細胞因子風暴在流行性感冒病毒感染中的作用及防治研究：流行性感冒病毒( 流感病毒) 感染具有較高的致病率和死亡率，其感染的嚴重程度和病毒引起的以過度炎症反應為特徵的細胞因子風暴密切相關。
流行性感冒病毒( 流感) 是一種嚴重威脅人類健康的呼吸系統疾病。流感病毒感染後機體促炎細胞因子水平顯著上升，引發 宿 主 過 度 的 免 疫 反 應，即“細 胞 因 子 風 暴 ( cytokine storm) ”，可導致肺部感染、水腫、呼吸道功能衰竭等多器官損傷，感染者具有較高的致病率和死亡率，尤其是禽流感病毒感染患者的死亡率高達 50% ～ 80%。
1 細胞因子
細胞因子是由免疫原、絲裂原或其他刺激劑誘導多種細胞產生的低分子質量( Mr ) 可溶性蛋白質，具有調節固有免疫和適應性免疫、血細胞生成、細胞生長以及損傷組織修復等多種功能。細胞因子可被分為白細胞介素、干擾素、腫瘤壞死因子家族、集落刺激因子、趨化因子和生長因子等。眾多細胞因子在機體內相互促進或相互制約，形成十分複雜的細胞因子調節網絡。細胞因子通過旁分泌、自分泌或內分泌等方式發揮作用，具有多效性、重疊性、拮抗性和協同性。細胞因子和其他免疫分子一樣，也是“雙刃劍”，既可發揮免疫調節作用，在一定條件下也可參與多種疾病的發生。
2 細胞因子風暴
近年來，在感染 H5N1 禽流感病毒的患者體內觀察到的細胞因子風暴現象已經引起了公眾和科學團體的高度關注。普遍認為是促炎性細胞因子的過度或失控釋放，是機體感染微生物後引起體液中多種細胞因子如 TNF-α、IL-1、IL-6、IL-12、IFN-α、IFN-β、IFN-γ、MCP-1 和 IL-8 等迅速大量產生的現象。細胞因子風暴與多種傳染性和非傳染性疾病相關。Ferrara 等 1993 年首次提出“細胞因子風暴”的概念，但其很大程度上是由於 2005 年 H5N1 禽流感病毒感染而進入公眾視野，從此廣泛見諸於各種科學文獻。
3 細胞因子風暴在流感病毒感染中的病理表現
趨化因子和細胞因子是“免疫系統的信使”，對免疫反應的協調和控制起重要作用，這一平衡的改變可能會引起肺部炎症反應失控，導致多器官功能衰竭。香港大學和越南醫務研究人員分別採集了 1 例死於 1997 年香港禽流感的患者( H5N1 /97) 和 2 例 2004 年越南患者( H5N1 /04) 及 1 例季節性流感患者( H1N1) 的病毒株，他們用這些病毒感染從非流感患者中採集的肺組織標本，經過定量 RT-PCR 和 ELISA 測定其細胞內細胞因子和趨化因子水平發現，被 H5N1 禽流感病毒感染的細胞，其炎性蛋白水平比人流感病毒 H1N1 感染細胞的高 10 多倍。流感病毒感染中樞神經系統所引發的細胞因子風暴和免疫病理損傷存在一定關係。流感病毒 H1N1 和 H3N2 感染星形膠質細胞後可誘導正常膠質細胞趨化因子及促炎細胞因子轉錄水平顯著上調，引發細胞因子級聯反應。2009 年爆發的甲型 H1N1 流感大流行，在深圳超過 1200 例證實感染的患者中有 3 位年輕患者死於嚴重的肺炎。其中，2 名男童發展為神經系統併發症，而細胞因子風暴似乎是一個重要的致病原因。兒童感染流感病毒後可引發全身性的細胞因子風暴有可能導致失血性休克，急性壞死性腦病，嚴重的導致複雜的多器官功能衰竭( multiple organs failure，MOF) 和瀰漫性血管內凝血( disseminated intravascular coagulopathy，DIC) ，死亡率很高。Akiyama 等報道了 1 例女性感染甲型 H1N1 流感引起血栓性微血管病併發症的案例。該患者循環系統中產生明顯的高比例血管性血友病因子( von Willebrand factor，vWF) 。其原因可能就是流感介導的細胞因子風暴誘導血管內皮細胞大量釋放 vWF 多聚體，機體在微循環產生高剪切應力下形成血小板血栓。
4 細胞因子風暴在流感病毒致病中的致病作用
細胞因子風暴在流感病毒感染過程的致病作用中涉及到內皮細胞、漿細胞樣樹突狀細胞、上皮細胞、神經膠質細胞、巨噬細胞和 CD8 + T 細胞等。此外，可溶性蛋白酶和補體系統也參與其中，發揮著重要作用。
4． 1 內皮細胞 流感病毒感染引起內皮細胞大量釋放細胞因子，這種細胞因子風暴是預示發病和死亡風險的重要指標。禽流感病毒 H5N1 感染患者肺部的嚴重炎症，其原因可能就是由 H5N1 感染誘發的免疫系統細胞因子風暴，宿主在感染過程中缺乏對細胞因子釋放的控制，或替代細胞受體的存在。為了研究其產生途徑，Teijaro 等研究人員利用遺傳學和化學手段研究細胞表面受體 S1P1。證實肺組織內皮細胞在細胞因子風暴產生過程中具有重要作用，是細胞因子風暴的調控中心。當控制血管壁內皮細胞的 S1P1 受體時，會影響細胞因子的釋放。研究人員因此發現了流感病毒使感染者病重甚至死亡的機制，他們認為細胞因子風暴可以預測病毒感染過程的發病率和死亡率，被認為是 1918 － 1919 年間世界大流感和近年來豬流感、禽流感爆發的主要原因。越來越多的證據也支持內皮細胞在這些過程中的重要作用。幾乎所有的 H5N1 禽流感病毒誘導的基因都依賴於 NFκB信號通路的功能。經典的 NF-κB 信號通路調控大部分炎性細胞因子的誘導，尤其是在體內原發抗 H5N1 禽流感病毒的免疫反應，NF-κB 的激活是表達 IFN-β 和影響干擾素依賴基因表達的一個瓶頸。p50 亞基的缺失導致 NF-κB 調節的細胞因子和趨化因子的表達顯著減少［12］就可以證明這一點。
4． 2 漿細胞樣樹突狀細胞( pDC) 漿細胞樣樹突狀細胞( plasmacytoid dendritic cells，pDC) 因其獨特的能力，在細胞因子風暴所涉及的細胞中，它也起著十分重要的作用。pDC細胞能分泌大量的 1 型干擾素( interferon，IFN) ，因此它一方面可在細胞因子風暴致病中發揮作用，另一方面還可能參與限制病毒複製的早期抗病毒反應。pDC 是唯一已知的豬瘟病毒在體外感染產生 IFN-α 的細胞類型，在感染早期伴隨著炎性細胞因子風暴，病毒感染豬的血清中呈現高水平的IFN-α。病毒的主要靶細胞病毒蛋白 Npro通過下調幹擾素調節因子 3( IRF3) 抑制 1 型 IFN 的誘導。
4． 3 上皮細胞 上皮細胞在對抗流感病毒的固有免疫和適應性免疫中具有十分重要的作用，甲型流感病毒在人類上皮細胞增殖感染後，可產生炎性細胞因子/趨化因子的細胞因子風暴。Phung 等 在研究體外感染甲型 H1N1 流感病毒( PR-8) 或非結構蛋白 1( nonstructural protein 1，NS1) 質粒的A549 上皮細胞時發現，上皮細胞被感染後，首先是 TNF-α 調節被激活，調節性激活正常 T 細胞表達和分泌因子( regulatedupon activation normal T-cell expressed and secreted，RANTES)的產生，其次是 IL-6、IL-8、MCP-1 和干擾素的濃度增加，接下來，病毒 NS1 質粒轉染的細胞在髓過氧化物酶( myeloperoxidse，MPO)系統產生大量的 IL-8 和 MCP-1。表明 NS1 蛋白作為 A 型流感病毒唯一的非結構蛋白，在病毒的複製和毒力中發揮重要作用，雖然 NS1 可削弱上皮細胞感染引發的細胞因子風暴，但是可能會誘發細胞中存在的 MPO 系統的細胞因子風暴。
4． 4 神經膠質細胞 兒童感染流感病毒後，在鼻咽上皮細胞複製的病毒可能會破壞嗅黏膜，並通過嗅覺神經系統進入到大腦。病毒與神經膠質細胞直接的相互作用，或病毒刺激神經膠質細胞引起的促炎細胞因子特別是 TNF-α 在中樞神經系統的生產和積累。TNF-α 誘導線粒體呼吸衰竭，細胞因子風暴導致神經細胞的損傷以及星形膠質細胞凋亡，最終血腦屏障被破壞，發展到全身性的細胞因子風暴，導致 MOF 和 DIC。
4． 5 巨噬細胞和 CD8 + T 細胞 季節性呼吸道流感、高致病性病毒株導致的過度的炎症反應會增加宿主的發病率和死亡率，其特點是大量單核細胞和/或巨噬細胞浸潤產生的有害細胞因子風暴［18］。A/H5N1 型病毒在人類和動物體內是非常強的各種細胞因子和趨化因子( TNF-α、IFN-γ、IFN-α/β、IL-6、IL-1、MIP-1、MIG、IP-10、MCP-1、RANTES，IL-8) 的誘導者。巨噬細胞和 CD8 + T 淋巴細胞作為細胞因子風暴豁免細胞，它們主要產生細胞因子 TNF-α，IL-6 和 IFN-γ。已經發現某些病毒基因非結構蛋白 1 ( NS1) 、聚合酶鹼性蛋白 2 ( polymemsebasic protein 2) 、血凝素( hemagglutinin，HA) 和神經酰胺酶( neuraminidase，NA) 的突變可通過增加病毒複製速度、組織嗜性、增加系統侵襲性和促進宿主產生對抗病毒反應的耐受性而激發細胞因子風暴。巨噬細胞通過分泌模式識別受體 NLRP3 結合 A 型流感病毒的 RNA，形成信號蛋白複合體( 又稱炎症小體) ，激活caspase-1，促使細胞分泌前炎症因子 IL-1b 和 IL-18，促使組織內中性粒細胞和巨噬細胞聚集和炎症反應。但是如果炎症反應過於強烈，導致細胞因子風暴，就會引起嚴重的組織損傷或死亡。IL-15 敲除小鼠感染流感病毒 A/FM/1 /47 後死亡率降低，說明 IL-15 依賴的 CD8 + T 細胞至少部分參與了A 型流感病毒引起的急性肺炎的發病。
4． 6 胰蛋白酶 血管內皮細胞的“流感病毒-細胞因子-蛋白酶”循環是血管通透性升高、多器官功能衰竭的重要機制之一，嚴重的流感會引起細胞因子風暴、水腫和多器官功能衰竭等臨床表徵。甲型流感病毒感染後，可導致 TNF-α、IL-6、IL-1β 病毒的血凝素加工蛋白酶和胰蛋白酶的水平升高，病毒複製、肺部和腦部血管的通透性顯著增加等。胰蛋白酶介導病毒血凝過程，這是病毒入侵和多循環複製的關鍵。胰蛋白酶上調通過其受體 PAR-2 觸發細胞功能的調節，如增加鈣動員和線粒體膜的通透性，抑制 ATP 的生成和緊密連接蛋白-1 的流失。重症流感患者線粒體功能受損很容易引發能量危機，造成血管通透性增高。
4． 7 補體系統 有學者提出認為: 補體是炎症反應的中心。如果過度激活補體系統，身體就會有強烈的炎症反應或組織損傷，導致病理過程。事實上，由流感引起的死亡率，流感病毒本身並沒多少作用。但病毒引發的“細胞因子風暴”產生過度的免疫反應可能會導致肺組織炎症和致命的肺組織損傷，從而增加流感死亡率。研究證明，由流感病毒引起的肺組織的炎性損傷與補體活化密切相關。
5 細胞因子風暴相關的流感病毒感染的防治流感病毒感染的防治以往基本以疫苗接種、抗病毒藥物的使用為主，但在伴隨細胞因子風暴的流感病毒感染防治方面，免疫抑制劑的使用，以及和其他手段的綜合應用得到越來越多的重視。
5． 1 鞘氨醇類似物
細胞因子風暴在各式各樣的病毒、細菌、免疫疾病的病理機制中起著作用，對抗流感病毒感染引起的高發病率和高死亡率，一個潛在的方法是限制宿主的免疫反應。然而，以前的治療方案，如採用藥物皮質類固醇，全面抑制宿主的免疫反應，在很大程度上效果並不理想。由於抑制細胞因子並不能防止死亡，反而擾亂了宿主控制病毒複製的能力。利用鞘氨醇-1-磷酸鹽( sphingosine-1-phosphate，S1P) 受體信號通路，可以顯著抑制宿主的固有免疫和適應性免疫反應引起的免疫病理損傷，從而降低流感病毒感染的發病率和死亡率。此外，S1P 類似物治療能產生足夠的抗流感病毒的 T細胞和抗體的形成，以控制感染。S1P 類似物與其他的抗病毒藥物聯合使用，療效明顯提高。而且，其治療的範圍很可能超出流感病毒感染，用於其他病毒感染和自身免疫性疾病等的治療。
5． 2 NA 抑制劑和 M2 通道抑制劑
禽流感 H5N1 病毒感染通常伴隨細胞因子風暴的發生，導致高死亡率。已有多例禽流感 A/H5、A/H7、A/H9 亞型病毒感染人的報告，而 A/H5N1 病毒感染的病死率更是大於 50% 。突變或重組病毒能夠高效的人與人傳播可能會引發另一場流感大流行。目前推薦用於治療和預防 H5N1 流感的抗病毒藥物有神經氨酸酶抑制劑，如 oseltamivir( 達菲) 和 zanamivir( 樂感清) 等，以及 M2通道抑制劑( 金剛烷胺和金剛乙胺) 等。但是，也有報道稱 oseltamivir 單獨使用對細胞因子風暴引發的高死亡率效果不佳，應考慮這些免疫調節劑的組合使用。
5． 3 PPAR-γ 拮抗劑
由於炎症往往伴隨著免疫反應的產生和發展，流感病毒引起的免疫失調，表現為炎性細胞因子的分泌致使肺部炎症和損傷。除了調節脂質和糖代謝，過氧化物酶體增殖物激活受體( peroxisome proliferator-activated receptors，PPAR)在拮抗關鍵炎症通路如 NF-κB、AP1 和 STAT 中發揮重要的作用。它們在調節病原體引起的肺部炎症反應中的作用越來越受到重視，也應用於發現新型抗糖尿病及降脂藥物。
5． 4 Slit 蛋白
免疫系統為抵抗細菌或病毒而進入超速運轉的時候會釋放多種炎性細胞因子，如 IL-1β 和 TNF-α，這種旺盛的細胞因子釋放反過來會造成敗血症、膿毒症，發生細胞因子風暴，導致毛細血管滲漏、組織水腫、器官衰竭、休克等。London 等研究認為激活可溶性配體 Slit 內皮特異性的Robo4 依賴性信號途徑，就可以加強血管屏障，減少宿主應答病原體誘導的細胞因子風暴的傷害。這樣減少了肺和其他器官的血管 通 透 性，增 加 了 感 染 細 菌 內 毒 素、多 菌 敗 血 症、H5N1 禽流感等動物模型的生存機率。這種提高宿主自身免疫反應的血管系統的適應能力是一個可用於多種傳染性病原體的治療策略。
5． 5 寡核苷酸
鑑於 H5N1 禽流感病毒感染的高死亡率，發展新型廣譜的預防和治療藥物抵抗感染迫在眉睫。Jin等設計和篩選出針對聚合酶鹼性蛋白 2( PB2) 的寡聚核苷酸來抑制 H5N1 流感病毒的繁殖。在 MDCK 細胞中，通過血凝實驗、空斑形成和病毒 RNA 表達檢測證明 RNA 寡核苷酸能有效抑制病毒複製。相對於免疫調節劑 celecoxib 或 PB2 寡核苷酸的單獨使用，在小鼠感染模型中，PB2 寡核苷酸和 celecoxib的聯合使用可顯著降低小鼠病毒載量，調節細胞因子分泌，並改善肺部病變和動物的生存。
5． 6 補體抑制劑
由於補體是一種生理性防禦和病理損傷介質，系統抑制可能會導致包括感染在內的副作用。因此，抑制補體活化可以顯著降低肺組織的炎性損傷。Zhang 等設計補體激活位點的靶向補體抑制劑，以 CR2 作為靶向載體，補體抑制劑如 CD59 和 Crry 有針對性地對炎症部位特異性抑制補體活化，從而抑制局部炎症反應。通過體內和體外試驗來檢驗 CR2-CD59 和 CR2-Crry 靶向補體抑制劑的融合表達及其生物活性。將 CR2 靶向補體抑制劑用於治療小鼠流感病毒性肺炎模型，用 PBS 作為對照組，觀察小鼠的存活率和肺組織的損傷，評估 CR2 靶向抑制劑對流感病毒引起的肺炎的效果。結果證明，CR2 靶向補體抑制劑有望成為治療病毒性肺炎的理想藥物。
5． 7 其他對抗流感引發細胞因子風暴的手段
有報道證實，多粘菌素 B 固化纖維直接血液灌流( direct hemoperfusion withpolymyxin B-immobilized fiber，PMX-DHP) 治療的患者，流感病毒感染引發的細胞因子風暴伴隨全身炎症反應綜合徵( systemic inflammatory response syndrome，SIRS) 導致的低氧血癥立即改善。紫外線 B( ultraviolet-B，UVB) 輻射和維生素 D可減少炎性細胞因子的產生，抑制 H1N1 病毒感染引起細胞因子風暴，減少次生細菌感染和死亡。研究結果表明，滴鼻減毒百日咳菌( Bordetella pertussis，BPZE1) 可以顯著減少肺部炎症和組織損傷，降低中性粒細胞浸潤，極大抑制促炎介質的產生，為治療流感病毒感染提供了一個潛在的選擇。而 H5N1 禽流感疫苗的研發也得到了極大關注。此外，血漿置換在 2009 pH1N1 A 型流感相關的呼吸衰竭的搶救和血流動力學的休克治療也有不錯的效果。亞低溫有可能穩定免疫活性和腦水腫，保護大腦，治療流感病毒感染引發的急性腦病和腦炎。
6 展望
近年來，細胞因子風暴對流感病毒感染方面的影響得到了廣泛的研究，在其調控和免疫作用方面都取得了很大的進步，但是流感病毒感染後導致高死亡率的具體機制尚未明確。同時，對抗流感病毒、抑制細胞因子風暴的藥物和方法仍有待研究。因此，更深刻的研究細胞因子風暴在流感病毒感染中的作用機制及其功能調控措施，探討免疫抑制劑與抗病毒藥物等其他手段聯合應用來對抗流感，將會對疾病的防治提供積極的幫助。
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