新冠病毒感染“炎症风暴”新进展！武汉协和医院首次揭秘COVID-19患者细胞因子动力学变化
淋巴细胞减少和炎性细胞因子风暴是在高致病性冠状病毒感染（如SARS、MERS）中被观察到的典型异常，且被认为与疾病严重程度有关。最近也有研究报告，新型冠状病毒（SARS-CoV-2）感染（COVID-19）患者出现外周血淋巴细胞计数下降，以及血清炎性细胞因子水平升高[1, 2]。细胞因子风暴（即，炎症风暴，一旦发生可迅速引起单器官或多器官功能衰竭，最终威胁生命）被认为是重型和危重型COVID-19患者死亡的一个重要原因。
然而，在SARS-CoV-2感染期间，外周血中不同淋巴细胞亚群以及炎性细胞因子动力学是如何变化的在很大程度上仍不清楚。
2月18日，华中科技大学同济医学院附属协和医院（武汉协和医院）的研究团队发表在预印本平台medRxiv上的一篇文章首次描述了不同疾病严重程度的COVID-19患者外周血淋巴细胞亚群和细胞因子的动态变化[3]。
一、COVID-19患者的临床特征
该研究共纳入了40例确诊病例，轻型27例（67.5%），重型13例(32.5%)。有2例重型患者在发病15天和21天死亡。患者中位年龄为48.7±13.9岁，男性患者15例（37.5%），女性患者25例（62.5%）。14例(35%)患者有基础疾病，包括糖尿病(6例)、高血压(6例)、垂体腺瘤(2例)、甲状腺疾病(2例)、肿瘤疾病(2例)。
4例重型患者合并真菌感染，1例重型患者合并细菌感染。所有重型患者和85.2%的轻型患者均有发热 。重型患者产生痰液、肌痛、恶心的发生频率显著更高。
此外，与轻型患者相比，重型患者入院时外周血纤维蛋白原、D-二聚体、总胆红素、天冬氨酸转氨酶、肌酸激酶、C反应蛋白、铁蛋白、血清淀粉样蛋白A水平显著更高。但两组患者血清免疫球蛋白(IgA、IgG、IgM)、补体C3、C4水平无显著差异(表2)。
二、外周血淋巴细胞亚群动力学分析
分析显示，44.4%(12/27)轻型患者以及84.6%(11/13)重型患者淋巴细胞减少。
如表2所示，重型患者入院时外周血淋巴细胞的绝对计数显著低于轻型患者，而总白细胞(WBCs)和中性粒细胞的绝对计数显著更高。此外，两组单核细胞计数无显著差异 (表2)。
之后，研究人员分析了COVID-19患者从发病至发病后至少16天外周血WBCs、中性粒细胞、单核细胞以及不同的淋巴细胞亚群的动力学变化。由于缺乏动力学数据，两例死亡的重型患者被排除在分析之外。
分析结果显示：
1)与轻型患者组相比，重型患者组WBCs计数仅在发病开始时(3天内)显著增加，而在随后的疾病进展期间未见显著增加(图1A)。
2)与轻型患者组相比，重型患者组的中性粒细胞计数不仅在发病开始时显著增加，而且在发病后13-15天也显著增加(图1B)。
3)与轻型患者组相比，重型患者组的淋巴细胞计数持续下降。在发病开始时两组的淋巴细胞计数就已差异显著，到发病4-6天后差异更大(图1C)。不过，在发病后7-15天，重型患者组淋巴细胞计数逐渐升高，在发病16天后变得与轻型患者组水平相当(图1C)。
4)观察期间两组单核细胞计数无显著差异(图1D)。
为了进一步确定COVID-19患者外周血中不同淋巴细胞亚群的动力学变化，研究人员采用流式细胞术对CD3+T细胞、CD4+和CD8+T细胞亚群、B细胞和NK细胞进行分析。结果显示，与轻型患者组相比，重型患者组CD3+T细胞、CD4+和CD8+T细胞亚群持续下降（图2A-C），发病4-6天后这几类细胞计数最低。在发病开始时以及发病7-9天后两组的CD3+T细胞和CD8+T细胞计数差异显著。不过，两组的CD4+ T细胞计数一直未有显著差异。
在整个病程中，两组的B细胞和NK细胞计数无显著差异(图2D和2E)。
三、血清炎性细胞因子水平动力学分析
该研究分析了COVID-19患者血清中IL-2、IL-4、IL-6、IL-10、IFN-γ和TNF-α这些炎性细胞因子的动力学变化。
在轻型患者组，这些细胞因子的血清水平波动很小。相比之下，重型患者组这些细胞因子的血清水平波动更显著（图3）。除IL-6外，所有被检测的细胞因子在发病后3-6天在血清中达到峰值水平。与轻型患者组相比，重型患者组IL-6和IL-10水平均持续升高(图3A和图3B)。在发病16天后，重型患者组IL-6水平开始下降。
研究者们只在发病4-6天后观察到重型患者组血清IL-2和IFN-γ水平显著增加(图3C和图3F)。
在整个病程中，两组的IL-4和TNF-α水平无显著差异(图3D和图3E)。
所有被检测的细胞因子在发病后16天在两组患者中达到相似水平。
四、鉴定重型COVID-19病例的预后因素
研究还发现，中性粒细胞/CD8+T细胞比例（neutrophil-to-CD8+T cell ratio，N8R）是影响重型COVID-19预后最有力的预后因素。
五、小结
总结来说，该研究显示，淋巴细胞减少和促炎细胞因子风暴在重型COVID-19患者中比在轻型患者中更严重，且与疾病的严重程度有关。这些发现可能会有助于更好地理解SARS-CoV-2感染期间的免疫功能障碍以及免疫发病机制。更重要的是，研究鉴定出，N8R也许能作为早期鉴定重型 COVID-19病例的有用预后因子。
六、其它进展
除了来自华中科技大学同济医学院附属协和医院的这项新研究，近日，中国科学技术大学的科学家在研究SARS-CoV-2感染细胞因子风暴方面也取得重要进展。
该校生命科学与医学部魏海明教授团队与中国科大附一院副院长徐晓玲主任医师团队通过对33例COVID-19患者血液30项免疫学指标进行全面分析，发现了新型冠状病毒感染致重症肺炎细胞因子风暴的关键机制。研究揭示，SARS-CoV-2感染后会迅速激活病原性 T 细胞，产生粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子（GM-CSF） 和IL-6等因子。GM-CSF 会进一步激活 CD14+CD16+炎症性单核细胞，产生更大量的IL-6 和其它炎症因子，从而形成细胞因子风暴，导致严重肺部和其它器官的免疫损伤。因此，他们认为，IL-6和GM-CSF 是引发COVID-19患者炎症风暴中的两个关键炎症因子。
根据这些发现，研究团队推测，抗IL-6受体的“托珠单抗”有望用于阻断COVID-19的细胞因子风暴。目前，调查托珠单抗在新型冠状病毒肺炎(COVID-19)中有效性及安全性的多中心、随机对照临床研究（ChiCTR2000029765 ）正在开展，预计招募188例患者，实验组采用“常规治疗+托珠单抗”治疗，对照组采用常规治疗。徐晓玲教授是该研究的负责人。
据中国科大2月16日的报道，第一阶段的临床研究中，14例COVID-19患者在治疗前均有两肺弥漫性病变，其中11例持续发热。采用“托珠单抗+常规治疗”的新方案治疗后，11例发热患者体温24小时内全部降至正常，至今稳定，最长已经持续9天；呼吸功能氧合指数均有不同程度的改善；4例患者肺部CT病灶吸收好转，1例危重症气管插管的患者已经成功脱机。这些数据提示，“托珠单抗+常规治疗”很有可能通过阻断细胞因子风暴阻止患者向重型和危重型转变，从而降低病亡率。
特别备注：根据medRxiv的声明，在该平台发表的文章未经同行评议，这些医学进展还有待评估，因此不应用于指导临床实践。
相关论文：
[1] Wang D, et al. Clinical Characteristics of 138 Hospitalized Patients With 2019 Novel Coronavirus-Infected Pneumonia inWuhan, China. JAMA 2020.
[2] Chen N, et al. Epidemiological and clinical characteristics of 99 cases of 2019 novel coronavirus pneumonia in Wuhan, China: a descriptive study. LANCET 2020
[3] Jing Liu et al. Longitudinal characteristics of lymphocyte responses and cytokine profiles in the peripheral blood of SARS-CoV-2 infected patients
https://www.medrxiv.org/content/10.1101/2020.02.16.20023671v1
参考资料：
1# 战“疫”简报 | 中国科大对新冠肺炎“炎症风暴”取得若干重要研究进展（来源：中国科学技术大学）