SARS-CoV-2感染引起细胞因子风暴的诊断及处理

明 茜，肖 毅

（华中科技大学同济医学院附属同济医院血液科，湖北 武汉 430030）

2019年12月发生的冠状病毒病-2019（COVID-19）是由严重急性呼吸综合征冠状病毒-2（SARS-CoV-2）感染引起，主要表现为以呼吸道感染为主一系列机体损伤，对全国人民的生命健康安全造成极大危害，并在世界范围内呈大流行趋势。感染人群中大约80%患者为轻症，经过对症、支持及中医药等治疗后能够逐渐好转，但是有20%的病人可能为重型和危重型，在治疗过程中死亡率极高，死亡率在3%～5%[1]，如果出现重症监护病房资源不足的情况，死亡率可能还要增高。而且一部分轻型或普通型的病人在病程7～10 d可能会出现病情突然加重，需要有创呼吸支持或体外膜肺氧合（ECMO），还有一部分重型病人在治疗后一度稳定或有好转，但在恢复过程中突然病情加重导致心跳、呼吸骤停，进而引起死亡，有研究分析这可能与SARS-CoV-2病毒感染导致的细胞因子风暴有关，细胞因子风暴常常是引起重症和危重症、轻症发展为重症的原因之一[2]。本文总结了关于COVID-19导致的细胞炎症因子风暴是如何发生、发展及相应处理，以期为COVID-19轻症避免转为重症及挽救重症患者的生命提供临床参考。

1 细胞因子风暴产生的机制

1.1 患者先天因素 COVID-19患者并不是每个都会发展为重症或危重症，这说明患者自身的免疫反应存在差异性。已经有报道患者先天免疫基因的多态性差异是导致部分患者会发生重症的原因，感染人群中单核苷酸的多态性与免疫应答的强弱与TLR-1基因密切相关；有报道表达TLR-1-7202A/G（rs5743551）者在感染革兰阳性菌后发生细胞因子风暴可能性更高，而且更容易出现多器官功能衰竭及死亡[3]。其他类型基因多态性也被证实与感染后机体免疫应答强弱水平有关，如人类白细胞分化抗原、IL-10、IL-12等[4]。另外患者自身基础的促炎基因表达水平差异也可预测细胞因子风暴发生，在非人灵长类动物研究中发现致命性流感病毒感染早期核苷酸结合寡聚结构域、富含亮氨酸重复序列和含Pyrin结构域3、IL-1b等促炎基因表达上调，能引发细胞因子风暴造成重要器官及组织损伤[5]。患者自身先天基因表达差异部分解释了SARS-CoV-2感染某些患者更易发展为重型COVID-19的现象，甚至在没有任何基础疾病的年轻患者群中也可见到。

1.2 患者的免疫反应模式 一般机体感染病原体以后，产生特异性免疫反应，也就是机体会激活T细胞，开始分泌由病毒刺激感染细胞生成的内源性蛋白，分泌后可通过主要组织相容性复合体-Ⅰ（MHC-Ⅰ）途径活化病毒特异性的CD8+T细胞，促使其增殖分化并发挥CD8+T细胞对感染靶细胞的细胞毒作用[6]。CD4+T细胞与抗原呈递细胞的MHC-Ⅱ类抗原肽复合物相互作用后也可分化为不同类型的Th细胞，参与辅助趋化细胞和体液免疫应答过程。其中，Th1可募集并激活单核-巨噬细胞诱导其吞噬病毒并产生迟发型炎症反应[7-8]。另外，B淋巴细胞产生的抗体可特异性地中和病毒从而阻断感染，促使机体识别并杀灭病毒[9]，研究报道这种特异性的免疫应答96 h内机体就可产生有效抗体开始清除病毒，这种免疫反应是针对病毒特异的清除，对周围组织及器官损伤不大。再一类是机体感染后会产生非特异性的免疫反应清除病毒，不同于特异性免疫反应，非特异性免疫反应在感染即刻便可发生并全程参与病毒清除，参与该反应的细胞包括巨噬细胞、自然杀伤细胞和γδT细胞等，可直接识别病毒并招募中性粒细胞、单核细胞等向感染部位趋化聚集[10]，一方面通过分泌大量炎症因子非特异性杀伤感染细胞，杀伤同时对附近正常细胞及组织造成附加损伤，另一方面非特异性免疫反应又可通过清除被杀伤的坏死细胞并启动患者体内凝血系统和激活成纤维细胞等来限制病毒在机体内的扩散[11-12]，但因为这种免疫反应的非特异性，因此清除病毒效率低下。在抵抗病毒感染入侵机体的过程中，特异性和非特异性免疫反应相互影响，密切配合产生免疫保护作用。但特异性免疫反应才是完成病毒清除的关键因素[13]。如果机体不能在病毒入侵机体后产生足够强的特异性免疫反应有效清除病毒，机体就会不断加强非特异性炎症反应低效率地清除病毒，这种过度的炎症反应不但不能有效清除病毒，反而会加重组织大面积缺血、缺氧及坏死，最终一部分患者会导致非特异性免疫反应失控而引发细胞因子风暴[14]。

1.3 患者后天的因素 重症或危重症患者主要发生在一些高龄或有合并症的人群，例如糖尿病、高血压、心肌梗塞、脑梗塞等病人，推测这部分患者产生特异性免疫反应清除病毒的功能较弱，不能有效地产生特异性免疫反应清除病毒导致过度激活非特异性的免疫反应来试图清除病毒，但这种非特异性的免疫反应亦会引起靶器官周围的组织损伤，从而导致重症的发生。一项基于灵长类动物研究显示[15]，老年猕猴较青年猕猴倾向于表达核因子κB为核心的一系列促炎基因，感染病毒载量相近的情况下，老年猕猴感染冠状病毒后较青年猕猴更易于发生细胞因子风暴，进而导致临床症状及肺部病理损伤更重。另外多项临床研究显示COVID-19患者重症病例平均年龄比轻症病例更高，更可能伴有其他基础性疾病（72.2%与37.3%），从发病到确诊的中位时间也更长（8 d与4 d）[16-18]。提示老年及伴有基础疾病患者由于机体免疫机能退化，特别是糖尿病等影响免疫细胞的功能，使患者无法有效完成或需要更长时间的诱导才能发展出有效的特异性免疫反应，在临床上我们观察到甚至在一些老年患者中COVID-19核酸在治疗后1 个月之内仍然不能转阴的情况。因此，这部分患者感染后较长时间内只能依靠不断加强的非特异性免疫反应来清除病毒，导致引发细胞因子风暴的概率更高，重症出现早及比率高，病死率更高。

2 COVID-19及细胞因子风暴的临床表现

通常COVID-19表现为发热、干咳、乏力、纳差、腹泻、味觉消失等，胸部CT平扫常表现为两肺起源于肺边缘的多发斑片状磨玻璃阴影、实变影[19]，如果病变进一步发展，患者则会出现胸闷，氧饱和度下降等情况，意味着此时细胞因子风暴已经在启动或加速过程中，如果细胞因子风暴继续加重，患者会出现急性呼吸窘迫综合征（ARDS），类似于急性爆发性心肌炎的表现、肾功能损伤、转氨酶及黄疸增高、凝血功能障碍，表现为血栓形成或出血倾向，最后某些危重型患者会由于多器官功能衰竭而导致死亡。部分患者会出现神经系统的表现[20]，可能是由于呼吸衰竭，出现缺血、缺氧性脑病导致，但也有学者认为可能是细胞因子风暴攻击中枢神经系统所致。但是这与接受嵌合抗原受体T细胞（CAR-T）治疗的患者过程中发生细胞因子释放综合征（CRS）导致的中枢毒性不同[21]，COVID-19患者虽在大体解剖上也会出现脑水肿的情况，但很少会出现昏迷、抽搐、定向能力障碍、语言能力障碍等方面的表现，这是与CAR-T治疗后产生的中枢毒性不同的地方。

3 细胞因子风暴诊断及监测指标

SARS-CoV-2感染后激活免疫系统，免疫系统正常反应时会有效清除病毒，达到治愈疾病的目的。免疫系统启动后就会释放一系列的炎症因子，这些因子包括白介素-2受体（IL-2R），IL-6，干扰素-γ（IFN-γ），肿瘤坏死因子-α（TNF-α）等[22]，这些炎性因子在一定安全范围内能起到适度的保护作用，但过度超出安全范围的数倍，则会造成组织损伤，损伤组织导致大量免疫细胞的聚集，释放更多的炎性因子，这些超量的炎性因子会造成局部血管内皮的损伤，通透性增加，导致局部渗透性组织液增加，最后形成级联放大的细胞因子风暴，危及生命。所以关于细胞因子风暴的预警和监测分为临床及实验室两方面，其中以实验室检查作为监测指标提示性更强，能更早地预测细胞因子风暴的到来。

3.1 临床指标 因为COVID-19是通过肺泡上皮细胞血管紧张素转化酶2作为受体感染进入体内的，所以其主要的靶器官在肺，当细胞因子风暴来临后，迅速在肺部聚集大量的淋巴细胞，大量渗出引起肺泡及细支气管局部形成黏液栓，这在尸体解剖的病例中均已证实[23]，过度的免疫细胞及炎症因子不仅损伤肺组织，还会损伤心脏、肝脏、肾脏及神经系统等，甚至在心脏中也发现有淋巴细胞浸润的现象[24]。除此之外，过度的免疫系统激活也包括单核-巨噬系统的激活，从而表现为铁蛋白增高，会造成纤维蛋白原下降在内的一系列凝血系统问题。患者若出现氧饱和度下降，需要高频给氧，甚至需要无创及有创呼吸机支持，或者出现肺外器官，如心、肝、肾损伤及凝血功能异常，可能是细胞因子风暴判断的临床指标，此时应积极介入干预。目前诊疗指南建议，以血气分析结合临床表现对患者病情进行分级，MuLBSTA评分系统适用于预测病毒性肺炎患者死亡率，临床也用于预测重症COVID-19患者死亡风险[25]，故该评分的高低也可作为患者发生细胞因子风暴的临床指标。

3.2 实验室指标 基于细胞因子风暴是重型COVID-19临床进程的潜在机制，故可监测相关指标预测病毒肺炎进展，细胞因子风暴发生过程中，快速反应性细胞因子IL-1、TNF-α和趋化因子IL-8、单核细胞趋化因子1等在感染产生并在数小时内达到高峰；继快速反应性细胞因子产生后，外周血中IL-6浓度升高且持续时间更长[26]，所以IL-6浓度在一定程度上可以代表IL-1、IL-8产生情况。临床已用IL-6预测ARDS发生风险，预测呼吸衰竭患者病死率。已在部分COVID-19患者血清样本中检测到IL-6水平升高[27]，显示IL-6水平与重型或危重型COVID-19的发生风险及严重程度有密切关系。所以细胞因子风暴相关的免疫学指标，尤其是IL-6等，可能成为衡量重型COVID-19患者病情严重程度和预测死亡风险的临床指标。有研究证实IL-6超过(37.77±7.081)pg/mL，IL-10超过(4.59±0.377)pg/mL是重症的指标[28]，需要警惕早期介入。另外铁蛋白增高超过1 000 μg/L亦是需要警惕的介入干预指标。肌钙蛋白、心肌酶谱、BNP增高，尿素氮及肌酐增高，肌酐清除率下降，在没有肝病基础上出现转氨酶及黄疸增高都是监测的实验室指标，要动态监测，及时干预，另外干预后的下降水平也可以作为预后判断的指标。

4 预防及处理措施

COVID-19大部分为轻症，但部分起病很快发展为重症，或在治疗过程中发展为重症，最根本的是要抗病毒，再一个治疗策略是要监测体内的炎症因子风暴，防止其发展为重症，发展为重症后上呼吸机，甚至体外膜肺氧合（EMCO）等都属于强力支持治疗措施，不在本文探讨范畴。主要探讨体内如何启动细胞因子风暴，如何阻止因子风暴，防止临床重症化。

4.1 有效抗病毒 预防病毒感染最好的措施是疫苗，但目前COVID-19的疫苗在研发当中，目前尚在Ⅰ-Ⅱ期，离正式用于临床还需要一段时间。其他的抗病毒药物目前尚未证实哪一种特效药物能够对抗病毒，在临床经验性使用及临床研究中对以下药物进行了研究，研究中有相互矛盾的结果，其中包括阿比多尔、奥司他韦、克力芝、磷酸氯喹、瑞德西韦等[29]，有报道认为瑞德西韦是最有希望的抗病毒药物，但未被临床试验所证实，该药最早是用来研发治疗埃博拉病毒，但在埃博拉的临床试验中发现其表现并不优秀，后用来治疗美国发现的第一例COVID-19危重患者取得了疗效，并且在体外及动物试验中发现对冠状病毒有很好的抑制作用，遂在中国开展临床试验，其中瑞德西韦-1主要围绕轻症患者研究，瑞德西韦-2主要使用复合性终点评价该药针对危重患者的疗效，目前两项临床研究均未正式展示结果，值得进一步探索。

另外，根据中医辨证施治，已经形成了肺炎一号方，肺炎二号方，清肺排毒汤等中药方剂。尚有中成药：金叶败毒颗粒，莲花清瘟胶囊等对COVID-19也取得了一定疗效，主要针对提高人体对病毒的有效免疫反应，形成抗体清除病毒[30]。

4.2 筛查高危人群 粗略统计约80%的病人为轻型或普通型，经过治疗后大多好转，但7～10 d有一部分病人会急速进展为重症或危重症，或一部分起病之初就迅速进展为重症，这可能是免疫系统过度激活，这部分病人可能存在上述所说的先天基因多态性及促炎基因表达水平差异的问题，但因为病人量众多，且基因多态性及促炎基因表达检测耗时长，费用高，时效性不高，但作为回顾性研究可以筛选出几个有效候选基因，组合做成快速试剂盒，应用于临床在感染病毒之初就筛选出容易发生细胞因子风暴的高危病人群体，加之密切关注。

4.3 糖皮质激素 在SARS引起的ARDS中，糖皮质激素可以改善肺部渗出，减轻肺水肿，可以让病人度过呼吸衰竭期，有一定作用，但也有研究指出，使用糖皮质激素会延缓病毒抗体的产生，延迟病毒清除，但根据SARS的治疗经验，短程使用适当剂量的糖皮质激素有利于病人的转归[31]，血液科造血干细胞移植后巨细胞病毒肺炎引起的呼吸衰竭中也强调糖皮质激素的使用。在COVID-19引起的细胞因子风暴中，各项炎症因子级联放大，使用糖皮质激素有利于抑制免疫细胞产生巨量的细胞因子，这在自身免疫性疾病、嗜血细胞综合征、移植物抗宿主病等继发的细胞因子风暴的治疗中均已得到验证。4.4 托珠单抗 托珠单抗的临床应用启发来源于某些自身免疫性疾病及CAR-T治疗肿瘤过程中引发CRS的处理，研究者发现COVID-19的患者病情会突然加重，体内大量的炎症指标上升，IL-6为其中的核心因子，使用托珠单抗特异性地阻断IL-6，有利于细胞因子风暴的平复。目前该药已应用于COVID-19治疗的临床试验并取得初步成效，进一步的多中心临床试验正在开展。在安全性方面，需要权衡感染风险、肝功能异常、血脂紊乱等的利弊关系[32]。

4.5 其他细胞因子阻断剂 甘草次酸也可以阻断IL-6从而抑制IL-6信号传导及转录激活蛋白3（STAT3）的信号转导，关于其对急性心肌炎和肺纤维化疗效项目正在实施。另外，IL-1家族阻断剂、IFN-γ阻断剂、TNF-α阻断剂等也可用于细胞因子风暴相关疾病的治疗[33]，可以参考，但在COVID-19患者中需要严格的临床试验来证实。

4.6 JAK-STAT通路抑制剂 其中最具代表性的是芦可替尼，该药最初是研发用来治疗原发性骨髓纤维化的，在使用过程中发现骨髓纤维化的病人的乏力、盗汗等症状改善，原因是其可以同时阻断多个目标因子，减少炎症因子的释放[34]，该药毒副作用轻微，预先使用可以避免轻症病人转化为重症，也可应用在重症病人减轻细胞因子风暴。已经有芦可替尼应用于COVID-19治疗的临床研究，初步证明有效，但正式的研究结果尚未发布。

4.7 沙利度胺 属于免疫调节剂，1954年在欧洲上市用于孕妇止吐，但后来发现其引起胎儿四肢畸形，退出市场，其后发现该药免疫调节作用在麻风性结节性红斑及多发性骨髓瘤等疾病中有效。其具有抗炎、抗纤维化、抗血管新生、免疫调节等[35]作用。通过调节细胞表面黏附因子，改变黏附因子浓度影响白细胞外渗抑制炎症反应，还可减少过氧化物与氢氧自由基。已经在重症H1N1病人中有成功使用的报道，能否运用于减轻COVID-19的细胞因子风暴，需要临床研究证实。

4.8 间充质干细胞 间充质干细胞具有丰富的成分，作为干细胞家族的重要成员，除了具有自我更新和多向分化的潜能外，还具有强大的抗炎和免疫调节功能，不仅可以抑制T淋巴细胞、巨噬细胞的异常激活并诱导它们向调节性T细胞亚群和抗炎型巨噬细胞分化，还可抑制促炎性细胞因子分泌，从而减少细胞因子风暴的发生[36-37]，已经在异基因造血干细胞移植中得到极大的运用，可以有效地预防及治疗移植物抗宿主病，修复受损机体组织，抑制炎症因子释放的功能。重症COVID-19患者肺、心、肝、肾等都会受到极大损害，尤其以肺为主，甚至有部分病人后期出现肺纤维化，所以间充质干细胞不仅可以有效阻止炎症因子风暴，还可以改善肺部细胞微环境、保护修复细胞、促进新生血管发生，避免COVID-19患者产生不可逆的肺功能损害，严重影响病人后期的生活质量。另外间充质干细胞本身具有非常强的病毒抵抗能力，能够在病毒感染局部幸存并发挥强大作用。国内曾经在H7N9禽流感重症患者治疗过程中尝试应用干细胞疗法，发现对于肺部感染及肺纤维化有良好的治疗效果[38]，因此间充质干细胞的诸多功能有望使之成为COVID-19治疗的有效手段。

4.9 感染者恢复期血浆 病毒抗体的产生对病毒的清除至关重要，但由于COVID-19患者淋巴细胞受损，加之高龄及有合并基础疾病难以短时期内产生有效抗体，这就导致患者的病情急速加重，产生级联的细胞因子风暴，恢复期血浆含有高效价抗体，可以协助机体清除病毒，让病人自身能有时间产生抗体。另一方面，新鲜血浆中含有大量的组织修复因子等活性成分，小量多次输注有利于病人受损组织的修复[39]。恢复期血浆的获取存在一定的困难，最后还需进行血浆病毒灭活工艺处理，确保恢复期血浆使用的安全性，已有文献证实其是一种有效的治疗重症COVID-19的方法。

4.10 血液净化 对于已经发生或处于临界水平的细胞因子风暴，可以采用血液净化的方法来清除体内已经产生的大量细胞因子，例如血浆置换、连续性肾脏替代疗法、人工肝联合细胞因子吸附等方法均可以快速改善症状。另外还可以通过血液净化的方式维持患者的内环境的稳定及体液平衡，有利于患者各主要器官功能的恢复。

4.11 中医中药 已经有一些中药组方可阻断病毒进入细胞从而调节机体免疫系统，这可能与某些中药成分如黄芪、人参、山药等通过对肾素-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。中医对治疗上强调整体观念，辨证论治，《诊疗方案》中推荐的处方以及中成药，如参附注射液能在一定程度上调控细胞因子的分泌，调节促炎/抗炎因子的水平，提高机体免疫功能，既能降低NF-κB活性、TNF-α及IL-6水平，又能升高CD3+、CD4+及CD4+/CD8+比值。

综上所述，COVID-19患者发生细胞因子风暴已被多项研究证实，是轻症患者转为重症、危重症患者死亡的主要原因，如何有效地使机体清除病毒，同时又不至于引起过重的免疫反应让患者受损是一个重要的课题。首当其冲的就是要清除病毒，清除病毒后，体内的免疫反应就不那么强烈。其次要监测体内的炎症指标，及时干预，避免细胞因子风暴发生，一旦发生将严重影响患者预后，抢救成本极高。再次就是对已经产生的细胞因子风暴，如何减轻其严重程度，修复受损的组织，特别是肺功能及其他主要脏器的功能恢复极为重要。只有注意到以上三个重要环节，才能提高COVID-19患者的救治成功率，对其他病原体感染引起的细胞因子风暴也有借鉴作用。截止到目前，COVID-19对我们而言，仍然属于一种新发传染病，对于其如何产生细胞因子风暴，哪些关键细胞因子值得关注，仍需要更多深入的研究才能明确，研究结果有利于临床采取更有力的干预措施改善患者的预后。