译者：王凌伟 陈峰 董晓伟 秦崇
|
译者：王凌伟 陈峰 董晓伟 秦崇 摘 要 重症急性呼吸综合征（SARS）是一种有显著发病率和死亡率急性呼吸道疾病，尽管该疾病的临床表现已经被广泛研究，但其发病机制尚未完全研究透彻。一些有限的尸体解剖研究发现主要是肺脏和免疫系统受到严重伤害，其他受累器官包括肾脏、脑、消化系统、心脏、肝脏、甲状腺和泌尿系统。初级靶细胞是肺泡上皮细胞和肠上皮细胞，这两种细胞均大量表达了血管紧张素化酶II，而该酶是SARS冠状病毒受体。其他受累细胞包括了肾小管上皮细胞、脑神经元细胞和免疫细胞。该疾病的病理学可见直接和非直接的损伤，直接损伤由病毒感染攻击靶细胞导致，非直接损伤来源于免疫应答、循环系统功能障碍和低氧。在这个研究里面，我们从总体、细胞学和分子生物学的水平总结了SARS主要的病理学表现，并探讨多种不同的可能的发病机制，其意义在于提出发病机制假设，并用于疾病的预防、诊断及治疗。 01 简 介 重症急性呼吸综合征（SARS）是一种有显著发病率和死亡率急性呼吸道疾病，该病首先在2002年底于中国广东省发现，后来很快传播至整个东南亚及全世界的国家，该疾病爆发后报道了8096例可能的病例，死亡率为9.6%（WHO）。 SARS是由两个阶段组成的疾病过程，首先是流感为主的症状，包括肌肉酸痛、畏寒发热等不适，起病初期有呼吸道及消化道症状，发热8-9天后大约有20%的患者临床恶化并发展为呼吸衰竭，甚至死亡。实验室检查的典型特征包括淋巴细胞减少、血小板减少，乳酸脱氢酶增高，以及肝酶升高。大部分住院病人的胸片变化可见双肺间质性改变到局部实变。导致SARS的病原体被鉴定为一种冠状病毒SARS-CoV，该病毒的基因已经被测序。该疾病的流行病学、临床表现、实验室检查及影像学特征已经被详细研究了，然而发病机制尚未完全明确。 这篇回顾根据迄今发表的SARS患者的验尸报告，包括了之前关于该疾病导致的多器官感染的文章，从总体、细胞学和分子生物学做出总结。此外，我们讨论了许多目前已知的可能导致该疾病发生发展的机制，还包括了一个我们学组提出的发病机制，其意义在于提出发病机制假设，并用于疾病的预防、诊断及治疗。 02 病理学改变 SARS患者的验尸报告发现他们的肺平均比普通人的肺更重，大体标本可见严重肺实变、水肿、胸腔积液以及肝样变，有些患者可见沿气管支气管束分布的局部出血及粘液脓性物质。 显微镜下可见典型的弥漫性肺泡损伤DAD，根据形态学的改变，许多学者把SARS的肺损伤分为两到三个连续的阶段，与疾病的持续时间相关联。这些阶段包括：急性渗出性炎症阶段、纤维增殖阶段以及最终的纤维化阶段，尽管从组织病理学可见上述不同阶段的重叠。在同一个肺组织标本内可见这三个阶段的特征，第一阶段的进行性肺损伤在大部分病例中均可见到，即便是病程的108天以后。急性阶段的特征是广泛的肺透明膜形成、肺水肿、肺泡出血以及肺泡腔内的纤维蛋白渗出，可见细支气管纤毛上皮细胞减少及破坏，表明严重细支气管损伤。增殖阶段的特征是小叶间隔增厚、肺泡上皮细胞增生、组织纤维化和细胞渗出。在最终的阶段，可见肺泡及间隔纤维化，且纤维化的范围和疾病的时程正相关。 除了目前已知的肺脏病理学上所发现的组织学变化，另有其他的病理学改变被发现，这包括了肺泡上皮细胞的脱屑性改变，鳞状上皮化生，血管损伤，包括脉管炎和血管性水肿，以及OP损伤表现，比如小气道内纤维肉芽组织增生及胸膜下肺泡腔内病变。血管纤维蛋白血栓和肺梗死也在不少病例中被发现。Hwang报道了一种急性纤维素性机化性肺炎的模式，主要特征是肺泡内纤维团块及机化性肺炎，然而，这类病理表现的临床意义尚未完全阐明。 许多SARS的尸体解剖展示了随后的支气管肺炎，特别是在病程超过10天以后。肺病原学检测主要结果包括：铜绿假单胞菌、金黄色葡萄球、毛霉菌、曲霉菌及巨细胞病毒。 有些人认为少量肺炎症细胞浸润可能是SARS的主要病理学特点，肺间质及肺泡内见多种细胞浸润，在大多在肺组织样本中主要由巨噬细胞和淋巴细胞组成，尽管有些样本仅见巨噬细胞为主要细胞。大部浸润的淋巴细胞表现为CD3(+) T细胞，有些为B细胞(CD20+)，而NK细胞(CD56+)大量缺乏。 不少学者报道了不典型的、增大的肺泡上皮细胞，可见特征性的大细胞核、核仁以及两性分子的细胞质颗粒。另外，在大多数病例中报道了具有多个细胞核的大合胞体细胞。免疫生化证实这种多核细胞是巨噬细胞和/或上皮细胞。然而，多核细胞的出现并不认为是SARS的特征，因为其他病毒引起的肺炎也可以导致多核细胞的出现。在这种多核巨噬细胞和上皮细胞中应用原位杂交（ISH）检测到了SARS病毒基因组。 应用逆转录PCR（RT-PCR）在尸检肺组织样本通常检测到SARS-CoV RNA。甚至在1例患者发病后第8周也能检测到高病毒载量。原位杂交证明了SARS-CoV基因片段存在于Ⅱ型肺泡细胞、巨噬细胞/单核细胞和 T 淋巴细胞中。原位杂交（ISH）信号定位在细胞浆。两个研究小组在气管和细支气管上皮细胞也检测了病毒基因组。目前在未发表的资料里也有肺上皮细胞和成纤维细胞感染的证据。冠状病毒样颗粒，以及一些病例中冠状病毒核衣壳包涵体，通过电子显微镜在肺泡细胞和巨噬细胞中被观察到。这些颗粒的身份通过被免疫金标记而证实。 一些作者注意到上述的病理特征不是SARS独有的特征，弥漫肺泡损伤可以由其他原因引起，比如细菌、氧毒性、创伤和药物。所以，SARS肺炎和非SARS肺炎之间的鉴别，若没有另外的试验如原位杂交、RT-PCR和病毒分离，不可能由肺组织病理特征定诊。然而，某些虽然不是SARS感染的特征，但可以帮助区别SARS-CoV和其他因素引起的弥漫性肺泡损伤，第一，与非SARS病例相比，在SARS病例中实变、水肿和透明膜形成表现更显著，尽管有些作者认为这是病程的不同。第二，不同于其他因素引起的肺炎，SARS肺炎的炎症细胞浸润的特征是缺少甚至没有细胞但参与。第三，广泛的血管内皮的损伤和上皮细胞损伤是SARS的突出特征。 另外，某些肺外表现有助于证实可疑的SARS病例。首先，SARS常常合并感染和多器官损伤。其次，免疫系统的损伤在SARS致病过程中起了主要作用，肺组织病理发现脾、淋巴结和肠的淋巴组织破坏证实了免疫系统的损害。以前没有发现其他类型的肺炎有能力引起如此广泛的器官损伤和如此严重的免疫系统功能障碍。 对比了SARS和禽流感（H5N1）组织病理特征，发现，SARS和禽流感（H5N1）均是以肺细胞为攻击目标的急性感染性疾病，两者均以弥漫性肺泡损伤为特征。然而，与禽流感（H5N1）相比，SARS的弥漫性肺泡损伤进展的较缓。SARS和禽流感（H5N1）的机化阶段均以肺纤维化为特征，与SRAS相比，禽流感（H5N1）的纤维细胞要少。 2.2 免疫系统 SARS对免疫系统具有极大的破坏。在淋巴结和脾中通常出血性坏死通比较多。在某些淋巴结，特别是肺门淋巴结，生发中心被破坏，剩余的窦内可见细胞浸润。在许多病例中都有发现脾白髓萎缩，T淋巴细胞和B淋巴细胞耗竭，生发中心消失。动脉周围淋巴鞘数量减少，脾包膜缩小。而且，脾的红髓出现大量出血和坏死。Peyer的斑块也受到影响，CD20阳性B细胞和CD3阳性T细胞均减少。RT-PCR在脾脏和淋巴结均显示出高病毒载量。在免疫细胞方面，大多数SARS患者观察到淋巴细胞减少，特别是T细胞淋巴细胞减少。CD4和CD8细胞计数均显著下降，而CD4/CD8比值保持正常。在一个临床病例总结中，SARS患者淋巴细胞亚群的绝对计数如下:T细胞(0.60±0.33)×109 L−1,CD4阳性T细胞(0.27±0.15)×109 L−1,CD8阳性T细胞(0.29±0.20)×109 L−1,B细胞(0.21±0.18)×109 L−1,NK细胞(0.17±0.10)×109 L−1。T细胞计数一般在发病后2周左右达到最低点。 在我们对SARS和免疫系统的研究中，EM和原位杂交分别检测到了SARS患者血液样本中单核细胞和淋巴细胞的病毒颗粒和基因组序列，提示SARS- cov能够感染这两种细胞。循环系统中大约淋巴细胞约50%，单核细胞约30%被SARS-CoV感染。绝大多数感染的淋巴细胞经免疫组织化学鉴定为T细胞，其余被感染的细胞有B细胞和NK细胞。电镜显示，病毒颗粒易于形成簇，并位于内质网内或附近。此外，在尸检病例中，除了巨噬细胞数量小幅度减少外，脾脏内所有类型的免疫细胞数量均明显减少。然而，巨噬细胞的平均大小似乎增加，表明可能被活化。在尸检中，EM和ISH均证实了循环血液、脾脏和淋巴结中大量的巨噬细胞和淋巴细胞被感染。 2.3 骨髓 部分SARS病例中，在骨髓活检中发现了噬血细胞现象，但在其他病例中没有发现。目前尚无低增生性骨髓的病例报告。骨髓样本的SARS病毒RT-PCR和ISH的检测均均呈阴性。 2.4 消化道 总的来说，对消化系统的大体检查没有明显的变化。在一些已确诊的SARS病例中，曾有消化道轻度弥漫性炎症和自溶性改变的报道，而其他报道未见组织学异常。消化道最显著的组织病理学改变是粘膜下淋巴组织的萎缩，本综述2.2节对此进行了详细描述。小肠和大肠粘膜的上皮细胞通过原位杂交、荧光原位杂交、RT-PCR和EM证实被SARS-CoV感染。这一发现与报告一致粪便样本中用RT-PCR和病毒分离检测到病毒一致。没有发现食管或胃组织的组织学异常 2.5 肝 2.6 泌尿系统 部分SARS患者尸检发现肾脏局灶性出血，不同程度的肾小管坏死。肾脏内没有发现肾小球病理学或细胞浸润。良性高血压性肾硬化和自溶等非特异性表现出现在许多病例中。原位杂交和EM均已在肾小管远端上皮细胞中检测到病毒序列和颗粒。远端小管中检测到病毒也可能解释了尿液样本中存在病毒RNA，并分离出SARS-CoV。 2.7 神经系统 脑组织标本组织学检查显示神经元变性坏死、水肿、广泛的胶质细胞增生和细胞浸润。浸润细胞包括小胶质细胞/定居巨噬细胞和CD3阳性T淋巴细胞。通过EM和原位杂交，在大脑神经元的细胞质中检测到病毒颗粒和病毒基因组序列，主要位于下丘脑和皮层，表明病毒可以通过血脑屏障。大脑感染SARS-Co的确切途径尚不清楚。被感染的单核/巨噬细胞通过血脑屏障迁移可能与HIV-1有相似的方式。此外，SARS-CoV与微血管内皮细胞(血脑屏障形成的主要细胞)相互作用也可以促进病毒进入大脑。神经元感染可以对SARS患者常常出现神经系统和心理学症状提供一个解释。 03 SARS的发病机制 在2002年和2003年的SARS疫情中，全球共有8000多人感染SARS冠状病毒（SARS-CoV）。SARS冠状病毒是从中国广东一个活的动物市场发现的果子狸中分离出来的。全基因组序列与人类SARS-CoV基因组的同源性为99.8%，表明了一条种间传播途径。许多其他动物也被发现是宿主或被病毒感染。最近，有报道蝙蝠是SARS病毒的自然携带者。有证据表明SARS-CoV通过飞沫和接触传播以及粪便-口腔途径传播。通过这些途径，SARS冠状病毒可以在动物间或人与人之间传播。 SARS的发病机制是多因素、复杂的。最合理和可能的机制似乎包括病毒对靶细胞的直接损伤和随后免疫系统功能障碍介导的间接损伤。SARS冠状病毒感染免疫系统，除了损伤人肺细胞外，还涉及循环免疫细胞、淋巴结和脾脏。T淋巴细胞和巨噬细胞/单核细胞是SARS-CoV感染的关键免疫细胞。脾白髓损伤严重，脾免疫细胞明显减少。除此以外，SARS-CoV感染肠道上皮细胞、远端肾小管上皮细胞和中枢神经系统。此外，有限的SARS-CoV肺内内皮细胞和纤维母细胞的感染已被证实。 根据这些发现，可以推测以下的发病机制。通过飞沫吸入，SARS冠状病毒到达呼吸道并侵入上皮细胞气管、支气管、细支气管和肺泡的上皮细胞，这些细胞中存在病毒基因组序列。病毒在靶细胞的感染和复制直接导致呼吸道损伤。局部炎症改变破坏了血气屏障的完整性，增加了毛细血管的通透性。纤维蛋白渗出导致透明膜的形成。感染及相关感染导致Ⅱ型肺泡细胞急性损伤，肺泡表面活性物质分泌减少，导致肺泡塌陷。同时，SARS-CoV感染固有免疫细胞和循环免疫细胞。感染的免疫细胞主要包括巨噬细胞和T细胞。观察到的免疫细胞的感染和破坏与事实相符，即淋巴细胞减少症几乎总是在SARS患者中发现。循环免疫细胞将病毒传播到其他器官，包括脾脏和淋巴结。免疫细胞的破坏和脾脏白髓的广泛损伤导致免疫功能低下。免疫防御能力减弱会加剧病毒在肺部的感染和复制，并使病毒对呼吸道肺泡造成损害，导致呼吸窘迫。由外周血淋巴细胞计数确定的免疫功能低下程度可以预测疾病的严重程度和预后。T细胞减少程度与病情严重程度有关的临床观察, 验证了这个假设。以类似的方式，患有糖尿病或免疫功能受损的慢性肝炎的SARS患者预后相对较差。 图示1说明了所提出的机制，包括感染的免疫细胞在SARS发病中的作用。SARS与艾滋病相似，因为两者都是导致免疫缺陷的病毒性疾病。然而，SARS感染各种免疫细胞并迅速进展，而HIV主要攻击CD4淋巴细胞，进展缓慢。需要指出的是，SARS-CoV感染在不同病例中表现出不同程度的严重性。只有最严重的病例才能显示尸检结果中描述的全部病理变化。 其他一些病毒性传染病，如麻疹、埃博拉病毒感染和呼吸道合胞病毒感染，也与严重的淋巴细胞减少有关 。然而，导致这些疾病中淋巴细胞减少的病因似乎与SARS不同。在呼吸道合胞病毒或埃博拉病毒感染中未发现淋巴细胞直接感染，在麻疹患者外周血细胞中仅占很小比例。 因此，对于这些感染，直接感染似乎在淋巴细胞的耗竭中起着次要的作用。 许多研究者推测，宿主免疫过度反应可能在SARS的发病机制中起一定作用。有人认为SARS-CoV感染可能引起免疫系统的过度诱导，在SARS患者中确实发现了细胞因子和趋化因子水平的升高，但不总是这样。 体外研究表明，SARS-CoV感染巨噬细胞和树突状细胞均可引起细胞因子的产生。通过体外实验证明，巨噬细胞、树突状细胞等细胞系感染SARS-CoV后，诱导了某些趋化因子的上调。细胞因子和趋化因子的过度诱导可能通过吸引炎症细胞而导致局部炎症反应的恶化。然而，一些作者认为这些发现不足以得出结论，并对上述过程中细胞因子的相关性表示怀疑，特别是在SARS患者中没有观察到一致的细胞因子谱。 先天免疫反应的缺乏也可能影响SARS的发病机制。甘露糖结合凝集素是天然免疫系统的重要组成部分，在一些SARS患者中被检测到缺乏。这种缺乏可能会增加SARS感染的易感性。此外，体外实验表明，SARS-CoV感染巨噬细胞和树突状细胞后几乎没有干扰素反应。这微小的干扰素反应也可能导致先天性免疫反应的严重不足。 自身免疫反应也可能参与SARS的发病机制。体外实验表明，从SARS患者血清中获得的自身抗体可以诱导上皮细胞和内皮细胞的细胞毒作用 。 血管紧张素转换酶2（ACE2）已被鉴定为SARS-CoV的主要功能受体。ACE2在肺的上皮细胞和小肠以及其他几个器官的内皮和平滑肌细胞表达。ACE2不仅是SARS-CoV受体，而且是SARS相关性肺损伤发病机制的关键成分。根据动物实验，ACE2可以预防呼吸衰竭，而且ACE2下调可能导致急性肺损伤。ACE2是肾素血管紧张素系统（RAS）的负调节因子，因此对血管紧张素II负性调节作用。血管紧张素II似乎是RAS的元素之一 这有助于加重急性肺损伤。关于SARS相关的肺损伤，已经发现SARS-CoV Spike蛋白与ACE2的结合可以降低ACE2的表达 从而诱发急性肺水肿。 局部病毒复制也可能在SARS的发病机制中发挥重要作用。如前所述，细胞损伤的严重程度在不同的器官中是不同的，肺和免疫系统通常承受最严重的伤害。ACE2（功能性SARS-CoV受体）的分布不同解释了这种器官间的差异。但是，这并不能解释 某些细胞类型(如淋巴细胞、成纤维细胞和结肠上皮细胞）不表达ACE2，也受到SARS-CoV的影响。相反，只有很少的血管内皮细胞，虽然这些细胞持续表达ACE2，显示感染SARS-CoV（未发表的数据）。L-SIGN（CLEC4M）和DC-SIGN（CD209L） 据报告是SARS-CoV的额外受体，尽管它们的效率要低得多。体外实验表明，纯合子的L-SIGN起作用 是对SARSCoV感染的保护作用。然而，L-SIGN和DC-SIGN的确切作用还有待进一步阐明. 此外，有证据表明细胞凋亡在SARS的发病机制中起着一定的作用。体外实验表明，某些非结构蛋白的过度表达可能导致多种细胞凋亡。作为这一机制的进一步证据，在SARS患者的肝脏和甲状腺组织样本中发现了凋亡细胞。 最后，认为SARS的发病机制与基因有关。某些HLA单倍型与更容易感染SARS有关。相比之下，L-SIGN纯合子个体对SARS感染的易感性较低。 图1：受感染的免疫细胞在SARS中的发病机制（不包括其他相关的因素） 04 研究意义和未来研究方向 本篇论文所提出的SARS机制对新发疾病的预防、诊断、治疗和未来的研究具有重要意义。更好地了解靶细胞的分布和病毒浓度将为准确和早期检测病毒提供指导。机体免疫功能的状态对于评估SARS的治疗非常重要。机体免疫系统的状态在疾病不同阶段并不相同，这给免疫抑制、免疫支持和激素治疗提供依据，同时也可能有助于确定治疗时机和药量。由于SARS流行期间对其发病机理和免疫病理作用缺乏足够认识，对激素的使用存在争议，而且其治疗效果并非总是有益。此病毒在体内分布广泛，尤其是在血液和白细胞浓度高，提示病毒可能通过血液和体液传播。因在人体的肠道、肾脏、粪便和尿液中检测到病毒，这说明粪便和尿液也可能是病毒的传播途径。SARS疫苗的研制取决于合适的动物模型的建立。由于免疫功能障碍和免疫病理在SARS的发病机制中起着非常关键作用，免疫指标的监测是评价动物模型和研究疫苗有效性的重要参数。这一重要结论至今仍未被研制SARS疫苗的研究人员重视。在对SARS康复患者进行随访时，还需要注意中枢神经系统的感染和其他器官的状况。 关于SARS的发病机理还有许多问题需要进一步探讨。除了已经确定的SARS-CoV受体外，其他相关受体或辅助因子在SARS-CoV与靶细胞相互作用中的机制研究更应该值得关注。此外，免疫细胞的机制需要更进一步明确。趋化因子和细胞因子的作用及其与免疫细胞间的相互作用需要进一步阐明。病毒的遗传突变在引起该病和最终消灭该病流行方面的作用和机制仍知之甚少。 责任编辑：刘宏宇 |
|
|
