗新型冠状病毒肺炎(COVID-19)。由国家卫生健康委发布的新型冠状病毒肺炎诊治方案(试用版)中提出了抗病毒、康复者血浆治疗等多种治疗方案，其中第二、三、四、五、六版诊治方案中均提出可试用α-干扰素(Interferon-α，IFN-α)成人每次500万U或相等剂量加入灭菌注射用水2 ml，每天两次雾化吸入。IFN-α 为一种广谱抗病毒药物，重组人IFN-α1b雾化治疗小儿呼吸道病毒感染已在我国得到儿科临床专家的广泛认同并A级推荐[1]，在病毒性肝炎中亦应用广泛，但在COVID-19的治疗中占据怎样的地位，本文将结合国内外研究成果一探究竟。

1 干扰素(interferon，IFN)的分类及作用机理

1.1 IFN的分类IFN是机体细胞受适宜刺激后分泌的一类具有多种生物学活性的糖蛋白物质，根据其来源、基因序列及特异性受体的不同，可分为Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型干扰素。Ⅰ型干扰素主要包括IFN-α、IFN-β、IFN-ω、IFN-κ和IFN-ε，最重要的功能之一为抗病毒，其中IFN-α为目前应用较广的抗病毒药物之一；Ⅱ型干扰素只有一种：INF-γ，主要生物学活性为免疫调节作用；Ⅲ型干扰素主要包括IFN-1、IFN-2和IFN-3，具有广谱抗病毒及免疫调节作用[2]。人类许多种细胞均能产生IFN，不同的细胞分泌不同IFNs。关于不同种类IFNs的来源、结构及生物学作用见表1。

1.2 IFN的作用机理IFN具有广谱抗病毒、免疫调节、抗细胞增殖等作用[2]。本文将重点阐述IFN在冠状病毒治疗中的抗病毒作用机理。病毒感染机体后，宿主细胞经过一系列反应引起IFN等抗病毒细胞因子表达，IFN进一步激活IFN信号通路，使得数以百计的IFN刺激基因(Interferon-stimulated genes，ISGs)表达，并借由ISGs引发抗病毒效应。关于IFN用于治疗冠状病毒感染的作用机制，目前尚未完全明确，比较认可的观点是IFN通过诱导限制病毒复制不同阶段的ISGs表达来控制病毒感染。ISGs在上皮细胞、内皮细胞和巨噬细胞等屏障细胞中均有表达，在宿主抵抗病毒感染的过程中发挥着举足轻重的作用。IFN通过与细胞表面的 IFN受体结合，启动下游的JAK-STAT 信号通路，进一步诱导大量ISGs的转录表达。现将ISGs抗病毒作用机制的主要研究结果展示如下。

表1 不同种类IFNs的来源及生物学作用

1.2.1干扰素诱导跨膜蛋白(IFITM) IFITM是一种新型抗病毒细胞防御分子，由人类IFITM基因编码，该基因定位于11号染色体上，由4个功能基因组成：IFITM1、IFITM2、IFITM3和IFITM5。在非IFN诱导情况下，IFITM1、IFITM2和IFITM3在上皮细胞和内皮细胞中广泛表达，而IFITM5主要在成骨细胞中表达。I型和II型IFN均可刺激IFITM表达。IFITM1、IFITM2和IFITM3通过改变病毒与细胞的融合部位来阻止包括SARS-CoV在内的多种病毒入侵[3，4]。因此，推测雾化吸入IFN，可以直接刺激气道上皮细胞诱导IFITM1、IFITM2和IFITM3的表达以产生抗病毒效应。

1.2.2γ-干扰素诱导的溶酶体巯基还原酶(gamma-interferon-inducible lysosomal thiol reductase，GILT) GILT是一种与溶酶体相关的ISGs，在抗原提呈细胞(如巨噬细胞、树突状细胞和B淋巴细胞等)的溶酶体中大量表达，且可被II型干扰素诱导表达，通过限制被选择的包膜RNA病毒的进入而发挥抗病毒效应。GILT通过甘露糖-6-磷酸受体途径内吞进入溶酶体，作为溶酶体和吞噬体中唯一的巯基还原酶，GILT有助于溶酶体蛋白酶组织蛋白酶的降解、维持细胞正常的氧化还原状态和禁止异常自噬[ 5，6]。研究发现SARS-CoV和埃博拉病毒(Ebola virus，EBOV)通过进入溶酶体的方式实现病毒播散[7]，而GILT在打开内化病毒糖蛋白和调节溶酶体内环境方面起着关键性的作用，溶酶体是SARS-CoV、EBOV和许多病毒侵入宿主细胞胞质并启动病毒复制的一个重要细胞小体[7～9]，因此，推测GILT可能会影响这类病毒入侵宿主。2019年，我国学者研究证明了GILT亦在肺上皮细胞中表达，并且GILT可通过病毒包膜糖蛋白的介导限制SARS-CoV、EBOV等病毒进入宿主，且研究还发现改变CXXC基序中的两个半胱氨酸残基或取消N-连锁糖基化的突变可损害GILT的功能，这意味着溶酶体和硫基还原酶功能是GILT抑制这些病毒进入宿主细胞的必要条件[10]。

1.2.32′-5′ 寡腺苷酸合成酶 (2′-5′-Oligoadenylate synthetase，OAS) OAS基因是另一类重要ISGs，其编码的功能蛋白OAS是一种活性蛋白激酶，该酶通过抑制病毒蛋白合成来产生抗病毒效应。最初由 IFNs诱导产生的 OAS 并无活性，在被病毒双链RNA (dsRNA) 激活后才具有抗病毒功能，激活后 OAS 可诱导 ATP 水解产生 2′-5′寡腺苷酸，再借 2′-5′寡腺苷酸激活内源性内切核糖核酸酶 L (RNase L)，激活的RNase L是发挥抗病毒的关键，病毒和宿主的单链RNA(ssRNA)均可被其裂解(被识别的RNA裂解产物可进一步诱导IFN产生及信号传导[11])，导致病毒基因翻译停止、细胞凋亡，限制病毒在体内外复制和传播，进而发挥抗病毒功能。

1.2.4骨髓基质细胞抗原 2 (Bone marrow stromal antigen 2，BST2) BST2 是一种脂筏相关跨膜蛋白，I型IFN可诱导多种细胞表达BST2。BST2的结构为N端跨膜结构域，C端糖基磷脂酰肌醇(GPI)锚定，其胞外结构域中有两个N-连接糖基化位点，并以二硫键连接的二聚体形式存在，而二聚体形式是BST2发挥抗病毒功能的关键。BST2通过限制病毒在高尔基体或细胞膜上出芽而阻断包括人类冠状病毒229E(hCoV-229E)[12]、SARS-CoV[13]在内等多种包膜病毒的释放，依此产生抗病毒效应。

1.2.5其他机制 另外，胆固醇-25-羟化酶(cholesterol-25-hydroxylase，CH25H)[14]，ADAP2[15]和NCOA7[16]也已被证实通过抑制病毒宿主细胞膜融合或内源性病毒离子的内吞转运来阻断病毒的进入而发挥抗病毒效应。总之，ISGs 是宿主发挥抗病毒作用的一类效应分子，降解病毒基因、抑制蛋白质合成、翻译和装配，在病毒感染的各个阶段均能发挥作用。尽管一些ISGs在控制病毒感染方面的作用已被揭示，但仍不能完全解释IFN的抗病毒作用机制，因此仍需要进一步的深入研究来助力人类战胜冠状病毒。

当然，IFN尚有增强免疫及抗肿瘤作用：它通过作用于肿瘤细胞膜上的特异性受体，激活腺苷酸环化酶(AC)的表达，从而抑制肿瘤DNA的合成和细胞的分裂；它诱发肿瘤细胞MHC(主要组织相容性复合体因子)的表达，增强免疫监视作用而利于清除肿瘤细胞；另外，IFN也可提高CD4+细胞反应性以诱导 T 细胞的增生以及活化细胞毒性 T 淋巴细胞、激活B淋巴细胞产生各种特异性抗体、激活NK细胞发挥杀伤活性、激活单核巨噬细胞发挥吞噬功能，从而抑制肿瘤细胞活性或杀伤肿瘤细胞。我们认为，IFNs的上述功能在抗病毒作用中亦是不可分割的。

2 雾化治疗的作用机制

雾化吸入是呼吸系统相关疾病的重要治疗手段之一，雾化吸入通过特殊装置将药物转变为气溶胶形态，经口腔或鼻腔吸入，沉积于呼吸道和肺泡，以达到治疗疾病、改善症状和湿化气道的作用。因其具有用药量少、局部药物浓度高、起效快、不良反应轻、操作方便及患者舒适度高等优点而被广泛使用。目前临床上常用的雾化吸入装置可分为射流雾化器、超声雾化器和振动筛孔化器，IFN作为一种基因重组蛋白产物，雾化给药时为保证其生物活性及分子结构完整性，建议选用振动筛孔化器及射流雾化器，而超声雾化产生的热量可能会破坏IFN的生物活性，故不建议使用[17]。气溶胶微粒在气道的沉降是药物发挥作用的关键，其影响因素主要取决于气溶胶微粒大小和患者呼吸方式，直径1～5 μm(1～3 μm最佳)的气溶胶微粒可较多沉降在下呼吸道和肺泡内，而缓慢而深长的呼吸，有利于增加气溶胶微粒在肺内沉降。此外气溶胶发生装置、吸入药物的药代动力学对气溶胶微粒在气道沉降也均有影响。IFN-α1b注射液经雾化吸入后，雾滴粒子的粒径分布适合呼吸道药物递送，并可沉积于各级支气管、细支气管和肺部等部位[18]。可见，雾化吸入IFN-α注射液的空气动力学能够支持其用于COVID的疗效。

3 IFN在冠状病毒中的治疗

由于2019-nCoV 与SARS-CoV和MERS-CoV均属于β-冠状病毒，其与SARS-CoV 存在约70%的序列同源性，与MERS-CoV约40%的序列同源性。目前对于冠状病毒的认识主要基于前期对于SARS-CoV、MERS-CoV 的相关研究。

2002年SARS肆虐中国时，抗病毒药物利巴韦林联合IFN是治疗SARS的一种选择[19]，但最终的回顾分析并未肯定IFN在SARS中的疗效[20]。即便如此，学者对干扰素在冠状病毒治疗中的探索并未止步。2012年MERS-CoV爆发，IFN再次被纳入治疗方案。Falzarano等[21]发现利巴韦林联合IFN-α2b，在较低治疗浓度下就能有效抑制MERS-CoV 在培养细胞内的复制(IFN-α2b从250 U/ml开始降低致细胞病变效应(CPE)，在1000 U/ml及以上浓度时完全消除CPE；利巴韦林从100 μg/ml浓度开始降低CPE，在200 μg/ml及以上浓度时完全消除CPE)，且二者具有协同效应。感染MERS-CoV的恒河猴在病程最初8小时内使用利巴韦林联合IFN-α2b，能降低病毒在体内的复制，改善临床症状，显著减轻肺损害[22]。但该联合疗法可能仅适用于疾病早期阶段，而对具有严重并发症的晚期患者疗效并不显著[23]。因此，用药时机也是影响治疗效果的一个重要因素。此外，研究证实MERS-CoV对IFN-α的治疗敏感性高于SARS-CoV 50～100倍[24]。由此可见，不同冠状病毒对IFN的治疗反应亦不相同。但总体来说，IFN用于MERS-CoV的治疗价值还是得到一致认可。2014年发表于柳叶刀的一篇回顾性研究显示口服利巴韦林联合皮下注射IFN-α(IFN-α：皮下注射，180 μg/周，连用2周；利巴韦林：口服2 000 mg负荷剂量后，根据肌酐清除率不同选择不同剂量与频次，8～10天)治疗MERS-CoV可显著降低重症患者的14 天病死率，但不能改善28天病死率[25]。上述研究显示：IFN-α在SARS和MERS的抗病毒治疗中有一定应用价值，但均为肌肉注射或皮下注射。

鉴于2019-nCoV 与SARS-CoV和MERS-CoV的同属及同源性，肌肉注射或皮下注射IFN的不良反应较大，我国针对COVID-19的治疗方案推荐尝试雾化吸入使用IFN-α。雾化吸入可使药物直达呼吸道，具有靶向性强、安全性好及依从性高等优点。

我国尚无IFN-α专用雾化制剂，注射剂品种包括重组人IFN-α1b、IFN-α2a及IFN-α2b。目前，国内使用的主要是IFN-α1b 与IFN-α2b，其中，IFN-α1b 基因由我国侯云德院士于1982 年从健康中国人脐血白细胞中获得，是中国人机体主要抗病毒的IFN 亚型，而IFN-α2a 和IFN-α2b 的基因来源于西方白种人。关于雾化吸入IFN-α用于病毒性肺炎的尝试主要源于我国的儿童病例。目前我国学者研究发现，雾化吸入IFN-α1b能改善儿童肠道病毒71型手足口病患儿及小儿呼吸道合胞病毒肺炎患儿的临床症状，且不良反应少[26，27]。故重组人IFN-α1b雾化治疗小儿呼吸道病毒感染已在我国得到儿科临床专家的广泛认同并A级推荐[1]。但笔者仔细查阅国外文献，并未发现雾化吸入IFNs治疗呼吸道病毒感染的报道，仅有少数的研究显示雾化吸入IFN-γ可能有助于耐药肺结核的控制和IPF的治疗[28]，说明雾化吸入IFNs可能在呼吸系统疾病的治疗中具有一定应用前景。但目前缺乏关于IFN-α雾化吸入治疗COVID-19的临床研究结果，其有效性和安全性尚需进一步研究。

4 雾化吸入IFN治疗冠状病毒肺炎的不良反应

总体来说，雾化吸入IFN具有作用迅速、用药剂量小、全身不良反应轻等优点，但仍不能忽视其不良反应。肌肉注射IFN-α的不良反应主要包括低热和流感样症状群[29]，也可引起厌食和疲劳等不良反应。国内学者在总结了99例IFN使用者的不良反应后指出IFN引起的不良反应大多轻微而可逆，但也有部分为严重的，甚至是致死的反应[30]。一项研究在比较了IFN-α1b 不同给药途径治疗儿童病毒性肺炎中的不良反应后发现，肌注组不良反应发生率为 7.59%，而雾化组未发生明显不良反应[31]。另一项关于雾化吸入IFN-α2b注射液治疗小儿呼吸道合胞病毒肺炎的研究，亦表示雾化吸入IFN-α2b与常规治疗相比，二者间的不良反应并无统计学差异[28]。但研究显示IFN雾化治疗过程中产生的微生物气溶胶，大部分会随呼吸呼出[32]，在相对密闭的环境中，长时间暴露于高浓度含新冠病毒的气溶胶，可能会增加交叉感染风险[33]。为此，近期倪忠等针对新型冠状病毒感染患者的雾化吸入治疗的建议指出：应选用雾化专用剂型进行雾化，在选用雾化药物时，关注各种药物雾化药物的不良反应，并选用正确的雾化装置，当然，应严密保护医护人员[34]。并且雾化气溶胶温度不适宜易诱发患者出现气道高反应、支气管痉挛、高反应性咳嗽等不良反应，尤其易发生于合并基础肺病的患者[35]。此外，部分厂家生产的IFN-α的辅料中含有苯甲醇等防腐剂，雾化时可能会导致呼吸道黏膜损伤，诱发哮喘发作[36]。不适当的雾化治疗也会加重呼吸道疾病，造成缺氧甚至肺水肿。再者，目前国内生产的IFN-α均为注射制剂，虽然有文献支持其空气动力学符合雾化制剂的要求，但其用药说明中没有提到其可用于雾化吸入，属于“超说明书用药”范畴，临床医生应注意请患者及家属签署应用同意书。

5 总结

随着 COVID-19疫情向全球逐渐蔓延开来，全球均积极应对，致力于探索潜在的有效药物并大力研制新药(包括疫苗)，但新药的开发需一段漫长的时期，诸如氯喹、IFN、利巴韦林等老药新用成为当下治疗热点。IFN作为一种广谱抗病毒药物，是20世界人类基因工程的产物，曾参与SARS 和 MERS的治疗，且发现有一定的治疗价值，因此再次登上COVID-19的治疗舞台。但IFN在SARS 和 MERS的治疗中一般采取肌肉注射或皮下注射，雾化吸入途径既往仅用于儿童病毒性肺炎患者，鉴于雾化吸入IFN用量少、局部药物浓度高且不良反应轻等优点，国家卫生健康委合理且大胆地提出试用 IFN-α 雾化吸入治疗COVID-19。由于雾化吸入IFN治疗冠状病毒实属首次，因此需严格把握其治疗时机，高度重视不良反应，并规范操作，减少不必要的交叉感染。更重要的是开展大规模的临床应用研究，获得更多的证据，应对呼吸道病毒的肆虐！