您的位置:365医学网 >> 学术文章 >> 正文

从流感导致的急性肺损伤到多器官功能衰竭
作者:朱熠冰[1] 
单位:首都医科大学附属复兴医院[1]  
文章号:W138701  
2019/9/17 20:36:43    
文字大小:

介绍  流感病毒是人类呼吸道感染最常见的病因之一,具有高发病率和病死率。在美国,季节性流行期间,流感会导致约20万人次入院和3.6万例死亡。在大流行期间,高达50%的人口可能被感染,死亡人数也随之增加。1918年,史料记载的最严重流感大爆发,导致了全世界高达5千万人死亡,其中老人、婴儿和患有潜在疾病的人群死亡风险最高。   严重流感患者的死亡模式已被充分认识,从缺氧性呼吸衰竭到多器官功能衰竭。但是目前尚不清楚哪些宿主因素推动了这一进程。

介绍

  流感病毒是人类呼吸道感染最常见的病因之一,具有高发病率和病死率。在美国,季节性流行期间,流感会导致约20万人次入院和3.6万例死亡。在大流行期间,高达50%的人口可能被感染,死亡人数也随之增加。1918年,史料记载的最严重流感大爆发,导致了全世界高达5千万人死亡,其中老人、婴儿和患有潜在疾病的人群死亡风险最高。


  严重流感患者的死亡模式已被充分认识,从缺氧性呼吸衰竭到多器官功能衰竭。但是目前尚不清楚哪些宿主因素推动了这一进程。更好地了解严重疾病相关的宿主因素对于临床来说是很重要的;它可能有助于发现决定疾病进展的致病途径,并使研究人员确定新的治疗目标。目前可用的抗病毒治疗药物(例如:神经氨酸酶抑制剂)在降低流感导致死亡这方面的功效有限,因此,确定新的治疗靶点尤为重要。描述流感相关宿主因素是改善流感患者预后的关键第一步。在此我们研究了针对流感病毒固有免疫和适应性免疫应答的宿主因素(见Box 1)。

固有免疫

  固有免疫对于流感病毒的早期防御至关重要,并且对于适应性免疫的诱导和调节有重要作用。固有免疫为宿主的首次暴露与继发的T细胞产生特异性抗体之间提供了桥梁,对病毒的清除极其重要。病毒RNA通过多种模式识别受体(PRRs)被识别,包括Toll样受体(TLR)3,TLR7,TLR8,视黄酸诱导基因I (RIG)-I,以及核苷酸结合域样受体蛋白(NLRP)3。一旦病毒RNA被RRRs识别,促炎因子会分泌,例如I型干扰素(IFNs),其在邻近细胞中诱导抗病毒状态。细胞因子分泌导致固有免疫细胞的募集,其指导适应性免疫应答以特异性杀死流感细胞。


  中性粒细胞是对流感病毒作出反应的第一批免疫细胞,它们通过限制病毒复制来提供关键保护。一些研究表明,中性粒细胞由于过度的炎症反应而成为病理免疫和死亡的介质。然而也有证据支持中性粒细胞在流感病毒感染中的保护作用。特别是,中性粒细胞耗竭的小鼠,感染部位的病毒清除也减少了。此外,中性粒细胞在流感病毒感染小鼠的呼吸道中维持有效的CD8阳性T细胞反应起到重要作用,这对于病毒清除非常重要。


  肺内的肺泡巨噬细胞是免疫的第一道防线。除了对病毒和被病毒感染的细胞的吞噬作用外,肺泡巨噬细胞还有助于识别病毒并将其呈递给适应性免疫系统。在识别后,肺泡巨噬细胞产生一系列促炎因子,包括肿瘤坏死因子(TNF)-α,白介素(IL)-1,IL-6,以及IFN-α/β,进一步限制病毒复制。在一项动物研究中,被流感病毒感染的小鼠,肺泡巨噬细胞耗尽使得疾病严重程度增加,病毒复制增加,病死率增高。


  单核细胞是流感病毒感染过程中上调的最主要的细胞类型之一。在感染期间,骨髓接受促炎因子和TLR配体的信号以增加单核细胞产量。呼吸道上皮细胞分泌单核细胞趋化蛋白(MCP)-1,促进单核细胞运输到肺部。过量的单核细胞在严重的流感中驱动病理免疫;然而,通过减少炎症单核细胞向肺部的募集,CD8+T细胞反应减少从而导致病毒清除减少。募集的单核细胞也对流感病毒作出反应,分化为单核细胞来源的巨噬细胞和单核细胞来源的树突细胞。自然杀伤细胞(NK)是颗粒状淋巴细胞,有助于控制病毒复制和调节流感病毒免疫应答的细胞因子的产生。NK细胞对抗病毒的免疫应答作用在病毒感染的小鼠模型中已被广泛研究,研究显示NK细胞不仅在感染早期通过杀死被感染的细胞来控制病毒复制,而且在适应性免疫中也发挥着重要作用。NK细胞活性不足会导致病毒清除下降,增加发病率和病死率。


  树突细胞是早期探测病毒和将病毒抗原引流至淋巴结、连接固有免疫和适应性免疫的重要部分。在抗病毒反应中,树突细胞的主要功能是处理和呈递抗病毒原肽到抗原特异性CD8+和CD4+T细胞以建立适应性免疫应答。树突细胞主要通过摄入病毒感染的细胞获得病毒蛋白,因为很少有病毒直接感染树突细胞。摄入后,病毒颗粒主要通过交叉呈递的过程呈现在MHC I类分子上。交叉呈递是重要的因为它使得树突细胞能够激活清除病毒所需要的CD8+T细胞。


适应性免疫应答

  在抗病毒反应中,适应性免疫中的细胞免疫和体液免疫均被激活。体液免疫反应涉及到B细胞,它分泌的抗体通过中和病毒来有效地预防感染。B细胞对流感病毒感染的反应主要是T细胞依赖性的,其中最大的抗病毒IgG反应依赖于CD4+T细胞和其与B细胞的相互作用。


  适应性免疫的细胞免疫涉及T细胞,这对于病毒清除至关重要。


  随着树突细胞在引流淋巴结过程中呈递病毒抗原,初始T细胞经过活化,增殖和分化,成为效应T细胞,可以迁移到感染部位并介导抗病毒免疫反应。流感病毒感染诱导效应细胞CD4+和CD8+T细胞分化,但CD4+T细胞对病毒清除的贡献较CD8+T细胞小。在流感感染中,CD4+T细胞的主要作用包括支持B细胞的活化和分化,导致抗体产生和记忆反应。效应CD8+T细胞是病毒清除的主要参与者,对于清除感染细胞至为重要。CD8+效应T细胞通过三种不同的机制介导病毒清除。首先,CD8+T细胞可以通过穿孔蛋白和含颗粒酶的颗粒的胞吐作用诱导被感染细胞的裂解。其次,CD8+T细胞可以通过Fas配体或TNF相关的凋亡诱导配体(TRAIL)触发受感染或应激细胞的TNF受体(TNFR)家族依赖性凋亡。第三,当遇到病毒感染的细胞时,CD8+T细胞可以产生促炎性介质如IFN-γ,这对于病毒清除非常重要。


哪种宿主因素与流感致命性最直接相关

  前面的章节说明,许多宿主因子参与了对流感病毒的免疫反应。一个关键问题是,在这些宿主因素中,哪一个宿主因素对于疾病进展起到了主导作用?一些研究致力于解决这一问题。Brandes等人的研究评估了流感发病机制相关的所有宿主因素。这项研究发现中性粒细胞驱动的反应是疾病进展中的主导宿主因素。值得注意的是,作者发现了一种中性粒细胞驱动的炎症循环反应,可以直接放大组织损伤并加剧血管扩张。因此作者得出结论,过度的中性粒细胞激活是流感病毒感染导致不良预后的主要宿主因素。


  另一项近期的研究进一步深入探究了严重流感里中性粒细胞驱动反应的机制。这项研究中,Narasaraju等人检测到了流感病毒感染后中性粒细胞流入被感染的肺部。这一结果证实中性粒细胞是引起病理免疫的主要原因,肺部炎症随后发展为急性呼吸窘迫综合征(ARDS)。重要的是,作者进一步发现中性粒细胞胞外诱捕网(NET)的形成与组织损伤有关。通过检查肺组织病理学和NET活性发现,NETs直接导致被感染肺部的肺泡、上皮和血管结构损伤。因此这项研究提供了强有力的病因学证据,即异常或过度的中性粒细胞反应是严重流感的主要致病因素。


  对上述研究需要注意的是,它们大多是在动物模型中进行的。因此不确定从这些研究中得到的机制结论是否可以应用于人类。为解决这一问题,近期进行了两项人体研究。Dunning等人的研究检测了131名流感感染人群(携带H1N1或H3N2流感病毒)的宿主反应情况。患者队列包括轻度感染(n=47),中度感染(n=34)和严重感染(n=28)。该研究的结果证实了此前的动物研究,即中性粒细胞反应是决定病程的主要因素。实际上,在大多数患有严重疾病的患者中过度的中性粒细胞反应始终存在。Guan等人的另一项研究分析了几例严重H7N9患者的病例系列,探究了严重流感感染的宿主反应情况。该研究还发现中性粒细胞反应为严重疾病中的最关键因素。总的来说,这些人体研究与此前的动物研究结果一致,并显示异常的中性粒细胞反应是流感感染疾病进展的主要原因。


流感病毒如何与宿主因素相互作用

  流感病毒在感染过程中可能与全身宿主因子(如循环中的中性粒细胞)相互作用。阐明这种相互作用是理解流感发病机制的关键,特别是探索流感从肺部炎症发展为多器官功能衰竭的机制。大多数流感感染始于起到,然后由局部感染扩散到肺的其他部位。病毒与局部免疫细胞相互作用的机制已被充分研究,并且许多分子/细胞的机制细节已被阐明。相比之下,流感病毒与肺外宿主因素相互作用的机制,如循环中的免疫细胞,仍然相对未知。主要是由于流感病毒被认为不会在肺外循环,因此预计流感病毒不会与循环中的免疫细胞(如中性粒细胞)相互作用。但是这种“以肺为中心”的模式近期受到了新证据的挑战。一些研究显示流感病毒确实可以通过免疫细胞携带从肺部转移到非肺组织。这些“携带病毒”的免疫细胞包括专职抗原呈递细胞,如单核细胞,巨噬细胞和树突细胞。这些细胞在感染初期接触和处理被病毒感染的细胞(如上皮细胞)时,携带了流感病毒RNA(图1)。在处理死亡的被感染细胞后,这些细胞携带流感病毒RNA,向局部引流淋巴结迁移,然后进入全身循环。


  这些“载体”免疫细胞内携带的流感病毒RNA主要由病毒RNA片段(其不能感染其他细胞)和一些复制的全RNA病毒体(可以感染其他细胞)组成。总的来说,这些RNA分子被称为“流感病毒转录组”(图1)。Steuerman等人近期成功测量了流感病毒在被感染的肺组织(如上皮和内皮)和循环中的免疫细胞(如单核细胞,T细胞,B细胞和NK细胞)中的流感病毒转录组。这一发现支持了流感病毒转录组由循环中的“载体”免疫细胞转运,从而使得流感病毒转录组能够传播到远隔器官这一概念。


流感病毒转录组引发全身炎症反应

  流感病毒转录组可以通过“载体”免疫细胞交叉呈递给循环中的中性粒细胞(图2)。中性粒细胞被招募到受感染的组织,作为宿主对流感病毒反应的一部分。这些细胞在受感染组织释放的趋化剂引导下,从体循环向肺部输送。在这种迁移过程中,中性粒细胞在全身循环中遇到“载体”免疫细胞。这一相遇会触发大量NETs的释放(图2)。NETs由细胞核内容物的“残骸”(组蛋白和DNA纤维),这些细胞核物质在细菌或病毒感染时被激活的中性粒细胞外化。


  尽管NET的形成是对微生物的进化上保守的反应,但是在被感染的肺中,过量的NET释放导致内皮损伤,血栓形成,炎症恶化。在近期一项研究中,Narasaraju等人发现,被感染的肺释放NET加重了肺的炎症反应,从而直接导致了急性肺损伤的发生。

从急性肺损伤到多器官功能衰竭

  从上述文中可以清楚地看出,流感病毒感染中的肺损伤一部分是流感病毒对宿主细胞(如上皮细胞或肺泡)作用的直接结果,一部分是与NET相关的宿主反应失调的间接结果。直接和间接的过程都可能扩展到被感染的肺之外,鉴于“载体”免疫细胞可以携带流感病毒到远隔器官,在这些器官中如果遇到中性粒细胞,可能会引发NET的释放。实际上在动物模型中,流感病毒转录组已在被感染的宿主器官(心、脾、肾、脑、肝)被检测到。此外,近期一项研究表明,中性粒细胞可以被流感病毒感染。一旦被感染,这些中性粒细胞本身即成为“载体”免疫细胞。他们继之在其他地方传播中性粒细胞引发的炎症反应(如NETs,髓过氧化物酶,活性氧),或允许活跃的复制病毒体“播撒种子”到靶器官。总的来说,直接和间接组织损伤机制都将最初以肺为中心扩散到其他主要器官,随后发生器官功能障碍(如心肌炎,急性肾损伤)。鉴于此,传统的“以肺为中心”流感发病机制观点需要完善,纳入多系统器官功能障碍流感发病机制的观点(图3)。

结论

  严重流感仍然是重症医生面临的重要挑战。在过去几十年中,这种疾病的发病率和病死率居高不下,这主要是由于缺乏有效的新疗法来治疗这些患者。近年来,我们对疾病机制有了更好的理解,发现了免疫失调在引起严重疾病中所起到的关键作用。因此,调节宿主反应的药物在纠正免疫反应的失调上具有很好的前景,并可能有助于降低发病率/病死率。


文章来源于微信公众号:重症医学

转载请注明:内容转载自365医学网 
http://www.365nao.com
作者简介
朱熠冰
单位:首都医科大学附属复兴医院
简介:
进入作者主页
该作者其他相关文章
免责条款隐私保护版权声明365医学网招聘RSS订阅投稿校园招聘
客服中心 4000680365 service@365yixue.com 编辑部 editor@365yixue.com
心血管网 版权所有 © 365heart All Rights Reserved. 京ICP备12009013号-1 京卫网审[2013]第0056号 京公网安备110106006462号
互联网药品信息服务资格证书(京)-非经营性-2013-0035