从菌群和免疫的角度理解2019新型冠状病毒增龄易感的潜在机制

邬永琳，赵超,2，杨浩，肖振明

1.复旦大学上海医学院基础医学院，教育部/卫健委/医科院医学分子病毒学重点实验室，上海200032；2.国家老年疾病临床医学研究中心（复旦大学附属华山医院），上海200040

2019年12月下旬，多家卫生机构报告了与中国湖北省武汉市流行病学相关的不明原因肺炎患者。中国疾病预防控制中心采集了暴发早期的标本，确定了肺炎的来源，并在肺炎患者中检测到1 种新型冠状病毒——2019 新型冠状病毒（2019 novel coronavirus, 2019-nCoV）[1]。2020年1月24日，国内首次报告了2019-nCoV[1]，随后世界卫生组织将该毒感染引起的肺炎命名为2019 冠状病毒病（coronavirus disease 2019, COVID-19）。

早期COVID-19 患者的报告发现，2019-nCoV 感染导致的重症COVID-19 与年龄相关，60 岁以上的老年群体更易感[2]。在72 314 例国内COVID-19 病例中，多数死亡病例是60 岁及以上患者[3]。这与50 岁以上人群感染严重急性呼吸综合征冠状病毒（severe acute respiratory syndrome coronavirus,SARS-CoV）和中东呼吸综合征冠状病毒（middle east respiratory syndrome coronavirus, MERS-CoV）引起的疾病严重程度和增加的死亡病例数相对应[4-5]。

菌群和免疫是2 个与增龄密切相关的因素，都存在较大的个体差异。已有证据指向免疫状态与COVID-19 重症和预后相关[6]，而菌群和免疫都影响着人体健康，且互为因果。因此，本文侧重探讨2 者在2019-nCoV 增龄易感和个体表现差异中发挥的作用，为病情评估和预测提供一种新思路。

1 老年COVID-19 易进展为重症与免疫状态相关

1.1 2019-nCoV 致病机制和重症患者的临床表现与SARSCoV 相似 通过系统发育分析发现，2019-nCoV 属于 冠状病毒属[1]。此前已知6 种冠状病毒可引起人类疾病[7]。229E、OC43、NL63 和HKU1 等4 种病毒只引起免疫功能正常个体的普通感冒症状[7]，而SARS-CoV 和MERS-CoV 这2 种病毒株属于动物源性冠状病毒，与致命性疾病的发生有关[8]。SARS-CoV 是中国广东省2002—2003年严重急性呼吸综合征暴发的病原体[9]；MERS-CoV 是导致2012年中东呼吸综合征暴发的病原体[10]。

基因组序列分析发现，2019-nCoV 与从蝙蝠中分离的SARS-CoV 基因组同源性超过85%[1]，而与MERS-CoV 基因组之间的序列同源性普遍较差[10]。将2019-nCoV 刺突蛋白氨基酸序列与SARS-CoV 进行比较分析表明，2019-nCoV对人血管紧张素酶2 表现出较高的亲和力，并通过与此受体结合感染人类[2,10]。此外，SARS-CoV 和2019-nCoV 的重症感染患者有着相似的临床表现。入住重症监护室的COVID-19 患者血清中的促炎细胞因子水平白细胞介素-1（interleukin-1, IL-1）、白细胞介素-6（interleukin-6, IL-6）、白细胞介素-8（interleukin-8, IL-8）及肿瘤坏死因子- （tumor necrosis factor- , TNF- ）高于非重症COVID-19 患者，淋巴细胞计数绝对值低于非重症患者[11]。危重型COVID-19患者多表现为急性呼吸窘迫综合征（acute respiratory distress syndrome, ARDS）。临床报道52 例危重型COVID-19 患者中，有35 例（67.3%）表现为ARDS，同时有ARDS 表现的老年患者死亡率显著上升[12]。血清促炎细胞因子水平增加及淋巴细胞计数减少也见于SARS 感染患者[13-14]，且危重型SARS 患者也会出现ARDS。根据这些相似性，可以通过SARS 模型来推测重症COVID-19 与年龄的相关性。

1.2 老年人感染SARS-CoV 更易发生重症且与其免疫状态相关 近年来，SARS-CoV 的致病机制研究较多，揭示了其在老年个体中的致病特点，可以为2019-nCoV 研究提供借鉴，尤其是以老年动物为模型的研究。有学者分离出可感染小鼠气道、肺泡上皮细胞及其他器官上皮细胞的SARSCoV 小鼠适应株SARS-CoV-MA15 进行致死性SARS 研究[15-16]，后续实验显示许多品系（如C57BL/6、129）的幼龄小鼠支持SARS-CoV-MA15 在肺中复制，但对发生的显著临床疾病具有抵抗力[17-18]。而在C57BL/6、129 品系的老年小鼠肺内复制SARS-CoV-MA15 后均出现由感染引起的死亡[18-19]。除小鼠模型外，老年恒河猴SARS-CoV 感染导致的病理学改变显著多于年轻成年动物[20]。这表明老年哺乳动物感染SARS-CoV 更易发生重症疾病，可见COVID-19和SARS 的严重程度与年龄相关。

研究表明SARS-CoV 在BALB/c 小鼠中的快速复制可诱导干扰素/ （interferon- / , IFN- / ）应答延迟，并伴有致病性炎性单核细胞-巨噬细胞（inflammatory monocytemacrophages, IMMs）的过度内流[21]。通过刺激IFN- / 受体，累积的IMMs 本身可以产生额外水平的单核细胞化学引诱物如人单核细胞趋化蛋白-1、人单核细胞趋化蛋白-3 和人单核细胞趋化蛋白-5，导致致病性IMMs 进一步累积，进而增强疾病严重程度[21]。这些浸润的IMMs 产生高水平的促炎性细胞因子TNF、IL-6、IL1- 和诱生型一氧化氮合酶。此外，IFN- / 或IMMs 源性的促炎性细胞因子使T 细胞发生凋亡，进一步阻碍病毒清除[21]。这与COVID-19 和SARS重症患者促炎性细胞因子水平升高、淋巴细胞计数下降的临床表现相符。另外，非人灵长类动物（non-human primates,NHPs）感染SARS-CoV 可诱导免疫应答失调，导致老年NHPs 疾病严重程度增加，而老年NPHs 与年轻NPHs 气道中的病毒滴度相似[18]，提示疾病的严重程度与调节炎症的基因表达增强相关而非病毒滴度，因此过度的免疫应答可诱导老年NHPs 的致死性疾病[20]。同样，在SARS-CoV 感染的老年BALB/c 小鼠中，疾病严重程度与ARDS 相关炎症基因标记的早期不成比例显著上调相关[22]。这些结果都表明，细胞因子/趋化因子反应的失调会引起细胞因子风暴，进而影响老年SARS 患者疾病的严重程度，提示细胞因子风暴可能也会影响COVID-19 的严重程度。

1.3 老年人的免疫特征决定了对2019-nCoV 的易感程度 研究表明，相比于从成年人（≤40 岁）中分离的外周血单个核细胞（peripheral blood mononuclear cell, PBMC），从老年人（＞65 岁）中分离的PBMC 在对Toll 样受体7 激动剂、水溶性的咪唑喹啉化合物CLO97 及视黄酸诱导蛋白激动剂5'-pppRNA/Lyovec 进行免疫应答时，出现IFN 反应延迟[23]。年龄与循环血中单核细胞自发表达的促炎性细胞因子及循环血中的IL-1 、TNF- 、IL-6 呈正相关，因此老年人循环血中促炎性细胞因子IL-1 、TNF- 及IL-6 增多[24]。老年人的巨噬细胞功能也发生变化，在有丝分裂原刺激下，IL-6分泌增多[25]。另外，老年人的胸腺退化，T 淋巴细胞数量减少，应答降低[26]。老年人的免疫功能异常与重症SARSCoV 感染相关。IFN 信号传导延迟进一步协调IMMs 反应，使T 细胞对凋亡敏感，导致炎症反应失调[21]。病毒特异性T 细胞对病毒的清除至关重要，并限制了对宿主的进一步损伤[18,27]。此外，T 细胞应答也抑制了过度活跃的先天性免疫应答[28]。T 细胞的数量减少、低应答和凋亡敏感不利于清除病毒。炎性介质在ARDS 的发病中起到了关键作用[29]，多种促炎性细胞因子有助于加重ARDS[30-32]。因此，老年人感染SARS-CoV 更易引起ARDS 及重症疾病。基于既往的临床报道，推测这种情况也可能出现在2019-nCoV 感染的老年病例中。

2 肠道菌群可通过影响免疫系统在老年重症COVID-19 中发挥作用

2.1 老年人肠道菌群特征性变化或与COVID-19 重症有关衰老啮齿动物的肠道中，有益菌普拉梭菌、双歧杆菌和黏液性阿克曼氏菌减少[33]。类似的情况也出现在老年人、百岁老人或虚弱老年人的肠道中[34-36]。这些变化可能在老年重症COVID-19 中发挥作用。普拉梭菌作为抗炎细菌，可诱导高浓度的白细胞介素-10，抑制抗原特异性干扰素 阳性T 细胞[37]。 -干扰素可以通过死亡受体Fas-Fas 配体或人肿瘤坏死因子相关凋亡，诱导配体-死亡受体DR5 依赖性机制，炎性细胞浸润从而引起气道和肺泡上皮细胞凋亡，进一步加重SARS 病情[38]。黏液性阿克曼氏菌可通过诱导支持微生物群的黏液分泌，产生抑制结肠衰老的多胺[39]。多胺（腐胺、亚精胺和精胺）可清除活性氧，诱导应激反应基因，调节核因子B 活化，抑制巨噬细胞产生促炎性细胞因子[39]。它的减少可能与老年人巨噬细胞的变化相关。另外，黏液性阿克曼氏菌和其他有益微生物的减少会导致肠道微生态失调，肠道屏障破坏，随之泄漏微生物及其产物[40]，从而上调循环血中的IFN、TNF- 、IL-6 和IL-1，这可能与老年人循环血中促炎性细胞因子的上调相关[41-42]。

2.2 老年人肠道菌群个体差异与2019-nCoV 易感性差异的潜在关联 肠道菌群的组成并非静态的，它会随着饮食、生活方式、感染、免疫反应的激活和B 细胞产生的免疫球蛋白A 等改变。在年轻和年老的宿主之间、百岁老人和体弱老人之间，肠道菌群存在显著差异[35,43]。与年轻人相比，老年人的肠道表现出更大的个体间差异[35,43-44]。在成年人中，肠道微生物组的丰富性和复杂性达到了顶峰，形成了强大的核心微生物组，从而增加了灵活性，这使得成年人的菌群趋于相对稳定的状态，因此年轻人菌群个体差异较小[45]。流行病学研究显示，50 岁以下的成年人感染数少，病死率低，预后较50 岁以上的老年人好，这可能与趋于稳定的核心微生物组相关[3]。而随着年龄的增长，老年人肠道菌群发生改变，可能会导致肠道菌群对外界的抵抗力下降，故而老年人表现出更大的菌群差异[45]。与健康老年人相比，虚弱的老年人也有更多的促炎性拟杆菌门共生菌[46]、更少的有益短链脂肪酸和多胺的生产者[36,39]。与健康的百岁老人相比，年老体弱者几乎没有黏液性阿克曼氏菌[35-36]。数量更少的黏液性阿克曼氏菌和多胺可以通过影响老年人的免疫系统加重SARS 病情。促炎性拟杆菌门共生菌的增多可能会增加老年人体内的促炎性细胞因子。而有益短链脂肪酸具有抗炎作用，它可以维持肠上皮的完整性和功能，抑制先天性免疫细胞产生促炎性细胞因子[47]。更少的有益短链脂肪酸，更为脆弱的肠道屏障完整性和巨噬细胞释放更多的炎性因子，使循环血中的促炎性细胞因子更多地上调，进而影响SARS 进程。根据SARS-CoV 和2019-nCoV 感染之间众多的共通点，推测肠道菌群可能同样在老年重症COVID-19 中发挥着作用。肠道菌群的规律性研究很好地解释了2019-nCoV 的增龄易感性和个体差异的问题，也为综合干预提供了一种思路。

3 小结

2019-nCoV 感染症状表现多样，老年患者更易转为重症，与年龄相关的免疫系统功能障碍可能在其中起着重要作用，而肠道菌群也可能通过影响免疫系统在老年重症COVID-19 中发挥作用。因此，针对老年患者的特点，对老年患者肠道及免疫指标进行密切监测，积极维护免疫功能，对避免老年COVID-19 患者向重症和危重症发展至关重要。