川崎病与新型冠状病毒感染

贾尝，钱范宇，诸葛颖芝，章建，牛超，仇慧仙，荣星，褚茂平，

温州医科大学附属第二医院育英儿童医院，浙江 温州 325027，1.儿科重点实验室；2.儿童心脏中心

川崎病（Kawasaki disease，KD）是一种以急性自限性全身血管炎为主要特征的小儿发热出疹性疾病。该病好发于5岁以下婴幼儿，男女发病的比例约为1.5:1，主要侵犯中小血管，若未及时确诊并对症治疗，可能会累及KD患儿的冠状动脉，造成冠状动脉扩张、狭窄及冠状动脉瘤，严重时会导致缺血性心脏病和猝死。目前报道的KD病因主要包括：感染、遗传、免疫和环境[1-2]。越来越来的证据提示KD的发生可能与病原体感染有关，是由一种或多种已知或未知微生物侵入易感体内，诱发体内T细胞和B细胞的免疫激活，继而引起体内各种细胞因子的级联反应，最终导致炎性因子介导的全身性血管炎。从KD患儿中分离出来的病原体包括细菌（链球菌、金黄色葡萄球菌）、病毒（EB病毒、腺病毒、副流感病毒、带状疱疹病毒、巨细胞病毒、冠状病毒）、支原体、衣原体、立克次体等[3]，但这些研究仅停留在临床的初步发现阶段，其是否为引起KD的真正原因仍需进一步证实。

自新型冠状病毒疾病（Corona virus disease 2019，COVID-19）发生以来，英国于2020年4月首次报道了儿童多系统炎症综合症（multisystem inflammatory syndrome in children，MIS-C）病例[4]，两个月时间，MIS-C已蔓延至十多个国家，数百名儿童确诊。MIS-C患者出现发烧、皮疹、呕吐、颈部淋巴肿大、嘴唇干裂和腹泻等症状，与KD症状十分相似，也被称为类川崎病。在这些MIS-C患者中，很多新型冠状病毒（SARS-CoV-2）抗体检测呈阳性，提示KD可能与SARS-CoV-2感染有关。

1 SARS-CoV-2的起源、传播方式和致病机制

SARS-CoV-2是含有29 903 bp的单链RNA病毒，是继严重急性呼吸系统综合征冠状病毒（SARS-CoV）和中东呼吸综合征冠状病毒（MERS-CoV）以来识别的第三大高致病性和高传播性的冠状病毒[5]。最近通过基因组测序研究证实，其与SARS-CoV和其他几种蝙蝠冠状病毒非常相似[6]。关于SARS-CoV-2的起源、传播和致病机制已有相关报道。

1.1 SARS-CoV-2的起源 目前关于SARS-CoV-2的起源存在两种理论[7]：一种理论认为病毒是在非人类有机体内通过自然选择，然后传播给人类。该理论提出SARS-CoV-2起源于的非人类是蝙蝠，这就意味着，该病毒在进入人类之前就已经演化成目前的具有致病性且能在人与人之间轻易传播的形式。另一种理论认为病毒以非致病的形式直接从动物传播给人，然后在人类宿主中进化成当前的病原体形式。考虑到某些穿山甲具有类似于SARS-CoV-2的受体结合结构域（receptor binding domain，RBD）结构，该理论似乎更可信。然而，目前关于病毒的起源很难将这两种理论区分开来。

1.2 SARS-CoV-2的传播方式 通常呼吸道病毒感染的传播途径主要包括：直接或间接接触、短距离范围内的液滴喷雾、远程传播（空气传播）中的气溶胶。而SARS-CoV-2主要在人与人之间传播，通过亲密接触或通过被感染者咳嗽、打喷嚏或说话时产生的飞沫传播。

1.3 SARS-CoV-2的致病机制 SARS-CoV-2的致病机制包括对宿主靶细胞的直接作用和病毒感染的免疫病理作用。

1.3.1 对宿主靶细胞的直接作用：SARS-CoV-2感染宿主靶细胞依赖于病毒进入细胞，然后利用宿主细胞的相关机制进行复制，最后由感染的宿主细胞释放出来。主要涉及到3个过程：入侵、复制、释放。

入侵过程：SARS-CoV-2感染宿主细胞的第一个关键步骤是与人类宿主细胞表面的血管紧张素转化酶2（angiotensin-converting enzyme 2，ACE2）受体结合。ACE2是SARS-CoV-2进入宿主细胞的表面受体，发挥通道作用是病毒能否成功感染的关键因子，降低ACE2表达可以抑制病毒感染。SARSCoV-2包括4种主要的结构蛋白：刺突蛋白（spike protein，S蛋白）、核衣壳蛋白（nucleocapsid，N蛋白）、膜蛋白（membrane protein，M蛋白）和包膜蛋白（envelope protein，E蛋白）[8]。SARS-CoV-2进入宿主细胞主要由病毒表面突出的S蛋白介导。在感染过程中，S蛋白被宿主蛋白酶如TMPRSS2剪切成N端的S1亚基和C端的S2亚基。S1亚基由N端结构域（N-terminal domain，NTD）和RBD组成，在决定组织嗜性和病毒宿主特异性方面至关重要。RBD负责与ACE2受体结合，而NTD的功能目前还不清楚。S2亚基负责病毒与靶细胞膜的融合。S1亚基中的RBD与受体ACE2结合后刺激S2亚基的构象改变，使疏水融合肽暴露，并诱导六螺旋束形成，从而导致病毒和靶细胞膜的融合及后续病毒进入细胞[9]。

复制过程：病毒基因组在感染细胞内的复制是SARS-CoV-2生命周期的关键阶段，涉及多种病毒和宿主蛋白的作用以进行RNA聚合、校对和最终加帽。SARS-CoV-2病毒蛋白包括至关重要的RNA依赖的RNA聚合酶（RdRp）、锌结合解旋酶（HEL，Nsp13）以及大量的与病毒RNA修饰功能相关的其他酶如mRNA加帽（Nsp14、Nsp16）、RNA校对（Nsp14）和尿酸特异性内切核糖核酸酶活性（NendoU，Nsp15），这些蛋白可以阻碍双链RNA的感知。通过与复制和转录过程所需的其他非结构蛋白（Nsp7-Nsp10）结合可进一步调控以上蛋白的活性[10]。除了以上这些蛋白，其他蛋白在RNA复制方面也发挥重要作用。如作为一个主要的毒力因子，Nsp1可抑制感染细胞中宿主基因的表达，阻碍固有免疫反应[11]。核衣壳N蛋白可通过将病毒基因组包装成一种螺旋核糖核衣壳的形式起到保护病毒基因组的作用[12]。SARS冠状病毒主蛋白酶（Mpro）在病毒的蛋白酶切过程中发挥着重要作用[13]。这些蛋白协同调控RNA聚合、校对和最终加帽，从而产生稳定的RNA。SARS-CoV-2与复制相关的蛋白有RdRp和Nsp13。RdRp包括催化亚基Nsp12和两个辅助亚基Nsp7和Nsp8[14-15]。Nsp12亚基中的RdRp结构域类似于右手，包括Fingers（手指）、Palm（手掌）和Thumb（拇指）亚结构域。亚基Nsp7和Nsp8结合到Thumb域，Nsp8的另一个拷贝结合到Finger域，从而发挥作用。

释放过程：科研人员在研究SARS-CoV-2对酪蛋白激酶II（casein kinase 2，CK2）的影响时发现，在病毒感染的细胞中，富含肌动蛋白的丝状伪足内含有病毒蛋白。进一步研究发现，人CK2和病毒N蛋白共存于丝状伪足内，这表明SARS-CoV-2劫持了人CK2，并将其形成触手样突起，从而在相邻细胞中戳破孔。相反，包括牛痘病毒、埃博拉病毒和马尔堡病毒在内的其他病毒则是通过接管宿主细胞的细胞骨架，以促进释放和细胞间的快速扩散。在SARSCoV-2感染的细胞中，丝状伪足表现出更长的触角和分支，从而比其他病毒感染传播更加迅速，也解释了病毒在体内迅速传播的原因。

此外，SARS-CoV-2感染靶细胞后，还影响了靶细胞中重要蛋白的表达及调控。有研究证明，SARSCoV-2病毒感染后利用了宿主细胞中多种核心调控通路如翻译、剪接、糖代谢和核酸代谢等，针对这些途径的小分子抑制剂可抑制病毒在宿主细胞中复制[16]。另有研究报道，与SARS-CoV-2相互作用的332种人类蛋白质中有40种在被SARS-CoV-2感染的细胞中显示出差异磷酸化。此外，他们从518种中鉴定出49种人类激酶，这些激酶显示出磷酸化活性的改变（上调或下调）。被改变最明显的激酶包括CK2、p38 MAPK通路内的激酶、细胞周期蛋白依赖性激酶（CDK）和磷脂酰肌醇5-激酶（PIKFYVE），所有这些都属于同一组细胞信号通路。具体而言，CK2是一种在细胞骨架形成、细胞生长和增殖以及凋亡（细胞死亡）中起关键作用的激酶。其与SARSCoV-2病毒N蛋白发生物理相互作用，并且在病毒感染的细胞中被显著激活。p38 MAPK通路中的几种激酶可对包括IL-6、IL-10和TNF-α在内的潜在有害促炎细胞因子产生反应并控制其产生。在病毒感染细胞中抑制p38 MAPK信号可抑制炎性细胞因子的过度生产，并直接压制病毒复制，这表明p38 MAPK抑制可能涉及COVID-19发病相关的多种机制。CDKs是一种调控细胞循环和DNA损害反应的激酶。感染SARSCoV-2的细胞呈现出明显降低的CDK活性，这可能有利于病毒的复制。PIKFYVE是一种可调节细胞骨架功能的、含有磷酸肌醇激酶的FYVE指环蛋白。在实验室环境中，靶向该激酶的化合物阿立哌莫德可有效抑制SARS-CoV-2病毒[17]。以上研究表明，SARSCoV-2感染宿主靶细胞后，可通过调控被感染细胞中相关蛋白的表达水平及活性以改变细胞的重要功能来促进自身RNA的复制与存活。

1.3.2 病毒感染的免疫病理作用：除了直接的细胞损伤，SARS-CoV-2 感染所引起的免疫反应的异常在致病过程中也发挥着重要作用。目前，关于COVID-19患者的宿主先天免疫应答的研究很少。有研究[18]评估了35例病例，显示中性粒细胞总数增加（48%）、1 100/μL以下的绝对淋巴细胞计数减少（45%）、血清IL-6增加（58%）、C反应蛋白增加（99%）。中性粒细胞增多和淋巴细胞减少也与疾病的严重程度和死亡率相关[19-20]。最新报告显示，在SARSCoV-2感染的患者外周血中CD4+和CD8+T细胞的数量明显减少，但是其状态是过度活化的，这可由提高的HLA-DR（CD4 3.47%）和CD38（CD8 39.4%）双阳比例证明[21]。SHAH等[22]研究证明，SARS-CoV-2的N蛋白具有抑制宿主免疫的功能，从而导致高水平的病毒复制，进而引起细胞炎症和肺组织损伤。急性呼吸窘迫综合征（acute respiratory distress syndrome，ARDS）是COVID-19患者死亡的主要原因，ARDS是SARS-CoV-2、SARS-CoV和MERS-CoV感染的共同免疫病理事件。ARDS的一个主要机制是“细胞因子风暴”，这是一种由免疫效应细胞释放的大量促炎细胞因子（INF-α、INF-γ、IL-1β、IL-6、IL-12、IL-18、IL-33、TNF-α、TGF-β等）和趋化因子（CCL2、CCL3、CCL5、CXCL8、CXCL9、CXCL10等）引起的致死的、失控的系统炎症反应。SARS-CoV-2感染导致的“细胞因子风暴”不仅对人体器官造成损伤，还会通过激活免疫系统并诱导多种细胞因子表达，这些细胞因子通过其受体激活下游信号通路，如JNK通路，来促进ACE2的转录和表达，从而促进病毒的进一步感染和传播[23]。以上研究表明，SARS-CoV-2感染引起的免疫病理作用也是其致病的重要原因。

2 KD与SARS-CoV-2相关的MIS-C之间的异同

目前KD的病因尚不明确，近期重大研究认为尚未发现的、普遍存在的病毒是引起KD的主要原因。MIS-C患者可能具有KD的某些临床特征，包括发烧、结膜血管扩张、皮疹和口咽红肿。但是这些临床体征可在儿童期的许多传染病中观察到，对任何一种诊断都不具有特异性。因此，出现了关于MIS-C和KD是否是同一疾病的问题。我们可以从流行病学和病理生理机制方面讨论二者的异同。

2.1 流行病学 在过去50多年或更长时间里，全球KD流行病学几乎相同，其中80%的病例发生在5岁以下儿童，10个月左右发病率最高，而MIS-C则主要影响年龄较大的儿童和青少年。MIS-C的实验室检查结果，如白细胞减少症和极高水平的心钠素（心力衰竭的标志物），并不是KD的特征。亚洲儿童具有最高的KD发生率，而非洲人后裔的儿童似乎患上MIS-C的风险特别大。在中国和日本未见报道MIS-C病例。显然，这两种情况的流行病学完全不同，因此，应慎重提出KD与MIS-C病因相似的结论。

2.2 病理生理机制 KD的发病机制主要与血管细胞损伤和促炎细胞因子异常高表达有关，其中涉及的“细胞因子风暴”也发挥着重要作用。引起MIS-C的原因还未证实，一些研究提出其不是急性病毒感染的结果，而是与IgG抗体介导的疾病增强有关的感染后现象。这个假设的提出基于两个原因：首先，与某些国家的SARS-CoV-2感染高峰相比，MIS-C病例的时间滞后。其次，MIS-C患儿中SARS-CoV-2抗体的检测阳性率比病毒更高。另外，在大多数情况下，MIS-C儿童主要表现为胃肠道症状，几乎没有呼吸道症状。因此，病毒可能主要在胃肠道中复制，MIS-C患者经历探索性剖腹手术后发现患有肠系膜淋巴腺炎，也支持胃肠道感染的观点[24]。MIS-C患者经历的“细胞因子风暴”可能来源于冠状病毒感染恢复过程中I型和III干扰素反应，从而在不能很好控制病毒复制的患者和最初具有高SARS-CoV-2病毒载量的患者中有延迟。目前关于SARS-CoV-2在KD中作用的研究仍未见报道。尽管KD与MIS-C有许多相似的临床症状，但二者应该是两种不同类型的疾病。

3 KD与SARS-CoV-2感染

研究报道，SARS-CoV-2通过ACE2感染宿主细胞后，会造成COVID-19相关的肺炎，同时会引起急性心肌损伤和对心血管系统的慢性损伤。ACE2在肺和心血管系统中广泛表达，因此，ACE2相关的信号通路可能在SARS-CoV-2介导的心脏损伤中发挥重要作用。此外，I型和II型辅助T细胞不平衡引起“细胞因子风暴”、COVID-19造成的呼吸功能紊乱和血氧过低也会造成心肌细胞损伤。

KD作为一种心血管疾病，与血管内皮细胞损伤和促炎细胞因子大量释放有关。研究报道，免疫器官和全身小血管也是SARS-CoV-2的靶标，从而导致免疫功能下降和全身血管炎[25]。已知可介导SARSCoV-2进入的人类细胞表面上的其他受体包括跨膜丝氨酸蛋白酶2（TMPRSS2）[26]、唾液酸[27]和细胞外基质金属蛋白酶诱导剂（CD147，也被称为basigin）[28]。ACE2和这3个受体在动/静脉内皮细胞和动脉平滑肌细胞表面均有分布。最近一项研究比较了死于COVID-19和死于甲型H1N1流感导致的ARDS患者的肺组织，结果显示，死于COVID-19的患者含有更多的ACE2阳性内皮细胞，且内皮细胞形态发生了显著改变，其中包括细胞间连接破坏、细胞肿胀和与基底膜接触丢失[29]。越来越多的临床证据表明，在COVID-19患者中观察到的最常见的并发症是系统性高血压、糖尿病和肥胖，其中内皮功能障碍是一种关键决定因素[30]。又有研究报道，SARS-CoV-2相关的内皮功能障碍，增加了静脉血栓栓塞性疾病、全身性血管炎、内皮细胞凋亡和各种器官炎症的风险[31-34]。另有研究表明，可以在COVID-19患者的内皮细胞中检测到SARS-CoV-2元素，并伴有炎性细胞的积累以及内皮和炎性细胞死亡的证据[35]。这表明，SARS-CoV-2感染可促进内皮炎，这是病毒感染和宿主炎症反应的一个直接后果。内皮细胞中SARS-CoV-2的存在表明，直接的病毒作用以及血管周围的炎症可导致内皮细胞损伤。

研究报道，在严重情况下，COVID-19患者可能会出现淋巴细胞减少和间质性肺炎，并伴有高水平的促炎细胞因子释放，包括IL-2、IL-6、IL-7、IL-10、G-CSF、IP-10、MCP-1、MIP-1α和TNF-α。细胞因子的大量释放会产生“细胞因子风暴”，进而引发ARDS、呼吸衰竭、器官衰竭，甚至可能导致患者死亡[36]。THEVARAJAN等[37]证明，COVID-19患者症状发作后7～9 d，在血液样本中可检测到高浓度的特异性辅助性T细胞（Th）、NK细胞和B细胞。目前，关于SARS-CoV-2感染过程中人类免疫反应的具体数据尚未见报道，但根据SARS-CoV和MERS-CoV感染过程的相关数据推测，在SARS-CoV-2感染过程中，患者会由于巨噬细胞和单核细胞的过度活化产生失控的免疫反应，这种反应会导致噬中性粒细胞、IL-6和CRP增加、淋巴细胞总数减少[7]。正如所有病毒感染，在适应性免疫应答中，病毒特异性T细胞（用于细胞免疫）和B淋巴细胞（用于体液免疫）起着关键作用。实际上，辅助T淋巴细胞介导的Th1/Th17激活可加剧炎症反应，而B淋巴细胞则可产生针对SARS-CoV-2的特异性抗体，以中和病毒。众所周知，在生产用于长期免疫和免疫记忆的高亲和力IgG之前，IgM提供了病毒感染期间的第一道防线。因此，血清中IgM揭示了最近对该病毒的暴露，而IgG表明该暴露发生在几天之前[8]。以上研究表明，SARSCoV-2感染后会导致大量促炎性细胞因子的产生。

组织病理学研究发现，KD患者冠脉血管壁三层均破坏且呈现显著增生，内皮细胞剥脱、裸露，大量炎症细胞浸润；电镜下发现，血管内皮细胞间裂隙增大、穿孔、血管呈透明变化，引起这些病理改变的主要机制是内皮细胞功能紊乱。另外，免疫损伤性血管炎是KD的显著特征，T细胞介导的异常免疫应答及细胞因子的级联放大效应导致血管内皮功能障碍是KD血管炎性损伤的基础。因此，SARS-CoV-2感染后可能会通过损伤内皮细胞，或引起“细胞因子风暴”，最终造成KD或类川崎病，但目前关于SARSCoV-2能否引起KD尚未证实，需要进一步研究确证。