新型冠状病毒与胞外诱捕网的研究进展

柳元慧，陈瑶，陆玉霞，宋康，孙静（通信作者）

苏州卫生职业技术学院医学检验教研室 （江苏苏州 315000）

2019年12月至今3年多的时间，每个人的生产生活都或多或少地被新型冠状病毒改变。新型冠状病毒因在电镜下形似王冠而得名。作为一种呼吸道病毒，新型冠状病毒可引起以呼吸系统为主的各系统疾病，严重者会出现呼吸困难、呼吸窘迫及多脏器功能衰竭。新型冠状病毒本身具有非常强的传染性，又因其极易变异，预防和治疗变难度极大。胞外诱捕网是机体固有免疫的重要组成部分，不管是病原菌入侵时最先发挥作用的中性粒细胞，还是单核巨噬细胞，均可以产生胞外诱捕网。新型冠状病毒入侵后，胞外诱捕网发挥重要作用，但其对机体而言并不友好。新型冠状病毒与胞外诱捕网之间到底如何相互作用，本研究将逐一阐述。

1 胞外诱捕网

1.1 胞外诱捕网的发现与发展

2004年，Brinkmann 等[1]首次发现，在被金黄色葡萄球菌、鼠伤寒沙门菌、痢疾志贺菌及其产物刺激后，中性粒细胞活化并伸出由DNA 缠绕为骨架的网状结构。该网状结构中有瓜氨酸化组蛋白3（citrullinated histone 3，CitH3）、髓过氧化物酶（myeloperoxidase，MPO）和中性粒细胞弹性蛋白酶（neutrophil elastase，NE）等物质黏附并可杀伤病原生物，Brinkmann 等[1]将此结构命名为中性粒细胞胞外诱捕网（neutrophil extracellular traps，NETs）。胞外诱捕网的发现打破了学者们对于中性粒细胞仅通过吞噬作用清除细菌的固有认知。随着研究的不断深入，后续越来越多的证据表明，多种细菌、病毒、细胞因子均可促进各种类型的细胞产生胞外诱捕网[2-3]。起初，人们认为胞外诱捕网仅在对抗入侵微生物的固有免疫中发挥作用，即其可以杀死病原体或阻止病原体在宿主内传播，但后续的研究发现胞外诱捕网在自身免疫性疾病、肿瘤、糖尿病及心血管疾病中均发挥重要作用[4-5]，大量产生的胞外诱捕网也可能造成局部或系统损伤。胞外诱捕网的首次发现与细菌相关，二者的相互作用也一直是临床研究的热点，而胞外诱捕网与病毒相互作用的研究相对较少，新型冠状病毒疫情的暴发揭开了胞外诱捕网与病毒之间存在密切联系的序幕。

1.2 胞外诱捕网的产生机制

胞外诱捕网的形成是一个受机体控制的过程，称作NETosis。虽然NETosis 的相关信号通路尚未被研究透彻，但已有研究明确NETosis 是区别于凋亡和坏死的一种其他细胞死亡形式。胞外诱捕网的形成过程有活性氧（reactive oxygen species，ROS）依赖和ROS 非依赖两条途径[6-7]。受外界因素刺激后，细胞核膜解体，染色质向细胞外伸出形成丝状结构，酶类物质黏附于染色质[8]。Papayannopoulos 等[9]研究发现，MPO 和NE 不仅可以杀灭微生物，还能在不依赖酶活性的基础上协同降解某些特定的组蛋白，促进染色质解聚。肽酰基精氨酸脱亚氨酶4（peptidyl arginine deiminase type IV，PAD4）的激活在NETosis 过程中同样重要，其主要作用是促进染色质解聚。

1.3 胞外诱捕网的抗微生物机制

机体通过固有免疫和适应性免疫发挥抗感染作用。固有免疫包括屏障结构、吞噬细胞和非特异性免疫分子等；适应性免疫分为细胞免疫和体液免疫。胞外诱捕网的抗微生物作用属于固有免疫的一种。在研究胞外诱捕网与微生物相互关系的长河中，研究者于2004年首次发现胞外诱捕网在抵抗细菌感染中发挥重要作用[1]。胞外诱捕网的抗菌作用机制是，DNA 网状结构捕获病原体，黏附于DNA 上的酶类物质如CitH3、MPO 和NE 抑制或杀死病原体。胞外诱捕网可被脱氧核糖核酸酶降解，网的完整性同时会受到破坏。因此，表达脱氧核糖核酸酶的菌株比不表达脱氧核糖核酸酶的菌株的致病性更强[10]。2012年，Saitoh 等[11]发现胞外诱捕网可以通过Toll 样受体（Toll-like receptors，TLRs）TLR7和TLR8发现人类免疫缺陷病毒-1（human immunodeficiency virus-1，HIV-1），并可通过MPO 和a-防御素捕获并清除HIV-1。这也是研究者首次发现，胞外诱捕网不仅在对抗细菌感染中发挥重要作用，在防御病毒入侵过程中同样必不可少。时至今日，人们已发现胞外诱捕网在抵抗细菌、病毒和真菌中均发挥重要作用。

2 新型冠状病毒

2.1 新型冠状病毒的发现与发展

2019年12月，湖北省武汉市出现多例有华南海鲜市场暴露史的不明原因肺炎患者，所有患者的共同特点是高烧不退、抗感染治疗无效以及重症肺炎。2020年1月8日，该病原体最终被确定为新型冠状病毒[12]，可引起新型冠状病毒肺炎。新型冠状病毒是单股正链RNA 病毒，有包膜，颗粒呈圆形或椭圆形，常为多形性，直径60～140 nm[13]。新型冠状病毒肺炎疫情暴发以来，先后迅速席卷中国、美国、印度等国家。变异株的出现使新型冠状病毒的传播力、致病力和免疫原性增强，而变异株出现的原因是病毒刺突蛋白上出现了多个氨基酸位点的突变。截至目前，较重要的变异株有英国发现的阿尔法（alpha）、南非发现的贝塔（beta）、巴西发现的伽马（gamma）、印度发现的德尔塔（delta）及最新的流行于多个国家的奥密克戎（omicron）[14]。截至2022年10月，全球累计已超过6亿人感染新型冠状病毒，死亡人数高达653万，感染人数约占到全球总人数（76亿）的1/13[14]。目前，感染人数仍呈指数级增长，已严重影响人类的生产、生活。

2.2 新型冠状病毒的传播方式和致病机制

新型冠状病毒作为重点攻击呼吸系统的病毒，主要通过呼吸道和接触进行传播。呼吸道传播是指患者通过打喷嚏、咳嗽和吐痰等方式产生的带有病毒的飞沫被他人直接吸入体内。接触传播是指患者通过上述方式先造成门把手、电梯按钮、桌面等的污染，随后他人通过接触带有病毒的物品表面污染到手，最后被病毒污染的手接触眼睛、口腔、鼻腔等黏膜导致接触感染。新型冠状病毒的致病机制为，病毒自身携带的刺突蛋白可识别人类呼吸道上皮细胞的血管紧张素转化酶2（angiotensinconverting enzyme 2，ACE2）蛋白，并与之相互作用，从而打开新型冠状病毒入侵人体的大门[15]。新型冠状病毒进入人体后会肆无忌惮地复制繁殖，引起高血压、糖尿病、冠心病等一系列疾病。此外，有研究表明，新型冠状病毒可能会在生理屏障处感染单核细胞、巨噬细胞和血管内皮细胞等，作为全身传播的入口[16]。

2.3 新型冠状病毒的临床表现

患者感染新型冠状病毒在2～14 d 后会开始出现临床症状。轻症患者可有发热、咳嗽、头痛等症状，重症患者可出现急性呼吸窘迫综合征和肾衰竭等，甚至死亡。新型冠状病毒感染人体后的常见症状有发烧、寒战、头痛、疲劳、肌肉酸痛、干咳或复杂的呼吸困难，较少见的症状有无味、腹泻、咯血、流鼻涕、肝脏损伤、肾损伤、恶心、呕吐等[17]。值得注意的是，并不是所有的新型冠状病毒感染患者都会出现症状，即存在无症状感染者。无症状感染者并无相关临床症状，但核酸检测或血清特异性抗体检测呈阳性，仍具有很强的潜在传播风险。Johansson 等[18]研究发现，无症状感染传播者占总传播人数的一半以上。

3 新型冠状病毒与胞外诱捕网的相互作用

目前，国内尚无文献阐明新型冠状病毒与胞外诱捕网的关系，但国外已有较多研究表明新型冠状病毒肺炎的病理生理学进展与胞外诱捕网密切相关。因胞外诱捕网兼具促炎和抗炎作用，所以胞外诱捕网的存在对于新型冠状病毒肺炎患者是否有利，各学者持不同意见。

Zuo 等[19]研究发现，与健康人相比，新型冠状病毒肺炎患者的血浆、气管吸出物和肺组织中具有更高水平的胞外诱捕网，且有活性的新型冠状病毒可以直接诱导健康中性粒细胞释放胞外诱捕网。Veras 等[20]的研究也得出同样的结论，即新型冠状病毒可促进胞外诱捕网的生成。就产生机制而言，新型冠状病毒促进胞外诱捕网的生成依赖于ACE2、丝氨酸蛋白酶、病毒复制和PAD4。此外，Veras 等[20]还发现新型冠状病毒激活中性粒细胞释放的胞外诱捕网可导致肺上皮细胞死亡。有研究表明NETs 会通过MPO 和NE 等NETosis 相关酶引起肺组织损伤[21]。还有研究证明新型冠状病毒肺炎患者在发生急性呼吸窘迫综合征时，胞外诱捕网可促进免疫血栓的形成[22]。上述研究均表明，胞外诱捕网会对新型冠状病毒肺炎患者的机体造成损害，对患者的生存产生不利影响。

尽管尚未有文献表明胞外诱捕网可以直接清除新型冠状病毒，但已有证据表明胞外诱捕网可以捕获呼吸道合胞病毒和流感病毒[23-24]。此外，还有研究表明胞外诱捕网可以通过DNA 包裹病毒，将病毒限制于感染部位，有效地防止其传播扩散[25]。所以我们推测，胞外诱捕网对于新型冠状病毒在人体的扩散也有一定的限制作用。

综上所述，NETosis 对于新型冠状病毒而言是把双刃剑。一方面，胞外诱捕网可以限制病毒的传播；另一方面，胞外诱捕网可以激活机体的免疫系统，引发过度炎症反应，从而对人体造成损伤。目前，很多研究已表明过量胞外诱捕网的生成可引起新型冠状病毒肺炎患者强烈的炎症反应，且尚未有研究表明胞外诱捕网可以直接杀灭新型冠状病毒，所以抑制胞外诱捕网的生成是限制新型冠状病毒肺炎病情发展、治疗疾病的重要靶点。

4 展望

鉴于胞外诱捕网在新型冠状病毒肺炎发展过程中的弊大于利，抑制胞外诱捕网的生成有望成为抑制疾病的发展及治疗疾病的新靶点。及时应用治疗策略，靶向抑制中性粒细胞的激活，防止胞外诱捕网的生成以避免过度炎症所引起的血栓等问题，对于新型冠状病毒肺炎患者的治疗和预后具有重要意义。