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SARS-CoV-2概述
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2019冠状病毒病（coronavirus disease 2019，COVID-19）疫情目前已累及全球200多个国家，截至2020年7月5日，全球确诊病例已超1100万例，死亡53万余例。COVID-19由严重急性呼吸综合征冠状病毒2（severe acute respiratory syndrome coronavirus 2，SARS-CoV-2）所引起，除了呼吸系统症状外，还可引起其他临床症状。随着疫情的扩散、临床病例数的增加，越来越多的病例表现出神经系统损害的症状。2020年3月4日北京地坛医院首次在COVID-19患者脑脊液中检测到SARS-CoV-2。COVID-19患者脑组织可有充血、水肿，部分神经元变性，除此之外还可伴有轴突损伤、髓鞘丢失、胶质细胞凋亡。这些证据表明SARS-CoV-2可以累及神经系统，但关于SARS-CoV-2神经侵袭作用及机制目前仍缺乏了解。笔者通过文献复习，探讨SARS-CoV-2可能对神经系统产生的影响及其机制。 01 SARS-CoV-2概述 冠状病毒是一种有包膜的、单股正链RNA病毒，属于冠状病毒科，分为α，β，γ，δ 4个属，广泛分布在自然界中，其基因组长度为26-32kb，是目前已知最大的正链RNA病毒。迄今已发现7种可引起人感染的冠状病毒，分别为人冠状病毒（human coronavirus，HCoV）-NL63，HCoV-OC43，HCoV-229E，HCoV-HKU1，严重急性呼吸综合征冠状病毒（severe acute respiratory syndrome coronavirus，SARS-CoV），中东呼吸综合征冠状病毒（Middle East respiratory syndrome coronavirus，MERS-CoV）及SARS-CoV-2。 SARS-CoV-2属于冠状病毒β属，形态呈圆形或椭圆形，直径60-140nm，蝙蝠可能为其原始宿主。其RNA基因组由6个主要功能开放阅读框（open reading frame，ORF）组成，包括ORF1a/b，S，E，M，N和辅助基因。S，E，M，N基因分别编码刺突蛋白、包膜蛋白、膜蛋白、核衣壳蛋白，刺突蛋白包括S1和S2两个结构域，S1介导病毒与宿主细胞受体结合，S2介导病毒与宿主细胞融合，是病毒感染宿主的关键步骤。ORF1a/b编码16种非结构蛋白（non-structural protein，NSP），部分非结构蛋白（如NSP1，NSP3，NSP16）参与病毒免疫逃逸过程。基因组分析显示SARS-CoV-2与SARS-CoV高度同源，SARS-CoV-2与SARS-CoV，MERS-CoV引起的肺炎有相似的发病机制。与SARS-CoV一样，SARSCoV-2主要利用血管紧张素转化酶2（angiotensin converting enzyme2，ACE2）进入宿主细胞。但随着病例数的增加、研究的深入，发现SARS-CoV-2感染有许多不同于SARS-CoV感染的表现，如传播的速度、病死率，尤其是对患者免疫系统的快速摧毁、全面攻击人体的主要脏器等，故需要进一步地研究SARS-CoV-2的致病机制。 01 SARS-CoV-2入侵中枢神经系统的途径 2.1 血行途径 血脑屏障（blood brain barrie，BBB）由脑微血管内皮细胞（brain microvascular endothelial cells，BMECs）及其之间的紧密连接、基底膜、周细胞、星形胶质细胞构成。BBB是脑组织与周围环境进行物质交换的通道，是抵御外源性致病微生物的天然屏障，其通透性与中枢神经系统（central nervous system，CNS）的损伤、变性、炎症、感染等密切相关。随着Paniz-Mondolfi等在COVID-19患者BMECs中检测到SARS-CoV-2病毒颗粒，越来越多的学者认为SARS-CoV-2通过攻击BMECs，破坏BBB而进入CNS。SARS-CoV-2感染后产生大量炎性物质，部分炎症因子具有增加BBB通透性的作用，如白细胞介素（interleukin，IL）-1β，IL-6，肿瘤坏死因子α（tumor necrosis factor，TNF）-α等，BBB通透性增加利于病毒进入CNS。SARS-CoV入血后可感染单核/巨噬细胞、淋巴细胞，感染后的细胞可作为病毒转移至CNS的载体，即特洛伊木马机制。SARS-CoV-2感染后单核细胞增多、单核细胞趋化蛋白（monocyte chemoattractant protein，MCP）-1表达增加，而单核/巨噬细胞表达ACE2受体，MCP-1可启动单核细胞及其他炎性细胞向BBB迁移，这些因素均有助于SARS-CoV-2感染单核细胞等炎性细胞后进入CNS。 2.2 跨神经元途径 SARS-CoV，MERS-CoV可以在鼻内感染后通过嗅球经嗅神经侵入小鼠CNS，即通过神经细胞轴突运输机制逆行进入CNS，其中SARS-CoV可迅速扩散到包括丘脑和脑干在内的一些特定脑区，诱导神经元细胞死亡。鉴于SARS-CoV-2与SARS-CoV基因组序列具有高度同源性，嗅上皮细胞均表达ACE2受体，结合部分COVID-19患者嗅觉丧失，我们推测SARS-CoV-2可能也通过嗅神经入侵CNS，具体机制需要进一步研究。SARS-CoV-2也能通过ACE2受体感染人肠道上皮细胞，推测SARSCoV-2有可能通过肠神经元经肠脑轴进入CNS。 03 COVID-19患者神经系统损害的机制 Mao等报道了214名COVID-19患者，其中有36.4%出现神经系统症状，包括头晕、头痛、意识障碍、急性脑血管疾病、共济失调、癫痫、神经痛、骨骼肌损伤、嗅觉丧失及味觉丧失，严重感染者更为常见。Wadman等论述了SARS-CoV-2累及神经系统时可出现脑炎、癫痫发作、交感神经风暴、脑卒中、丧失嗅觉等。已有学者在COVID-19患者脑脊液中检测到SARS-CoV-2，SARS-CoV-2RNA。Paniz等对1例74岁的西班牙男性COVID-19死亡患者进行尸检，发现其神经元胞质出现空泡现象，并在额叶、BMECs中检测到SARS-CoV-2病毒颗粒。虽然COVID-19患者神经系统损害的症状轻重不一，但足已表明SARS-CoV-2感染可对神经系统造成损害。目前尚不清楚SARS-CoV-2影响神经系统的机制，通过文献复习，推测其可能通过以下几个方面累及神经系统。 3.1 抑制细胞免疫 SARS-CoV感染早期会大量消耗T淋巴细胞，引起免疫系统损害。SARS-CoV-2感染的一个关键特征是淋巴细胞减少，且T淋巴细胞减少的程度与疾病严重程度密切相关；另外，SARS-CoV-2还可能感染树突状细胞，树突状细胞功能障碍可引起T细胞凋亡和T细胞活化缺陷，从而导致T细胞衰竭。这表明SARS-CoV-2感染后免疫系统功能降低，脑局部免疫监测能力可能减弱，致使病毒快速扩增，入侵神经系统。 3.2 低氧血症 低氧血症是SARS-CoV-2感染后的主要临床表现之一。缺氧会影响线粒体功能导致能量衰竭，同时无氧酵解增加致使乳酸增多，大量乳酸堆积在细胞内可引起酸中毒和脑水肿。另外，低氧状态下明显增加的氧自由基可通过增加兴奋性氨基酸的神经毒性，活化一氧化氮合酶，诱导炎性细胞浸润及细胞因子释放，产生炎症反应，导致包括神经细胞不可逆性死亡在内的一系列细胞损伤。 3.3 炎症作用 SARS-CoV-2是炎性因子的有效诱导剂，可激活免疫细胞，诱导炎症因子及趋化因子的分泌，损伤脑组织。Huang等观察到COVID-19患者血清中IL-1β，干扰素诱导蛋白（interferon-induced protein，IP）-10，MCP-1，粒细胞集落刺激因子（granulocyte colony-stimulating factor，G-CSF）和TNF-α含量增加；Chen等报道部分COVID-19患者血清中IL-6含量增加。这些炎性因子通过直接或间接诱导炎症细胞的聚集，参与脑损伤的发生。G-CSF可导致全身或局部炎性物质增加，具有促炎作用，在自身免疫性疾病（如自身免疫性脑脊髓炎）和炎症性疾病的发生、发展中起关键作用。IL-6通过经典顺式和反式途径引发“细胞因子风暴”，且高水平的IL-6可导致伴有神经变性和认知功能下降的进行性神经系统疾病。MCP-1可将炎症细胞募集到CNS，促进易感染病毒的细胞进入CNS，同时放大炎症反应，加重脑损伤。在SARS-CoV与MERS-CoV感染患者中发现血清G-CSF，IL-6，IL-8和MCP-1水平升高，而脑脊液中水平更高，表明多种细胞因子表达谱可能引起脑内免疫损伤。因此，在对COVID-19患者的诊治过程中，需重视患者体内细胞因子水平的变化，必要时可行脑脊液细胞因子水平检测。 3.4 诱导神经元变性与细胞凋亡 3.4.1 病毒可能直接参与神经病理损伤 HCoV刺突蛋白除了识别受体、介导细胞融合外，还参与神经细胞变性和神经细胞损伤。SARS-CoV感染后包膜蛋白与核衣壳蛋白参与神经细胞凋亡过程。小鼠CNS持续感染HCoV-OC43后，编码病毒表面刺突蛋白的S基因可发生点突变，使星形胶质细胞摄取谷氨酸出现障碍，其后通过酶级联反应启动细胞死亡过程，最终可导致与后肢瘫痪相关的神经元退化、脱髓鞘改变。鉴于SARS-CoV-2的结构及其S基因存在突变，推测该病毒可能直接参与了神经元的变性和最终死亡过程。 3.4.2 病毒可能介导免疫反应致神经病理损伤 自身反应性T细胞在多发性硬化（multiple sclerosis，MS）患者感染HCoV-OC43，HCoV-229E后可同时识别病毒及髓鞘抗原，提示感染病毒后的免疫应答反应可能参与MS等神经病变的诱导或恶化。HCoV-OC43感染后由于炎症反应等因素，诱发Ca2 超载，激活Bax，半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶（caspase）-3，caspase-9及线粒体蛋白AIF等促凋亡因子，导致神经细胞程序性死亡。SRAS-CoV-2感染后会引发炎症风暴，故推测SRAS-CoV-2感染后过度的炎症反应可能导致神经细胞凋亡，具体机制需要进一步研究。另外，SARS-CoV-2感染后引起的低氧血症、炎症反应还可导致氧自由基增加，也可能促进脑细胞凋亡或死亡而引起脑损伤。 3.5 ACE2 ACE2为血管紧张素转化酶的同源物，可在肺、心、肾、胃肠道、血管中表达，具有高度组织特异性，通过水解血管紧张素（angiotensin，Ang）II为Ang（1-7）发挥扩张血管、抗氧化应激、抑制炎症及抗血栓等作用。ACE2在大脑中某些特定部位表达，如Butowt等在人胶质细胞和神经元中检测到ACE2受体。Kuba等认为SARS-CoV感染会降低ACE2的表达，而ACE2是SARS-CoV-2进入宿主细胞的主要受体；与SARS-CoV相比，SARS-CoV-2与ACE2的亲和力更高。笔者推测SARS-CoV-2感染后也会导致ACE2低表达。但SARS-CoV-2能否经ACE2受体介导损伤CNS，还需更多的病理证据予以阐明。 04 SARS-CoV-2感染可能对神经系统产生的影响 4.1 颅内感染 北京地坛医院报道了1名56岁的男性COVID-19患者在起病14d后出现颌面及口角频繁抽搐，体格检查示颈抵抗阳性、四肢肌张力升高、双侧巴氏征及踝阵挛阳性，头颅CT无异常，脑脊液虽无色清亮、生化检测无异常，但压力高达330mmH2O（1mmH2O=0.098kPa），脑脊液宏基因检测证实存在SARS-CoV-2，提示SARS-CoV-2已导致颅内感染。Moriguchi等报道了1名24岁的男性COVID-19患者在起病后的第9天出现意识障碍、全面性癫痫发作，头部磁共振（magnetic resonance imaging，MRI） 弥散加强成像（diffusion weighted imaging，DWI） 磁共振成像液体衰减反转恢复序列（fluid attenuated inversion recovery，FLAIR）示右内侧颞叶和海马高信号改变、海马轻度萎缩，在脑脊液中检测到SARS-CoV-2 RNA，临床诊断为SARS-CoV-2相关的脑膜炎/脑炎。SARS-CoV-2入血后与大量表达ACE2的血管内皮细胞相互作用使后者感染，随着病毒颗粒从内皮细胞中释放，血管结构被破坏，病毒易通过血液循环进入神经系统，这可能是COVID-19患者发生颅内感染的主要原因之一。另外，若SARS-CoV-2可跨神经元传播，则其经嗅神经元逆行途径在颅内感染过程中可能起一定的作用。因此，临床中对于有头痛、呕吐、抽搐及突发意识障碍的COVID-19患者，应警惕并发颅内感染，尽早完善脑脊液常规、病原学与头部影像学检查，早期识别CNS损害并尽早给予干预，避免因为颅内感染导致患者病情加重或死亡。Wang等发现：在高剂量糖皮质激素治疗下，SARS-CoV感染危重患者易感染曲霉菌，而曲霉菌可能会协同或加重SARS-CoV对神经系统的损害。糖皮质激素常被用于部分COVID-19危重症患者的治疗，SARS-CoV-2感染者也可合并机会致病菌（如黄曲霉菌、白色念珠菌）感染，故临床需警惕颅内联合感染。 4.2 中毒性脑病 中毒性脑病是指在急性感染过程中，由全身毒血症、缺氧、代谢紊乱等因素引起的一种可逆性脑功能障碍综合征，其基本病理改变为脑水肿，临床症状复杂多样，包括头痛、谵妄、意识障碍、瘫痪等。COVID-19患者常存在严重缺氧和病毒血症；Mao等报道有39.4%的COVID-19患者出现头痛、意识障碍等脑功能障碍症状；COVID-19患者脑组织可有充血、水肿，有可能导致中毒性脑病。 4.3 急性脑血管疾病 Klok等在184例COVID-19患者中发现38%的患者有血栓形成。患者在感染SARS-CoV-2后由于过度的炎症反应、缺氧、弥漫性血管内凝血易导致动静脉血栓栓塞，增加脑卒中的发生风险。研究表明：伴有高血压、心脑血管疾病的中老年COVID-19患者更容易发生脑血管疾病，但随着病例数的增加，年轻患者出现脑卒中亦不少见。D-二聚体水平在严重SARS-CoV-2感染患者中升高，在死亡患者中更高；其异常升高易形成血栓，一旦栓子脱落进入脑血管，可能导致缺血性脑卒中。既往研究认为：静脉注射丙种球蛋白（intravenous immunogloblin，IVIg）后血液黏稠度增加，大量IgG及免疫复合物形成会促使SARS相关性脑梗死的发生，类固醇激素起协同作用。而静脉应用糖皮质激素及IVIg是抢救部分COVID-19危重症患者的常用方案。因此，在COVID-19患者救治过程中应警惕脑血栓的发生。Poyiadji等报道的1例50多岁的女性COVID-19患者，发生COVID-19相关的急性坏死性出血性脑病，头颅CT显示双侧丘脑内侧信号对称性衰减，脑血管成像无异常。Das等认为COVID-19患者出现急性坏死性出血性脑病后脑局部炎症反应的增强可能诱发患者发生脑卒中。而SARS-CoV-2对ACE2的强亲和力会显著抑制ACE2发挥扩血管、抗血栓、抑制血管内炎症的作用，由此引发的血管内高凝状态可能是COVID-19患者发生脑血管疾病的关键因素。另外，部分患者感染SARS-CoV-2后血压异常升高、凝血酶原时间延长、血小板减少，也使COVID-19患者发生急性脑出血的风险增加。 4.4 肌肉损害 病毒感染可侵害肌肉，常见的病毒有流感病毒、人类免疫缺陷病毒、巨细胞病毒等，其机制尚不完全清楚，可能与病毒颗粒直接入侵肌肉和/或病毒诱发的免疫反应介导肌肉损伤有关。肌肉损伤是指肌痛或血清肌酸激酶（creatine kinase，CK）大于200U/L。Wang等报道在138例SARS-CoV-2感染患者中，34.8%有肌肉酸痛、血清CK水平升高；Huang等报道的COVID-19病例中，部分患者出现肌痛或乏力、CK升高。Jin等报道了1名60岁男性COVID-19患者在治疗过程中出现双下肢疼痛乏力，CK（11842U/L）、肌红蛋白（>12000µg）、乳酸脱氢酶、谷丙转氨酶、谷草转氨酶均显著增高，考虑横纹肌溶解综合征。SARS-CoV-2感染后肌肉损伤的主要原因可能为：病毒诱发的炎性反应促进肌细胞的溶解；缺氧、电解质紊乱、酸碱代谢失衡影响肌细胞内外离子通道平衡及能量供应，致使肌细胞膜溶解、细胞结构被破坏。因此，在COVID-19患者急性期应及时监测其血清肌酶水平，以便尽早干预，防止致命的肌肉损伤。 4.5 周围神经系统损伤 SARS-CoV，MERS-CoV感染后可能出现多发性神经病、格林-巴利综合征（Guillain-Barre syndrome，GBS）。目前国际上已发现多例COVID-19患者并发GBS，且有患者以GBS症状为首发表现，在疾病进展过程中逐渐出现下肢肌无力、感觉障碍、面瘫、全身或四肢迟缓性瘫痪等表现。Miller-Fisher综合征是在GBS的基础上合并眼肌麻痹、共济失调、腱反射减弱或消失。已报道3例COVID-19患者在起病后数周出现Miller-Fisher综合征，但临床表现不全相同，还有1例COVID-19患者出现颅内多发性神经炎的表现。相关机制可能为SARS-CoV-2感染所致的全身炎症反应、脓毒血症等诱发体内免疫反应，导致周围神经损害。 4.6 急性脊髓炎 急性脊髓炎常与肺炎支原体、单纯疱疹病毒、麻疹病毒等导致的急性感染有关。Zhao等报道1例66岁的男性在感染SARS-CoV-2后1周出现双下肢急性弛缓性瘫痪、大小便失禁、第10胸椎以下水平感觉减弱、双下肢腱反射减弱，头颅CT见双侧基底节及脑室旁腔隙性梗死；诊断为急性脊髓炎，经糖皮质激素、IVIg及抗病毒等治疗后症状好转。由于脊髓神经元包膜表面表达ACE2受体，推测SARS-CoV-2通过结合ACE2受体直接损伤脊髓神经元。但SARS-CoV-2感染诱发炎症风暴产生的炎性因子也可能使脊髓遭受免疫损伤，直接或间接导致急性脊髓炎的发生。 4.7 脱髓鞘疾病 HCoV可在神经细胞、胶质细胞中持续存在，促进慢性神经系统疾病的发展或加重相关后遗症。低水平的HCoV长期存在于CNS，可能通过诱导促炎细胞因子的分泌，激活神经胶质细胞、自身反应性T细胞与髓鞘抗原发生抗原交叉反应，诱导或加重MS等脱髓鞘疾病。急性播散性脑脊髓炎（acute disseminated encephalomyelitis，ADEM）是一种常发生在病毒感染后的脱髓鞘疾病，多见于儿童。Parsons等和Novi等分别报道了1例老年COVID-19患者出现视野缩窄、视力下降、感觉障碍、左侧肢体急性弛缓性瘫痪等表现，脑脊液及血液中IgG寡克隆区带阳性，头颅及脊髓MRI示脑实质多部位强化病灶，均诊断为COVID-19相关ADEM。已有报道MS患者合并SARS-CoV-2感染，需密切观察此类患者感染期间MS症状有无加重。SARS-CoV-2的部分非结构蛋白介导病毒逃避宿主免疫反应及感染后期T淋巴细胞的缺乏，可能使病毒无法被机体识别而长期低水平存在于神经系统，从而促进病毒持续感染，导致髓鞘持续脱失、神经元持续损伤。SARS-CoV-2感染后炎症风暴诱导的炎症状态可能参与脱髓鞘过程。 4.8 其他神经系统疾病 SARS-CoV-2可能对认知、记忆产生短期或长期的影响，已发现在部分COVID患者中出现认知功能障碍；同时在帕金森病患者的脑组织中检测到SARS-CoV-2的存在。因此，在COVID-19患者诊治过程及以后的随访中，应密切观察其是否出现神经元退行性疾病相应的临床表现，或先前存在的临床症状有无加重。 05 结语 目前全球COVID-19疫情仍在持续，累及神经系统的病例报道逐渐增加。SARS-CoV-2感染后大部分患者以呼吸系统症状为主要表现，神经系统症状可能会被忽视，尤其是重症患者。在临床观察中，若COVID-19患者有头晕、头痛、呕吐、抽搐、突发意识障碍、共济失调及肌无力等表现，需高度警惕SARS-CoV-2累及神经系统，应及时完善电生理、脑脊液、SARS-CoV-2核酸或基因检测，积极处理相关神经系统并发症，减轻因神经系统受累对患者的进一步伤害，避免轻症病例发展为重症。 虽有证据表明SARS-CoV-2感染可累及CNS，但关于神经系统受损的表现、严重程度、患者易出现神经症状的危险因素、神经系统受损与COVID-19患者的病程长短及病情严重程度的关系、已治愈的患者是否再次出现神经系统疾病，以及SARS-CoV-2累及神经系统的病理机制，目前仍不甚清楚。需要通过收集大量临床确诊病例对上述问题进一步分析总结，同时了解COVID-19患者短期和长期神经系统受损的患病率、病死率、危险因素，为研究SARSCoV-2累及神经系统的作用机制提供足够的临床依据，协助制订最佳的医疗对策和疾病管理策略。
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