摘要

新型冠状病毒感染（COVID-19）是由严重急性呼吸综合征冠状病毒2（SARS-CoV-2）引起的一种传染病，对人类生命健康和社会经济均造成了严重的影响。COVID-19免疫失调涉及固有免疫系统和适应性免疫系统的复杂变化，其特征是效应细胞中同时存在过度炎症性损伤和免疫抑制的现象，因此理解免疫功能的变化有助于研究COVID-19的发生及进展并制定有效的治疗及预防策略从而控制病毒的传播。基于目前的研究进展，文章总结了固有免疫系统及适应性免疫系统在SARS-CoV-2感染期间发生的一系列关键免疫事件和COVID-19可能的免疫紊乱机制，最后讨论了免疫调理及临床应用前景。

关键词：新型冠状病毒感染；严重急性呼吸综合征冠状病毒2；固有免疫；适应性免疫；免疫功能变化

新型冠状病毒感染（coronavirus disease 2019，COVID-19）是由严重急性呼吸综合征冠状病毒2（SARS-CoV-2）引起的一种传染病[1]。目前已经确定了200多种症状，涉及多个器官系统，包括干咳、发热、呼吸困难、疲劳、肌痛、头痛、腹泻等[2]；其中肺炎是SARS-CoV-2病毒感染的主要临床综合征之一，严重者可伴有多种并发症包括急性呼吸窘迫综合征（acute respiratory distress syndrome，ARDS）、肝损伤、心脏损伤、血栓形成、脓毒症等，甚至死亡[3]。截至2023年4月23日，全球报告的COVID-19确诊病例超过7.64亿例，死亡病例超过690万例，尽管目前发病率呈现下降趋势，但每周仍有数十万人新发感染，并且在SARS-CoV-2变异株方面仍然存在许多的不确定性，例如逃避先前感染或疫苗接种而获得的免疫力而致病，甚至诱发更严重的疾病[4-5]。因此，有必要深入研究免疫系统在抵御SARS-CoV-2病毒入侵中发挥的作用及作用方式，进一步指导疫苗的研发和治疗。

SARS-CoV-2是一种单股正链RNA病毒，由含有病毒RNA的核衣壳和含有刺突蛋白的包膜构成，刺突蛋白可与宿主细胞如肺泡上皮细胞上的血管紧张素转化酶2（angiotensin converting enzyme 2，ACE2）受体结合，并通过膜融合使病毒RNA释放到细胞质中，此外也可通过内吞作用或与其他受体结合等方式使病毒RNA进入细胞[6]。

本文回顾了目前对于COVID-19引起的免疫功能变化的认识，从组成免疫系统的固有免疫和适应性免疫两个方面进行探讨。

1、固有免疫应答紊乱

固有免疫系统通过模式识别受体（pattern recognition receptors，PRRs）检测病原体相关分子模式（pathogen associated molecular patterns，PAMPs）和损伤相关分子模式（damage associated molecular patterns，DAMPs），从而激活核因子κB（nuclear factor，NF-κB）和激活蛋白（activator protein，AP）-1，进一步转录抗病毒和炎症细胞因子，诱导细胞凋亡、抑制病毒复制[7]。在COVID-19中，PAMPs包括来自SARS-CoV-2病毒包膜、刺突蛋白和核蛋白及单链RNA的蛋白质，DAMPs包括中性粒细胞衍生的警报蛋白（S100A8/A9）和来自死细胞的核酸[8]。

然而，在COVID-19肺炎中，固有免疫系统无法产生有效的抗病毒反应，同时会诱发潜在的破坏性炎症。重症肺炎病例的显著特征是Ⅰ型干扰素（interferon Ⅰ，IFN-Ⅰ）和Ⅲ型干扰素（IFN-Ⅲ）抗病毒反应延迟且减少，使SARS-CoV-2病毒复制并在肺部造成严重的细胞损伤[7-8]。IFN-Ⅰ和IFN-Ⅲ调节的抗病毒反应对于免疫应答平衡至关重要，这种平衡被打破会引发细胞因子释放综合征（cytokine release syndrome，CRS），迅速产生大量白细胞介素（interleukin，IL）-6、IL-8、IL-10和肿瘤坏死因子-α（tumour necrosis factor，TNF-α）[9]。这种过度的炎症反应会导致肺部的水肿、纤维化和血栓形成，从而造成缺氧、ARDS，甚至死亡[7-8]。

除PRRs信号通路外，其他细胞应激传感器也会发生失调，包括转录因子、核因子、核因子红细胞2相关因子（Nrf2）和缺氧诱导因子1α（HIF-1α）。Nrf2的激活可通过IFN-Ⅰ信号通路和抑制炎症细胞因子释放从而抑制SARS-CoV-2的复制，但COVID-19患者的肺部表现出Nrf2抑制，导致抗病毒作用的减弱和细胞因子水平的增加[8,10]。相反，HIF-1α在严重的COVID-19病例中的激活增加，其与老年COVID-19患者的病死率升高相关，并可能参与炎症性器官损伤的诱导[7-8,11]。

1.1　单核细胞和巨噬细胞

单核细胞和巨噬细胞在病毒感染和炎症的固有免疫应答中起着重要的作用。多个研究表明，重症COVID-19患者的促炎性单核细胞和单核细胞源性巨噬细胞浸润增加，而发挥抗炎作用的肺泡巨噬细胞及非经典单核细胞相应减少[6,12-13]。促炎性单核细胞还可通过与适应性免疫细胞相互作用增加炎症反应[14]。重症COVID-19患者的全身细胞因子谱类似CRS，而CRS与巨噬细胞活化综合征密切相关，临床表现为肝功能衰竭、全血细胞减少症、高铁蛋白血症、凝血功能障碍和神经系统疾病等[15-16]。

然而，在重症COVID-19感染的背景下，免疫麻痹可与全身性炎症单独或同时发生，其可能的机制为SARS-CoV-2通过抑制粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子（GM-CSF）影响肺泡巨噬细胞的发育和功能成熟，促进肺泡损伤[17]。此外，有研究发现发挥促炎作用的CD14+单核细胞的HLA-DR（人类白细胞Ⅱ类抗原的一种）表达显著下降，与脓毒症患者的情况相似[8,18]。

1.2　中性粒细胞

中性粒细胞增多是重症COVID-19的特征之一，并与疾病严重程度、ARDS和死亡相关[8,19]。中性粒细胞在对抗病毒感染中发挥重要作用，但也能导致ARDS及急性肺损伤[20]。其机制包括SARS-CoV-2刺激中性粒细胞产生中性粒细胞胞外陷阱（neutrophil extracellular traps，NETs），NETs可通过激活TNF-α、IL-6和IL-1β从而诱导CRS，并引起急性肺损伤或ARDS[21]；中性粒细胞释放IL-6Rα，与IL-6结合后发挥促炎作用，而CRS中的细胞因子成分反过来可募集中性粒细胞[22]。

1.3　补体途径

SARS-CoV-2可直接或间接激活细胞外和（或）细胞内的一种或多种补体途径，而补体激活是ARDS病理生理学的常见特征[23]。重症COVID-19患者血液中补体因子C3、C4d、C5a水平显著升高，与临床严重程度甚至死亡的发生相关[7,23-25]。SARS-CoV-2病毒的N蛋白通过甘露聚糖结合凝集素相关丝氨酸蛋白酶-2（MASP-2）介导的补体过度激活从而加重肺损伤[26]。此外，凝集素途径的激活导致膜攻击复合物（MAC）的细胞沉积，这种MAC沉积发生在血管壁、支气管上皮细胞、巨噬细胞和淋巴细胞中，随之发生的细胞损伤和血管内凝血被认为是ARDS发病的原因之一[7-8,26]。

1.4　上皮细胞和内皮细胞

SARS-CoV-2的S蛋白能够识别ACE2受体从而感染Ⅰ型和Ⅱ型肺泡上皮细胞[7]。尽管有报道称肺泡实质中表达ACE2的细胞水平非常低，但SARS-CoV-2感染会导致肺泡上皮的严重损伤，诱导上皮细胞和巨噬细胞来源的炎症细胞因子的产生，从而导致肺损伤[27]。SARSCoV-2感染也会损伤内皮细胞，导致出血和血浆渗漏到肺泡[28]。受损肺泡上皮释放尿激酶和纤溶酶原激活物抑制物1（PAI-1）后，凝血途径被激活，导致纤维蛋白沉积。肺泡上皮细胞、免疫细胞和肌成纤维细胞持续激活转化生长因子β（TGF-β），释放血小板源性生长因子（PDGF）和IL-6，导致肌成纤维细胞的增殖和肺纤维化的发生[28]。

1.5　嗜酸性粒细胞和嗜碱性粒细胞

与嗜碱性粒细胞和嗜酸性粒细胞等过敏反应相关的细胞在COVID-19中的作用研究尚少。目前认为外周嗜酸性粒细胞减少与COVID-19肺炎的严重程度相关[8,29]。重症病例还表现为肺部嗜酸性粒细胞的局部浸润和炎症活动，可能涉及Ⅰ型超敏反应[8,29]。

1.6　树突状细胞

浆细胞样树突状细胞（pDCs）对COVID-19的固有免疫反应至关重要，因为固有免疫反应对抗病毒感染的有效性取决于IFN-Ⅰ的产生，而大多数IFN-Ⅰ由pDCs产生[30]。pDCs通过Toll样受体（TLR）3、TLR7、TLR8等识别病毒RNA，并产生IFN-Ⅰ和IFN-Ⅲ[31]。但在中重型SARSCoV-2感染中，pDCs的凋亡信号增加且其产生IFN-Ⅰ和IFN-Ⅲ的反应延迟并减少，而IL-6和IL-8等促炎细胞因子首先产生，这与传统的病毒感染动力学相反[9,32]。此外，经典树突状细胞（cDCs）似乎也受到抑制，主要组织相容性复合体（MHC）Ⅱ类基因的减少证明了这一点[33]。

1.7　NK细胞

多项研究证实NK细胞对SARSCoV-2感染的细胞具有细胞毒活性，并发现病毒载量与NK细胞活性呈反比关系[34-35]。然而，重症COVID-19以NK细胞减少为标志[8]。与病情较轻的患者相比，重症COVID-19患者的NK细胞产生的IFN-γ和TNF-α较少，表明NK细胞的功能处于耗竭状态，可能的机制是SARS-CoV-2以IL-6依赖的方式通过减少穿孔素和颗粒酶分泌来抑制NK细胞的细胞毒性[35-36]。

2、适应性免疫应答紊乱

适应性免疫系统的细胞免疫活性和体液免疫活性有助于宿主形成平衡且有效地对抗入侵病原体的免疫反应，同时也为未来感染类似的冠状病毒提供免疫记忆，在疫苗接种方面有着重要的意义[8]。此外，对适应性免疫反应的定量分析具有判断预后的价值，因为早期抗体的产生及T细胞产生的IFN-γ与疾病的严重程度相关[8]。然而在COVID-19中，适应性免疫系统也表现出明显的失调。

2.1　T淋巴细胞（简称T细胞）

CD4+辅助性T细胞和CD8+细胞毒性T细胞在应对SARS-CoV-2感染的免疫反应中起着关键作用。活化的CD4+T细胞产生细胞因子，进一步诱导其他免疫细胞，特别是CD8+T细胞和B细胞的活化，从而杀死病原体；CD8+T细胞则表现出直接杀死病毒感染的靶细胞的潜力[36]。然而，COVID-19免疫失调最显著的特征之一是与疾病严重程度相关的CD4+和CD8+T细胞的大量耗竭[37-38]。T细胞耗竭标志物程序性死亡蛋白-1（programmed death protein-1，PD-1）和T细胞免疫球蛋白黏蛋白3（T-cell immunoglobulin and mucin domain-containing protein 3，Tim-3）的表达明显升高，且外周CD8+T细胞会被优先耗竭，这种淋巴细胞的减少是COVID-19住院患者继发感染的重要危险因素[38-41]。在重症患者中，CD4+T细胞向Th17表型极化，而通过分泌IFN-γ、TNF-α和IL-2发挥抗病毒免疫的Th1型淋巴细胞的活化则被抑制[36]。

2.2　B淋巴细胞（简称B细胞）

B细胞不仅保护机体免受原发感染，还通过产生记忆性B细胞反应提供免疫能力从而抵御进一步的感染。许多COVID-19患者在感染早期表现出强大的记忆B细胞反应和分泌抗体的浆母细胞反应，并且浆母细胞增加[40]。然而，也有研究认为B细胞频率减少[42]。

3、免疫紊乱机制

在全身性免疫抑制的背景下，同时发生的过度炎症性损伤的机制无疑是十分复杂的。IL-6、IL-8和IL-10可能是固有免疫和适应性免疫紊乱的关键分子。

在COVID-19中，巨噬细胞产生的IL-6增多，同时IL-8升高[8-9]。被IL-8募集到感染部位的中性粒细胞被IL-6激活，从而诱发炎症反应和上皮细胞损伤[19]。然而，这些中性粒细胞可以通过PD-1/程序性死亡蛋白配体1（PDL-1）信号通路抑制T淋巴细胞，且COVID-19患者中PD-1的表达显著上调从而导致细胞凋亡，这可能是重症COVID-19患者出现严重的淋巴细胞减少的原因[8,39,43]。

此外，IL-6和IL-10可能更直接地作用于T细胞和单核细胞。研究发现，髓系和淋系细胞中信号转导和转录激活因子3（STAT3）磷酸化水平显著升高，而STAT3是IL-6和IL-10信号下游的转录因子[18]。STAT3的上调伴随着髓系细胞活化的降低及CD4+和CD8+T细胞产生IFN-α的减少，表明STAT3可能是COVID-19中免疫功能紊乱的统一的信号通路[18]。在COVID-19中，IL-6/STAT3信号通路通过增加NKG2A（一种细胞表面分子，存在于NK细胞和T细胞，特别是CD8+T细胞中）的表达，从而诱导NK细胞和CD8+T失活[44]。在其他病毒中，STAT3的活化也与促进病毒感染的反应相关，这些病毒包括乙型肝炎病毒、丙型肝炎病毒、单纯疱疹病毒、水痘-带状疱疹病毒、麻疹病毒等[45]。

4、免疫调理及临床应用前景

在COVID-19显著免疫抑制的背景下，单纯的抗炎治疗可能会进一步削弱病毒控制和疾病调节所必需的固有和适应性免疫反应，并增加继发感染的风险[46]。由于大多数重症COVID-19患者表现出免疫抑制伴或不伴炎症性损伤，提示存在复杂的机体免疫应答，因此调理宿主应答被视为潜在的治疗策略[46]。既往的研究表明靶向CD4+T细胞和CD8+T细胞的检查点抑制剂和γ链细胞因子对多种严重病毒感染有效，这为这种潜在的免疫调理策略提供了支持[47]。

此外，固有免疫系统可能成为治疗靶点。外源性IFN-α等疗法可能能够增强疾病早期的抗病毒反应，抑制病毒复制[7]。与疾病严重程度相关的其他失调的转录因子也可能是治疗的靶点，如Nrf2或HIF-1α。有研究提出可以使用抗NKG2A单克隆抗体来阻断NK细胞的功能抑制，可能的机制是通过增加CD8+T细胞的功能来影响适应性免疫系统。IL-7和PD-1抑制剂也是潜在的治疗方法[8]。

随着新的值得关切的变异株（variants of concern，VOCs）出现，刺突蛋白中积累了更多的突变位点，加上Omicron变异株主要引起上呼吸道感染而保护性抗体往往针对下呼吸道的特点，病毒可能能够逃避疫苗诱导的针对刺突蛋白的抗体[48-49]。而记忆T细胞被认为是响应VOCs的关键，因为与仅识别刺突蛋白的抗体相比，它们可能识别更多保守的病毒表位[50]。目前，超过153种候选疫苗已进入人体临床试验，世界卫生组织（WHO）已批准7种疫苗用于紧急情况，但疫苗带来的不良事件，如凝血功能障碍、心肌炎、神经系统和淋巴系统疾病等仍引起广泛的担心，因此应进一步探索疫苗的安全性和有效性。

5、结语

虽然最初认为COVID-19的病理生理学特征是过度炎症性损伤，但越来越多的证据表明在重症COVID-19中存在不容忽视的免疫抑制表型。中性粒细胞和补体途径的活化及上皮细胞和内皮细胞的破坏会导致肺部的炎症性损伤，而巨噬细胞和树突状细胞的失调及严重的淋巴细胞减少会导致病毒复制和继发的免疫抑制状态。IL-6、IL-8和IL-10可能参与固有免疫和适应性免疫紊乱的机制，值得进一步研究。未来对COVID-19患者进行免疫调理治疗时，应动态评估每个患者的免疫状况并及时调整治疗策略。

参考文献（略）

作者：王潇，张静；作者单位：复旦大学附属中山医院

本文刊登于《中国实用内科杂志》2023年第43卷第9期专题笔谈栏目

基金项目：上海市科委产学研医合作研究项目（19DZ1920104）

DOI：10.19538/j.nk2023090102

引用本文：王潇，张静. 新型冠状病毒感染引起的免疫功能变化[J]. 中国实用内科杂志, 2023, 43(9): 709-713, 729.

本文转载自订阅号：中国实用内科杂志（ID：zgsynkzz）

原链接戳：专题笔谈·长新冠综合征相关焦点问题 | 新型冠状病毒感染引起的免疫功能变化

* 文章仅供医疗卫生相关从业者阅读参考

本文完

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