甲型流感是一種急性傳染性呼吸道疾病，通常表現為上呼吸道和/或下呼吸道受累的體征和癥狀，以及全身性疾病（如發燒、頭痛、肌痛和乏力）的癥狀。盡管它在一般人群中是一種自限性感染，但它與某些高風險人群的發病率和病死率增加相關；并且通常存在著嚴重的并發癥，如嚴重的急性肺損傷、急性呼吸窘迫綜合征以及其他肺外損傷。針對甲型流感肺部損傷機制的探討有助于了解其他病毒性肺炎的致病機制，如新型冠狀病毒肺炎。
引用本文： 劉濤, 范紅. 重癥甲型流感誘發急性肺損傷的可能機制及治療進展. 華西醫學, 2021, 36(1): 1-7. doi: 10.7507/1002-0179.202012168 復制
1 概述
流感幾乎每年都會發生，常見的是局部的流行，全球爆發的大流行頻率遠低于局部的流行。最近一次大流行正是在 2009 年 3 月由甲型 H1N1 引發并迅速向全球播散。目前，在感染人類的甲型流感病毒（influenza A virus，IAV）中，主要有 3 種血凝素（hemagglutinin，HA）亞型（H1、H2 和 H3）及 2 種神經氨酸酶（neuraminadase，NA）亞型（N1 和 N2）。甲型流感可能出現嚴重的暴發流行，部分原因在于病毒表面的 HA 與 NA 會出現周期性變異。HA 和 NA 的重大變化稱為抗原性轉換，而微小變化稱為抗原性漂移[1]。抗原性轉換可引起甲型流感的流行及大流行，而抗原性漂移可引起不同程度的局部流行與爆發。如 1918 年和 1919 年的極其嚴重的流感大流行與甲型流感病毒 H1 和 N1 兩者都出現抗原性轉換相關[2]。其他包括發生于 1957 年、1968 年、1977 年及 2009 年的相對范圍較小的流行。
IAV 感染是發達國家肺炎相關死亡的最常見原因，一項隊列研究估計，2003年－2009 年，在美國，季節性流感占所有呼吸衰竭入院人數的 3.8%，并估計流感相關急性呼吸衰竭的發病率為每年2.7/100 000 人[3]。在歐洲，季節性流感年死亡人數中位數估計為 44 774，占全球疾病負擔的 11%[4]。2013年－2017 年，國內共檢測流感樣病例鼻咽拭子標本 1 143 123 份，檢出流感病毒陽性 154 699 份（陽性率 13.53%）；其中，甲型 H1N1 流感病毒感染病例約 31 245 例（20.20%）[5]。
大多數甲型流感患者臨床癥狀較輕，僅表現為咳嗽、咽痛、流涕及全身乏力、肌肉疼痛等癥狀，并通常具有自限性[6]。少數情況下，甲型流感會導致嚴重的并發癥，包括急性肺損傷、急性呼吸窘迫綜合征以及其他肺外臟器損傷[7]。由于流感的發病率較高，一般人群中流感感染所致的并發癥發病率很高。發生并發癥風險最高的人群包括 5 歲以下的兒童，65 歲以上的患者，孕婦以及患有慢性基礎疾病（尤其是哮喘，以及其他肺、心臟、血液、肝、神經和代謝性疾病）的患者[8]。在美國的一項流行病學研究中，觀察到甲型流感的住院率隨患者年齡的增加而降低。年齡在 0～17 歲、18～64 歲、65 歲以上以及所有年齡段的人的每 10 萬人口的住院率分別為 117、84、70 和 90[9]。與甲型流感相比，受新型冠狀病毒肺炎（coronavirus disease，COVID-19）影響最大的年齡組是 40 歲以上的成年人（約 73%），而只有 10% 的患者年齡在 30 歲以下。年齡在 65 歲、18～49 歲和 0～4 歲的患者的住院率分別為 460 / 100 000、116 / 100 000 和 17 / 100 000[10]。在美國，總體累積住院率為 170/100 000[11]。
目前，重癥甲型流感病毒感染所導致的肺部損傷病死率高、機制較復雜、且治療措施有限。此外，盡管自疫情爆發以來的 1 年中，人們對 COVID-19 的了解很多，但在現階段了解 COVID-19 的知識差距仍然很大。因此，本文針對甲型流感導致急性肺損傷機制及治療進展進行綜述，同時希望能對包括 COVID-19 在內的類似的呼吸道感染性病毒性肺炎的研究提供借鑒和重要啟示。
2 肺部損傷的可能機制
甲型 H1N1 流感病毒在呼吸道主要導致氣道和肺泡上皮細胞廣泛損傷，嚴重影響氣體交換[12]。嚴重感染可以呈現為雙肺彌漫浸潤和頑固性低氧血癥、急性呼吸窘迫綜合征（acute respiratory distress syndrome，ARDS）。在死于 IAV 感染的患者中，肺部尸檢結果幾乎總是顯示彌漫性肺泡損傷，但是病毒 RNA 只存在于一小部分患者中[13]。許多研究表明，IAV 感染而導致的死亡可能是由于過度激活的免疫反應而非不受控制的病毒復制造成的[14]。
2.1 直接損傷：氣道與肺泡上皮的感染與病毒復制
當宿主吸入帶有病毒的飛沫后，流感病毒表面表達的 HA 與細胞表面唾液酸殘基結合[15]，并誘導病毒與靶細胞質膜結合和融合。病毒隨后通過內吞或微胞飲途徑進入細胞，并被轉運到溶酶體，在那里酸化激活質子選擇性基質蛋白 2 病毒通道（the proton selective matrix protein-2 viral channel，M2），誘導病毒核糖核蛋白（ribonucleoprotein，RNP）核心的膜融合與解離，然后被轉運到細胞核進行復制。子代病毒 RNP 核心在胞漿中產生后，與病毒表面蛋白 HA 和 NA 及其他病毒蛋白組裝形成完整的病毒后代，通過 HA/唾液酸相互作用與質膜相連，以出芽的方式釋放。在這個過程中，NA 通過唾液酸殘基的裂解完成釋放出病毒后代的最后一步。金剛烷胺和金剛乙胺能抑制病毒的 M2 通道阻斷病毒的復制過程，奧司他韋和扎那米韋等則可以通過抑制病毒 NA 起到抗病毒作用[16]。
2.2 免疫風暴與繼發損傷
2.2.1 炎癥因子的產生
感染細胞中病毒 RNA 的存在激活了 3 種主要的細胞內免疫途徑，從而啟動對病毒的固有免疫反應[17]，主要包括維甲酸誘導基因-1（retinoic acid inducible gene-1，RIG-1）蛋白質、Toll 樣受體（Toll-like receptors，TLR；主要是 TLR3 和 TLR7）和炎癥小體等 3 種途徑。病毒 RNA 與 RIG-1 上解旋酶結構域的結合觸發其與線粒體相關抗病毒信號蛋白（mitochondria associated antiviral signalling protein，MAVS）的相互作用，后者誘導產生Ⅰ型和Ⅲ型干擾素（interferons，IFN-α/β 和 λ），并激活促炎性轉錄因子核因子（the pro-inflammatory transcription factor nuclear factor，NF）-κB[18]；此外，病毒 RNA 通過上皮細胞中的 MAVS 和髓系細胞中含有蛋白樣受體-3 的核苷酸結合寡聚結構域發揮作用，激活炎癥小體，促進白介素（interleukin，IL）IL-1β 和 IL-18 的釋放[17, 19]。而 TLR 的激活最終使得干擾素調節因子（interferon regulatory factor，IRF）3 或 IRF7的進一步激活，從而增加Ⅰ型 IFN-α/β 的轉錄。干擾素通過與肺髓樣細胞和上皮細胞上的受體結合，進一步促進數百個干擾素調節基因的轉錄和表達，而炎癥小體和 NF-κB 的激活可誘導促炎性細胞因子和趨化因子的釋放，從而放大炎癥級聯反應[19]。所有這些反應一方面能促進病毒清除，但同時也可能導致組織損傷[20]。
2.2.2 宿主固有免疫的激活
病毒感染上皮細胞后，肺泡巨噬細胞是感染的第一反應者，它們可以通過吞噬集落蛋白調理的病毒顆粒或感染的凋亡細胞、以及釋放大量炎性細胞因子和趨化因子來促進病毒清除，從而啟動和驅動免疫反應[21]。在動物研究中顯示，IAV 感染前肺泡巨噬細胞的耗竭會導致病毒載量增加，并檢測到Ⅰ型 IFN 產生減少，而發病率和病死率增加[22]。同時肺泡巨噬細胞作為Ⅰ型干擾素的主要來源，也能以非 T 細胞受體的方式作用于記憶性 CD8+T 細胞[23]，從而使得早期的炎癥因子能通過 INF-α 受體直接作用于記憶性 T 細胞，使其能迅速摧毀受感染的宿主細胞。
樹突狀細胞肺部 IAV 感染的固有免疫反應的另一個關鍵組成部分[24]。感染的上皮細胞分泌損傷相關分子模式分子和病原體相關分子模式分子，而肺內常駐樹突狀細胞可以感知這些分子模式分子的刺激，同時在大量由炎性小體（IL-1β 和 IL-18）或粒細胞-巨噬細胞集落刺激因子（granulocyte-macrophage colony-stimulating factor，GM-CSF）產生的炎性因子的刺激下，樹突狀細胞遷移到區域淋巴結以激活細胞毒性 CD8+T 細胞和輔助 CD4+T 細胞，以及誘導特異性抗病毒反應的罕見記憶性T 細胞[25]。
此外，肺內皮細胞在對 IAV 感染的免疫應答中具有一定作用。內皮細胞上鞘氨醇-1 磷酸受體的表達上調有助于炎癥細胞的募集[26]。同時，內皮細胞是血管緊張素轉換酶（angiotensin-converting enzyme，ACE）產生的主要部位之一。ACE2 是 ACE 的同源物，對血管緊張素系統具有負性調節作用，并可預防 IAV 誘導的 ARDS[27]。另外，內皮細胞的損傷會導致炎癥細胞募集和炎癥的負調節因子的丟失，包括通過鞘氨醇-1 磷酸受體信號通路和通過 ACE 釋放血管緊張素，從而導致炎癥反應的失控。同時，ACE2 也是 SARS-CoV-2 感染人體細胞的重要途徑[28]。ACE2 受體在肺、腎、胃腸道、肝、血管內皮細胞和動脈平滑肌細胞中高表達[29]。因此，廣泛分布于人體的 ACE2 使得 COVID-19 與甲型流感相比具有更加顯著的肺外并發癥。
2.2.3 適應性免疫與病毒的清除、肺組織的修復
盡管募集到肺部的單核細胞及中性粒細胞同肺泡巨噬細胞能清除感染的細胞，但病毒的最終清除需要適應性免疫。CD8+和 CD4+以及病毒特異性記憶 T 細胞的活化是對 IAV 感染的適應性免疫應答的關鍵。抗原特異性 CD8+T 細胞通過在抗原接合時釋放細胞毒性顆粒誘導 IAV 感染細胞的裂解，并且可以與單核細胞衍生的肺泡巨噬細胞一起通過釋放 TNF-α 或 TNF 相關凋亡誘導配體通過外源性凋亡途徑誘導細胞死亡[30]。針對 NA 和 HA 的中和抗體與病毒的清除有關，并且也有助于預防相同 IAV 毒株的再感染[31]。然而，即使沒有交叉反應中和抗體，對保守流感表位特異的 CD8+T 細胞也可能足以介導人類對嚴重流感的交叉保護。
3 肺損傷修復與肺泡再生
病毒清除與急性炎癥的解決有關，這一過程是通過多種機制介導的。CD8+T 細胞產生抗炎的 IL-10，以減輕和消除炎癥[32]。活化的巨噬細胞表達共刺激分子 CD86，其促進 FOXP3+調節性 T 細胞的擴張，以抑制中性粒細胞驅動的細胞因子釋放[33]。Ⅰ型干擾素可抑制 T-helper17 反應的激活，減少中性粒細胞向肺的募集。活化 T 細胞釋放的 IFN-γ 抑制肺泡巨噬細胞上清道夫受體的表達[34]。這些過程都在一定程度上有助于炎癥的消除，但它們對免疫的抑制會增加繼發性細菌感染的風險，尤其是對革蘭陽性菌。
流感病毒感染導致上、下呼吸道基底膜的大面積剝落，肺泡上皮細胞及毛細血管內皮細胞結構破壞。肺部的修復包括終止炎癥反應、干細胞增殖和肺泡毛細血管屏障的重建。其中，固有淋巴細胞在黏膜表面的維持和再生中具有重要作用。比如參與淋巴組織發育的淋巴組織誘導細胞和先天性淋巴細胞能夠分泌 IL-22。IL-22 是一種組織保護性細胞因子，可誘導 IAV 感染后肺再生的重要基因的表達[35]。此外，IL-22 還能刺激肺上皮細胞表達抗菌基因，如脂質運載蛋白-2，對預防繼發性細菌性肺炎可能有一定的作用。另外，IL-22 還能增加編碼抗凋亡蛋白的基因表達，如 B 細胞淋巴瘤[36]。而先天性淋巴細胞還可以通過釋放 IL-33，誘導表皮生長因子（epidermal growth factor，EGF）的分泌，對維持上皮完整性和正確的氣道重塑至關重要[37]。在小鼠 IAV 感染模型中，單核細胞衍生的肺泡巨噬細胞可以分泌肝細胞生長因子（Hepatocyte growth factor，HGF），誘導Ⅱ型肺泡上皮細胞增殖[38]。肺泡巨噬細胞經 TNF-α 和 GM-CSF 的途徑促進肺泡Ⅱ型上皮細胞的再生，并且 GM-CSF 是肺上皮細胞的另一種增殖和抗凋亡因子[39]。
肺泡細胞的再生通過氣道和肺泡干細胞的增殖來完成受損區域的更換。氣道或上皮間隙內的部分分化細胞能夠根據周圍間質提供的環境進行自我更新和分化[40]。在肺泡內，Ⅰ型和Ⅱ型肺泡上皮細胞干細胞和肺泡Ⅱ型細胞被認為是修復過程中的干/祖細胞功能[41]。參與這些反應的可溶性生長因子包括成纖維細胞生長因子、EGFs、HGFs 和轉化生長因子 β。
4 治療進展
4.1 一般治療
早期隔離，減少傳播；對癥支持治療。
4.2 早期抗病毒治療
目前主要有兩類抗病毒藥物，包括 M2 通道抑制劑（金剛乙胺和金剛烷胺）和 NA 抑制劑（扎那米韋、奧司他韋、佩拉米韋和拉尼那米韋）[42]。由于目前流感病毒對 M2 道抑制劑出現耐藥性（99% 以上的菌株）。因此，NA 抑制劑是目前推薦的治療 IAV 感染的藥物。
新型抗病毒藥物：吸入性蘭那米韋是一種長效神經氨酸酶抑制劑，它對 N1～N9 亞型流感病毒和乙型流感病毒有效[43]。法匹那韋是一種 RNA 依賴性 RNA 聚合酶抑制劑，可能對于奧司他韋耐藥患者有一定作用。阿比多爾（arbidol）是一種針對多種包膜和非包膜病毒的廣譜抗病毒藥，例如流感病毒，呼吸道合胞和腺病毒等，對多種菌株和亞型的流感病毒表現出廣泛的活性[44]。此外，目前阿比多爾在治療 COVID-19 中也有較多應用。有研究表明，阿比多爾單一療法在治療 COVID-19 方面優于洛匹那韋（lopinavir）/利托那韋（ritonavir）[45]。
許多具有潛在免疫調節作用的藥物，包括免疫球蛋白、N-乙酰半胱氨酸、大環內酯類、過氧化物酶體增殖物激活受體激動劑、塞來昔布和氨基水楊酸，已被建議用于臨床[16]，但只有少數藥物達到臨床試驗。GM-CSF 是宿主抗病毒防御的重要介質和促進肺泡上皮細胞修復的重要因子，已通過吸入治療中重度肺炎相關 ARDS 患者（包括 IAV 感染患者），但效果需要進一步臨床試驗證實。
4.3 呼吸支持
4.3.1 氧療
低氧血癥患者的初始處理應包括立即補充氧氣，使動脈血氧分壓達到 60 mm Hg（1 mm Hg=0.133 kPa）以上。常規吸氧包括鼻導管吸氧、高流量吸氧（high flow）等。近年來，研究發現低氧血癥患者若無法通過常規補充氧氣實現足夠的氧合，則可使用高流量鼻導管（high flow nasal cannula，HFNC）氧氣或無創正壓通氣（non-invasive positive pressure ventilation，NIPPV）改善低氧血癥[46]。
4.3.2 無創通氣（noninvasive ventilation NIV）
對于并發急性肺損傷或急性呼吸窘迫癥狀的甲型流感患者，通常需要機械通氣治療，包括 NIV 及有創機械通氣。大多數的觀察性研究和隨機對照試驗（andomized controlled trial，RCT）的亞組分析表明，ARDS 患者在接受 NIV 作為嚴重呼吸窘迫的支持措施時預后最差，NIV 失敗率高，NIV 的療效有限[47]。NIV 失敗與較高的嚴重程度評分和 NIV 使用 1 h 后改善低氧血癥的失敗獨立相關。因此對于病情較輕的患者可嘗試 NIV 治療，如意識清楚、血流動力學穩定時。但如治療 1～2 h后低氧血癥無法改善時，應及時行有創通氣治療。
4.3.3 有創機械通氣
氣管插管和有創機械通氣能有效改善低氧血癥，并降低呼吸做功，緩解呼吸窘迫癥狀，改善全身缺氧。目前機械通氣策略包括：保護性肺通氣，小潮氣量及低氣道平臺壓、“最佳”的呼氣末正壓和肺復張策略，避免較大潮氣量通氣和較高的平臺壓導致呼吸機相關性肺損傷。俯臥位通氣可以通過降低胸腔內壓力梯度，促進分泌物引流、改善肺不張，調整肺內通氣血流比值，可明顯改善氧合狀態；目前建議對重度 ARDS 患者（氧合指數<100 mm Hg）的機械通氣患者實施俯臥位通氣。
4.3.4 神經-肌肉阻滯
由于呼吸驅動力強，ARDS 患者即使在使用高劑量鎮靜劑時也經常表現出強烈的呼吸做功，這種呼吸可能導致嚴重的人-呼吸機不同步，以及由于高跨肺壓和/或周期性肺不張而加重機械性肺損傷。因此建議在早期對于中重度 ARDS 患者（氧合指數<150 mm Hg）進行機械通氣時可短時間使用肌肉松弛劑[48]，但應警惕可能出現的痰液引流不良、肺不張、呼吸機相關膈肌功能不全等并發癥。
4.4 其他輔助治療 ARDS
4.4.1 液體管理
許多研究表明，ARDS 患者體液正平衡與預后差之間存在關聯[49]。限制性液體管理可改善氧合指數，降低肺損傷評分，縮短重癥監護室住院時間[7]。然而，積極的液體復蘇必須考慮到存在肺水腫和低氧血癥加重的風險。
4.4.2 抗炎治療
全身和局部的炎癥反應是 ALI/ARDS 發生和發展的重要機制。研究表明，血漿和肺泡灌洗液中炎癥因子濃度升高與 ARDS 病死率呈正相關[50]。但目前的研究結果表明，糖皮質激素既不能改善也不能預防 ARDS 的發生，對早期 ARDS 也沒有治療作用[51]。因此不推薦常規應用糖皮質激素治療甲型流感相關肺炎。
4.5 體外膜氧合技術（Extracorporeal Membrane Oxygenation，ECMO）
ECMO 的應用在于部分或完全代替心肺功能，利于心肺休息及全身重要器官氧氣供應。一項納入 2 956 例患者在內的 20 項研究的回顧和薈萃分析顯示，接受 ECMO 治療的 ARDS 患者的病死率與對照組相比沒有顯著差異[52]。然而，當局限于高質量的研究時，與傳統的機械通氣技術相比，ECMO 降低了住院患者病死率[53]。因此，在獲得更多高質量的數據之前，ECMO 應該作為嚴重低氧血癥 ARDS 患者的搶救性治療選擇。
4.6 體外二氧化碳清除術
使用適度的體外血流（0.5～1 L/min），體外清除部分靜脈血中的二氧化碳，這種方法允許使用非常低的潮氣量（3～4 mL/kg），而不會引起嚴重的呼吸性酸中毒[54]。與所有體外措施一樣，體外二氧化碳清除也有其自身的風險，尤其是出血。目前，體外二氧化碳清除相關的超保護性通氣對 ARDS 患者預后的益處仍然未知[48]。
4.7 吸入肺血管擴張劑
吸入一氧化氮和前列腺素可以選擇性擴張肺循環血管，改善通氣-灌注匹配、短暫地改善氧合作用[55]。對于伴有急性肺心病（右心衰）導致循環衰竭的 ARDS 患者，肺血管擴張可使 ARDS 患者受益[56]。雖然吸入一氧化氮能改善 ARDS 患者氧合，但多項 RCT 表明吸入一氧化氮不能改善患者住院病死率[57]。另外有研究表明長時間吸入一氧化氮可能會增加患者腎損傷風險[48]。因此不推薦常規應用一氧化氮吸入治療甲型流感導致的急性肺損傷。
5 小結
甲型流感病毒所導致的肺損傷是由病毒和宿主因素共同決定的，一方面在于病毒對宿主氣道和肺泡上皮細胞的嗜性決定，另一方面是宿主強大的固有免疫反應，雖然有助于病毒清除，但會加劇肺損傷。因此，宿主對病毒的免疫反應應該在一個適度的范圍內。針對宿主的新療法與傳統的抗病毒治療相結合可能是有益的。這種治療策略可以干擾病毒復制所需的宿主信號通路，抑制過度炎癥或促進組織再生，以減輕器官功能障礙和損傷，限制免疫反應、促進免疫消退或組織再生。但目前針對免疫調理的治療方式有限，需要進一步的研究來證實在感染過程中可以作為特異性靶點的細胞和免疫途徑，并開發臨床上有用的生物標志物，將這些靶向治療用于最有效的患者群體。
1 概述
流感幾乎每年都會發生，常見的是局部的流行，全球爆發的大流行頻率遠低于局部的流行。最近一次大流行正是在 2009 年 3 月由甲型 H1N1 引發并迅速向全球播散。目前，在感染人類的甲型流感病毒（influenza A virus，IAV）中，主要有 3 種血凝素（hemagglutinin，HA）亞型（H1、H2 和 H3）及 2 種神經氨酸酶（neuraminadase，NA）亞型（N1 和 N2）。甲型流感可能出現嚴重的暴發流行，部分原因在于病毒表面的 HA 與 NA 會出現周期性變異。HA 和 NA 的重大變化稱為抗原性轉換，而微小變化稱為抗原性漂移[1]。抗原性轉換可引起甲型流感的流行及大流行，而抗原性漂移可引起不同程度的局部流行與爆發。如 1918 年和 1919 年的極其嚴重的流感大流行與甲型流感病毒 H1 和 N1 兩者都出現抗原性轉換相關[2]。其他包括發生于 1957 年、1968 年、1977 年及 2009 年的相對范圍較小的流行。
IAV 感染是發達國家肺炎相關死亡的最常見原因，一項隊列研究估計，2003年－2009 年，在美國，季節性流感占所有呼吸衰竭入院人數的 3.8%，并估計流感相關急性呼吸衰竭的發病率為每年2.7/100 000 人[3]。在歐洲，季節性流感年死亡人數中位數估計為 44 774，占全球疾病負擔的 11%[4]。2013年－2017 年，國內共檢測流感樣病例鼻咽拭子標本 1 143 123 份，檢出流感病毒陽性 154 699 份（陽性率 13.53%）；其中，甲型 H1N1 流感病毒感染病例約 31 245 例（20.20%）[5]。
大多數甲型流感患者臨床癥狀較輕，僅表現為咳嗽、咽痛、流涕及全身乏力、肌肉疼痛等癥狀，并通常具有自限性[6]。少數情況下，甲型流感會導致嚴重的并發癥，包括急性肺損傷、急性呼吸窘迫綜合征以及其他肺外臟器損傷[7]。由于流感的發病率較高，一般人群中流感感染所致的并發癥發病率很高。發生并發癥風險最高的人群包括 5 歲以下的兒童，65 歲以上的患者，孕婦以及患有慢性基礎疾病（尤其是哮喘，以及其他肺、心臟、血液、肝、神經和代謝性疾病）的患者[8]。在美國的一項流行病學研究中，觀察到甲型流感的住院率隨患者年齡的增加而降低。年齡在 0～17 歲、18～64 歲、65 歲以上以及所有年齡段的人的每 10 萬人口的住院率分別為 117、84、70 和 90[9]。與甲型流感相比，受新型冠狀病毒肺炎（coronavirus disease，COVID-19）影響最大的年齡組是 40 歲以上的成年人（約 73%），而只有 10% 的患者年齡在 30 歲以下。年齡在 65 歲、18～49 歲和 0～4 歲的患者的住院率分別為 460 / 100 000、116 / 100 000 和 17 / 100 000[10]。在美國，總體累積住院率為 170/100 000[11]。
目前，重癥甲型流感病毒感染所導致的肺部損傷病死率高、機制較復雜、且治療措施有限。此外，盡管自疫情爆發以來的 1 年中，人們對 COVID-19 的了解很多，但在現階段了解 COVID-19 的知識差距仍然很大。因此，本文針對甲型流感導致急性肺損傷機制及治療進展進行綜述，同時希望能對包括 COVID-19 在內的類似的呼吸道感染性病毒性肺炎的研究提供借鑒和重要啟示。
2 肺部損傷的可能機制
甲型 H1N1 流感病毒在呼吸道主要導致氣道和肺泡上皮細胞廣泛損傷，嚴重影響氣體交換[12]。嚴重感染可以呈現為雙肺彌漫浸潤和頑固性低氧血癥、急性呼吸窘迫綜合征（acute respiratory distress syndrome，ARDS）。在死于 IAV 感染的患者中，肺部尸檢結果幾乎總是顯示彌漫性肺泡損傷，但是病毒 RNA 只存在于一小部分患者中[13]。許多研究表明，IAV 感染而導致的死亡可能是由于過度激活的免疫反應而非不受控制的病毒復制造成的[14]。
2.1 直接損傷：氣道與肺泡上皮的感染與病毒復制
當宿主吸入帶有病毒的飛沫后，流感病毒表面表達的 HA 與細胞表面唾液酸殘基結合[15]，并誘導病毒與靶細胞質膜結合和融合。病毒隨后通過內吞或微胞飲途徑進入細胞，并被轉運到溶酶體，在那里酸化激活質子選擇性基質蛋白 2 病毒通道（the proton selective matrix protein-2 viral channel，M2），誘導病毒核糖核蛋白（ribonucleoprotein，RNP）核心的膜融合與解離，然后被轉運到細胞核進行復制。子代病毒 RNP 核心在胞漿中產生后，與病毒表面蛋白 HA 和 NA 及其他病毒蛋白組裝形成完整的病毒后代，通過 HA/唾液酸相互作用與質膜相連，以出芽的方式釋放。在這個過程中，NA 通過唾液酸殘基的裂解完成釋放出病毒后代的最后一步。金剛烷胺和金剛乙胺能抑制病毒的 M2 通道阻斷病毒的復制過程，奧司他韋和扎那米韋等則可以通過抑制病毒 NA 起到抗病毒作用[16]。
2.2 免疫風暴與繼發損傷
2.2.1 炎癥因子的產生
感染細胞中病毒 RNA 的存在激活了 3 種主要的細胞內免疫途徑，從而啟動對病毒的固有免疫反應[17]，主要包括維甲酸誘導基因-1（retinoic acid inducible gene-1，RIG-1）蛋白質、Toll 樣受體（Toll-like receptors，TLR；主要是 TLR3 和 TLR7）和炎癥小體等 3 種途徑。病毒 RNA 與 RIG-1 上解旋酶結構域的結合觸發其與線粒體相關抗病毒信號蛋白（mitochondria associated antiviral signalling protein，MAVS）的相互作用，后者誘導產生Ⅰ型和Ⅲ型干擾素（interferons，IFN-α/β 和 λ），并激活促炎性轉錄因子核因子（the pro-inflammatory transcription factor nuclear factor，NF）-κB[18]；此外，病毒 RNA 通過上皮細胞中的 MAVS 和髓系細胞中含有蛋白樣受體-3 的核苷酸結合寡聚結構域發揮作用，激活炎癥小體，促進白介素（interleukin，IL）IL-1β 和 IL-18 的釋放[17, 19]。而 TLR 的激活最終使得干擾素調節因子（interferon regulatory factor，IRF）3 或 IRF7的進一步激活，從而增加Ⅰ型 IFN-α/β 的轉錄。干擾素通過與肺髓樣細胞和上皮細胞上的受體結合，進一步促進數百個干擾素調節基因的轉錄和表達，而炎癥小體和 NF-κB 的激活可誘導促炎性細胞因子和趨化因子的釋放，從而放大炎癥級聯反應[19]。所有這些反應一方面能促進病毒清除，但同時也可能導致組織損傷[20]。
2.2.2 宿主固有免疫的激活
病毒感染上皮細胞后，肺泡巨噬細胞是感染的第一反應者，它們可以通過吞噬集落蛋白調理的病毒顆粒或感染的凋亡細胞、以及釋放大量炎性細胞因子和趨化因子來促進病毒清除，從而啟動和驅動免疫反應[21]。在動物研究中顯示，IAV 感染前肺泡巨噬細胞的耗竭會導致病毒載量增加，并檢測到Ⅰ型 IFN 產生減少，而發病率和病死率增加[22]。同時肺泡巨噬細胞作為Ⅰ型干擾素的主要來源，也能以非 T 細胞受體的方式作用于記憶性 CD8+T 細胞[23]，從而使得早期的炎癥因子能通過 INF-α 受體直接作用于記憶性 T 細胞，使其能迅速摧毀受感染的宿主細胞。
樹突狀細胞肺部 IAV 感染的固有免疫反應的另一個關鍵組成部分[24]。感染的上皮細胞分泌損傷相關分子模式分子和病原體相關分子模式分子，而肺內常駐樹突狀細胞可以感知這些分子模式分子的刺激，同時在大量由炎性小體（IL-1β 和 IL-18）或粒細胞-巨噬細胞集落刺激因子（granulocyte-macrophage colony-stimulating factor，GM-CSF）產生的炎性因子的刺激下，樹突狀細胞遷移到區域淋巴結以激活細胞毒性 CD8+T 細胞和輔助 CD4+T 細胞，以及誘導特異性抗病毒反應的罕見記憶性T 細胞[25]。
此外，肺內皮細胞在對 IAV 感染的免疫應答中具有一定作用。內皮細胞上鞘氨醇-1 磷酸受體的表達上調有助于炎癥細胞的募集[26]。同時，內皮細胞是血管緊張素轉換酶（angiotensin-converting enzyme，ACE）產生的主要部位之一。ACE2 是 ACE 的同源物，對血管緊張素系統具有負性調節作用，并可預防 IAV 誘導的 ARDS[27]。另外，內皮細胞的損傷會導致炎癥細胞募集和炎癥的負調節因子的丟失，包括通過鞘氨醇-1 磷酸受體信號通路和通過 ACE 釋放血管緊張素，從而導致炎癥反應的失控。同時，ACE2 也是 SARS-CoV-2 感染人體細胞的重要途徑[28]。ACE2 受體在肺、腎、胃腸道、肝、血管內皮細胞和動脈平滑肌細胞中高表達[29]。因此，廣泛分布于人體的 ACE2 使得 COVID-19 與甲型流感相比具有更加顯著的肺外并發癥。
2.2.3 適應性免疫與病毒的清除、肺組織的修復
盡管募集到肺部的單核細胞及中性粒細胞同肺泡巨噬細胞能清除感染的細胞，但病毒的最終清除需要適應性免疫。CD8+和 CD4+以及病毒特異性記憶 T 細胞的活化是對 IAV 感染的適應性免疫應答的關鍵。抗原特異性 CD8+T 細胞通過在抗原接合時釋放細胞毒性顆粒誘導 IAV 感染細胞的裂解，并且可以與單核細胞衍生的肺泡巨噬細胞一起通過釋放 TNF-α 或 TNF 相關凋亡誘導配體通過外源性凋亡途徑誘導細胞死亡[30]。針對 NA 和 HA 的中和抗體與病毒的清除有關，并且也有助于預防相同 IAV 毒株的再感染[31]。然而，即使沒有交叉反應中和抗體，對保守流感表位特異的 CD8+T 細胞也可能足以介導人類對嚴重流感的交叉保護。
3 肺損傷修復與肺泡再生
病毒清除與急性炎癥的解決有關，這一過程是通過多種機制介導的。CD8+T 細胞產生抗炎的 IL-10，以減輕和消除炎癥[32]。活化的巨噬細胞表達共刺激分子 CD86，其促進 FOXP3+調節性 T 細胞的擴張，以抑制中性粒細胞驅動的細胞因子釋放[33]。Ⅰ型干擾素可抑制 T-helper17 反應的激活，減少中性粒細胞向肺的募集。活化 T 細胞釋放的 IFN-γ 抑制肺泡巨噬細胞上清道夫受體的表達[34]。這些過程都在一定程度上有助于炎癥的消除，但它們對免疫的抑制會增加繼發性細菌感染的風險，尤其是對革蘭陽性菌。
流感病毒感染導致上、下呼吸道基底膜的大面積剝落，肺泡上皮細胞及毛細血管內皮細胞結構破壞。肺部的修復包括終止炎癥反應、干細胞增殖和肺泡毛細血管屏障的重建。其中，固有淋巴細胞在黏膜表面的維持和再生中具有重要作用。比如參與淋巴組織發育的淋巴組織誘導細胞和先天性淋巴細胞能夠分泌 IL-22。IL-22 是一種組織保護性細胞因子，可誘導 IAV 感染后肺再生的重要基因的表達[35]。此外，IL-22 還能刺激肺上皮細胞表達抗菌基因，如脂質運載蛋白-2，對預防繼發性細菌性肺炎可能有一定的作用。另外，IL-22 還能增加編碼抗凋亡蛋白的基因表達，如 B 細胞淋巴瘤[36]。而先天性淋巴細胞還可以通過釋放 IL-33，誘導表皮生長因子（epidermal growth factor，EGF）的分泌，對維持上皮完整性和正確的氣道重塑至關重要[37]。在小鼠 IAV 感染模型中，單核細胞衍生的肺泡巨噬細胞可以分泌肝細胞生長因子（Hepatocyte growth factor，HGF），誘導Ⅱ型肺泡上皮細胞增殖[38]。肺泡巨噬細胞經 TNF-α 和 GM-CSF 的途徑促進肺泡Ⅱ型上皮細胞的再生，并且 GM-CSF 是肺上皮細胞的另一種增殖和抗凋亡因子[39]。
肺泡細胞的再生通過氣道和肺泡干細胞的增殖來完成受損區域的更換。氣道或上皮間隙內的部分分化細胞能夠根據周圍間質提供的環境進行自我更新和分化[40]。在肺泡內，Ⅰ型和Ⅱ型肺泡上皮細胞干細胞和肺泡Ⅱ型細胞被認為是修復過程中的干/祖細胞功能[41]。參與這些反應的可溶性生長因子包括成纖維細胞生長因子、EGFs、HGFs 和轉化生長因子 β。
4 治療進展
4.1 一般治療
早期隔離，減少傳播；對癥支持治療。
4.2 早期抗病毒治療
目前主要有兩類抗病毒藥物，包括 M2 通道抑制劑（金剛乙胺和金剛烷胺）和 NA 抑制劑（扎那米韋、奧司他韋、佩拉米韋和拉尼那米韋）[42]。由于目前流感病毒對 M2 道抑制劑出現耐藥性（99% 以上的菌株）。因此，NA 抑制劑是目前推薦的治療 IAV 感染的藥物。
新型抗病毒藥物：吸入性蘭那米韋是一種長效神經氨酸酶抑制劑，它對 N1～N9 亞型流感病毒和乙型流感病毒有效[43]。法匹那韋是一種 RNA 依賴性 RNA 聚合酶抑制劑，可能對于奧司他韋耐藥患者有一定作用。阿比多爾（arbidol）是一種針對多種包膜和非包膜病毒的廣譜抗病毒藥，例如流感病毒，呼吸道合胞和腺病毒等，對多種菌株和亞型的流感病毒表現出廣泛的活性[44]。此外，目前阿比多爾在治療 COVID-19 中也有較多應用。有研究表明，阿比多爾單一療法在治療 COVID-19 方面優于洛匹那韋（lopinavir）/利托那韋（ritonavir）[45]。
許多具有潛在免疫調節作用的藥物，包括免疫球蛋白、N-乙酰半胱氨酸、大環內酯類、過氧化物酶體增殖物激活受體激動劑、塞來昔布和氨基水楊酸，已被建議用于臨床[16]，但只有少數藥物達到臨床試驗。GM-CSF 是宿主抗病毒防御的重要介質和促進肺泡上皮細胞修復的重要因子，已通過吸入治療中重度肺炎相關 ARDS 患者（包括 IAV 感染患者），但效果需要進一步臨床試驗證實。
4.3 呼吸支持
4.3.1 氧療
低氧血癥患者的初始處理應包括立即補充氧氣，使動脈血氧分壓達到 60 mm Hg（1 mm Hg=0.133 kPa）以上。常規吸氧包括鼻導管吸氧、高流量吸氧（high flow）等。近年來，研究發現低氧血癥患者若無法通過常規補充氧氣實現足夠的氧合，則可使用高流量鼻導管（high flow nasal cannula，HFNC）氧氣或無創正壓通氣（non-invasive positive pressure ventilation，NIPPV）改善低氧血癥[46]。
4.3.2 無創通氣（noninvasive ventilation NIV）
對于并發急性肺損傷或急性呼吸窘迫癥狀的甲型流感患者，通常需要機械通氣治療，包括 NIV 及有創機械通氣。大多數的觀察性研究和隨機對照試驗（andomized controlled trial，RCT）的亞組分析表明，ARDS 患者在接受 NIV 作為嚴重呼吸窘迫的支持措施時預后最差，NIV 失敗率高，NIV 的療效有限[47]。NIV 失敗與較高的嚴重程度評分和 NIV 使用 1 h 后改善低氧血癥的失敗獨立相關。因此對于病情較輕的患者可嘗試 NIV 治療，如意識清楚、血流動力學穩定時。但如治療 1～2 h后低氧血癥無法改善時，應及時行有創通氣治療。
4.3.3 有創機械通氣
氣管插管和有創機械通氣能有效改善低氧血癥，并降低呼吸做功，緩解呼吸窘迫癥狀，改善全身缺氧。目前機械通氣策略包括：保護性肺通氣，小潮氣量及低氣道平臺壓、“最佳”的呼氣末正壓和肺復張策略，避免較大潮氣量通氣和較高的平臺壓導致呼吸機相關性肺損傷。俯臥位通氣可以通過降低胸腔內壓力梯度，促進分泌物引流、改善肺不張，調整肺內通氣血流比值，可明顯改善氧合狀態；目前建議對重度 ARDS 患者（氧合指數<100 mm Hg）的機械通氣患者實施俯臥位通氣。
4.3.4 神經-肌肉阻滯
由于呼吸驅動力強，ARDS 患者即使在使用高劑量鎮靜劑時也經常表現出強烈的呼吸做功，這種呼吸可能導致嚴重的人-呼吸機不同步，以及由于高跨肺壓和/或周期性肺不張而加重機械性肺損傷。因此建議在早期對于中重度 ARDS 患者（氧合指數<150 mm Hg）進行機械通氣時可短時間使用肌肉松弛劑[48]，但應警惕可能出現的痰液引流不良、肺不張、呼吸機相關膈肌功能不全等并發癥。
4.4 其他輔助治療 ARDS
4.4.1 液體管理
許多研究表明，ARDS 患者體液正平衡與預后差之間存在關聯[49]。限制性液體管理可改善氧合指數，降低肺損傷評分，縮短重癥監護室住院時間[7]。然而，積極的液體復蘇必須考慮到存在肺水腫和低氧血癥加重的風險。
4.4.2 抗炎治療
全身和局部的炎癥反應是 ALI/ARDS 發生和發展的重要機制。研究表明，血漿和肺泡灌洗液中炎癥因子濃度升高與 ARDS 病死率呈正相關[50]。但目前的研究結果表明，糖皮質激素既不能改善也不能預防 ARDS 的發生，對早期 ARDS 也沒有治療作用[51]。因此不推薦常規應用糖皮質激素治療甲型流感相關肺炎。
4.5 體外膜氧合技術（Extracorporeal Membrane Oxygenation，ECMO）
ECMO 的應用在于部分或完全代替心肺功能，利于心肺休息及全身重要器官氧氣供應。一項納入 2 956 例患者在內的 20 項研究的回顧和薈萃分析顯示，接受 ECMO 治療的 ARDS 患者的病死率與對照組相比沒有顯著差異[52]。然而，當局限于高質量的研究時，與傳統的機械通氣技術相比，ECMO 降低了住院患者病死率[53]。因此，在獲得更多高質量的數據之前，ECMO 應該作為嚴重低氧血癥 ARDS 患者的搶救性治療選擇。
4.6 體外二氧化碳清除術
使用適度的體外血流（0.5～1 L/min），體外清除部分靜脈血中的二氧化碳，這種方法允許使用非常低的潮氣量（3～4 mL/kg），而不會引起嚴重的呼吸性酸中毒[54]。與所有體外措施一樣，體外二氧化碳清除也有其自身的風險，尤其是出血。目前，體外二氧化碳清除相關的超保護性通氣對 ARDS 患者預后的益處仍然未知[48]。
4.7 吸入肺血管擴張劑
吸入一氧化氮和前列腺素可以選擇性擴張肺循環血管，改善通氣-灌注匹配、短暫地改善氧合作用[55]。對于伴有急性肺心病（右心衰）導致循環衰竭的 ARDS 患者，肺血管擴張可使 ARDS 患者受益[56]。雖然吸入一氧化氮能改善 ARDS 患者氧合，但多項 RCT 表明吸入一氧化氮不能改善患者住院病死率[57]。另外有研究表明長時間吸入一氧化氮可能會增加患者腎損傷風險[48]。因此不推薦常規應用一氧化氮吸入治療甲型流感導致的急性肺損傷。
5 小結
甲型流感病毒所導致的肺損傷是由病毒和宿主因素共同決定的，一方面在于病毒對宿主氣道和肺泡上皮細胞的嗜性決定，另一方面是宿主強大的固有免疫反應，雖然有助于病毒清除，但會加劇肺損傷。因此，宿主對病毒的免疫反應應該在一個適度的范圍內。針對宿主的新療法與傳統的抗病毒治療相結合可能是有益的。這種治療策略可以干擾病毒復制所需的宿主信號通路，抑制過度炎癥或促進組織再生，以減輕器官功能障礙和損傷，限制免疫反應、促進免疫消退或組織再生。但目前針對免疫調理的治療方式有限，需要進一步的研究來證實在感染過程中可以作為特異性靶點的細胞和免疫途徑，并開發臨床上有用的生物標志物，將這些靶向治療用于最有效的患者群體。