新型冠状病毒肺炎相关肾脏损伤研究进展

陈麒麟 李 平 郎 月 梁少姗 综述 刘志红 审校

2020年1月中国首次发现新型冠状病毒肺炎(corona virus disease 2019，COVID-19，简称新冠肺炎)是由新型冠状病毒(severe acute respiratory syndrome coronavirus 2，SARS-CoV-2，简称新冠病毒)感染引起。2020-03-11，世界卫生组织宣布新冠肺炎为全球大流行。截至2020-07-22，全球新冠肺炎确诊病例已超过1 476万，死亡病例超过61万例。虽然新冠肺炎主要以肺部损伤为常见临床表现，但多项临床研究结果均显示存在不同程度的肺外器官损伤[1]。肾脏作为人体重要的内稳态调节器官，从大流行早期便作为新冠肺炎的潜在受累器官被人们所关注。但目前关于新冠肺炎相关肾脏损伤的研究结果有限，缺乏多方面的研究证据。本文将针对目前新冠肺炎相关肾脏损伤的研究进展进行综述，并提出新冠病毒与肾脏损伤领域未来需要关注和解决的问题。

流行病学

新冠肺炎患者的肾脏表现主要包括急性肾损伤(acute kidney injury,AKI)、蛋白尿和血尿，多见于重症患者。国内研究显示重症新冠肺炎患者发生AKI的风险为2.9～27.03%，而非重症患者的风险仅为0～0.1%[2-3]。基于美国人群的研究发现，需要接受机械通气的新冠肺炎患者中89.7%发生AKI，而非机械通气患者仅为21.7%[4]。前期两项基于新冠肺炎的国内外研究，结果均提示蛋白尿的发生率高达40%～50%，考虑与重症患者比例较高相关(23.8%～25.6%)[2,4]。此外，AKI的发生率及严重程度在不同国家间存在显著差异：中国人群新冠肺炎患者的AKI发生率为0.5%～29%[2-3]，而美国人群AKI的发生率高达28%～46%，纽约州最大的医疗系统对5 449例新冠肺炎患者的回顾性研究发现AKI发生率为36.6%，其中14.3%的患者需要接受肾脏替代治疗(RRT)，可能与美国人群糖尿病、高血压及心血管疾病等合并症的比例较高有关[4]。目前研究认为高龄，黑人，合并糖尿病、高血压、心血管疾病，需要机械通气及使用血管加压药物是新冠肺炎患者发生肾损伤的主要危险因素[4]。新冠肺炎患者住院死亡风险与其发生肾脏损伤显著相关，且随肾损伤程度加重进行性增加。一项基于中国武汉地区701例新冠肺炎患者进行的前瞻性队列研究，结果显示患者发生AKI 2期、AKI 3期、尿蛋白++～+++、尿隐血+或尿隐血++～+++使住院死亡风险分别增加3.51倍、4.38倍、4.84倍、2.99倍和5.56倍[2]。美国的一项回顾性研究发现，在1 993例发生AKI的新冠肺炎患者中，694例(约35%)在住院期间死亡，其中AKI 1期、2期、3期的死亡率分别为22.4%、34%和54%[4]。

发病机制

病毒直接作用目前认为新冠病毒感染机体具备与非典病毒(SARS-CoV)类似的细胞受体识别机制，冠状病毒刺突蛋白促进病毒进入靶细胞，是各类抗体的主要作用靶点。新冠病毒的刺突蛋白亚基，即受体结合域(receptor-binding domain，RBD)与细胞表面蛋白血管紧张素转换酶2(angiotensin converting enzyme 2，ACE2)结合，从而进入细胞内。该过程需要跨膜丝氨酸蛋白酶2(TMPRSS2)或其他蛋白酶引发刺突蛋白的结构变化[5]。此外，病毒与受体的结合效率是病毒传播能力的关键决定因素，而新冠病毒表现出与ACE2较强的亲和力。目前基于组织病理学研究发现新冠病毒存在肾脏受累的病理表现，而单细胞转录组测序研究(scRNA-seq)进一步证实了ACE2和TMPRSS2在人类肾脏细胞的表达[6]。这些发现提示新冠病毒可能通过直接作用造成肾脏组织损伤。新冠肺炎患者肾组织出现明显的急性肾小管损伤和肾间质管周毛细血管及肾小球毛细血管中弥漫性红细胞聚集[7]。电子显微镜下可以在肾小管上皮细胞，足细胞和肾小球毛细血管内皮细胞中观察到具有明显尖峰的病毒颗粒，原位杂交和免疫病理证实为新冠病毒[7-8]。人类肾脏类器官研究也提示新冠病毒可以直接感染人肾小管细胞[9]。新冠病毒感染呼吸道后，随着病毒大量复制可能直接释放入血，通过血液循环进入肾脏组织，首先攻击肾小球血管内皮细胞与足细胞，再通过滤过屏障后感染肾小管上皮细胞(图1)。

图1 新型冠状病毒相关肾脏损伤的可能机制ACE2：血管紧张素换酶2;TMPRSS2:跨膜丝氨酸蛋白酶2；新冠病毒可通过ACE2和TMPRSS2等病毒相关细胞受体感染肾脏细胞，直接造成肾脏细胞损伤。重症新冠肺炎患者出现免疫功能紊乱，细胞因子风暴，内皮细胞损伤和血栓炎症等情况，均可导致肾脏相关损伤的发生

上述理论仅解释部分新冠肺炎患者出现蛋白尿和急性肾小管损伤。最新的肾脏活检病理研究发现尽管新冠肺炎患者出现严重肾小管损伤或肾小球改变，并未发现肾组织存在新冠病毒的免疫组织化学证据，超微结构也未发现病毒颗粒[10]。虽然有研究发现肾组织中存在病毒样颗粒，但该病毒样颗粒与关于冠状病毒感染的病理学特征不符，这类病毒样颗粒的具体意义还有待进一步研究[10]。肾脏scRNA-seq研究也发现显著表达ACE2的近端肾小管细胞，其TMPRSS2的表达不明显，这与共同表达ACE2和TMPRSS2的Ⅱ型肺泡上皮细胞存在显著差异[6]。以上结果提示新冠肺炎患者出现肾脏损伤可能还存在其他影响因素。

免疫功能紊乱和细胞因子风暴新冠病毒感染并破坏呼吸道细胞会触发局部免疫反应，募集巨噬细胞和单核细胞，释放细胞因子并引发适应性T和B细胞免疫反应(图1)。在大多数情况下，此过程能够有效抑制感染，但是也可能引发免疫反应失调，从而导致严重的肺部损伤甚至系统性多器官损伤。淋巴细胞减少是重型新冠肺炎患者的常见特征，CD4+T细胞，CD8+T细胞，B细胞和自然杀伤(NK)细胞数量急剧减少，以及单核细胞，嗜酸性粒细胞和嗜碱性粒细胞的百分比急剧下降[11]。而且多数重型新冠肺炎患者血清促炎细胞因子水平显著升高，包括白细胞介素(IL)-6、IL-1β、IL-2、IL-8、IL-17、粒细胞集落刺激因子(G-CSF)、粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子(GM-CSF)、单核细胞趋化蛋白1(MCP1)、巨噬细胞炎症蛋白1α(MIP1α，即CCL3)和肿瘤坏死因子(TNF)等，表现为细胞因子风暴[11]，伴有C反应蛋白和D-二聚体的异常增高。此外，在部分患者的肾脏超微结构中观察到网状聚集体(occasional reticular aggregates)。网状聚集体是与高水平细胞因子α干扰素(IFN-α)相关的标志物，在系统性红斑狼疮、人类免疫缺陷病毒(HIV)感染和IFN治疗的患者中尤为明显[12]。类似于流感病毒引发的严重感染，新冠病毒引发的细胞因子风暴可能对于继发的肾脏损伤发挥重要影响。细胞因子风暴可能是新冠患者病毒性脓毒症(viral sepsis)和包括AKI在内的多器官功能障碍的重要作用机制[13]。

内皮细胞损伤和血栓炎症新冠肺炎患者的肺部病理组织表现出严重的内皮细胞损伤，广泛的血管血栓形成，伴有微血管病变和肺泡毛细血管闭塞，同时还存在明显的新生血管[14]。尸检结果发现心脏、肾脏、小肠和肝脏均存在广泛的内皮细胞损伤，并在肾脏内皮细胞中观察到新冠病毒的微观结构[8]。因ACE2广泛分布于多个器官的内皮细胞上，新冠病毒可通过ACE2进入细胞，引起内皮细胞损伤，造成局部炎症以及血栓形成，引起广泛的内皮细胞损伤[14]。血管内皮细胞是活跃的旁分泌、内分泌和自分泌器官，对于调节血管张力和维持血管稳态发挥关键作用。内皮功能障碍是微血管功能障碍的主要决定因素，血管稳态倾向于血管收缩方向，从而引起器官缺血，组织水肿和促凝状态[8]。新冠肺炎患者的肺、肾、心脏、小肠和肝脏等多个器官均发现感染介导的内皮损伤和内皮炎，触发过多的凝血酶生成，抑制纤维蛋白溶解并激活补体途径，引发血栓炎症反应，最终导致微血栓沉积和微血管功能障碍[15]。此外低氧介导的高粘度和急性肺损伤后低氧诱导因子1信号通路的上调也可能导致血栓形成前状态[16]。内皮细胞损伤等因素引起的新冠肺炎患者出现的高凝状态可能是重型新冠肺炎的特征性并发症，这种状态促进急性肾小管坏死进一步演变为皮质坏死，从而发生不可逆的肾衰竭(图1)。

其他肾脏组织病理学研究发现含有载脂蛋白L1(APOL1)高风险等位基因的新冠肺炎患者发生塌陷性肾小球病的风险增加[12]。塌陷性肾小球病是针对细胞因子损伤的反应而发展的，通常与高IFN状态有关，如各种病毒感染和IFN治疗。遗传易感性与细胞因子损伤组成的“二次打击”，可能导致新冠肺炎患者发生类似“HIV相关肾损伤”的特征性肾脏损伤表现[12]。新冠肺炎相关的巨噬细胞活化、高铁蛋白血症、细胞因子风暴以及病原体相关分子模式和损伤相关分子的释放可导致组织因子的释放和凝血因子的活化，新冠病毒也可能直接攻击表达ACE2的淋巴细胞，导致淋巴细胞活化诱导的细胞死亡从而造成CD4+和CD8+T淋巴细胞的减少[17]。此外，促凝途径和补体系统可以相互激活，在6例新冠肺炎患者的肾小管中观察到膜攻击复合物C5b-9沉积，提示补体活化[3]。血管紧张素Ⅱ(AngⅡ)过度活跃，固有/适应性免疫和补体途径以及凝血系统之间的相互作用可能会影响AKI的严重程度和预后。炎症引起的红细胞聚集和血红素介导的病理反应可能加重氧化应激，炎症和补体激活，从而加重微血管损伤[18]。此外，肺，心脏和肾脏之间的器官串扰(organ crosstalk)也可能会导致病变加重。尽管蛋白尿不是AKI的典型表现，但短暂的蛋白尿可能继发于内皮功能障碍或直接的足细胞损伤。严重的近端肾小管损伤也可能导致受体介导的内吞作用受损，从而导致蛋白尿[7]。重症疾病中常见的AKI病因包括急性呼吸窘迫综合征(ARDS)，横纹肌溶解，体质耗竭和药物因素等均可能导致新冠肺炎患者发生肾脏损伤[1]。

临床管理

普通人群蛋白尿和血尿与临床预后和死亡风险密切相关，新冠肺炎患者入院时应进行尿液常规检查和蛋白质/肌酐比值检测，为早期风险分层提供依据[2]。由于新冠肺炎患者发生AKI的比例较高，对于怀疑或确诊为新冠肺炎的患者，应着重优化容量状态以预防肾前性AKI的发生，同时又要避免血容量负荷过重导致患者呼吸状况恶化[1]。新冠肺炎中危重症管理指南以较低证据级别建议采取保守的液体复苏策略[19]。新冠肺炎患者出现AKI时需要特殊的治疗管理，包括维持足够的平均动脉压以保证器官灌注，通过肾小球滤过率调整药物剂量，以及评估容量状态等[20]。

以瑞德西韦(Remdesivir)和法匹拉韦(Favipiravir)为代表的抑制病毒RNA依赖性RNA聚合酶的抗病毒药物(RDRP)目前已经用于新冠肺炎患者的临床治疗或临床研究中，该类药物主要通过肾脏进行排泄，目前尚缺乏此类药物对于肾功能衰竭患者的风险评估，需要尽快明确此类药物对肾脏的影响[21]。

重症新冠肺炎患者对RRT的需求急剧增加，使得需要优化相关的资源配置，可以采用连续肾脏替代治疗、腹膜透析等方法[22]。来自法国四个重症监护室的多中心前瞻性队列研究，发现接受RRT的患者中97%出现了滤器和导管凝血[23]。有研究认为在无禁忌证时，新冠肺炎患者在RRT期间可以进行全身性抗凝治疗，但仍需要更多的临床研究证据[20]。

慢性肾脏病人群新冠肺炎疫情大流行期间，有关肾小球疾病患者的研究报道较少，需要临床医生在维持病毒宿主防御机制与抑制免疫系统治疗肾小球疾病的需求之间进行合理权衡。一项基于意大利人群的前瞻性队列研究，证实只要遵循常规的疾病预防措施，在新冠肺炎发病率较高的地区，免疫抑制治疗不会增加肾病综合征儿童和年轻人感染风险[24]。虽然新冠病毒与ACE2存在密切相关的关系，疫情爆发初期人们担心肾素-血管紧张素-醛固酮系统(RAAS)抑制剂可能会增加新冠病毒的感染风险，但目前多个大样本研究均未发现RAAS抑制剂增加感染风险，提示新冠肺炎大流行期间RAAS抑制剂可安全使用[25]。

血液透析人群透析患者因需要定期前往透析中心进行治疗，很难限制其社交距离与接触，使其在大流行期间成为亟待关注的“弱势群体”。与家庭透析的患者相比，血液透析中心是新冠病毒传染高风险环境，维持性血液透析(maintenance hemodialysis,MHD)患者感染新冠病毒风险显著增加，尽早采取控制措施可以在疫情大流行期间有效保护透析患者[26]。在疫情爆发初期，中国肾脏病学会制定了详细的指南来指导疫情期间的透析室管理[27]。美国疾病控制和预防中心也发布了针对新冠肺炎流行期间血液透析设施的管理指南[22]。

中国武汉地区的7 154例MHD的患者中，154例(2.2%)经实验室确诊为新冠肺炎。针对MHD患者的干预措施包括对体温和症状的入院筛查，常规进行胸部CT和血液学检查，隔离新冠肺炎患者并将其转移到特定血液透析中心等，可以有效防止新冠病毒在血液透析中心的传播[28]。纽约市医疗中心的59例MHD患者确诊为新冠肺炎，总死亡率为31%，75%的患者需要机械通气[29]。英国1 530例MHD患者中，19.6%确诊为新冠肺炎，高龄是感染的危险因素。来自韩国的研究也提示对新冠肺炎感染者与密切接触者快速核酸筛查检测后，进行人群隔离可以有效遏制新冠病毒在血液透析中心的传播[30]。意大利布雷西亚地区四个透析中心的643例MHD患者中，15%新冠病毒RNA阳性。其中39%的门诊治疗，61%需要住院治疗。门诊治疗的患者中8%发生死亡，5%进展为ARDS。住院治疗的患者中42%发生死亡，79%进展为ARDS。提示感染新冠病毒的MHD患者的疾病严重程度普遍加重，住院治疗的死亡风险显著增加[24]。来自西班牙的单中心回顾性研究中，36例MHD患者确诊为新冠肺炎，死亡率高达30.5%，乳酸脱氢酶，C反应蛋白水平和淋巴细胞计数等指标可能与临床结局相关[31]。

肾移植受者新冠肺炎全球大流行病给医疗系统带来了沉重负担，对全球器官捐献和移植产生显著的负面影响。由于资源匮乏，尤其是ICU病床以及对常见免疫抑制诱导方案的不可预料后果的担忧，多国已暂停移植计划[32]。在美国，接受调查的医生报告说71.8%的中心完全停止了活体捐赠肾脏移植计划，而死亡捐赠者肾脏移植计划中有80.2%受到限制[33]。

基于中国武汉地区10例感染新冠肺炎的肾移植受者的研究发现，其临床症状、实验室检查结果和影像学特征与普通人群发生的重型新冠肺炎类似，虽然肾移植受者的新冠肺炎病情较普通人群严重，但大多数患者(9/10例)在经过临床治疗后均得以康复[34]。来自英国的研究显示，7例确诊新冠肺炎的肾移植受者中2例患者在门诊治疗，5例住院治疗，其中4例收入ICU，多数患者下调免疫抑制方案，并接受支持治疗。随访3周时，1例受者康复，1例受者死亡。一项美国研究发现，与其他新冠肺炎患者相比，肾移植受者初始出现发热的比例较低，CD3+，CD4+和CD8+T细胞计数下降，临床进展更快[35]。目前认为，减少维持性免疫抑制剂可能是新冠肺炎肾移植受者治疗的关键。相比于先天免疫的影响，免疫抑制剂在很大程度上更加损害适应性T细胞应答，容易导致病毒扩散失控。有报道认为环孢素A可降低人冠状病毒229E N蛋白的表达，该蛋白是病毒复制所必须的功能蛋白，据此可以推测环孢素可用作大流行期间的首选钙调神经磷酸酶抑制剂[32]。

小结:肺部损伤是新冠肺炎患者的主要临床表现，但也会累及肾脏等多个器官，可能与病毒直接作用，免疫紊乱与血栓炎症等诸多因素有关。目前新冠肺炎与肾脏损伤相关的研究证据有限，需要更多的研究阐明两者的具体关系。慢性肾脏病、透析人群与肾移植受者新冠病毒感染风险显著增加，需要给予更多的关注。