我们很可能会把21世纪分为两个部分:新冠病毒之前和之后。尽管几十年来一直有关于可能发生致命全球大流行的警告,但世界各地的公共卫生系统完全处于劣势。18新利官网多久了首批COVID-19患者住进医院该病例于2019年12月16日在中国武汉发现,其中几人死亡。许多美国人认为,即使中国未能将病毒控制在自己的国土上,海洋的跨度也会保护他们。这种自满的观点忽视了一个事实,即以前由SARS-CoV(指严重急性呼吸综合征冠状病毒)和MERS-CoV新利棋牌手机版下载(指中东呼吸综合征冠状病毒)引起的冠状病毒暴发已蔓延到几个大洲;中东呼吸综合征冠状病毒尚未被根除。因此,SARS-CoV-2在2020年初到达了美国海岸。公共卫生应对措施混乱不18新利官网多久了堪,各地区情况不一。一些城市和州政府援引了居家令和佩戴口罩的命令。其他人只是抱着最好的希望。在本文撰写之时,全球已有130万人死亡。

尽管国家层面出现了混乱,但医疗专业人员和研究科学家甚至在新威胁到达美国之前就展开了全力应对。不到一年之后,这种全球合作对冠状病毒及其对人体的影响产生了前所未有的了解。新利棋牌手机版下载我们现在开始理解为什么SARS-CoV-2会导致不同程度的疾病。有些人没有表现出任何症状;其他人会出现咳嗽或发烧。最严重的是,一些患者患上了危及生命的肺炎和被称为急性呼吸窘迫综合征(ARDS)的疾病。

研究人员现在知道,这种病毒,如SARS-CoV和MERS-CoV,可以引发免疫系统失灵,由此产生的炎症可能导致ARDS和一系列危险的症状。现成的临床试验表明,重症患者血液中存在高水平的免疫蛋白——il -6、TNF-α和crp。在大流行的几个月之后,受欢迎的但是广泛免疫抑制药物的成功有限例如皮质类固醇强的松和地塞米松,证实了病情最严重的患者的免疫系统已经进入高炎症过度驱动的怀疑。这些同样的抗炎治疗被广泛用于之前冠状病毒暴发的严重感染。新利棋牌手机版下载

我们现在知道,在部分COVID患者中,肆无忌惮的免疫反应会导致全身损伤,产生血栓、心脏损伤甚至器官衰竭。最严重的病例需要住进重症监护病房。标准的类固醇辅助治疗不足以治疗严重的COVID:这些患者将需要更有针对性的治疗。我们还迫切需要能够检测组织样本的生物指标或生物标志物的快速检测,这些指标可以预测疾病的发展过程——例如,被诊断为轻度COVID的患者将发展为严重病例的可能性。

免疫无能

开发生物标志物和药物治疗需要深入了解SARS-CoV-2如何与全身细胞相互作用,以及免疫系统如何对病毒的到来做出反应。今年春天,我们的实验室与许多其他机构合作,开始检查严重COVID病例背后的免疫反应失调。当我们开始研究的时候,我们就知道免疫系统会编排出一系列复杂的事件来应对入侵的病原体。我们还知道,如果免疫反应中的任何一个步骤时机不对,就会导致炎症程度过高,从而损害人体自身的组织。

免疫系统的武器库中有快速的应急反应能力,也有针对病毒、细菌、真菌和其他病原体的较慢但持久的防御能力。“先天”免疫系统是第一反应者。这些免疫细胞上和内部的一些受体感知入侵者,使用一种叫做细胞因子的蛋白质激活一个复杂的信号级联。这些细胞因子警告附近的细胞建立防御,启动被感染细胞的死亡,或提高警报,引入其他类型的细胞因子。先天免疫细胞也会召唤特定的白细胞来建立对病原体更持久的免疫力。在一两个星期内,这些被称为“适应性”免疫系统的成员通过增加高靶向抗体和T细胞的水平变得活跃,最终使入侵者失效或杀死。

在大多数COVID - 19患者中,先天免疫系统的表现与它进化时一样,解除并杀死SARS-CoV-2。然而,在大约5%的情况下,身体的反击没有按计划进行。当这种精确计时的级联信号出错时,先天免疫细胞就会产生过多的细胞因子。COVID-19中各种信号分子的过度生产类似于在其他疾病中出现的“细胞因子风暴”,被认为是严重COVID的一个因素。最新的研究表明,在大多数情况下,炎症不同于细胞因子风暴,尽管它仍然对患者构成威胁。它会引起急性呼吸窘迫综合征,对肺或其他组织造成持久的损伤。它还会导致纤维蛋白的积聚,纤维蛋白是一种导致凝血的蛋白质。如果这不够,它会引起液体从血管泄漏,引发呼吸衰竭。

病毒利用人体细胞的机制来繁殖自己。先天免疫系统的一种策略破坏了病毒的繁殖能力,但它似乎在对抗SARS-CoV-2时摇摆不定。近几个月来,研究人员将注意力集中在一类被称为干扰素的细胞因子上,这是第一道防线,可以阻止病毒在细胞内复制的各个步骤。免疫系统快速产生I型干扰素(IFN-I)可使病毒得到控制,并抑制除轻微疾病外的任何进展。但一些研究表明,在老年人或接触大量病毒的患者中,免疫系统的反应可能会滞后,导致病毒继续繁殖。此外,当干扰素最终出现时,它们可能会过度反应,刺激各种细胞因子的高水平产生,从而导致炎症和严重疾病。测量干扰素反应可能提供关于COVID-19病例是否会发展为危及生命的疾病的重要知识,并可能为如何治疗感染提供线索。

然而,科学仍在不断发展中,免疫反应有很多方式可能出现偏差。例如,这种病毒可能会阻碍一个人制造干扰素的能力。或者,由于遗传因素,一个特定的病人可能产生较少的IFN-I。甚至有可能一个人的免疫反应非常不稳定,以至于他们的身体产生了针对IFN-I的抗体。我们和其他人正在调查这些“自身抗体”的存在,作为长期COVID症状的可能原因。检测自身抗体可以作为一种有用的生物标记来预测患者的病情是否会恶化。一些病人也可能从注入实验室制造的干扰素中受益,这种治疗方法的临床试验已经开始,但结果仍不清楚。

意大利锡耶纳的新冠病毒研究实验室
世界各地的实验室都调整了他们的研究,以应对COVID-19。在意大利锡耶纳,一个生物安全实验室开发了一种抗体测试。信贷:保罗Lazzeroni盖蒂图片社

炎症喷发

细胞因子风暴在之前的冠状病毒(SARS-CoV和MERS-CoV)的严重病例中成为头条新闻,所以当SARS-CoV-2出现时,新利棋牌手机版下载科学家很自然地怀疑有类似的机制在起作用。在大流行早期,医生确实在患者中检测到细胞因子升高,但这些蛋白质的数量及其引发的炎症状态与经典的细胞因子风暴不同。

这些患者体内充斥着高水平的细胞因子蛋白,根据接收它们的细胞的不同,它们可能会导致一系列的结果,其中一些是有害的。一些细胞因子,如IL-6、TNF-α、IL-1β和IL-12,会放大炎症和组织损伤。西奈山伊坎医学院的黛安·玛丽·德尔瓦勒和她的同事们报告称,在纽约地区近1500名患者的血液中,这些细胞因子的某些水平显著升高。这组研究结果表明,异常高水平的IL-6和TNF-α可作为疾病严重程度和死亡的可靠预测因子。

我们在追踪的病人身上也看到了同样的变化。此外,与典型的细胞因子风暴相比,我们的实验室和其他实验室开始在患者的细胞因子图谱中识别出一些不寻常的异常值。我们观察到IL-5和IL-17的高水平,这两种细胞因子与抗病毒免疫活性没有经典关联。相反,这些细胞因子启动了一种看似被误导的反应——这种反应更适合寄生虫和真菌的感染。我们还不知道这种反应是会导致组织损伤,还是只是转移了身体对抗病毒所需的资源。

在一些COVID患者中,我们还发现了趋化因子水平升高,趋化因子是一种细胞因子的亚类,可以引导免疫细胞到达它们需要的地方。在感染部位产生的高浓度趋化因子CCL2、CCL7、CXCL9和IL-8起到了集结号角的作用。不仅是细胞因子和其他免疫信使引起局部损伤,趋化因子也号召全身的细胞加入战斗。

为了确定组织损伤的来源,一些研究小组决定观察血液和肺中的细胞。在免疫学领域,我们通常使用流式细胞术,这种技术可以让我们用荧光抗体标记血液中的细胞子集。使用这些标记物,我们的小组能够检测到与健康捐献者相比,患者体内循环的免疫细胞数量发生了相当大的变化。18新利官网多久了两种固有免疫细胞类型——单核细胞和中性粒细胞——尤其丰富。

举个例子:在健康的捐献者中,单核细胞占外周血单个18新利官网多久了核细胞的10%到20%,这是一种通常被研究的白细胞。但在COVID患者中,我们经常发现单核细胞的比例超过正常范围的3倍或更多。

作为先天免疫系统不可或缺的组成部分,单核细胞通常在血液中巡逻,最先到达现场消灭或隔离病原体。当它们感知到微生物威胁时,这些细胞可以通过分化为巨噬细胞和树突状细胞(白细胞的特定类型)作出反应。巨噬细胞吞噬病原体和细胞碎片。树突状细胞识别并标记病原体,以便其他免疫细胞作出反应。

为了确保免疫系统不会过度反应,单核细胞水平通常受到严格控制,但在严重的COVID病例中,这种控制失去了。在严重疾病的结果单核细胞和巨噬细胞浸润肺部。当中国深圳国家传染病临床研究中心的廖明峰等人仔细观察肺部(通过使用一种称为支气管肺泡灌洗(BAL)的技术从下呼吸道的液体中取样),他们发现了一个丰富的单核细胞和巨噬细胞.与某些人一致其他发现这两种细胞表达的细胞因子水平与严重炎症中发现的细胞因子水平相当。假设主要由单核细胞和巨噬细胞产生的细胞因子负责加强所有这些损伤,那么阻断它们炎症活性的干预措施可能会防止严重感染。

示意图显示了COVID-19如何触发过度和有害的先天免疫反应,并中断关键的适应性免疫反应
信贷:珍克里斯琴森

如果细胞因子实际上是严重COVID的主要驱动因素,那么尝试减少它们在患者中的存在是合乎逻辑的。有一些药物可以做到这一点:例如,托珠单抗(tocilizumab)是一种阻断受体的治疗药物,受体上有一种叫做IL-6的主要细胞因子。不幸的是,托珠单抗的临床试验收效甚微证据改善疾病的结果。因此,越来越多的科学家和临床医生开始超越细胞因子风暴,寻找COVID-19中破坏性高炎症反应的更完整的解释。

导致COVID-19免疫病理的另一个因素可能是一种名为缓激肽的肽或小蛋白质。田纳西州橡树岭国家实验室的Michael R. Garvin和他的同事们通过重新分析BAL患者样本的肺液数据制定一个假设缓激肽可能像细胞因子一样,诱发炎症反应。事实上,这些“缓激肽风暴”会被炎症细胞因子加剧。缓激肽过量可能导致血管大规模扩张,并在COVID患者中出现许多令人惊讶的症状,如心律失常和心脏骤停。研究人员也开始发现大量增加了玻尿酸的产量在重病患者身上。这种分子的聚集体可以容纳大量的水。对严重饱和肺的尸检分析表明,这些条件加上血管漏液,对一些病人来说是致命的。

缓激肽在COVID-19中的作用有待进一步确认。直接测量肽仍然非常困难。但一项对缓激肽受体抑制剂icatibant的探索性研究取得了一些成功,这一研究支持了一种假设低水平的肽可缓解严重疾病。

流氓微生物陷阱

缓激肽也出现在患者血液中的另一种炎症途径中。吞噬病原体的中性粒细胞,能激活缓激肽的产生吗.各种实验室,包括我们自己的实验室,都发现了中性粒细胞大量在一些病人的血液中。在COVID-19中,一种名为IL-8的细胞因子的高循环水平可以吸引中性粒细胞到感染部位,包括肺部,并帮助增加这些细胞的数量。最重要的是,住院第一天中性粒细胞升高可以可靠地预测日后入住ICU。

最近的论文提出了为什么中性粒细胞可能是COVID-19病理的罪魁祸首。这些细胞挤压中性粒细胞细胞外陷阱它由DNA网、抗菌蛋白和酶组成,可以隔离并杀死病原体。不幸的是,NETS也会损伤组织。

德国弗里德里希-亚历山大大学的莫里茨·莱普克斯(Moritz Leppkes)和他的同事们对肺解剖标本进行了研究发现了惊人的堵塞小血管的网状结构。他们还在肾脏和肝脏样本的血管中观察到了NETs。除了物理障碍,NETs可以降解抑制血液凝固的蛋白质,对高水平的凝血在严重的病例。麦吉尔大学认识到这些聚集物的可能作用,宣布了一项囊胞性纤维化药物的试点研究,该药物将NETs中的DNA剪断。

这些不同的研究明显表明,SARS-CoV-2使免疫系统与自己为敌。先天免疫防御系统——细胞因子、单核细胞、中性粒细胞和其他——失去了控制。适应性免疫系统也会失去平衡。一些COVID患者和健康人血液中最明显的区别之一是T细胞的严重缺失,T细胞是长期适应性免疫的关键成分。18新利官网多久了

研究人员观察到,中度疾病患者的T细胞与重症患者的T细胞表现不同。通常情况下,针对特定入侵者或抗原的T细胞数量会增加,作为一种保护措施,但病情最严重的患者并非如此。

T细胞有两种,一种是直接消灭病毒感染的细胞,另一种是在接受细胞因子的信号后协调对入侵者的反应。两种类型的损失都是观察到的在住院的COVID患者中,但它也发生在其他呼吸道感染.然而,在一些COVID患者中,细胞水平下降会持续异常长时间,长达数周。通过对其他呼吸道病毒的研究,我们知道T细胞可以从血液进入受感染的组织。携带这些病毒的患者显示出趋化因子水平升高,如CXCL9和CXCL10,它们可以引导T细胞到达感染部位。虽然我们在COVID患者的血液中发现了大量的趋化因子,但我们没有发现类似数量的T细胞。

一些研究调查了严重COVID患者的肺部,病毒已经在那里定居。通过一种名为单细胞RNA-seq的基因测序方法,研究人员识别出了免疫细胞的几个子集,包括一个相当大的T细胞群。但这一发现并没有提供一个完整的解释。这些肺实验也没有尸体解剖研究观察多个器官可以解释血液中整体T细胞数量较低的原因。这些缺失的细胞很可能只是死亡了,事实上许多研究小组都是如此发现了证据来支持这个结论。

那么T细胞是如何消失的呢?新冠患者有一个T细胞数量的增加带有受体,表明细胞容易过早死亡。另一种可能性是,骨髓可能无法产生足够的前体细胞,从而产生T细胞,这可能会减少成熟细胞的数量。衰老和其他疾病的研究已经建立了细胞因子调节骨髓产生T细胞的有力证据。尽管存在相同的炎症细胞因子,但在COVID-19中尚未明确证明类似的联系。最后,有可能是病毒本身直接杀死了T细胞。对这些相互矛盾的假说进行测试,可能会带来提高T细胞数量的疗法。

在covid -19中看到的许多严重免疫表现——细胞因子大幅升高、炎症细胞浸润肺部、NETs和白细胞数量减少——都出现在其他严重的病毒性呼吸道感染中。SARS-CoV-2提出了自己的特殊挑战。最突出的是,它在症状前阶段和从未出现症状的无症状人群中前所未有的传播。

SARS-CoV是造成2003年大流行的病毒,它的病毒峰值相对较晚,在症状出现10天后出现。中东呼吸综合征冠状病毒的病毒载量在出现症状7至10天后达到峰值。但SARS-CoV-2病毒载量在三到五天内最高后症状开始。即使在症状出现之前(对大多数人来说,这是在接触病毒4到5天后),早期峰值也意味着病毒水平极高。这些数字意味着一个感染者在感到喉咙最轻微的瘙痒之前就已经传播了大量的病毒。

COVID症状涉及的各种器官系统在呼吸道病毒中似乎也很独特。SARS-CoV-2会导致失去嗅觉、脑雾、胃肠道问题、血凝块、心血管问题,甚至是“COVID脚趾”。这种病毒还会感染大脑中的神经元。在那些康复的患者中,组织损伤可能会持续几个月

这些观察结果可能并不完全令人惊讶。构成血管的三种细胞类型——内皮细胞、周细胞和血管平滑肌细胞——缠绕在每个组织中。他们所有人镶嵌着ACE2受体,这是SARS-CoV-2进入细胞的入口。他们几乎布置好欢迎仪式SARS-CoV-2垫。更糟糕的是,细胞因子和缓激肽风暴会破坏由这些细胞组成的组织。

尽管早期的冠状病毒SARS-CoV使用相同的受体新利棋牌手机版下载,并可导致细胞因子风暴和ARDS,但很少有关于COVID-19导致严重肺外损伤的报道。病毒80%是遗传的匹配;我们有理由怀疑,它们之间的差异是由另外20%的基因组造成的。但一个更简单的解释可能是,SARS-CoV-2感染的人数是其同名前辈的6700多倍,而且是在世界科学界的眼皮底下发生的。

过去九个月的发现和创新证明了科学家和医疗专业人员的奉献精神。研究界和医学界在他们的努力中从未像现在这样团结一致,也从未像现在这样迅速地从实验室过渡到病人的床边。在数百项与covid -19相关的治疗试验中的任何一项成功或失败之后,这一遗产将继续存在。这些创新将持续下去,以应对未来的流行病。