引用本文： 靳鑫, 王冬, 鮑騰飛, 顧軍娟, 段勇威, 謝文. 細胞因子在評估新型冠狀病毒肺炎患者疾病嚴重程度及預后中的價值. 華西醫學, 2021, 36(11): 1502-1507. doi: 10.7507/1002-0179.202008212 復制
新型冠狀病毒肺炎（coronavirus disease 2019，COVID-19）是由新型冠狀病毒引發的一種急性呼吸道疾病，現已嚴重威脅全球人類健康[1-7]。雖然大部分 COVID-19 患者癥狀輕微，預后良好，但由于一部分患者體內發生了細胞因子風暴，患者可能迅速發展成急性呼吸窘迫綜合征，最終導致多器官衰竭，嚴重時可發展至死亡[8-9]。細胞因子是多種細胞釋放的相對分子質量為（5～100）×103 的蛋白質或糖蛋白，能夠作為細胞間的通信信號，通常是機體對刺激作出激活反應并通過與特定受體結合來誘導反應，在造血、炎癥、免疫反應的發展和維持等方面具有重要作用，即使免疫反應旨在抑制和根除病毒，但是多種細胞因子的異常釋放會引發細胞因子風暴，從而對組織和器官產生免疫致病性損傷[10-13]。基于以上背景，本研究分析了不同嚴重程度 COVID-19 患者體內的細胞因子水平，探討了細胞因子相關參數與患者疾病嚴重程度以及預后之間的關系，旨在為臨床進行 COVID-19 相關診療提供實驗室參考和依據。現報告如下。
1 資料與方法
1.1 研究對象
本研究回顧性分析了 2020 年 2 月 20 日－3 月 20 日武漢市雷神山醫院陸續收治的 205 例 COVID-19 患者，根據國家衛生健康委員會《新型冠狀病毒肺炎診療方案（試行第七版）》[14]對患者進行診斷并分型。納入標準：符合《新型冠狀病毒肺炎診療方案（試行第七版）》[14]中 COVID-19 確診病例的診斷標準。排除標準：臨床信息不完整者。本研究經武漢大學中南醫院倫理委員會批準并豁免知情同意，審批號為科倫［2020056K］。
1.2 檢測方法
所有檢測項目均遵照醫囑進行，并用標準的檢測方法于開具醫囑的當天內進行檢測。在含有分離膠促凝管中收集患者的空腹全血，并在收集后 30 min 內進行分析。根據試劑的操作指南，利用西門子化學發光法檢測白細胞介素（interleukin，IL）-10（正常值范圍<9.1 pg/mL）、IL-1β（正常值范圍<5 pg/mL）、IL-2 受體（正常值范圍 223～710 U/mL）、IL-8（正常值范圍<62 pg/mL）和腫瘤壞死因子-α（tumor necrosis factor α，TNF-α）（正常值范圍<8.1 pg/mL）。利用羅氏電化學發光法檢測 IL-6（正常值范圍<7 pg/mL）。用新型冠狀病毒核酸檢測試劑盒（廣州達安基因股份有限公司）對新型冠狀病毒核酸進行實時熒光定量檢測。
1.3 統計學方法
用 SPSS 25.0 軟件和 Graphpad Prism 7.0 軟件進行統計分析。符合正態分布的計量資料采用均數±標準差表示，多組間比較采用單因素方差分析，兩組間比較采用 t 檢驗；不服從正態分布的計量資料用中位數（下四分位數，上四分位數）表示，Kruskal-Wallis H 用于 3 組之間的比較，組間比較差異有統計學意義時，采用多組間兩兩比較分割法，并采用 Bonferroni 法校正檢驗水準后的結果，Mann-Whitney U 用于 2 組之間的比較。計數資料用例數和百分比表示，χ2 檢驗或 Fisher 確切概率法用于組間的比較。在相關性分析中，采用 Spearman 相關系數對有序變量、不符合正態分布的連續變量進行相關性分析。多因素分析采用 logistic 回歸模型計算比值比（odds ratio，OR）及其 95%置信區間（confidence interval，CI）。雙側檢驗水準α=0.05。
2 結果
2.1 患者基本情況
205 例患者中，男 99 例，女 106 例；年齡（58±14）歲；普通型 117 例，重型 69 例，危重型 19 例；185 例患者入院后 20 d 內新型冠狀病毒核酸檢測結果轉為陰性，20 例患者檢測結果持續陽性；199 例患者存活，6 例患者死亡。普通型組、重型組和危重型組患者的年齡、新型冠狀病毒核酸檢測結果、IL-6、IL-10、IL-2 受體、IL-8、TNF-α差異有統計學意義（P<0.05）。3 組患者的性別和 IL-1β差異無統計學意義（P>0.05），但 99.0%的患者 IL-1β 水平都高于正常。同時，重型組和危重型組患者的 IL-1β 水平均大于 5 pg/mL，普通型組和重型組患者的 IL-8 水平均<30 pg/mL，危重型組只有 15.8%的患者 IL-8 水平≥62 pg/mL。見表1、2。
表1
患者基本情況
表2
患者細胞因子水平比較［M（QL，QU）］
2.2 患者各項指標與 COVID-19 分型之間的相關性
相關性分析顯示，年齡、新型冠狀病毒核酸檢測結果 20 d 內持續陽性、患者體內 IL-6 水平、IL-10 水平、IL-2 受體水平、IL-8 水平、TNF-α水平與 COVID-19 分型具有相關性，見表3。
表3
患者各項指標與 COVID-19 分型之間的相關性分析
2.3 死亡患者和存活患者的細胞因子比較
死亡 COVID-19 患者外周血 IL-6、IL-10、IL-2 受體、IL-8、TNF-α水平高于存活患者（P<0.05），而 IL-1β水平差異無統計學意義（P>0.05），見表4。
表4
死亡和存活 COVID-19 患者細胞因子水平比較［M（QL，QU）］
2.4 COVID-19 患者病情加重的影響因素分析
單因素分析顯示，年齡、新型冠狀病毒核酸檢測結果 20 d 內持續陽性、IL-6 水平、IL-10 水平、IL-2 受體水平、IL-8 水平與 COVID-19 患者是否從普通型發展成重型/危重型有關（P<0.05），見表5。以單因素分析中的所有因素作為自變量，以普通型 COVID-19 患者是否轉成重型/危重型為因變量，變量賦值情況見表6。采用多因素 logistic 回歸分析。結果顯示，年齡、IL-6、IL-10、IL-2 受體是普通型 COVID-19 患者轉成重型/危重型的獨立風險因素。見表7。
表5
普通型 COVID-19 患者轉成重型/危重型風險因素的單因素分析
表6
變量賦值表
表7
普通型 COVID-19 患者轉成重型/危重型風險因素的多因素 logistic 分析
3 討論
大多數 COVID-19 患者癥狀較輕微，但是部分患者體內可能發生細胞因子風暴，最終加速疾病的惡化，在首批確診的 COVID-19 重癥患者中，大量患者出現了“細胞因子風暴”[15-16]。此前的急性呼吸綜合征、中東呼吸綜合征和埃博拉病毒感染等感染性疾病也提示細胞因子風暴才是真正的奪命殺手，細胞因子風暴指機體的免疫細胞被過度激活，產生大量的炎性細胞因子，隨后通過正反饋機制導致不斷產生大量細胞因子，最終形成細胞因子風暴，最后一招自殺式攻擊在損傷病毒的同時也帶來了傷害，血管壁變得更容易穿透，動脈、靜脈和毛細血管開始滲出血液，最終導致多個器官衰竭，整個過程涉及不同類型的細胞因子，如 IL、趨化因子、集落刺激因子、干擾素和TNF 等[17-19]。基于此，本研究對 COVID-19 患者體內的細胞因子相關參數進行回顧性分析，重點研究細胞因子相關參數在評估 COVID-19 疾病嚴重程度及預后的作用，為臨床診治提供幫助。
本研究結果顯示，不同臨床分型的 COVID-19 患者外周血 IL-6、IL-10、IL-2 受體、IL-8、TNF-α水平存在差異，而 3 組患者的 IL-1β差異無統計學意義，但 99.0%的患者 IL-1β水平都高于正常，這與 Gong 等[20]的研究結果相似。這些結果都提示臨床癥狀的發展與細胞因子的釋放有關，如 TNF-α可引起流感樣癥狀、發熱、全身不適和疲勞，還可引起血管損傷、心肌病、肺損傷和急性期蛋白合成等[21]；IL-6 是細胞因子釋放綜合征的重要靶點，可導致血管內皮細胞損傷、補體活化和凝血系統級聯反應，導致嚴重的細胞因子風暴和彌漫性血管內凝血[22]；促炎癥因子（IL-6、IL-8、IL-1β、粒細胞-巨噬細胞集落刺激因子）和趨化因子（趨化因子配體 2、趨化因子配體 5、干擾素誘導蛋白 10 和趨化因子配體 3）的釋放不受控制，在與活性氧的作用下可以引起急性呼吸窘迫綜合征，引起肺纖維化，最終可能導致死亡[23]。基于 Wan 等[24]和 Liu 等[25]的研究，本研究進一步發現，年齡、新型冠狀病毒核酸檢測結果 20 d 內持續陽性、IL-6、IL-10、IL-2 受體、IL-8、TNF-α與 COVID-19 嚴重程度具有相關性。同時，結果顯示 94.7%的危重型患者的 IL-6 水平都有所升高，所有重型和危重型患者的 IL-1β水平都升高，90%以上的普通型和重型患者的 IL-8 和 IL-10 水平正常，但危重型組中 IL-8 和 IL-10 水平升高的比例較高，提示當患者體內的 IL-8 或 IL-10 異常升高時，需要引起更多的重視，應時刻關注患者的細胞因子水平變化，及早發現病情變化，以避免病情惡化。
本研究進一步通過多因素分析發現，年齡是普通型 COVID-19 患者轉成重型/危重型的獨立風險因素，與其他研究[6-8]的結果一致，提示隨著患者年齡增長，各器官功能減退往往合并較多基礎疾病，在感染新型冠狀病毒后，可能啟動細胞因子風暴，導致老年患者本身原有的基礎疾病加重，這些都加重了 COVID-19 病情的惡化。因此，臨床診療工作中應該注重觀察高齡患者的癥狀，加強護理，指導呼吸和肢體功能的鍛煉。同時，本研究顯示，IL-6 水平、IL-10 水平、IL-2 受體水平是普通型 COVID-19 患者轉成重型/危重型的獨立風險因素。IL-6 作為促炎細胞因子，能夠促進 T 細胞發育，激活漿細胞，誘導 B 細胞增殖、分化并產生免疫球蛋白 G 和免疫球蛋白 A 型抗體，而 COVID-19 患者體內的 T 細胞被激活，產生 IL-6 和粒細胞-巨噬細胞集落刺激因子等，IL-6 刺激 IL-10、IL-17 的分泌，進一步導致 COVID-19 患者病情加重；同時，IL-6 可以穿越血腦屏障導致 COVID-19 患者出現高熱等癥狀，另外 COVID-19 患者體內高濃度的 IL-6 還可以通過觸發反式信號傳導途徑誘導血栓，導致多器官功能障礙和彌漫性血管內凝血[26-27]。因此，建議根據病情惡化的風險因素，對高危 COVID-19 患者進行早期識別，針對不同風險因素積極采取有效的防控措施，有利于降低疾病惡化的發生率，提高診療效果，從而改善患者預后。
綜上所述，本研究結果提示，細胞因子在評估 COVID-19 的疾病嚴重程度和預后方面有重要的價值。此外，本研究還為 COVID-19 患者的臨床危象預警提供了實驗室參考指標。然而，本研究同樣也存在一些局限性，如所檢測的細胞因子的種類相對較少。Zheng 等[28]還報道了干擾素誘導蛋白 10 和單核細胞趨化因子 3 在 COVID-19 中的價值。在接下來的研究中，還需要增加患者數量和更多種類的細胞因子譜，以便進一步探討細胞因子在評估 COVID-19 患者疾病嚴重程度和預測預后的價值。
利益沖突聲明：所有作者聲明不存在利益沖突。
新型冠狀病毒肺炎（coronavirus disease 2019，COVID-19）是由新型冠狀病毒引發的一種急性呼吸道疾病，現已嚴重威脅全球人類健康[1-7]。雖然大部分 COVID-19 患者癥狀輕微，預后良好，但由于一部分患者體內發生了細胞因子風暴，患者可能迅速發展成急性呼吸窘迫綜合征，最終導致多器官衰竭，嚴重時可發展至死亡[8-9]。細胞因子是多種細胞釋放的相對分子質量為（5～100）×103 的蛋白質或糖蛋白，能夠作為細胞間的通信信號，通常是機體對刺激作出激活反應并通過與特定受體結合來誘導反應，在造血、炎癥、免疫反應的發展和維持等方面具有重要作用，即使免疫反應旨在抑制和根除病毒，但是多種細胞因子的異常釋放會引發細胞因子風暴，從而對組織和器官產生免疫致病性損傷[10-13]。基于以上背景，本研究分析了不同嚴重程度 COVID-19 患者體內的細胞因子水平，探討了細胞因子相關參數與患者疾病嚴重程度以及預后之間的關系，旨在為臨床進行 COVID-19 相關診療提供實驗室參考和依據。現報告如下。
1 資料與方法
1.1 研究對象
本研究回顧性分析了 2020 年 2 月 20 日－3 月 20 日武漢市雷神山醫院陸續收治的 205 例 COVID-19 患者，根據國家衛生健康委員會《新型冠狀病毒肺炎診療方案（試行第七版）》[14]對患者進行診斷并分型。納入標準：符合《新型冠狀病毒肺炎診療方案（試行第七版）》[14]中 COVID-19 確診病例的診斷標準。排除標準：臨床信息不完整者。本研究經武漢大學中南醫院倫理委員會批準并豁免知情同意，審批號為科倫［2020056K］。
1.2 檢測方法
所有檢測項目均遵照醫囑進行，并用標準的檢測方法于開具醫囑的當天內進行檢測。在含有分離膠促凝管中收集患者的空腹全血，并在收集后 30 min 內進行分析。根據試劑的操作指南，利用西門子化學發光法檢測白細胞介素（interleukin，IL）-10（正常值范圍<9.1 pg/mL）、IL-1β（正常值范圍<5 pg/mL）、IL-2 受體（正常值范圍 223～710 U/mL）、IL-8（正常值范圍<62 pg/mL）和腫瘤壞死因子-α（tumor necrosis factor α，TNF-α）（正常值范圍<8.1 pg/mL）。利用羅氏電化學發光法檢測 IL-6（正常值范圍<7 pg/mL）。用新型冠狀病毒核酸檢測試劑盒（廣州達安基因股份有限公司）對新型冠狀病毒核酸進行實時熒光定量檢測。
1.3 統計學方法
用 SPSS 25.0 軟件和 Graphpad Prism 7.0 軟件進行統計分析。符合正態分布的計量資料采用均數±標準差表示，多組間比較采用單因素方差分析，兩組間比較采用 t 檢驗；不服從正態分布的計量資料用中位數（下四分位數，上四分位數）表示，Kruskal-Wallis H 用于 3 組之間的比較，組間比較差異有統計學意義時，采用多組間兩兩比較分割法，并采用 Bonferroni 法校正檢驗水準后的結果，Mann-Whitney U 用于 2 組之間的比較。計數資料用例數和百分比表示，χ2 檢驗或 Fisher 確切概率法用于組間的比較。在相關性分析中，采用 Spearman 相關系數對有序變量、不符合正態分布的連續變量進行相關性分析。多因素分析采用 logistic 回歸模型計算比值比（odds ratio，OR）及其 95%置信區間（confidence interval，CI）。雙側檢驗水準α=0.05。
2 結果
2.1 患者基本情況
205 例患者中，男 99 例，女 106 例；年齡（58±14）歲；普通型 117 例，重型 69 例，危重型 19 例；185 例患者入院后 20 d 內新型冠狀病毒核酸檢測結果轉為陰性，20 例患者檢測結果持續陽性；199 例患者存活，6 例患者死亡。普通型組、重型組和危重型組患者的年齡、新型冠狀病毒核酸檢測結果、IL-6、IL-10、IL-2 受體、IL-8、TNF-α差異有統計學意義（P<0.05）。3 組患者的性別和 IL-1β差異無統計學意義（P>0.05），但 99.0%的患者 IL-1β 水平都高于正常。同時，重型組和危重型組患者的 IL-1β 水平均大于 5 pg/mL，普通型組和重型組患者的 IL-8 水平均<30 pg/mL，危重型組只有 15.8%的患者 IL-8 水平≥62 pg/mL。見表1、2。
表1
患者基本情況
表2
患者細胞因子水平比較［M（QL，QU）］
2.2 患者各項指標與 COVID-19 分型之間的相關性
相關性分析顯示，年齡、新型冠狀病毒核酸檢測結果 20 d 內持續陽性、患者體內 IL-6 水平、IL-10 水平、IL-2 受體水平、IL-8 水平、TNF-α水平與 COVID-19 分型具有相關性，見表3。
表3
患者各項指標與 COVID-19 分型之間的相關性分析
2.3 死亡患者和存活患者的細胞因子比較
死亡 COVID-19 患者外周血 IL-6、IL-10、IL-2 受體、IL-8、TNF-α水平高于存活患者（P<0.05），而 IL-1β水平差異無統計學意義（P>0.05），見表4。
表4
死亡和存活 COVID-19 患者細胞因子水平比較［M（QL，QU）］
2.4 COVID-19 患者病情加重的影響因素分析
單因素分析顯示，年齡、新型冠狀病毒核酸檢測結果 20 d 內持續陽性、IL-6 水平、IL-10 水平、IL-2 受體水平、IL-8 水平與 COVID-19 患者是否從普通型發展成重型/危重型有關（P<0.05），見表5。以單因素分析中的所有因素作為自變量，以普通型 COVID-19 患者是否轉成重型/危重型為因變量，變量賦值情況見表6。采用多因素 logistic 回歸分析。結果顯示，年齡、IL-6、IL-10、IL-2 受體是普通型 COVID-19 患者轉成重型/危重型的獨立風險因素。見表7。
表5
普通型 COVID-19 患者轉成重型/危重型風險因素的單因素分析
表6
變量賦值表
表7
普通型 COVID-19 患者轉成重型/危重型風險因素的多因素 logistic 分析
3 討論
大多數 COVID-19 患者癥狀較輕微，但是部分患者體內可能發生細胞因子風暴，最終加速疾病的惡化，在首批確診的 COVID-19 重癥患者中，大量患者出現了“細胞因子風暴”[15-16]。此前的急性呼吸綜合征、中東呼吸綜合征和埃博拉病毒感染等感染性疾病也提示細胞因子風暴才是真正的奪命殺手，細胞因子風暴指機體的免疫細胞被過度激活，產生大量的炎性細胞因子，隨后通過正反饋機制導致不斷產生大量細胞因子，最終形成細胞因子風暴，最后一招自殺式攻擊在損傷病毒的同時也帶來了傷害，血管壁變得更容易穿透，動脈、靜脈和毛細血管開始滲出血液，最終導致多個器官衰竭，整個過程涉及不同類型的細胞因子，如 IL、趨化因子、集落刺激因子、干擾素和TNF 等[17-19]。基于此，本研究對 COVID-19 患者體內的細胞因子相關參數進行回顧性分析，重點研究細胞因子相關參數在評估 COVID-19 疾病嚴重程度及預后的作用，為臨床診治提供幫助。
本研究結果顯示，不同臨床分型的 COVID-19 患者外周血 IL-6、IL-10、IL-2 受體、IL-8、TNF-α水平存在差異，而 3 組患者的 IL-1β差異無統計學意義，但 99.0%的患者 IL-1β水平都高于正常，這與 Gong 等[20]的研究結果相似。這些結果都提示臨床癥狀的發展與細胞因子的釋放有關，如 TNF-α可引起流感樣癥狀、發熱、全身不適和疲勞，還可引起血管損傷、心肌病、肺損傷和急性期蛋白合成等[21]；IL-6 是細胞因子釋放綜合征的重要靶點，可導致血管內皮細胞損傷、補體活化和凝血系統級聯反應，導致嚴重的細胞因子風暴和彌漫性血管內凝血[22]；促炎癥因子（IL-6、IL-8、IL-1β、粒細胞-巨噬細胞集落刺激因子）和趨化因子（趨化因子配體 2、趨化因子配體 5、干擾素誘導蛋白 10 和趨化因子配體 3）的釋放不受控制，在與活性氧的作用下可以引起急性呼吸窘迫綜合征，引起肺纖維化，最終可能導致死亡[23]。基于 Wan 等[24]和 Liu 等[25]的研究，本研究進一步發現，年齡、新型冠狀病毒核酸檢測結果 20 d 內持續陽性、IL-6、IL-10、IL-2 受體、IL-8、TNF-α與 COVID-19 嚴重程度具有相關性。同時，結果顯示 94.7%的危重型患者的 IL-6 水平都有所升高，所有重型和危重型患者的 IL-1β水平都升高，90%以上的普通型和重型患者的 IL-8 和 IL-10 水平正常，但危重型組中 IL-8 和 IL-10 水平升高的比例較高，提示當患者體內的 IL-8 或 IL-10 異常升高時，需要引起更多的重視，應時刻關注患者的細胞因子水平變化，及早發現病情變化，以避免病情惡化。
本研究進一步通過多因素分析發現，年齡是普通型 COVID-19 患者轉成重型/危重型的獨立風險因素，與其他研究[6-8]的結果一致，提示隨著患者年齡增長，各器官功能減退往往合并較多基礎疾病，在感染新型冠狀病毒后，可能啟動細胞因子風暴，導致老年患者本身原有的基礎疾病加重，這些都加重了 COVID-19 病情的惡化。因此，臨床診療工作中應該注重觀察高齡患者的癥狀，加強護理，指導呼吸和肢體功能的鍛煉。同時，本研究顯示，IL-6 水平、IL-10 水平、IL-2 受體水平是普通型 COVID-19 患者轉成重型/危重型的獨立風險因素。IL-6 作為促炎細胞因子，能夠促進 T 細胞發育，激活漿細胞，誘導 B 細胞增殖、分化并產生免疫球蛋白 G 和免疫球蛋白 A 型抗體，而 COVID-19 患者體內的 T 細胞被激活，產生 IL-6 和粒細胞-巨噬細胞集落刺激因子等，IL-6 刺激 IL-10、IL-17 的分泌，進一步導致 COVID-19 患者病情加重；同時，IL-6 可以穿越血腦屏障導致 COVID-19 患者出現高熱等癥狀，另外 COVID-19 患者體內高濃度的 IL-6 還可以通過觸發反式信號傳導途徑誘導血栓，導致多器官功能障礙和彌漫性血管內凝血[26-27]。因此，建議根據病情惡化的風險因素，對高危 COVID-19 患者進行早期識別，針對不同風險因素積極采取有效的防控措施，有利于降低疾病惡化的發生率，提高診療效果，從而改善患者預后。
綜上所述，本研究結果提示，細胞因子在評估 COVID-19 的疾病嚴重程度和預后方面有重要的價值。此外，本研究還為 COVID-19 患者的臨床危象預警提供了實驗室參考指標。然而，本研究同樣也存在一些局限性，如所檢測的細胞因子的種類相對較少。Zheng 等[28]還報道了干擾素誘導蛋白 10 和單核細胞趨化因子 3 在 COVID-19 中的價值。在接下來的研究中，還需要增加患者數量和更多種類的細胞因子譜，以便進一步探討細胞因子在評估 COVID-19 患者疾病嚴重程度和預測預后的價值。
利益沖突聲明：所有作者聲明不存在利益沖突。
