新型冠状病毒肺炎(COVID-19)与2003年发生的严重急性呼吸综合征(severe acute respiratory syndrome，SARS)有相似之处，但前者发生机制尚未阐明。现有证据提示，细胞因子风暴暴发过程与病毒感染的重症肺炎患者临床进程有潜在关联。现尝试借鉴SARS研究经验，结合细胞因子风暴暴发过程，探索COVID-19重型患者的临床进程。探讨动态监测细胞因子风暴对评估COVID-19患者病情的作用；并检测细胞因子风暴易发因素，用于及早预测病情由轻型转化为重型的潜在风险，从而为早期诊断和提早干预重型COVID-19提供线索。
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2019年12月，在湖北省武汉市发现2019新型冠状病毒(2019 novel coronavirus，2019-nCoV)，国际病毒分类委员会将其命名为严重急性呼吸综合征冠状病毒2(severe acute respiratory syndrome coronavirus 2，SARS-CoV-2)。据统计，全国新型冠状病毒肺炎(COVID-19)患者中重症患者占20%，病死率约为3%，目前尚无治疗2019-nCoV感染的特效药物，临床主要采用呼吸支持等对症治疗方法，无法逆转重症患者病情进展，且长时间使用辅助通气的治疗办法存在机械通气相关性肺损伤、继发感染等风险[1]。因此，早期预测病情恶化可能并及早进行分级治疗，是降低感染患者危重型发生率和病死率的关键。
细胞因子风暴(cytokine storm)是一种失控的系统性炎症反应过程，特征是促炎性细胞因子过度释放，引起严重免疫病理损伤。2003年严重急性呼吸综合征(severe acute respiratory syndrome，SARS)发生之后，开始有更多研究讨论细胞因子风暴在重型病毒性肺炎发病机制中的作用[2]。最新的COVID-19病理解剖报道提示患者发生细胞因子风暴[3]。
结合既往研究、现有临床证据和病理解剖证据，可探讨细胞因子风暴与COVID-19重型、危重型病例临床进程的潜在关联。针对细胞因子风暴相关指标，尤其是对细胞因子风暴诱生因素和及早征象的研究，可为细胞因子风暴的监测对重型COVID-19发展的影响提供线索。
2003年，多角度的SARS研究不仅促进了其防控，也加深了对此类突发传染病的认识。而今，COVID-19疫情迅速蔓延，相关研究尚未完善，在此防控紧要时期，对比二者的异同，借鉴SARS研究经验，或有助于加深对COVID-19的认知。因此，基于已公开的数据对二者进行类比，对COVID-19特别是主要引起死亡的重型和危重型病例的特征进行归纳。
二者的传染源均为病毒感染患者及少数无症状感染者。2019-nCoV通过近距离接触传播，潜伏期一般为2～10 d[4]。目前认为，COVID-19主要通过飞沫传播和接触传播，潜伏期为1～14 d，多为3～7 d[5]。截至2月17日24时，31个省(自治区、直辖市)和新疆生产建设兵团报告累计确诊病例72 436例，累计死亡病例1 868例[6]。而至SARS疫情结束时，全国累计感染病例7 747例，死亡829例，病死率约为10%[7]。COVID-19感染的病死率约为3%,较SARS低，但因其感染总人数远比SARS多，所以重症感染人数、总死亡人数多于SARS。这两种传染病均为人群普遍易感，但儿童感染率较低，原因尚不清楚。
遗传进化分析发现，严重急性呼吸综合征冠状病毒(severe acute respiratory syndrome coronavirus，SARS-CoV)、2019-nCoV均属于冠状病毒科β病毒属。二者均属包膜病毒，基因组为正链单股RNA，全基因组比对发现2019-nCoV与SARS-CoV有70%左右的相似性。基因组编码表面棘突蛋白、膜蛋白、小膜蛋白和核衣壳蛋白等主要结构蛋白，其中棘突蛋白表达在病毒包膜上，可促进病毒和宿主细胞表面受体介导的抗原蛋白和膜融合，是重要致病因子[8]。
SARS-CoV主要通过棘突蛋白与细胞膜上表达的血管紧张素转化酶2(angiotensin converting enzyme 2，ACE2)蛋白结合侵犯人体。2019-nCoV编码棘突蛋白的基因较SARS-CoV有4个突变，但整体维持了SARS-CoV棘突蛋白与ACE2蛋白互作的结构构象。生物信息学分析显示，2019-nCoV可通过棘突蛋白与人ACE2互作的分子机制感染人的呼吸道上皮细胞，引起COVID-19[9]。研究表明，2019-nCoV与ACE2的结合力是SARS-CoV的10～20倍，这可能解释了COVID-19传染性较SARS更强的原因[10]。另外，呼吸系统外多种细胞亦表达ACE2，如肝脏、肾脏、消化道、心脏(血管内皮细胞)等诸多部位[11]，可能是病毒感染肺外器官的机制。
SARS患者常首发高热症状，咳嗽不多见，表现为干咳，常无上呼吸道卡他症状。部分患者出现腹泻、恶心、呕吐等消化道症状[7]。2019-nCoV感染的多数患者起病较缓，首发表现为发热、乏力，少数患者可出现消化道症状，与SARS相似。但新型冠状病毒肺炎患者常见干咳，可有鼻塞、流涕。临床出现呼吸窘迫、低氧血症、其他器官衰竭者为重型/危重型COVID-19患者[5]，与重型SARS患者临床表现相似。重型COVID-19患者与SARS患者临床进程相似。
Xu等[3]报道了1例COVID-19死亡患者的病理解剖结果，其肺部病变总体特征与SARS相似。组织学检查显示，该例COVID-19患者双侧弥漫性肺泡损伤伴细胞纤维黏液性渗出，双肺叶呈不同程度的急性呼吸窘迫综合征(acute respiratory distress syndrome，ARDS)表现，与SARS的病理解剖特征相似[12]。二者肺组织病理表现为病毒性细胞病变样改变(viral cytopathic-like changes)，以及肺组织和间质的炎症细胞浸润，高度提示病毒感染后发生免疫过活化造成组织损伤。另外，在该COVID-19患者的心肌间质中也观察到单个核细胞炎性浸润；流式细胞术分析证实外周血CD4＋和CD8＋T淋巴细胞的数量减少，但呈现过度激活状态。细胞因子风暴的发生可部分解释上述全身系统性炎症反应的病理解剖结果。
流行性感冒病毒、SARS-CoV等不同急性呼吸道病毒感染后，重症肺炎的发生均与细胞因子风暴相关[13,14,15]。因此，在导致重症的多种因素中，细胞因子风暴与重症COVID-19患者临床表现之间的关系值得关注。
临床报道99例COVID-19患者中，35例(35%)出现淋巴细胞计数减少[16]。另一研究报道52例危重型COVID-19病例中，44例(84.6%)出现明显的淋巴细胞计数减少[17]。淋巴细胞计数减少亦见于SARS-CoV、中东呼吸综合征冠状病毒感染。在SARS-CoV感染的肺炎患者中，淋巴细胞计数与外周血细胞因子水平呈负相关[2]。关于中东呼吸综合征冠状病毒的研究提示，细胞因子风暴可通过多途径引发淋巴细胞焦亡、凋亡，从而造成外周淋巴细胞计数减少[18]。另外，在部分COVID-19患者血清样本中检测到IL-6水平异常升高[16]。据此推测，COVID-19患者淋巴细胞计数减少与细胞因子风暴发生有关。
临床报道的52例危重型新型冠状病毒感染肺炎者中，37例(71.2%)需要机械通气，35例(67.3%)表现为ARDS，有ARDS表现的老年患者病死率显著上升[17]。ARDS核心病理改变为肺组织和间质的非特异性炎症细胞浸润，造成组织损伤[19]，局部过量释放的细胞因子是诱发病理改变和临床表现的决定因素[20]。研究证实，无论是否与感染相关，各种原因造成急性肺损伤或ARDS的患者其血清细胞因子水平升高，升高水平和病死率呈正相关，细胞因子风暴决定了ARDS的发生、发展[21]。在COVID-19中，细胞因子风暴也与ARDS的发生、发展密切相关。
目前诊疗指南建议，用血气分析结合临床表现对患者病情进行分级；Wang等[24]应用格拉斯哥昏迷评分、急性生理学和慢性健康状况评价Ⅱ、脓毒症相关性器官功能衰竭评价对入住ICU的危重症患者病情进行衡量，上述分级及标准具有普适性，均不针对病毒性肺炎。MuLBSTA评分系统[评价指标包括多肺叶浸润(multilobe infiltrate，Mu)、淋巴细胞计数(lymphocyte，L)、细菌感染(bacterial infection，B)、吸烟状态(smoker，S)、高血压(hypertension，T)，以及年龄是否超过60岁(age，A)，适用于预测病毒性肺炎患者病死率]较传统CURB-65评分标准[包括意识状态(confusion，C)、血尿素氮水平(blood urea nitrogen，U)、呼吸频率(respiratoryrate，R)、血压(blood pressure，B)，以及年龄是否超过65岁5项指标]更为准确[25]，被临床用于预测重症COVID-19患者的死亡风险，现仅有Chen等[16]报道的2例患者临床进程符合预测结果，故该评分对病死率预测的准确性尚待扩大样本量后进一步确认。另外，上述临床现行评分标准和检测指标均仅适用于危重型患者，尚无针对重型COVID-19恶化早期的预测指标。基于细胞因子风暴是重型COVID-19临床进展的潜在机制，故可监测前者相关指标用于衡量和预测病情进展。
Taveira da Silva等[26]首先描述了细胞因子风暴发生过程中，快速反应性细胞因子IL-1、TNF-α和趋化因子IL-8、单核细胞趋化因子1在感染后迅速产生并在数小时内达到高峰；继IL-1等快速反应性细胞因子产生后，外周血中IL-6浓度升高且持续时间更长[27]，IL-6浓度在一定程度上可以代表IL-1、IL-8产生情况。
临床已用IL-6衡量社区获得性肺炎(community aquired pneumonia，CAP)的严重程度、预测ARDS发生风险、预测呼吸衰竭患者病死率。患者入院时，血清IL-6浓度可用于评估CAP严重程度[28]。CAP患者离院时，血清IL-6浓度对离院1年后患者病死率有预测价值[29]。支气管肺泡冲洗液中的IL-6浓度对ARDS发生有预测作用[30,31]；支气管肺泡冲洗液中IL-6、IL-8浓度可用于预测ARDS患者病死率，监测辅助通气效果[30]。现已在部分COVID-19患者血清样本中检测到IL-6水平升高[16]，但IL-6水平与重型COVID-19或ARDS发生风险及病情严重程度的关系尚无报道。
综上，细胞因子风暴相关的免疫学指标，尤其是IL-6等，可能有判断重型COVID-19患者病情严重程度和预测死亡风险的潜在临床价值。
细胞因子风暴发生与重型COVID-19临床进程平行，前者一旦发生将导致难以逆转的临床病情恶化，故及早预测细胞因子风暴发生可以区分轻型COVID-19患者和潜在的重型COVID-19患者，从而及早采取相应措施，以降低重症率和病死率。目前，可借鉴的研究主要有基因多态性和促炎基因表达检测两方面。
一项大样本队列研究发现，人群中特定单核苷酸多态性和感染后免疫应答水平之间的关系与高功能的TLR-1相关；人群中表达TLR-1-7202A/G(rs5743551)者在感染革兰阳性菌后更有可能发生细胞因子风暴，并且更易出现多器官功能衰竭和死亡[32]。其他类型基因多态性也被证实与感染后机体免疫应答水平有关，如人类白细胞抗原、IL-10、IL-12等[33]。
基于非人灵长类动物的研究发现，致命性流行性感冒病毒感染早期核苷酸结合寡聚结构域、富含亮氨酸重复序列和含Pyrin结构域3(nucleotide-biding oligomeriazation domain，leucine-rich repeat and pyrin domain-containing 3，NLRP3)、IL-1b等促炎基因表达上调，从而引发细胞因子风暴，造成损伤[34]。另一项研究证实，老年猕猴基因表达情况与青年猕猴存在差距，老年猕猴更倾向于表达以核因子κB为核心的一系列促炎基因；在病毒载量相似的情况下，老年猕猴感染SARS-CoV后较青年猕猴更易于发生细胞因子风暴，肺部病理损伤及临床症状更严重[35]。与SARS-CoV感染者相似，重型COVID-19患者中高龄人群占比大。基因表达差异部分解释了SARS-CoV感染的老年患者更易发展为重型COVID-19的现象，也可能是造成重型COVID-19患者中高龄人群占比大的原因之一。
基因检测、基因表达差异检测可用于评估细胞因子风暴暴发风险，在细胞因子水平上升之前区分出潜在重型COVID-19患者。考虑到检测耗时与成本问题，现暂未广泛用于临床预测肺炎病情发展，但据此开发针对性强、检测迅速的方法，具有潜在的临床价值。
COVID-19的发病机制尚未完全阐明，对比SARS的表现，结合现有临床证据，推测细胞因子风暴在COVID-19中进行性恶化，发生ARDS、肺外多器官损伤过程中有重要作用。因此，临床监测细胞因子风暴发生、发展情况，可以用于衡量COVID-19严重程度和预测死亡风险。在细胞因子水平异常升高前，即临床表现恶化前期，监测细胞因子风暴易感因素，鉴别出处于恶化前期的COVID-19患者，有更重要的临床意义。对于有针对性和特异性的病毒免疫学检测和监测技术，值得深入研究，可为及早鉴别重型和危重型病例提供有力手段。
所有作者均声明不存在利益冲突
