细胞因子风暴综合征和细胞因子释放综合征的研究进展*

刘亮 孟圆 高全立

细胞因子风暴（cytokine storm，CS）不是一个疾病，而是一种全身系统性炎症反应，与传染性疾病和非传染性疾病有关，可由感染、药物等多种因素诱发。过去人们把以上原因引发的细胞因子风暴统一命名为细胞因子风暴综合征（cytokine storm syndrome，CSS），但随着免疫治疗的发展，人们发现免疫药物或免疫细胞疗法引起的细胞因子风暴在机制上与其他因素所诱发的有所不同，由这类因素引起的细胞因子大量释放继而导致的一系列连锁反应命名为细胞因子释放综合征（cytokine release syndrome，CRS）。本文将CSS 和CRS 区别开来，概述了CSS 和CRS 各自的特点和发生机制，为临床上对CSS 和CRS 发生的诊断和预防提供一些思路。

1 概述

在CSS 和CRS 的发生发展过程中，细胞因子都发挥着重要的作用。细胞因子是指免疫细胞和某些非免疫细胞（血管内皮细胞、表皮细胞和成纤维细胞等）经刺激而合成、分泌的一类可溶性小分子调节蛋白或糖蛋白，它们调控细胞生长与分化、组织发育与修复等多种生命过程，在天然免疫和获得性免疫中起着重要作用[1]。1957 年，英国科学家在研究流行性感冒病毒时证实了一种能使两种病毒之间相互干扰物质的存在，并把它命名为干扰素（interferon，IFN）。1969 年，Dumonde 等首次提出淋巴因子（lymphokine）概念，用以概括被激活的淋巴细胞所产生的除抗体以外的全部活性物质，1974 年定名细胞因子。细胞因子是一类物质的概括，可分为IFN、白细胞介素（interleukin，IL）、肿瘤坏死因子（tumor necrosis factor，TNF）等，通过自分泌、旁分泌和内分泌3 种方式发挥作用[1]，细胞因子作为一种重要的物质，有着免疫调节和诱导疾病发生的双重作用，在一定的条件下引发细胞因子风暴继而诱发CSS 和CRS 的发生，导致全身的炎性反应和多器官的衰竭，严重可能导致死亡。

1.1 CSS 的定义及发展历史

细胞因子风暴综合征是一个涵盖多种免疫调节失调疾病的术语，包括具有全身性症状、系统性炎症和多器官功能障碍，如果治疗不当可导致多器官功能衰竭。最早在1952 年，Farquhar 和Claireaux 在家族性噬血细胞淋巴组织细胞增生症（family hemophagocytie lymphohistiocytosis，fHLH）中描述了CS 症状[2]，1993 年，最早由Ferrara 等在移植物抗宿主病（graft versushost disease，GVHD）中提出“细胞因子风暴”这个词[3]，直到2002 年SARS 的突然爆发和全球流行，细胞因子风暴这个词开始用于描述感染过程中出现的严重免疫反应[4]，包括之后2005 年的H5N1 禽流感[5]和2009 年的H1N1 猪流感[6]，把这种由感染性病毒和自身免疫性疾病引起的细胞因子风暴命名为“细胞因子风暴综合征”。

1.2 CRS 的定义及发展历史

细胞因子释放综合征是一种因免疫细胞被激活并释放大量细胞因子而引发的严重全身性炎症反应综合征，起初也被归纳至细胞因子风暴综合征中，1990年CD3 单克隆抗体OKT3 应用于CIK 细胞治疗[7]，2006 年人源化CD28 的超级激动剂TGNI412 注射后，患者出现全身性炎症反应，特点为促炎症细胞因子的迅速释放[8]，近年来，随着免疫治疗的发展，相继发现使用nivolumab[9]等后也会发生全身性炎症反应，并且CAR-T 等疗法的运用也出现了类似现象[10]， 2018年美国ASBMT 的共识，将CRS 定义为任何免疫治疗后导致内源性或输注性T 细胞和/或其他免疫效应细胞的激活或参与的超生理反应[11]，与传统意义的CSS 区分开来。

2 CSS 发生机制

CSS 大致分为两类，包括由传染性疾病和非传染性疾病引起。由传染性疾病感染诱发包括：来源于细菌如化脓性链球菌、金黄色葡萄球菌、肺炎克雷伯菌和鼠疫耶尔森菌；来源于病毒如部分甲流病毒、埃博拉、SARS-CoV，SRAS-CoV-2、MERS-CoV。由非传染性疾病引起的包括单基因和自身免疫性疾病，如噬血细胞性淋巴组织细胞增多症（HLH），分为原发性HLH（pHLH）和继发性HLH（sHLH），原发性HLH 包括家族性HLH（FHLH）和一些免疫缺陷病相关性HLH；继发性HLH 可出现于各年龄段，可由感染如EBV、一些恶性肿瘤、药物、自身免疫性疾病或移植后引发，也称为获得性HLH，其中由自身免疫性疾病继发HLH称为巨噬细胞活化综合征（macrophage activation syndrome，MAS）。

2.1 感染相关CSS

2.1.1 2019 新型冠状病毒肺炎 2019 年开始爆发流行的冠状病毒疾病，是由严重急性呼吸综合征冠状病毒2 型（SARS-CoV-2）引起。有研究指出，SARSCoV 的主要功能性受体为血管紧张素转化酶2（ACE2），两者结合有助于病毒进入靶细胞[12]。有研究通过流式分析患者外周血，发现外周CD4+和CD8+的T 细胞明显减少，但是状态却处于过度激活，原因是促炎的Th17 的增加和CD8+T 细胞的高细胞毒性，这也是患者严重免疫损伤的一部分原因[13]。另有研究表明，新冠肺炎患者体内的细胞因子和趋化因子水平明显增加，尤其与炎症相关，回顾性研究还发现重症监护病房的患者和非重症患者相比，血浆中的IL-2、IL-7、IL-10、G-CSF、IP-10、MCP-1、MIP-1a 和TNF-α浓度升高，表明在一些危急重患者中可能发生了CS[14]，继而导致CSS。CS 不仅参与了新冠肺炎的发病机制，还与疾病的严重程度相关，有一项对29 例新冠肺炎患者的资料总结显示，新冠肺炎患者外周血IL-2R 和IL-6 水平均显著增高，且危重型组＞重型组＞普通型组[15]。综上所述，可能由于病毒的直接作用、免疫反应以及一些炎性因子的大量释放，从而在新冠肺炎的患者体内形成了细胞因子风暴。

2.1.2 SARS 严重急性呼吸综合征（severe acute respiratory syndrome，SARS）于2002 年在中国广东发生并扩散成全球传染病疫潮，直至2003 年中才被消灭。它的病原体也是一种冠状病毒（SARS-CoV）。有研究发现，SARS 患者的IL-6 浓度升高，重症SARS 患者的IL-6 浓度显著升高，但恢复期患者和对照组的 IL-6浓度相似，表明血清 IL-6 浓度与 SARS 严重程度正相关[16]。另有研究调查了20 例SARS 患者血浆的细胞因子谱显示，SARS 患者通过单核/巨噬细胞和中性粒细胞的积累激活了Th1 细胞介导的免疫和炎症反应，表现为Th1 细胞因子IFN-γ、炎症细胞因子IL-1、IL-6 和IL-12 以及趋化因子IL-8、MCP-1 和IP-10 的升高[4]。以上结果表明，尽管SARS 发病的机制尚未完全明确，但是已有很多研究都证明其导致的免疫病理损伤与CSS 有关。

2.1.3 中东呼吸综合征 中东呼吸综合征（Middle East respiratory syndrome，MERS）是 一 种 由 病 毒MERS-CoV 引起的病毒性呼吸道疾病。IL-6 被发现在MERS-CoV 感染的单核巨噬细胞中被诱导[17]。与SARS-CoV 相比，MERS-CoV 显著提高了IL-12、IFNγ 和趋化因子(IP-10/CXCL-10、MCP-1/CCL-2、MIP-1α/CCL-3、RANTES/CCL-5 和IL-8)的表达水平[17]。通过对感染MERS-CoV 的患者的临床样本进行分析，发现发病后病情突然恶化的患者的IL-6 和 CXCL-10水平显著升高[18]。以上都可以证实感染MERS-CoV患者发生的CSS 与不良预后相关。

2.2 单基因和自身免疫性疾病相关CSS

HLH 于1979 年首次由Risdall 等[19]报道，以免疫系统过度激活（主要是细胞毒性 T 细胞和巨噬细胞）和细胞因子风暴（包括 IFN-γ、IL-6 和 TNF-α）为特征。原发性HLH 指在与 T 细胞和NK 细胞的细胞毒性途径相关的基因或与 EBV 清除相关的基因中存在严重遗传缺陷的患者，多以儿童发病为主。有研究发现，IFN-γ 和 IL-10 水平显著增加以及 IL-6 水平轻度升高的特点对儿童 HLH 具有高度特异性[20]。另有研究检测了EBV-HLH 治疗前后的细胞因子谱，发现IL-6、IL-10、TNF- α 和 IFN- γ 的降低具有统计学意义，提示其可能是监测 EBV-HLH 治疗的有效的指标[21]。继发性HLH 具有多样化的诱因，有研究发现IL-18/IL-18BP 的严重失衡导致的Th1 淋巴细胞和巨噬细胞活化，可能导致患有潜在疾病的患者发生继发性噬血细胞综合征[22]。通过比较原发性HLH 和继发性HLH细胞因子水平的发现，IL-4 和 IFN-γ 水平较低的 HLH患者发生原发性 HLH 的可能性较高[23]，这有助于快速的鉴别诊断。

3 CRS 发病机制

CRS 大致也分为两类，一类是由输注性免疫细胞治疗引起如CAR-T 疗法、CAR-NK 疗法等；一类是由免疫药物治疗引起如双特异性抗体（BsAb）、PD-1 抑制剂、CTLA-4 抑制剂、TIM-3 抑制剂等。

3.1 输注性免疫细胞治疗相关CRS

3.1.1 CAR-T 疗法 嵌合抗原受体T 细胞（CAR-T）免疫疗法是免疫治疗中最重要的发展之一，已经在急性淋巴性白血病[24]、淋巴瘤[25]等患者中显示出令人印象深刻的治疗效果。但在其治疗的过程中，活化的免疫细胞会释放大量的炎性相关细胞因子，引起多系统脏器的损害。在识别肿瘤抗原后，CAR-T 细胞会释放大量的IFN-γ 和TNF-α 使肿瘤细胞焦亡，这被认为可能是CRS 开始的标志，其可能涉及两种途径，分别由颗粒酶素A 和颗粒酶素B 介导，在临床上也发现CRS 的严重程度与颗粒酶素的增加呈正相关[25]。有研究发现，IL-6 是驱动其CRS 的关键细胞因子之一，血清IL-6 的水平也与CRS 的严重程度相关[10]，参与CRS 的细胞因子还包括GM-CSF、IL-8、IL-10、IL-15、MCP-1 等[26]。

3.1.2 CAR-NK 疗法 由于MHC 限制性T 细胞只能识别和杀死部分肿瘤细胞，限制了其临床疗效[27]，基于自然杀伤（NK）细胞的一些疗法就成为肿瘤免疫治疗的研究方向。有研究显示，CAR-NK 疗法与CART 疗法相比，具有较低的CRS 和移植物抗宿主病（GVHD）的发生率[28]，在产生的细胞因子中NK 细胞和T 细胞也有所不同，NK 细胞主要以IFN-γ 和GMCSF 的释放为主，而CAR-T 细胞主要产生促炎细胞因子IL-6、TNF-α[27]。

3.2 免疫药物治疗相关CRS

3.2.1 肿瘤靶向克隆抗体 双特异性抗体（bispecific monoclonal antibody，BsAb）是一种基因工程合成的融合蛋白，其功能是将免疫细胞运送到肿瘤细胞附近，从而促进免疫介导的肿瘤细胞毒性破坏的激活。BsAb 作用机制类似于CAR-T 细胞，与CAR-T 细胞相比，BsAb 是“现成的”药物，blinatumomab 是首个获批用于治疗复发和难治性急性淋巴细胞白血病的BsAb。CRS 是BsAb 所有早期试验中最常见的不良事件，有研究发现在CD3 BsAb 治疗期间，BsAb 由T细胞驱动的TNF-α、IL-6 和 IL-1β 是介导单核细胞激活以实现全身细胞因子释放的主要因素，这进一步导致 CRS[29]。Tocilizumab 是一种白细胞介素-6 受体拮抗剂，被批准用于治疗CAR-T 细胞疗法诱导的严重或危及生命的CRS，也可有效治疗blinatumomab诱导的CRS[30]。

3.2.2 免疫检查点抑制剂 PD-1 抑制剂、CTLA-4抑制剂等免疫检查点抑制剂（immune checkpoint inhibitors, ICIs）已被证明对多种癌症的治疗有效，但同时又会带来一些免疫相关不良反应（immune-related adverse events，irAEs）。有研究认为，ICIs 可能作为药理学触发因素导致 CRS 发作，CRS 是ICIs 引起irAE的原因之一[31]。通过过度激活免疫系统，ICIs 可以引起靶向自身的免疫毒性，在 CRS 中，T 细胞、B 细胞、自然杀伤细胞、巨噬细胞和内皮细胞释放多种细胞因子，其中IL-6 起着核心作用[32]。有研究观察到 ICIs 的CRS 更常见于血液系统恶性肿瘤患者，例如急性淋巴细胞性 B 细胞白血病、慢性淋巴细胞性白血病和弥漫性大 B 细胞淋巴瘤，这与BsAb 和CAR-T 疗法出现严重CRS 的结果有一致性[31]。不同ICI 相关CRS 也有所不同，关于抗 PD-1/PD-L1 抗体的 ICI 相关 CRS安全性报告更多[33]。

4 总结与展望

综上所述，CSS 和CRS 发生的细胞因子风暴不完全相同，例如在发病机制、发生时间和介导的细胞因子等方面都有所区别。CSS 的发生并不依赖于靶向肿瘤抗原从而激活免疫系统，而CRS 的发生中T细胞会随着对肿瘤抗原的识别而激活；CSS 中的细胞因子多以TNF-α 和IFN-γ 为主，而CRS 的细胞因子则以IL-6 介导为主；在发生时间上CSS 往往会在治疗后很快出现临床症状，但CRS 由于依赖T 细胞的激活，其临床症状可能在治疗后的一段时间才延迟出现。在细胞因子风暴中可以观察到广泛的临床和实验室异常，大部分病例都涉及细胞因子水平升高、急性全身炎症症状和继发性器官功能障碍（通常是肾、肝或肺），尽管最初的驱动因素可能不同， CS 的开始和持续时间也各不相同，但细胞因子风暴的后期临床表现经常是重叠的。对于不同诱因引起的细胞因子风暴进行准确判断，实施预防干预措施，及时对症治疗非常重要。在未来研究方面，关于不同诱因引发的CS 的机制的进一步探索、如何建立有效的动物模型进行研究以及以预防为主的策略，应该是需要重点关注的问题。