新型冠状病毒肺炎发病机制及药物治疗研究进展

王 霜，王贵佐，唐 甜，杨淑梅

(1.西安医学院，陕西 西安710021；2.陕西省人民医院呼吸与危重症一科，陕西 西安710068)

新型冠状病毒肺炎(COVID-19)是由2019新型冠状病毒(2019-nCoV)感染后引起的一种急性呼吸道传染病，传染性强，病死率高。世界卫生组织宣布将2019-nCoV所引起COVID-19作为国际社会关注的公共卫生安全紧急事件[1]。与严重急性呼吸综合征(SARS)相比，COVID-19传染性更强[2]。该病发病率及病死率仍不断增加，因此探索COVID-19的发病机制，为疾病治疗提供新的方向和思路迫在眉睫。现就COVID-19发病机制及目前治疗方案作一综述，以期为COVID-19的治疗提供新思路。

1 COVID-19发病机制

1.1 病毒直接侵犯肺组织 2019-nCoV是一类位于有囊细胞膜的单股正链RNA病毒,是引起人和哺乳动物上呼吸道感染的重要病原体[3]。受体S蛋白位于冠状病毒最外层，是冠状病毒最重要的表面蛋白，与病毒的传染能力密切相关，S蛋白包含两个亚基：S1和S2，S1包含受体结合区域(RBD)，负责识别宿主细胞内受体，同时承担了病毒与宿主细胞膜相结合的重要功能；S2含有膜融合过程所需要的基本化学元件，促进病毒包膜与宿主细胞膜融合，与病毒的侵入能力有关[4]。血管紧张素转化酶2(ACE2)是存在于人体内上皮细胞表面的一种蛋白质，尤以Ⅱ型肺泡上皮细胞含量最丰富，发挥着抗炎、抗增生、抗纤维化、抗肺泡上皮细胞凋亡和舒张血管等作用[5]。研究发现2019-nCoV包膜锚定的S蛋白通过ACE2与宿主细胞膜受体融合后进入宿主细胞[6]，进而引起肺部细胞膜损伤。推测COVID-19可能是由于2019-nCoV侵入人体，病毒的S蛋白与ACE2接触后，病毒与ACE2的跨膜区域一起通过胞吞作用进入细胞，在胰蛋白酶或弗林蛋白酶的作用下，S蛋白被进一步激活，发生膜融合后释放出新冠病毒RNA引起肺部细胞损伤，造成弥漫性肺间质及肺泡内膜水肿，进而可能导致急性低氧性呼吸功能不全，甚至导致急性呼吸窘迫综合征。

1.2 细胞免疫功能下降参与COVID-19发病机制 免疫系统在防御2019-nCoV方面起着至关重要的作用。研究发现COVID-19患者体内CD3+T、CD4+T和CD8+T淋巴细胞计数明显减少,揭示了CD8+T和CD4+T淋巴细胞计数可作为COVID-19疾病的诊断标志物和判断疾病严重程度的预测评价因子[7]。上述研究提示COVID-19发病机制与细胞免疫受损相关，2019-nCoV进入人体后通过细胞膜将一部分病毒碎片传递到细胞外，人体免疫细胞广泛聚集并消灭病毒，由于病毒不断繁殖，大量淋巴细胞和单核细胞被消耗和破坏，导致机体免疫功能下降，清除、杀灭病毒能力明显不足，进而导致病毒大量繁殖，破坏正常淋巴组织细胞，造成弥漫性肺间质及肺泡水肿，导致急性低氧性呼吸功能不全，甚至导致ARDS及多器官功能衰竭。

1.3 免疫串扰失调和凝血异常参与COVID-19发病机制 补体因子是存在于人血清和组织液中具有酶活性的一组补体蛋白质，由可溶性蛋白、膜结合蛋白和补体受体蛋白组成的多分子系统，具有调理、产生促炎介质和激活膜攻击复合物(MAC)[8]作用。组织因子暴露于血液中可启动外源性凝血途径，已证实补体因子C5a在血液循环路径[9]和内皮细胞中[10]能显著提高组织因子活性。丝氨酸蛋白酶-1(MASP-1)和丝氨酸蛋白酶-2(MASP-2)可裂解凝血酶原形成自然活化的凝血酶，增加血小板活性和聚集，提高凝血酶原活性和释放血小板衍生促凝颗粒[11]。Brown等[12]的一项研究发现补体因子C1抑制因子(CIINH)在其天然状态下抑制纤溶酶原，从而导致纤溶减少和血栓形成增加。临床研究发现25%的住院COVID-19患者发展为静脉血栓栓塞征(VTE)[13]；大部分死亡病例存在弥散性血管内凝血(DIC)[14]，考虑重症COVID-19患者机体内产生大量细胞因子促使血管内皮细胞损伤、血管壁通透性增加，从而激活凝血机制，患者发生DIC和VTE的风险显著增加。上述研究与证据提示补体、凝血和纤溶之间免疫串扰参与COVID-19的发病机制并与疾病严重程度相关。

1.4 炎症风暴参与COVID-19发病机制 越来越多的证据表明炎症风暴参与COVID-19发病机制。研究发现在肺炎和严重缺氧的COVID-19患者中，IL-6等血清细胞因子显著升高，同时IL-17、IL-8等细胞因子也出现不同程度的升高[15]。此外，研究发现在2019-nCoV引起的ARDS患者血浆和支气管肺泡灌洗液中TNFα明显升高[16]。综上推测2019-nCoV入侵细胞后,激活促炎症细胞因子的表达,导致被感染的细胞产生多种细胞因子(如IL-6、IFN-γ、TNF-α升高),进一步激活效应细胞及T细胞、NK细胞等免疫细胞，免疫细胞继续分泌更多的细胞因子,这些细胞因子与各自的受体结合,不仅高效杀灭病毒还损伤正常器官组织，导致肺纤维化、内皮功能障碍并继续放大炎症反应,形成细胞因子风暴,严重者引发ARDS,进一步可扩散至全身导致多器官功能障碍综合征(MODS),甚至死亡。

1.5 细胞凋亡级联反应参与COVID-19发病机制 细胞凋亡是指由基因控制的细胞自主有序的死亡从而维护内环境稳定，正常情况下，细胞凋亡通过激活特定的死亡信号通路，导致细胞从组织中被清除。然而，许多病毒基因产物可以通过干扰细胞信号级联反应来触发细胞凋亡。研究表明，细胞凋亡是SARS冠状病毒(SARS-CoV)感染后的主要病理特征[17]，SARS-CoV感染机体后触发一系列细胞反应，调节信号转导级联反应如p38蛋白激酶(p38MAPK)和蛋白激酶B(PKB/Akt)信号通路进而诱导细胞凋亡[18]。因2019-nCoV与SARS-CoV具有高度同源性。推测2019-nCoV感染后同样会作用于肺泡上皮细胞，触发一系列细胞反应，诱导正常的肺组织细胞凋亡，从而引起急性肺损伤，严重者出现ARDS，甚至死亡。

1.6 细胞代谢异常参与COVID-19发病机制 在COVID-19患者的外周血单个核细胞和支气管肺泡灌洗液中发现与氧化磷酸化相关的基因表达较高，提示线粒体活性升高在COVID-19期间起着关键作用；对COVID-19患者的血清进行蛋白质组学和代谢组学技术分析发现色氨酸代谢、糖酵解和糖异生等途径被激活[19]；另一项研究显示重症COVID-19患者体内的葡萄糖、葡萄糖醛酸、胆红素降解产物和4种胆酸衍生物的浓度均升高，提示肝脏解毒功能可能下降，推测病毒可能通过影响细胞代谢途径来参与COVID-19的发病。上述研究提示细胞代谢异常参与COVID-19发病机制。

2 COVID-19治疗

2.1 抗病毒治疗 现有抗病毒药物并不能直接消灭病毒，而是抑制病毒在人体内的复制和传播。洛匹那韦是冠状病毒蛋白加工过程中一种蛋白酶抑制剂[20]，在细胞内干扰病毒RNA合成，让RNA链合成提前终止，从而形成未成熟、无感染力的病毒颗粒；瑞德西韦通过抑制2019-nCoV RdRp阻断负链RNA、亚基因组mRNA和子代病毒基因组RNA的合成，实现对病毒复制的抑制[21]。目前临床已经启动使用聚乙二醇干扰素联合利巴韦林治疗新冠肺炎患者，皮下注射干扰素副作用较多，因此需对患者进行严密的监控，根据患者的临床反应调整剂量[22]。氯喹、羟氯喹具有潜在的广谱抗病毒活性，磷酸氯喹抗病毒机制是依靠酸碱反应中和溶酶体酸性，抑制病毒脱壳；磷酸羟氯喹可能通过与疏基的相互作用、干扰磷酸酯酶等酶的活性、抑制前列腺素的形成等作用来起到抗病毒作用[23]。另有研究发现，氯喹和羟氯喹作为ACE2阻滞剂，通过结合ACE2可有效阻断2019-nCoV侵染细胞[24]。ACE2分布的心脏、食管、肾脏、胃、膀胱这些器官也容易也受到2019-nCoV的侵害，因此感染严重时，可导致多器官功能衰竭。但这些药物对COVID-19的疗效和安全性仍有待临床实验进一步证实。

2.2 抗细胞因子和免疫调节剂 新冠肺炎患者血液中免疫细胞计数减少及全身炎症反应细胞因子的升高提示增强细胞免疫力有助于COVID-19治疗[6]。利托珠单抗是一种重组人源化抗人白介素6(IL-6)受体单克隆抗体，通过结合可溶性及膜结合的IL-6受体，阻断引发细胞因子风暴的关键炎症因子IL-6 的信号通路传导，从而降低新型冠状病毒诱发的炎症反应对患者肺组织及其他器官的损伤[25]。IL-7是T细胞稳态中的关键细胞因子，一项临床研究结果显示，重组人IL-7不仅可使脓毒症休克和严重淋巴细胞减少症的患者循环中淋巴细胞计数、CD4+T和CD8+T细胞增加，增加T细胞增殖和活化，而且不会引起细胞因子风暴和炎症相关的器官功能障碍等并发症，提示重组人IL-7可能是逆转脓毒症患者淋巴细胞减少或缺失，恢复适应性免疫的有效制剂[26]。但重组人IL-7应用于临床治疗新冠肺炎还待更多临床数据研究支持。胸腺肽：胸腺素α1是人工合成的28个氨基酸组成的多肽，通过调节T淋巴细胞活性而提高细胞免疫功能，促进正常人淋巴细胞产生干扰素，增强机体的自身免疫力。研究提示，胸腺肽可使CD4+T细胞、CD8+T细胞及相关受体水平提高，抑制炎症介质发挥作用，增强机体细胞免疫功能增强抵抗力[27]。CYNK-001是一种冷冻保存的同种异体NK细胞治疗方法，CYNK-001一方面通过与受感染细胞上的应激配体和病毒抗原结合；另一方面通过表达细胞溶解分子穿孔素和颗粒酶B，杀死被感染的细胞。相关研究证实其可作为限制病毒复制和疾病进展的潜在疗法[28]。

2.3 通过阻断糖原代谢途径而阻止细胞因子风暴发生 巨噬细胞在介导细胞因子风暴过程中，发挥极其关键的作用，炎性巨噬细胞中糖原代谢处于活跃状态，一方面利用糖原代谢维持巨噬细胞的存活，同时利用该代谢中间产物尿苷二磷酸葡萄糖(UDPG)作为核心信号分子引起巨噬细胞的炎性激活。基础研究发现通过调控糖原代谢，可以控制炎性细胞因子的释放，进而抑制炎症风暴发生，为新冠肺炎的治疗提供新思路[29]。

2.4 激素治疗 糖皮质激素具有抗炎、抗毒、抗过敏、抗休克的作用，可调节免疫活性和减轻各种重大疾病的炎症[30]。一研究发现合理的使用糖皮质激素可以降低危重症SARS患者的病死率，缩短住院时间，且不会引起继发感染及其他并发症[31]。最新版诊疗方案也提出针对重型、危重型患者，可根据患者呼吸困难程度、胸部影像学进展情况，酌情短期内使用小量糖皮质激素[32]。

2.5 血液净化治疗 血液净化是通过体外循环技术，借助各种血液净化装置来清除血液中的病理性物质，从而达到净化血液的目的。目前这一治疗方法存在一定争议，需要大量的临床数据来进一步探索其合适的治疗方案。

2.6 超免疫球蛋白治疗 免疫球蛋白能中和抗原，阻断吞噬细胞上的Fc受体，调节细胞因子反应及免疫细胞功能。一项对COVID-19危重症患者进行回顾性分析指出IVIG治疗可明显改善COVID-19危重症的生存率[33]，提示免疫球蛋白疗法可能对重症COVID-19起一定的治疗作用

2.7 间充质干细胞治疗 间充质干细胞(MSCs)目前是治疗新冠肺炎的一个新方向。MSCs具有多向分化与自我更新能力,因其具有较强的抗炎能力可以抑制重症患者体内的细胞因子风暴、调节机体免疫功能、减慢ARDS进程和降低肺部纤维化水平、增强组织损伤修复而被考虑应用于新冠肺炎患者的救治[34]。但供体及组织来源的不同、剂量疗程等问题仍待更加严格的临床试验和更多的临床数据来解决,以期获得可靠的研究结论，进而应用于临床。

2.8 恢复期患者血浆治疗 研究发现，COVID-19患者恢复期血浆中可能存在针对2019-nCoV的特异性抗体。因此，输注恢复期血浆可中和血液中的部分病原体以达到治疗效果[35]。国内学者应用康复期血浆(抗体滴度≥1∶640)200 ml单次剂量治疗重症COVID-19患者，可使患者血浆抗体滴度迅速上升至1∶640以上，临床症状症状明显改善，血氧饱和度及氧合指数均显著提升，各项炎症反应实验室指标趋于好转，淋巴细胞计数升高[36]。但康复期血浆治疗COVID-19的最佳剂量、应用时间仍需大规模临床对照试验进一步研究。

3 结 语

前新型冠状病毒主要通过直接侵犯肺组织、抑制细胞免疫功能、免疫串扰、细胞凋亡、细胞代谢异常及炎症风暴等方式导致COVID-19发病并使病情进一步加重。对新冠肺炎患者来讲，针对上述发病机制涌现了抗病毒治疗、抗细胞因子和免疫调节剂、通过阻断糖原代谢途径等新的疗法，尽管治疗药物种类众多，但目前仍未研制出特效药和特效治疗方法。因此，在对新冠肺炎的治疗应当从发病机制出发，通过对导致新冠肺炎的相关因素进行分析，制定出最佳的治疗方案。此外，由于导致病情严重程度的因素比较复杂，所以，在治疗的过程中，应当在尊重患者个体差异的基础上，施行个体化治疗手段。目前最紧迫的任务是进一步研究发病机制，从而开发更多的干预措施，最终使这种严重的病毒感染得到有效控制。