新型冠状病毒引起的细胞因子释放综合征及其潜在治疗药物研究进展

刘雪姣，张晏洁综述，岳慧杰审校

0 引 言

新型冠状病毒即严重急性呼吸综合征冠状病毒2(severe acute respiratory syndrome coronavirus 2, SARS-CoV-2)自2019年12月爆发以来已迅速波及全世界，严重威胁人类生命安全。部分2019冠状病毒病(coronavirus disease 2019，COVID-19)患者在感染初期仅表现出发热、肌肉酸痛等轻症症状，但在转归过程中可出现病情的急速恶化，表现出多器官功能衰竭，甚至是短时间内的死亡[1]。“炎症风暴”又称细胞因子风暴参与包括严重急性呼吸综合征、中东呼吸综合征(middle East respiratory syndrome coronavirus, MERS)在内的多种感染性疾病的恶化[2]。目前，研究认为细胞因子风暴在COVID-19由轻症向重症及危重症发展的过程中发挥了重要作用[3]。因此，有效控制细胞因子风暴是重症及危重症患者至关重要的治疗措施。本文主要就细胞因子风暴及其潜在的治疗药物作出综述。

1 细胞因子风暴

细胞因子风暴是指机体受到微生物或药物等刺激后炎症因子在体内不受调控的过度释放，由此产生的全身炎症反应、多器官衰竭等临床表现的超生理反应，称之为细胞因子释放综合征(cytokine release syndrome, CRS)。CRS的临床表现范围从轻度症状到流感样症状甚至是严重威胁生命的全身性炎症反应综合征。轻度CRS可表现为发热、疲劳、肌痛、腹泻，一般是轻微的和自限性的。严重可进展为低血压、缺氧和无法控制的全身性炎症反应综合征，并伴有循环衰竭、组织和(或)肺水肿、心律失常、凝血障碍、肾功能衰竭和多器官功能衰竭[4]。

早在1993年，CRS的概念就在移植物抗宿主病(graft-versus-host disease, GVHD)中被提出。近年研究指出，CRS的发生是SARS-CoV、MERS-CoV、H1N1流感病毒、H5N1高致禽流感病毒和埃博拉病毒致机体死亡的主要原因之一[5-7]。SARS-CoV、MERS-CoV、H1N1流感病毒感染的重症患者血清中均发现了促炎因子的表达增多。其中，SARS-CoV感染可在发热的早期诱导IFN-γ、IL-18、MCP-1、MIG、IP-10等细胞因子浓度升高[5]；MERS患者中IL-1β、IL-6、IL-8、TNF-α、IFN-β 等细胞因子数量的大幅增加[6]。因细胞因子的异常增多，导致免疫细胞的过渡激活，病变部位血管通透性增加，导致病原体更易进入血管及组织，从而使得感染加重、组织大面积缺血缺氧乃至坏死[8]。近些年，细胞因子风暴主要以嵌合抗原受体T 细胞(chimeric antigen receptor T cells, CAR-T)疗法、双特异性抗体疗法、单倍体同种异体移植等免疫治疗的常见不良反应而受到广泛关注[9]。

2 细胞因子风暴与COVID-19

研究发现，72.7%的COVID-19患者表现出了细胞因子释放综合征样症状，患者出现大面积肺损伤、CD4+T细胞和CD8+T细胞的减少及IL-6表达增加[10]。对COVID-19患者的尸体解剖报告也指出，患者肺切面可见大量灰白色黏稠的分泌物从肺泡内溢出，并可见纤维条索，肺支气管腔内见胶冻状黏液附着。组织局部病理学改变与SARS-CoV、MERS-CoV感染引起的病理特征极其相似，但渗出性反应较SARS明显[11]。可见，细胞因子风暴参与了COVID-19患者的疾病进展。

Liu等[12]研究发现，重症COVID-19患者IL-6的表达显著高于非重症组，且IL-6的表达水平与住院期间最高体温、C反应蛋白、乳酸脱氢酶、D-二聚体等临床症状或指标有相关性。研究表明，高水平的IL-6、CRP和高血压是评估COVID-19严重程度的独立危险因素，且IL-6对COVID-19的严重程度起关键作用，对重症患者的监测具有潜在价值[13]。由此可见，IL-6可能是SARS-CoV-2感染患者细胞因子风暴发生的关键性炎症因子。另外，SARS-CoV-2感染患者体内高表达IL-1β、IL-8、INF-γ、IP-1、TNF-α、GM-CSF等促炎因子[3]。这些炎症因子与Th1细胞的活化有关，机体被SARS-CoV-2入侵后，刺激CD4+T细胞活化增殖分化为Th1细胞，并刺激GM-CSF和IL-6等促炎因子的释放[14]。活化的免疫细胞可大量进入肺循环，在重症肺综合征中起免疫损伤作用。然而，COVID-19患者体内同样表现出Th2细胞分泌的抑炎因子(如IL-10)水平的增加[15]，提示其与SARS-CoV感染机制不尽相同，需要进一步研究Th1和Th2细胞在SARS-CoV-2感染中的发挥的作用。另外，研究发现COVID-19重症患者CD4+T细胞和CD8+T细胞计数均显著降低，但CD4+T细胞中具有高促炎作用的CCR4+CCR6+Th17细胞比例增高，CD8+T细胞中含有高浓度的细胞毒性颗粒，提示COVID-19患者细胞因子风暴过程中T细胞出现过度激活[16]。另外，活化的巨噬细胞可能在细胞因子风暴中扮演着重要角色。COVID-19的病理解剖学研究提示肺泡内巨噬细胞的聚集活化及小气道内黏液性分泌物潴留是SARS-CoV-2感染的特别之处，表达ACE2的肺泡巨噬细胞成为SARS-CoV-2感染的靶细胞，这一特征类似于巨噬细胞活化综合征或噬血细胞综合征[17]。

3 潜在治疗药物

针对SARS-CoV-2感染引起的细胞因子风暴，《新型冠状病毒肺炎诊疗方案(试行第七版)》推荐通过血液净化清除炎症因子，阻断细胞因子风暴，减轻炎症反应对机体的损伤。结合COVID-19患者细胞因子风暴的特征，并借鉴其他免疫相关细胞因子风暴的治疗经验，适当联合抑制宿主非特异性免疫的治疗方案或许可减少细胞因子的释放，现按照作用靶点将相关药物介绍如下。

3.1抑制炎症因子释放

3.1.1 IL-6拮抗剂托珠单抗是重组人源化人IL-6受体单克隆抗体，能够与IL-6特异性竞争结合可溶性受体与膜结合受体，并阻断信号传导，从而抑制IL-6受体活性[18]。在针对恶性血液系统肿瘤CAR-T疗法的回顾性研究中，对发生严重甚至危及生命的CRS的患者静脉输注托珠单抗1～2次，其中约69%的患者产生了应答，在给药14d后出现发热的消退和血管活性药物的停用[19]。基于上述研究，FDA于2017年批准托珠单抗用于CAR-T免疫疗法引起的严重或致命性CRS的治疗。在一项回顾性病例对照研究中，托珠单抗组死亡率、ICU住院率、机械通气均显著低于对照组，提示托珠单抗可能是COVID-19重症患者的治疗关键[20]。《新型冠状病毒肺炎诊疗方案(试行第七版)》也明确提出，对于双肺广泛病变者及重型患者且实验室检测IL-6水平升高者，可试用托珠单抗治疗。

与托珠单抗相比，司妥昔单抗对IL-6有着更高的亲和力，通过直接结合IL-6从而阻断IL-6信号传导。司妥昔单抗于2014年被FDA及EMA批准用于治疗罕见病多中心型巨大淋巴结增生症，当前研究普遍认为巨大淋巴结增生症的一系列临床症状与IL-6驱动的细胞因子风暴密切相关[21]。因此，从作用机制的角度来看，司妥昔单抗是治疗CRS极具潜力的药物，但目前尚无相关临床应用的数据。有学者认为，如果严重CRS患者对托珠单抗和激素无应答，则可考虑试用司妥昔单抗[22]。

3.1.2TNF-α抑制剂TNF-α是引发细胞因子风暴的关键炎症因子，参与介导脓毒症和急性呼吸窘迫综合征的炎症反应，因此TNF-α是在控制细胞因子风暴中比较有吸引力的靶点。一项Meta分析显示，TNF-α抑制剂能够显著降低脓毒症患者的死亡率[23]。尽管目前TNF-α抑制剂尚未被纳入COVID-19患者的治疗中，但其可能是潜在的治疗药物。

依那西普是TNF-α竞争性抑制剂，可抑制TNF-α的生物活性，从而阻断 TNF-α介导的细胞反应，并参与调节由TNF-α诱导或调节的其他下游分子控制的生物反应。在靶向CD33 CAR-T 治疗的临床试验中，依那西普用药12 h内患者发热明显缓解，IL-6、TNF-α、INF-γ、IL-10和IL-8等细胞因子水平在2天内明显下降[24]。尽管目前TNF-α的临床价值不如IL-6，但CAR-T疗法中某些患者的TNF-α水平显著升高，且与CRS严重程度呈相关性[25]。因此，依那西普或可用于治疗TNF-α相关的CRS。

英夫利昔单抗与可溶性和膜结合的TNF-α具有高亲和力，能够阻止TNF-α与细胞表面受体p55和p75的结合发挥抗炎作用，还可激活抗体依赖的细胞介导的细胞毒作用及补体依赖的细胞毒作用[26]。英夫利昔单抗治疗类固醇难治性GVHD的回顾性研究发现，59%患者产生了应答，尤其是胃肠道受累的患者受益更大[27]。由于高水平的TNF-α可直接损害胃肠道导致细胞因子级联反应的放大，因此对于有严重肠道损害的患者英夫利昔单抗的获益会更明显。

阿达木单抗是一种人TNF-α特异性重组IgG1单克隆抗体，可拮抗TNF-α介导的炎症反应和其他的分子作用。据报道，阿达木单抗常用于病毒或自身免疫性疾病所致巨细胞活化综合征的治疗，其特征是T淋巴细胞和巨噬细胞的过度活化和不受控制的增殖，导致全身炎症和细胞因子的大量释放[28]。另外在肺缺血再灌注损伤的大鼠模型中，阿达木单抗组较对照组炎症、充血、水肿、空泡形成等肺组织病理学特征显著改善，提示阿达木单抗可以改善缺血再灌注过程中的肺损害[29]。尽管尚缺乏阿达木单抗针对CRS治疗的临床经验，但借鉴其在巨细胞活化综合征中的治疗，阿达木单抗或许可以有效阻断SARS-CoV-2感染诱发的细胞因子风暴。

3.1.3IL-1受体拮抗剂IL-1家族是细胞因子风暴中不可忽视的细胞因子，尤其是IL-1β。IL-1受体拮抗剂(IL-1Ra)能与IL-1竞争与IL-1受体结合，阻断IL-1诱导的促炎信号。Lindsay等[30]将埃博拉病毒感染小鼠的IL-1Ra基因敲除，发现基因敲除小鼠生存率较野生型小鼠低，提示IL-1Ra可能是埃博拉病毒感染的保护因素。

阿那白滞素是一种重组、非糖基化人IL-1受体拮抗剂，广泛应用于类风湿性关节炎、蛋白相关周期热综合征的治疗。研究发现，脓毒症表现出促炎因子的过度释放和穿孔素的异常表达，而阿那白滞素能够显著提高脓毒症患者的28d生存率[31]。动物实验表明，阿那白滞素能够降低CAR-T疗法致CRS患者的死亡率，同时因其能够穿过血脑屏障，也能降低神经系统毒性的发生，相对于托珠单抗显示出一定的优势[32]。因此，阿那白滞素或可成为SARS-CoV-2诱发的CRS的潜在治疗靶点。

3.1.4其他乌司他丁是一种内源性炎性反应调节物质和水解酶抑制剂，能有效抑制 TNF-α、IL-6、IL-8等炎症介质释放，同时提高抑炎因子IL-10水平，促使人体的炎症和抗炎反应平衡，中断炎症反应的恶性循环引发的细胞因子风暴，从而阻断向多器官功能衰竭的进一步发展[33]。一项针对SARS的病例对照研究发现，乌司他丁联合糖皮质激素组患者呼吸频率、PaCO2、IL-6、IL-8、TNF-α低于对照组，PaO2、氧合指数高于对照组，提示乌司他丁可有效改善患者血气分析指标[34]。因此，上海市及湖南省颁布的COVID-19治疗方案均推荐使用乌司他丁控制细胞因子风暴，改善肺功能。

近年来，研究表明血必净治疗脓毒症和重症肺炎的疗效明确，主要通过抑制细胞因子的过度释放来抑制炎症反应，并调整Th1/Th2失衡以改善免疫功能紊乱[35]。鉴于其对细胞因子风暴的抑制作用，《新型冠状病毒肺炎诊疗方案(试行第七版)》推荐使用COVID-19患者使用血必净注射液, 目前初步的临床疗效已被报道。张从玉等[36]对普通型COVID-19患者的治疗进行回顾性研究，发现血必净注射液的使用能促进肺CT病灶吸收，提高治疗总体有效率，但炎症指标(白细胞计数、C反应蛋白、铁蛋白)恢复水平及核酸转阴率与对照组无明显差异。然而，此研究人群为无CRS表现的普通型COVID-19患者，且未检测IL-6、TNF-α等细胞因子表达水平，因此血必净对COVID-19患者CRS的治疗尚待进一步研究。

3.2阻断信号通路传导

3.2.1 JAK抑制剂SARS-CoV和MERS-CoV感染引起的细胞因子风暴常表现为NF-κB及其上游JAK/STAT信号通路的活化。JAK/STAT信号通路不仅调节细胞因子的生物学活性，还影响T细胞向辅助性T细胞家族Th1、Th2、Th17细胞和调节性T细胞的分化[37]。

芦可替尼是一种ATP类似物，能够结合到JAK1和JAK2激酶上抑制其信号传导，从而下调INF-γ、IL-2等炎性细胞因子水平。Das等[38]通过病毒感染小鼠构建以细胞因子风暴为主要病因的噬血细胞综合征模型，芦可替尼组小鼠临床症状和实验室指标显著改善，包括体重减轻、器官肿大、贫血、血小板减少、高细胞蛋白血症和组织炎症，同时提高了小鼠的存活率。在一项针对COVID-19重症患者的多中心的单盲随机对照研究中，芦可替尼组细胞因子水平显著低于对照组，且14天的计算机断层扫描改善情况更佳，且耐受性良好，然而临床改善情况并没有统计学差异[39]，也为更大样本的研究提供了参考。

3.2.2酪氨酸激酶抑制剂伊布替尼是一种供口服使用、不可逆的小分子酪氨酸激酶抑制剂。伊布替尼一方面下调免疫抑制性受体，改善T细胞增殖和活化功能；另一方面，通过抑制IL-2 介导的T 细胞激酶的活性，抑制Th2 细胞分化，促进Th1 细胞免疫反应。伊布替尼联合CAR-T疗法治疗慢性淋巴细胞白血病的前瞻性研究发现，患者的反应率较高，但临床未出现严重CRS，可能与其降低CAR-T疗法引起的CRS有关[40]。在GVHD治疗中，伊布替尼也表现出良好的临床效果，FDA已正式批准其用于1次或多次全身治疗失败后的成年cGVHD 患者。波士顿某医疗中心出现了六例长期使用伊布替尼的巨球蛋白血症患者感染SARS-CoV-2，其中一例接受小剂量伊布替尼的患者因呼吸困难、缺氧住院，剩余五例常规剂量组未入院治疗，且病情逐步改善[41]，提示伊布替尼可能能用于治疗COVID-19患者的CRS。

3.3糖皮质激素糖皮质激素因其强大的抗炎作用能够有效控制细胞因子风暴，目前糖皮质激素主要用于对托珠单抗无效的难治性的CRS的二线治疗[42]。糖皮质激素用于CRS治疗的给药时机与用法用量目前还存在争议。部分专家建议对于3级及以上CRS的患者、老年患者或伴有严重并发症的2级CRS患者，若病情在第一次使用托珠单抗后24 h内无改善，就应该考虑第二次使用托珠单抗或糖皮质激素[43]。

尽管糖皮质激素可控制细胞因子风暴，但其在SARS-CoV、MERS-CoV等严重感染的治疗中仍存在争议。广州应对SARS-CoV感染的治疗经验总结出，在不引起二次感染和其他并发症的情况下，使用低至中等剂量的皮质类固醇可降低SARS患者的死亡率，缩短危重患者的住院时间[44]。但一项回顾性分析发现，糖皮质激素能够延长病毒RNA的清除，增加缺血性坏死、糖尿病等并发症的发生，提高患者死亡率[45]。考虑到临床医师对观察性研究的选择偏倚和剂量差异大等混杂因素，目前的证据尚不能支持使用糖皮质激素来应对SARS-CoV-2感染，也不应成为COVID-19患者放弃使用糖皮质激素的理由。因此，糖皮质激素在COVID-19患者的应用需仔细权衡利弊，谨慎使用。

4 结 语

细胞因子风暴作为COVID-19患者病情加重的重要原因，是改善危重症患者病情的治疗关键。部分控制细胞因子风暴的药物因尚不明确的临床疗效和潜在的不良反应，限制了临床治疗的大范围治疗。但为控制细胞因子风暴、降低COVID-19患者病死率，仍需大胆探索潜在的治疗药物。