借鉴：细胞因子风暴在病毒感染中的作用及防治

细胞因子风暴在流行性感冒病毒感染中的作用及防治研究：流行性感冒病毒( 流感病毒) 感染具有较高的致病率和死亡率，其感染的严重程度和病毒引起的以过度炎症反应为特征的细胞因子风暴密切相关。

流行性感冒病毒( 流感) 是一种严重威胁人类健康的呼吸系统疾病。流感病毒感染后机体促炎细胞因子水平显著上升，引发 宿 主 过 度 的 免 疫 反 应，即“细 胞 因 子 风 暴 ( cytokine storm) ”，可导致肺部感染、水肿、呼吸道功能衰竭等多器官损伤，感染者具有较高的致病率和死亡率，尤其是禽流感病毒感染患者的死亡率高达 50% ～ 80%。

1 细胞因子

细胞因子是由免疫原、丝裂原或其他刺激剂诱导多种细胞产生的低分子质量( Mr ) 可溶性蛋白质，具有调节固有免疫和适应性免疫、血细胞生成、细胞生长以及损伤组织修复等多种功能。细胞因子可被分为白细胞介素、干扰素、肿瘤坏死因子家族、集落刺激因子、趋化因子和生长因子等。众多细胞因子在机体内相互促进或相互制约，形成十分复杂的细胞因子调节网络。细胞因子通过旁分泌、自分泌或内分泌等方式发挥作用，具有多效性、重叠性、拮抗性和协同性。细胞因子和其他免疫分子一样，也是“双刃剑”，既可发挥免疫调节作用，在一定条件下也可参与多种疾病的发生。

2 细胞因子风暴

近年来，在感染 H5N1 禽流感病毒的患者体内观察到的细胞因子风暴现象已经引起了公众和科学团体的高度关注。普遍认为是促炎性细胞因子的过度或失控释放，是机体感染微生物后引起体液中多种细胞因子如 TNF-α、IL-1、IL-6、IL-12、IFN-α、IFN-β、IFN-γ、MCP-1 和 IL-8 等迅速大量产生的现象。细胞因子风暴与多种传染性和非传染性疾病相关。Ferrara 等 1993 年首次提出“细胞因子风暴”的概念，但其很大程度上是由于 2005 年 H5N1 禽流感病毒感染而进入公众视野，从此广泛见诸于各种科学文献。

3 细胞因子风暴在流感病毒感染中的病理表现

趋化因子和细胞因子是“免疫系统的信使”，对免疫反应的协调和控制起重要作用，这一平衡的改变可能会引起肺部炎症反应失控，导致多器官功能衰竭。香港大学和越南医务研究人员分别采集了 1 例死于 1997 年香港禽流感的患者( H5N1 /97) 和 2 例 2004 年越南患者( H5N1 /04) 及 1 例季节性流感患者( H1N1) 的病毒株，他们用这些病毒感染从非流感患者中采集的肺组织标本，经过定量 RT-PCR 和 ELISA 测定其细胞内细胞因子和趋化因子水平发现，被 H5N1 禽流感病毒感染的细胞，其炎性蛋白水平比人流感病毒 H1N1 感染细胞的高 10 多倍。流感病毒感染中枢神经系统所引发的细胞因子风暴和免疫病理损伤存在一定关系。流感病毒 H1N1 和 H3N2 感染星形胶质细胞后可诱导正常胶质细胞趋化因子及促炎细胞因子转录水平显著上调，引发细胞因子级联反应。2009 年爆发的甲型 H1N1 流感大流行，在深圳超过 1200 例证实感染的患者中有 3 位年轻患者死于严重的肺炎。其中，2 名男童发展为神经系统并发症，而细胞因子风暴似乎是一个重要的致病原因。儿童感染流感病毒后可引发全身性的细胞因子风暴有可能导致失血性休克，急性坏死性脑病，严重的导致复杂的多器官功能衰竭( multiple organs failure，MOF) 和弥漫性血管内凝血( disseminated intravascular coagulopathy，DIC) ，死亡率很高。Akiyama 等报道了 1 例女性感染甲型 H1N1 流感引起血栓性微血管病并发症的案例。该患者循环系统中产生明显的高比例血管性血友病因子( von Willebrand factor，vWF) 。其原因可能就是流感介导的细胞因子风暴诱导血管内皮细胞大量释放 vWF 多聚体，机体在微循环产生高剪切应力下形成血小板血栓。

4 细胞因子风暴在流感病毒致病中的致病作用

细胞因子风暴在流感病毒感染过程的致病作用中涉及到内皮细胞、浆细胞样树突状细胞、上皮细胞、神经胶质细胞、巨噬细胞和 CD8 + T 细胞等。此外，可溶性蛋白酶和补体系统也参与其中，发挥着重要作用。

4． 1 内皮细胞 流感病毒感染引起内皮细胞大量释放细胞因子，这种细胞因子风暴是预示发病和死亡风险的重要指标。禽流感病毒 H5N1 感染患者肺部的严重炎症，其原因可能就是由 H5N1 感染诱发的免疫系统细胞因子风暴，宿主在感染过程中缺乏对细胞因子释放的控制，或替代细胞受体的存在。为了研究其产生途径，Teijaro 等研究人员利用遗传学和化学手段研究细胞表面受体 S1P1。证实肺组织内皮细胞在细胞因子风暴产生过程中具有重要作用，是细胞因子风暴的调控中心。当控制血管壁内皮细胞的 S1P1 受体时，会影响细胞因子的释放。研究人员因此发现了流感病毒使感染者病重甚至死亡的机制，他们认为细胞因子风暴可以预测病毒感染过程的发病率和死亡率，被认为是 1918 － 1919 年间世界大流感和近年来猪流感、禽流感爆发的主要原因。越来越多的证据也支持内皮细胞在这些过程中的重要作用。几乎所有的 H5N1 禽流感病毒诱导的基因都依赖于 NFκB信号通路的功能。经典的 NF-κB 信号通路调控大部分炎性细胞因子的诱导，尤其是在体内原发抗 H5N1 禽流感病毒的免疫反应，NF-κB 的激活是表达 IFN-β 和影响干扰素依赖基因表达的一个瓶颈。p50 亚基的缺失导致 NF-κB 调节的细胞因子和趋化因子的表达显著减少［12］就可以证明这一点。

4． 2 浆细胞样树突状细胞( pDC) 浆细胞样树突状细胞( plasmacytoid dendritic cells，pDC) 因其独特的能力，在细胞因子风暴所涉及的细胞中，它也起着十分重要的作用。pDC细胞能分泌大量的 1 型干扰素( interferon，IFN) ，因此它一方面可在细胞因子风暴致病中发挥作用，另一方面还可能参与限制病毒复制的早期抗病毒反应。pDC 是唯一已知的猪瘟病毒在体外感染产生 IFN-α 的细胞类型，在感染早期伴随着炎性细胞因子风暴，病毒感染猪的血清中呈现高水平的IFN-α。病毒的主要靶细胞病毒蛋白 Npro通过下调干扰素调节因子 3( IRF3) 抑制 1 型 IFN 的诱导。

4． 3 上皮细胞 上皮细胞在对抗流感病毒的固有免疫和适应性免疫中具有十分重要的作用，甲型流感病毒在人类上皮细胞增殖感染后，可产生炎性细胞因子/趋化因子的细胞因子风暴。Phung 等 在研究体外感染甲型 H1N1 流感病毒( PR-8) 或非结构蛋白 1( nonstructural protein 1，NS1) 质粒的A549 上皮细胞时发现，上皮细胞被感染后，首先是 TNF-α 调节被激活，调节性激活正常 T 细胞表达和分泌因子( regulatedupon activation normal T-cell expressed and secreted，RANTES)的产生，其次是 IL-6、IL-8、MCP-1 和干扰素的浓度增加，接下来，病毒 NS1 质粒转染的细胞在髓过氧化物酶( myeloperoxidse，MPO)系统产生大量的 IL-8 和 MCP-1。表明 NS1 蛋白作为 A 型流感病毒唯一的非结构蛋白，在病毒的复制和毒力中发挥重要作用，虽然 NS1 可削弱上皮细胞感染引发的细胞因子风暴，但是可能会诱发细胞中存在的 MPO 系统的细胞因子风暴。

4． 4 神经胶质细胞 儿童感染流感病毒后，在鼻咽上皮细胞复制的病毒可能会破坏嗅黏膜，并通过嗅觉神经系统进入到大脑。病毒与神经胶质细胞直接的相互作用，或病毒刺激神经胶质细胞引起的促炎细胞因子特别是 TNF-α 在中枢神经系统的生产和积累。TNF-α 诱导线粒体呼吸衰竭，细胞因子风暴导致神经细胞的损伤以及星形胶质细胞凋亡，最终血脑屏障被破坏，发展到全身性的细胞因子风暴，导致 MOF 和 DIC。

4． 5 巨噬细胞和 CD8 + T 细胞 季节性呼吸道流感、高致病性病毒株导致的过度的炎症反应会增加宿主的发病率和死亡率，其特点是大量单核细胞和/或巨噬细胞浸润产生的有害细胞因子风暴［18］。A/H5N1 型病毒在人类和动物体内是非常强的各种细胞因子和趋化因子( TNF-α、IFN-γ、IFN-α/β、IL-6、IL-1、MIP-1、MIG、IP-10、MCP-1、RANTES，IL-8) 的诱导者。巨噬细胞和 CD8 + T 淋巴细胞作为细胞因子风暴豁免细胞，它们主要产生细胞因子 TNF-α，IL-6 和 IFN-γ。已经发现某些病毒基因非结构蛋白 1 ( NS1) 、聚合酶碱性蛋白 2 ( polymemsebasic protein 2) 、血凝素( hemagglutinin，HA) 和神经酰胺酶( neuraminidase，NA) 的突变可通过增加病毒复制速度、组织嗜性、增加系统侵袭性和促进宿主产生对抗病毒反应的耐受性而激发细胞因子风暴。巨噬细胞通过分泌模式识别受体 NLRP3 结合 A 型流感病毒的 RNA，形成信号蛋白复合体( 又称炎症小体) ，激活caspase-1，促使细胞分泌前炎症因子 IL-1b 和 IL-18，促使组织内中性粒细胞和巨噬细胞聚集和炎症反应。但是如果炎症反应过于强烈，导致细胞因子风暴，就会引起严重的组织损伤或死亡。IL-15 敲除小鼠感染流感病毒 A/FM/1 /47 后死亡率降低，说明 IL-15 依赖的 CD8 + T 细胞至少部分参与了A 型流感病毒引起的急性肺炎的发病。

4． 6 胰蛋白酶 血管内皮细胞的“流感病毒-细胞因子-蛋白酶”循环是血管通透性升高、多器官功能衰竭的重要机制之一，严重的流感会引起细胞因子风暴、水肿和多器官功能衰竭等临床表征。甲型流感病毒感染后，可导致 TNF-α、IL-6、IL-1β 病毒的血凝素加工蛋白酶和胰蛋白酶的水平升高，病毒复制、肺部和脑部血管的通透性显著增加等。胰蛋白酶介导病毒血凝过程，这是病毒入侵和多循环复制的关键。胰蛋白酶上调通过其受体 PAR-2 触发细胞功能的调节，如增加钙动员和线粒体膜的通透性，抑制 ATP 的生成和紧密连接蛋白-1 的流失。重症流感患者线粒体功能受损很容易引发能量危机，造成血管通透性增高。

4． 7 补体系统 有学者提出认为: 补体是炎症反应的中心。如果过度激活补体系统，身体就会有强烈的炎症反应或组织损伤，导致病理过程。事实上，由流感引起的死亡率，流感病毒本身并没多少作用。但病毒引发的“细胞因子风暴”产生过度的免疫反应可能会导致肺组织炎症和致命的肺组织损伤，从而增加流感死亡率。研究证明，由流感病毒引起的肺组织的炎性损伤与补体活化密切相关。

5 细胞因子风暴相关的流感病毒感染的防治流感病毒感染的防治以往基本以疫苗接种、抗病毒药物的使用为主，但在伴随细胞因子风暴的流感病毒感染防治方面，免疫抑制剂的使用，以及和其他手段的综合应用得到越来越多的重视。

5． 1 鞘氨醇类似物

细胞因子风暴在各式各样的病毒、细菌、免疫疾病的病理机制中起着作用，对抗流感病毒感染引起的高发病率和高死亡率，一个潜在的方法是限制宿主的免疫反应。然而，以前的治疗方案，如采用药物皮质类固醇，全面抑制宿主的免疫反应，在很大程度上效果并不理想。由于抑制细胞因子并不能防止死亡，反而扰乱了宿主控制病毒复制的能力。利用鞘氨醇-1-磷酸盐( sphingosine-1-phosphate，S1P) 受体信号通路，可以显著抑制宿主的固有免疫和适应性免疫反应引起的免疫病理损伤，从而降低流感病毒感染的发病率和死亡率。此外，S1P 类似物治疗能产生足够的抗流感病毒的 T细胞和抗体的形成，以控制感染。S1P 类似物与其他的抗病毒药物联合使用，疗效明显提高。而且，其治疗的范围很可能超出流感病毒感染，用于其他病毒感染和自身免疫性疾病等的治疗。

5． 2 NA 抑制剂和 M2 通道抑制剂

禽流感 H5N1 病毒感染通常伴随细胞因子风暴的发生，导致高死亡率。已有多例禽流感 A/H5、A/H7、A/H9 亚型病毒感染人的报告，而 A/H5N1 病毒感染的病死率更是大于 50% 。突变或重组病毒能够高效的人与人传播可能会引发另一场流感大流行。目前推荐用于治疗和预防 H5N1 流感的抗病毒药物有神经氨酸酶抑制剂，如 oseltamivir( 达菲) 和 zanamivir( 乐感清) 等，以及 M2通道抑制剂( 金刚烷胺和金刚乙胺) 等。但是，也有报道称 oseltamivir 单独使用对细胞因子风暴引发的高死亡率效果不佳，应考虑这些免疫调节剂的组合使用。

5． 3 PPAR-γ 拮抗剂

由于炎症往往伴随着免疫反应的产生和发展，流感病毒引起的免疫失调，表现为炎性细胞因子的分泌致使肺部炎症和损伤。除了调节脂质和糖代谢，过氧化物酶体增殖物激活受体( peroxisome proliferator-activated receptors，PPAR)在拮抗关键炎症通路如 NF-κB、AP1 和 STAT 中发挥重要的作用。它们在调节病原体引起的肺部炎症反应中的作用越来越受到重视，也应用于发现新型抗糖尿病及降脂药物。

5． 4 Slit 蛋白

免疫系统为抵抗细菌或病毒而进入超速运转的时候会释放多种炎性细胞因子，如 IL-1β 和 TNF-α，这种旺盛的细胞因子释放反过来会造成败血症、脓毒症，发生细胞因子风暴，导致毛细血管渗漏、组织水肿、器官衰竭、休克等。London 等研究认为激活可溶性配体 Slit 内皮特异性的Robo4 依赖性信号途径，就可以加强血管屏障，减少宿主应答病原体诱导的细胞因子风暴的伤害。这样减少了肺和其他器官的血管 通 透 性，增 加 了 感 染 细 菌 内 毒 素、多 菌 败 血 症、H5N1 禽流感等动物模型的生存机率。这种提高宿主自身免疫反应的血管系统的适应能力是一个可用于多种传染性病原体的治疗策略。

5． 5 寡核苷酸

鉴于 H5N1 禽流感病毒感染的高死亡率，发展新型广谱的预防和治疗药物抵抗感染迫在眉睫。Jin等设计和筛选出针对聚合酶碱性蛋白 2( PB2) 的寡聚核苷酸来抑制 H5N1 流感病毒的繁殖。在 MDCK 细胞中，通过血凝实验、空斑形成和病毒 RNA 表达检测证明 RNA 寡核苷酸能有效抑制病毒复制。相对于免疫调节剂 celecoxib 或 PB2 寡核苷酸的单独使用，在小鼠感染模型中，PB2 寡核苷酸和 celecoxib的联合使用可显著降低小鼠病毒载量，调节细胞因子分泌，并改善肺部病变和动物的生存。

5． 6 补体抑制剂

由于补体是一种生理性防御和病理损伤介质，系统抑制可能会导致包括感染在内的副作用。因此，抑制补体活化可以显著降低肺组织的炎性损伤。Zhang 等设计补体激活位点的靶向补体抑制剂，以 CR2 作为靶向载体，补体抑制剂如 CD59 和 Crry 有针对性地对炎症部位特异性抑制补体活化，从而抑制局部炎症反应。通过体内和体外试验来检验 CR2-CD59 和 CR2-Crry 靶向补体抑制剂的融合表达及其生物活性。将 CR2 靶向补体抑制剂用于治疗小鼠流感病毒性肺炎模型，用 PBS 作为对照组，观察小鼠的存活率和肺组织的损伤，评估 CR2 靶向抑制剂对流感病毒引起的肺炎的效果。结果证明，CR2 靶向补体抑制剂有望成为治疗病毒性肺炎的理想药物。

5． 7 其他对抗流感引发细胞因子风暴的手段

有报道证实，多粘菌素 B 固化纤维直接血液灌流( direct hemoperfusion withpolymyxin B-immobilized fiber，PMX-DHP) 治疗的患者，流感病毒感染引发的细胞因子风暴伴随全身炎症反应综合征( systemic inflammatory response syndrome，SIRS) 导致的低氧血症立即改善。紫外线 B( ultraviolet-B，UVB) 辐射和维生素 D可减少炎性细胞因子的产生，抑制 H1N1 病毒感染引起细胞因子风暴，减少次生细菌感染和死亡。研究结果表明，滴鼻减毒百日咳菌( Bordetella pertussis，BPZE1) 可以显著减少肺部炎症和组织损伤，降低中性粒细胞浸润，极大抑制促炎介质的产生，为治疗流感病毒感染提供了一个潜在的选择。而 H5N1 禽流感疫苗的研发也得到了极大关注。此外，血浆置换在 2009 pH1N1 A 型流感相关的呼吸衰竭的抢救和血流动力学的休克治疗也有不错的效果。亚低温有可能稳定免疫活性和脑水肿，保护大脑，治疗流感病毒感染引发的急性脑病和脑炎。

6 展望

近年来，细胞因子风暴对流感病毒感染方面的影响得到了广泛的研究，在其调控和免疫作用方面都取得了很大的进步，但是流感病毒感染后导致高死亡率的具体机制尚未明确。同时，对抗流感病毒、抑制细胞因子风暴的药物和方法仍有待研究。因此，更深刻的研究细胞因子风暴在流感病毒感染中的作用机制及其功能调控措施，探讨免疫抑制剂与抗病毒药物等其他手段联合应用来对抗流感，将会对疾病的防治提供积极的帮助。