严重COVID-19细胞因子释放综合征及IL-6受体拮抗剂托珠单抗可能是降低死亡率的关键

摘要：自2019年12月以来，来自中国武汉的病毒性肺炎（COVID-19）席卷全球。 尽管病死率不高，但感染人数很多，仍有大量患者死亡。 随着越来越多的临床数据的整理和发布，大量数据表明重症患者存在轻度或重度细胞因子风暴，这也是重要的死亡原因。因此，细胞因子风暴的治疗已成为抢救重症患者的重要组成部分。 白细胞介素6（IL-6）在细胞因子释放综合征（CRS）中起重要作用。 如果它能阻断IL-6的信号转导途径，则有望成为治疗重症患者的新方法。托珠单抗是IL-6R的拮抗剂，能有效阻断IL-6的信号转导途径。因此，托珠单抗可能成为治疗严重COVID-19患者的有效药物。

关键词：COVID-19  细胞因子释放综合征  托珠单抗

简介：最初的COVID-19病理发现双侧弥漫性肺泡损伤伴有细胞粘液样纤维瘤渗出液，随后的外周血流式细胞术分析发现CD4和CD8细胞减少，但Th17细胞比例增加。Th17细胞是由IL-6和IL-23刺激的Th0细胞分化而来的辅助性T细胞。一项即将发表的研究（Jing Liu等人）纳入了来自40例患者（其中13例是严重的）的COVID-19，表明重症患者与轻度患者相比，淋巴细胞比例持续下降。严重者外周血CD8 T细胞减少，炎性细胞因子（IL-6、IL-10、IL-2、IFN-γ）升高。综上所述，我们有一个合理的假设，即细胞因子风暴在危重病例中起着重要作用，因此中和CRS中的关键炎症因子对于降低危重病例的死亡率具有重要价值。

CRS简介：CRS是一种全身性炎症反应，可由感染、某些药物等因素引起，其特点是大量促炎细胞因子水平急剧升高。CRS多见于免疫系统相关疾病或免疫相关治疗，如CAR-T细胞治疗、器官移植脓毒症和病毒感染。SARS-CoV-2与肺泡上皮细胞结合，激活先天免疫系统和适应性免疫系统，产生大量细胞因子，包括IL-6。由于这些促炎因子的作用，血管通透性增加，大量液体和血细胞进入肺泡，导致呼吸困难甚至呼吸衰竭。第一份COVID-19死亡尸检的总体检查报告表明，可以看到双肺的古铜色外观，以及切开后大量灰白色粘性液体溢流。

图1.严重COVID-19患者中细胞因子释放综合征的可能机制。 SARS-CoV-2通过ACE2受体感染肺泡上皮细胞（主要是2型肺泡上皮细胞[AEC2]）。上皮细胞的破坏和细胞通透性的增加导致病毒的释放。SARS-CoV-2激活先天免疫系统，巨噬细胞和其他先天免疫细胞不仅捕获病毒，而且还释放出大量的细胞因子和趋化因子，包括IL-6。抗原递呈细胞（主要是树突状细胞）也可以激活适应性免疫。T细胞和B细胞不仅具有抗病毒作用，而且直接或间接促进炎性细胞因子的分泌。此外，在炎症因子的刺激下，大量炎性渗出物和红细胞进入肺泡，导致呼吸困难和呼吸衰竭。

IL-6及其在CRS中的作用：

白细胞介素-6（IL-6）是细胞因子家族的重要成员，在急性炎症中起着重要作用。IL-6是一种多功能细胞因子，在人体代谢、自身免疫细胞分化、疾病治疗等方面发挥着重要作用。

图2 IL-6简介

IL-6的结构与特性

IL-6是由四个α螺旋组成的小多肽。 分子量为19-28kD，具有184个氨基酸残基（通常为单体形式），等电点为5.0，具有糖基化位点和两个二硫键。 编码IL-6的基因位于7p15-21号染色体上，包括4个内含子和5个外显子。几乎所有的基质细胞和免疫系统细胞，如B淋巴细胞、T淋巴细胞、巨噬细胞、单核细胞、树突状细胞、肥大细胞和其他非淋巴细胞，如成纤维细胞、内皮细胞、角质形成细胞、肾小球系膜细胞和肿瘤细胞都能产生IL-6。IL-6表达的主要激活因子是IL-1β和肿瘤坏死因子（TNF-α）。当然，还有其他促进IL-6合成的方法，如Toll样受体、前列腺素、脂肪因子、应激反应和其他细胞因子。在感染性炎症的早期，IL-6由Toll样受体刺激的单核细胞和巨噬细胞产生。在非感染性炎症，如烧伤或外伤，它也可以由Toll样受体刺激的细胞产生。这种急性IL-6的表达通过刺激不同的细胞群在宿主防御中起着中心作用。

IL-6的信号转导途径

IL-6在细胞因子风暴中起中心作用。IL-6是一种具有抗炎、促炎作用的多效细胞因子。IL-6信号转导途径主要有三种：① 经典信号转导，②反式信号转导，③反式表达。

图3 IL-6的信号转导途径。（A） 经典信号转导；（B）反式信号转导；（C）反式表达；（D） 下一步是激活JAK-STATA（STAT1、STAT3，在较小程度上激活STAT5）途径，此外，RAS-RAF途径、SRC-YAP-NOTCH途径和AKT-PI3K途径也被激活。促进细胞增殖、分化、氧化应激、免疫调节等复杂的生物学功能。

在经典的信号转导途径中，IL-6与其受体IL-6R结合形成复合物，然后与膜蛋白gp130结合启动细胞内信号转导。IL-6R不仅以跨膜形式存在，而且以可溶形式存在。 IL-6结合这两种形式，然后与gp130相互作用以触发下游信号转导和基因表达。在跨信号转导途径中，sIL-6R与IL-6的结合亲和力与IL-6R相似，并且该复合物与gp130结合，从而启动细胞内信号转导。在经典信号途径中，许多细胞不能响应IL-6信号，因为它们不表达IL-6R，但是其中一些细胞可以被sIL-6R-IL-6复合物刺激以响应IL-6信号并引起 细胞信号转导。反式表达信号受到细胞外sgp130的抑制，并且sgp130可以与sIL-6R形成复合物，以防止sIL-6R与膜结合的gp130结合。下一步是激活JAK-STATA（STAT1、STAT3，在较小程度上激活STAT5）通路，此外，RAS-RAF通路、SRC-YAP-NOTCH通路和AKT-PI3K通路也被激活。促进细胞增殖、分化、氧化应激、免疫调节等复杂的生物学功能。

生物功能

IL-6可以促进T细胞群体的扩张和活化以及B细胞的分化，调节急性期反应，并影响血管疾病的激素样特性，脂质代谢，胰岛素抵抗，线粒体活性，神经内分泌系统和神经心理学行为。此外，IL-6促进破骨细胞的分化和血管生成，角质形成细胞和肾小球膜细胞的增殖以及骨髓瘤和浆细胞瘤细胞的生长。①对B淋巴细胞的作用。IL-6可以诱导B细胞增殖，分化并产生抗体。 当B细胞被抗原激活并分化为IgM，IgG和IgA抗体时，特别需要IL-6。②对T淋巴细胞的作用：IL-6是细胞毒性T淋巴细胞（CTL）的终末辅助因子，可诱导CTL活性，使未成熟胸腺细胞发育为CTL。此外，IL-6是T细胞的促炎调节剂。 IL-6可以促进Th17细胞谱系和功能，抑制调节性T细胞（Treg）的诱导，并促进自身反应性促炎性CD4 T细胞应答的发展。IL-6与TGF-β结合可促进Th17细胞的发育和功能，而Th17细胞则与类风湿性关节炎，系统性红斑狼疮等许多自发性炎症的发生和发展有关。③对肝细胞的影响：IL-6是急性期反应蛋白的强诱导因子，可在基因转录水平诱导肝细胞合成急性期反应蛋白，尤其是血清淀粉样蛋白a（SAA）和C反应蛋白（CRP）。④ 对造血干细胞的影响：IL-6可与其他细胞因子协同作用，促进早期骨髓干细胞的生长，促进血细胞分化，促进其集落形成。⑤参与免疫异常的发生：高铁球蛋白血症，心肌粘液瘤，膀胱癌，慢性类风湿关节炎等患者均伴有IL-6水平异常升高。⑥参与心血管疾病的发生与发展：心肌缺血，冠状动脉粥样硬化，心绞痛，充血性心力衰竭，高血压等患者均伴有IL-6水平异常升高。

IL-6R拮抗剂托珠单抗

经典的IL-6信号仅限于表达IL-6R的细胞（巨噬细胞、中性粒细胞、T细胞等），在IL-6的低水平中起主导作用。IL-6和细胞相关IL-6R的组合导致gp130同源二聚化并启动下游途径。 但是，当IL-6的水平增加时，由于gp130随处可见，IL-6信号被广泛表达。托珠单抗与细胞相关IL-6R和可溶性IL-6R的结合可以抑制经典信号和反式信号。 因此，它可以抑制CRS。

托珠单抗是针对免疫球蛋白IgG1亚型的人白细胞介素6（IL-6）受体的重组人源化单克隆抗体。 托珠单抗特异性结合可溶性和膜结合的IL-6受体（sIL-6R和mIL-6R），并抑制sIL-6R和mIL-6R介导的信号转导。值得注意的是，托珠单抗对重症CRS患者有效。对于患有类风湿关节炎的成人，托珠单抗的推荐剂量为每4周静脉滴注8mg / kg，可与甲氨蝶呤或其他抗风湿药联合使用。当肝酶异常，中性粒细胞计数和血小板计数降低时，托珠单抗的剂量可降至4mg / kg。 对于系统性幼年特发性关节炎（sJIA）患者，托珠单抗的剂量分别为12mg / kg（体重<30kg）和8mg / kg（体重≥30kg）。 建议每2周静脉滴注一次，且滴注时间超过1小时。

关于托珠单抗在治疗重症COVID-19患者中的安全性，一项预印本研究纳入了21例患者。平均年龄为56.8±16.5岁，范围为25至88岁。 没有与托珠单抗相关的并发症，也没有病情恶化或死亡的历史。 总体而言，托珠单抗继发感染的风险不太高。

SARS-CoV-2，SARS和MERS是冠状病毒，严重的SARS和MERS患者已发生不同程度的CRS。IL-6均高表达。目前，在中国进行的小样本临床试验显示，托珠单抗具有良好的疗效。该组中所有21位患者均符合严重或危重COVID-19的标准。其中严重者符合以下标准之一：呼吸急促，呼吸频率大于30次/min；静息时血氧饱和度小于93%；PaO2/FiO2≤300 mmHg。关键标准满足以下条件之一：需要机械通气的呼吸衰竭； 休克;并因其他器官衰竭而入住ICU。 经过几天的治疗，发烧患者的体温恢复正常（开始时，所有21例患者发烧），所有其他症状均得到明显改善。75%（15/20）的患者减少了吸氧量，1例患者不需要吸氧。影像学检查（CT）90.5%（19/21）的患者显示肺部病灶吸收。实验室检查显示外周血淋巴细胞和C反应蛋白比例恢复正常。不足之处是仅报告了使用托珠单抗治疗前外周血中的IL-6水平（平均值132.38±278.54 pg / ml），而未报告治疗后的IL-6水平。最后，从COVID-19可能的作用机制和小样本临床资料分析，托珠单抗有较好的疗效。 但是，从药物经济学的角度来看，我们建议将其用于IL-6明显升高的危重COVID-19患者。

结论：在大量严重COVID-19患者中发生CRS，这也是重要的死亡原因。 IL-6是CRS的关键分子，因此IL-6R拮抗剂托珠单抗可能是挽救COVID-19患者生命的重要药物。

原文出自：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0924857920301047