
笔者通过回顾分析国内外发表的新型冠状病毒肺炎(COVID-19)、重症急性呼吸综合征、中东呼吸综合征冠状病毒相关文献,探讨COVID-19感染与糖尿病进展可能的生理机制,旨在对疫情期间COVID-19感染合并糖尿病的监测和治疗提供理论参考。
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当前,新型冠状病毒(Coronavirus disease 2019,COVID-19)感染疫情已经被世界卫生组织(World Health Organization,WHO)定义为全球性大流行,趋同进化-跨种传播-隐匿传播的起源传播链逐渐清晰[1, 2],中国通过严格隔离措施[3, 4]以及行之有效的COVID-19感染诊疗方案[5]成功地将国内的疫情基本控制,但欧美国家疫情的大爆发[6, 7]警示我们应该继续重视疫情的防控,外防输入、内防反弹为现阶段的防控重点。目前认为感染COVID-19的老年患者更容易发展成为重症[8, 9, 10],感染患者的年龄与体内病毒载量呈正相关[11],而在全世界范围老年糖尿病的患病率均较高,合并糖尿病的感染者相比无合并症感染者具有更高的重症率和死亡率[12, 13, 14, 15],因此,COVID-19感染合并糖尿病的有效治疗是降低死亡率的重要部分之一。除此之外,居家隔离非必要不出门、医疗资源紧张等原因给糖尿病患者血糖的管理也带来了极大的挑战,无论是COVID-19感染合并糖尿病的治疗还是不能及时就诊、复诊的糖尿病患者,血糖的有效控制均是目前亟待解决的重要临床问题。基于此,笔者分析了COVID-19感染、重症急性呼吸综合征(severe acute respiratory syndrome,SARS)、中东呼吸综合征冠状病毒(Middle East respiratory syndrome coronavirus,MERS-CoV)感染及糖尿病的发病机制,探讨两者之间可能的相互影响,旨在给糖尿病患者提供恰当的治疗方案,降低感染率、重症率和死亡率。
糖尿病是由多种原因引起的以慢性高血糖为特征的代谢性疾病,其中约90%~95%为2型糖尿病。据统计,目前全世界范围糖尿病患病人数约3.82亿,到2035年有可能增长至5.92亿,给全世界医疗卫生领域带来巨大的经济压力[16]。而中国的糖尿病患病人数在全世界位居前列,2013年中国疾病预防控制中心调查统计发现,18岁以上人群糖尿病患病率为10.4%,糖尿病前期患病率约为50.1%。2型糖尿病老年人的比例逐年增加,长期的饮食不规律、缺乏运动等因素导致风险增高,糖尿病及其并发症包括糖尿病肾病、糖尿病心脑血管病、糖尿病视网膜病变等,不仅影响人们的正常生活而且给人体健康带来巨大威胁[17]。
目前尚无相关实验探讨糖尿病与COVID-19感染之间的生理机制,笔者就COVID-19的基因特点、生化结构及SARS、MERS-CoV感染特征进行分析,试图推测糖尿病与COVID-19感染的可能机制。
COVID-19是一种有包膜的RNA病毒,基因组序列分析发现与SARS病毒本身具有79%的序列相似性,同归于beta属冠状病毒[18, 19, 20, 21, 22]。COVID-19与SARS病毒一样均通过关键组分S蛋白(spike protein)表面的受体结合结构域(receptor-binding domain,RBD)与宿主细胞的人体血管紧张素转化酶2(human angiotensin converting enzyme 2,hACE2)受体结合,冷冻电镜解析S蛋白RBD晶体结构发现,COVID-19 RBD与hACE2结合的14个关键氨基酸有8个相同,6个发生了替代[23, 24],残基482-485氨基酸环状结构(Gly-Val-Glu-Gly)的结构变化,Phe486插入ACE2输入口袋等特异性可能使COVID-19 RBD能与ACE2的N末端螺旋结构更紧密结合[25],COVID-19 S蛋白在S1/S2亚基之间的边界处具有furin蛋白酶切割位点,该位点在生物发生过程中会被处理,侧翼的S673、T678和S686发生添加O末端糖基化,可能是COVID-19传染性更高的原因之一[26, 27]。过去对COVID-19基因结构相似、受体相同的SARS的研究中发现,SARS感染患者有很大比例住院期间出现急性糖尿病,并且在死亡患者尸检中发现胰腺内间质细胞增殖[28],在对多个临床回顾性研究数据的分析均发现高血糖和糖尿病是SARS、MERS感染和死亡的独立危险因素[29, 30, 31]。
临床观察发现急性呼吸窘迫综合征(acute respiratory distress syndrome,ARDS)、多器官衰竭(multiple organ dysfunction syndrome,MODS)是COVID-19感染重症化和死亡的主要原因,在患者的病理检查结果中发现体内T细胞大幅减少,免疫功能受损严重[32, 33]。糖尿病加重COVID-19感染进展的可能机制包括:(1)糖尿病患者的免疫功能已经发生改变,国外临床研究发现,糖尿病可能增加流感和肺炎感染风险并加重疾病进展[34, 35],糖尿病患者体液免疫功能受损或失衡,补体C3、C4水平降低,而补体系统介导B淋巴细胞产生针对病毒的特异性抗体,免疫球蛋白生成不足机体清除病毒能力的下降可能增加COVID-19感染的风险。(2)糖尿病患者持续性高糖状态可能导致体内已有的免疫球蛋白糖基化,进一步导致免疫球蛋白缺失,增加感染风险并加重COVID-19病情发展。(3)糖基化环境还可能抑制体内白细胞对细菌的动员、趋化和吞噬能力,降低炎性单核细胞分泌炎症因子,促使嗜中性粒细胞功能紊乱,抗炎性巨噬细胞减少,并且降低主要组织相容性抗体Ⅱ(major histocompatibility complex-Ⅱ,MHC-Ⅱ)表达,抑制多肽抗原反应及细胞毒性T细胞、Th细胞的激活,降低细胞因子的分泌,CD4+/CD8+T细胞失衡、自然杀伤细胞失活等导致糖尿病患者识别并杀伤感染细胞的能力降低,疾病进展加快[36]。(4)糖尿病患者体内血糖、血脂偏高导致血黏度升高,血氧供应减少易加重COVID-19感染引起的低氧血症,增加全身各器官负担,同时高糖、高脂环境有利于病原体在体内生长繁殖,可能继发多重细菌感染风险,增加重症患者救治难度。(5)糖尿病急性代谢并发症如酮症酸中毒和高渗性昏迷导致体液大量丢失、电解质紊乱、酸中毒、呼吸困难等,在COVID-19感染全身炎症反应综合征基础上加快病情发展成为多器官衰竭甚至死亡。(6)动物实验发现,糖尿病小鼠ACE2表达显著增高,而在使用ACE抑制剂、血管紧张素受体拮抗剂和噻唑烷二酮类药物的糖尿病患者ACE2表达也明显升高,提示糖尿病患者可能更易感染COVID-19,并且更容易发展成为重症[37, 38, 39, 40]。
COVID-19感染除了侵犯肺部以外,还对全身各个器官都有可能产生损伤,是一种引起全身性感染和炎症反应的疾病。目前研究认为胰岛β细胞的损伤主要与胰岛炎症、凋亡、去分化等多个机制有关,多个实验结果证实胰岛中有ACE2的表达,主要分布在胰岛内分泌组织中,外分泌组织分布较少。COVID-19感染对血糖影响的可能机制包括:(1)COVID-19侵入人体后结合胰岛β细胞ACE2受体,直接损伤胰岛β细胞,导致胰岛素分泌不足引起血糖升高。(2)COVID-19可能通过结合胰岛α细胞ACE2受体从而降低β细胞ACE2/Ang(1-7)/Mas的保护作用,加重β细胞的损伤和去分化。ACE2是肾素-血管紧张素系统的重要组成部分,ACE2不仅能够降解AngⅡ,而且能导致血管舒张和抗增殖肽Ang1-7的形成,ACE/AngⅡ/AT1R通路与ACE2/Ang(1-7)/Mas受体通路动态平衡破坏将导致多器官炎症加重,ACE2/Ang(1-7)/Mas受体通路可能通过旁分泌途径保护胰岛β细胞在高糖高脂环境下减少去分化和凋亡的发生[41],COVID-19结合胰腺α细胞ACE2受体减少Ang(1-7)分泌,抑制胰腺β细胞Mas受体激活。Mas受体是一种G蛋白偶联受体,通过激活PI3K/AKT调控胰岛素信号通路增强胰岛素敏感性;同时ACE2/Ang(1-7)也能通过拮抗AngⅡ/AT1R通路抑制NF-κB中IkBa的磷酸化减少炎症因子产生[42]。(3)脂肪细胞、肝脏细胞中均有ACE2受体的表达[43],脂肪、肝脏细胞能够转化和消耗体内多余的糖类和脂类物质,病毒结合ACE2受体后可能损伤脂肪,肝脏细胞进一步加重胰岛素抵抗,导致血糖的控制更加困难,胰岛素抵抗致使葡萄糖的摄取、糖原及脂肪合成的能力下降,导致葡萄糖和游离脂肪酸的体内清除过程减慢,血糖水平继续上升。(4)脂肪细胞分泌肿瘤坏死因子-α和白细胞介素-6等细胞炎症因子,进一步促进胰岛炎症增加胰岛素抵抗,促进肺部炎症加重ARDS的发生。(5)COVID-19感染易引起体内炎症风暴和全身炎症反应综合征,激活Toll样受体、辅助性T淋巴细胞1(helper T cell 1,Th1)、Th2和Th17/CD4+CD25+调节性T淋巴细胞失衡,导致胰腺β细胞损伤急性糖尿病的发生,除此之外,炎症因子破坏内皮细胞结构致使胰岛素转运功能障碍,加重胰岛素抵抗[44]。(6)重症及危重症患者体内快速发展的炎症风暴,导致血流量、氧气供应减少打击了机体多个器官,引起多器官功能衰竭,胰腺也不可幸免,导致糖尿病患者合并新冠肺炎重症率及危重症率高,病死率高。(7)在对COVID-19感染患者治疗过程中,由于前期缺少临床数据证据,沿用了SARS治疗成功的部分原则,曾使用了大剂量激素类药物,也可出现血糖波动,因此需要考虑类固醇性糖尿病出现的可能。(8)住院期间饮食规律发生改变,COVID-19感染引起的胃肠道症状可能导致患者经口进食减少,运动减少、补液不足等原因造成血糖波动。
糖尿病患者老年居多,机体免疫应答能力下降,并发症涉及全身多个器官,是COVID-19感染的高风险人群,由于免疫失调、代谢紊乱机体清除病毒能力下降导致感染COVID-19后疾病进展迅速,血糖波动较大,加重各个器官负担的同时又会通过入侵胰岛组织直接或间接损伤胰岛β细胞、加重免疫功能失调、炎症风暴和内分泌失衡等多种方式进一步促进糖尿病的恶化,这种恶性循环的相互作用导致COVID-19感染迅速向重症发展。
COVID-19传染性强,已在全世界200多个国家发现确诊病例,糖尿病患者属于COVID-19感染的高危人群,且糖尿病与COVID-19感染相互影响恶性循环发展明显增高了重症率及死亡率,对全球疫情的控制带来极大困难,糖尿病患者应居家做好自身防护,加强血糖管理,医务人员应该高度重视糖尿病合并COVID-19感染患者的血糖波动及时更换恰当的治疗方案[45, 46, 47, 48, 49]。目前发表的COVID-19感染合并血糖管理的临床资料较少,尚无糖尿病与COVID-19感染之间生理机制的研究,这也是今后亟待解决的重要课题。
所有作者均声明不存在利益冲突





















