白细胞介素-6在新冠肺炎患者诊疗过程中的应用

发布时间:2020-02-25 08:40:00       作者:宋洁 朱佳男 胡雪凇 韩美贵 梁锐石       来源:临床实验室        浏览:2469      

SARS-CoV-2,2019年末出现的新型冠状病毒,感染之后患者出现发热、咽痛、乏力和干咳等症状。重症患者多在发病一周后出现呼吸困难和/或低氧血症,重者可快速进展为急性呼吸窘迫综合症、脓毒症休克、难以纠正的代谢性酸中毒和出凝血功能障碍。截至2020年2月21日,全国累计确诊人数已达75567人,死亡2239人。近期大量研究表明,IL-6介导的免疫反应与细胞因子风暴综合症在轻、重症患者的病情发展中起到重要作用。

IL-6介导的免疫与炎症反应

Jak/Stat信号通路是许多调节细胞生长、存活和病原体抵抗信号传导中的关键部分,而IL-6在此通路中起到早期的激活作用,进而启动调节B细胞分化、浆细胞生成以及一系列急性期反应。于是在炎症早期,IL-1、TNF-α和IL-6较早的出现,促进肝细胞合成急性期蛋白,如C反应蛋白(CRP)、血清淀粉样A蛋白(SAA)、降钙素原(PCT)、α酸性糖蛋白等,有利于机体抵御病毒的感染。

 

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图1. IL-6在多种免疫炎性疾病中的诱导途径(图片源于参考文献[2])

IL-6是免疫系统对损伤和感染最初反应所表达的重要细胞因子,在急性炎症反应中IL-6处于核心地位,IL-6的升高处于细胞因子启动的非常早期,而且持续时间长,因此可用来辅助急性感染的早期诊断。细菌感染后0~2小时内IL-6水平迅速升高,可在2h达高峰,其升高水平与感染的严重程度相关联,但IL-6用来鉴别感染与非感染的特异性不如PCT和CRP。IL-6也可用来评价感染严重程度和判断预后,动态观察IL-6水平也有助于了解感染性疾病的进展和对治疗的反应。

IL-6在新冠肺炎患者中的表达

二十世纪之后的多次病毒感染研究发现,SARS-CoV、MERS-CoV、H5N1和H7N9感染后均出现IL-6水平升高。在SARS-CoV-2感染之后,各研究团队也对SARS-CoV-2感染后的细胞因子变化进行了研究。2020年1月,北京协和医学院王建伟团队和北京中日友好医院曹彬团队共同研究的成果在《Lancet》上发表,对包括IL-6在内的27个细胞因子进行了检测,发现ICU患者IL-6水平高于对照组。

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图2. TNF-α、IL-1b和IL-6的健康对照组、ICU患者组和非ICU患者组血清细胞因子水平比较(数据源于参考文献[10])

 

2020年2月12日,由重庆三峡中心医院研究人员发表在medRxiv上的文章中,分析了123例新冠肺炎(NCP)患者的细胞因子情况,其中轻症组IL-6水平高于正常组的比例(30.39%)明显低于重症组(76.19%),轻症患者和重症患者相比较IL-6的差异具有统计学意义。

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表1. 123名感染新冠肺炎患者的细胞因子水平(数据源于参考文献[11])

 

另外CD4+T、CD8+T、IL-10的差异也具有统计学意义,说明重症患者的新冠病毒感染的免疫抑制(细胞因子过度释放导致)更为明显,这与很多专家的观点一致。

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表2. 轻、重度患者外周血淋巴细胞亚群及细胞因子的比较(数据源于参考文献[11])

 

在国家卫生与健康委员会办公厅和国家中医药管理局办公室2月14日联合发布的“关于印发新型冠状病毒肺炎重型、危重型病例诊疗方案(试行第二版)的通知”中已经明确将IL-6进行性上升作为病情恶化的临床警示指标,需对重症患者及时监控。

新冠肺炎与细胞因子风暴

2020年2月,钟鸣、周正等援鄂专家表示,虽然目前大部分新型冠状病毒感染患者症状较轻,但是部分患者会早期病情较轻,后期突然加重,最终死于多器官功能衰竭,而加重的原因主要是“炎症因子风暴”。这与中国工程院李兰娟院士强调的“细胞因子风暴”的概念是一致的,新冠肺炎轻症患者可能因经历细胞因子风暴而病情突然恶化。

在本次新冠肺炎的疫情中,细胞因子风暴也是引起许多患者(特别是年轻患者)死亡的重要原因。随着疫情的持续发展,很多研究中均提及了新冠病毒感染后会引发细胞因子风暴,释放包括IL-6在内的多种细胞因子引起急性呼吸窘迫综合症和多器官脏器衰竭。

中国科大魏海明教授团队对33例新冠肺炎病人血液30项免疫学指标的分析,提出了新型冠状病毒感染致重症肺炎与细胞因子风暴的关键机制:新型冠状病毒感染后,迅速激活病原性 T 细胞,产生粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子(GM-CSF)和IL-6等因子。GM-CSF会进一步激活CD14+、CD16+炎症性单核细胞,产生更大量的IL-6和其他细胞因子,从而形成细胞因子风暴,导致严重肺部和其他器官的免疫损伤。由此进一步证明了IL-6是引发新冠肺炎患者炎症风暴中的关键因子。

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图3.  IL-6介导炎症反应的过程(图片源于网络)

 

如前文所述,IL-6在人体免疫与炎症反应的重要信号传导通路的早期启动中起到关键作用,IL-6通过触发反式信号传导途径(IL-6的三种传导途径之一,其余两种为经典传导和反式呈递),高浓度的IL-6可以诱导血栓生成、血管渗漏和心肌功能障碍相关的各种病理功能,导致组织缺氧、低血压、多器官功能障碍和DIC(弥散性血管内凝血)。因此IL-6具有成为细胞因子风暴中预警、监测和预后的生物标志物的潜力。

以IL-6受体为靶点的药物治疗

除上述应用之外,IL-6在药物治疗的策略判定以及药效监控的伴随诊断作用上同样具有非常高的潜在价值。

以往在临床上用于风湿性疾病的药物“托珠单抗”(tocilizumab,商品名Actemra)是一种抗IL-6受体的单克隆抗体,可以阻断IL-6通路。该药物还被FDA批准用于治疗CAR-T细胞疗法(一种新兴的治疗肿瘤的方法)引起的细胞因子风暴。

中科大附一院研究团队推测“托珠单抗”同样可以阻断新冠肺炎患者细胞因子风暴。该团队在第一阶段的临床研究中,14例新冠肺炎患者(其中重症9例、危重2例),在治疗前均有两肺弥漫性病变,其中11例持续发热。采用“托珠单抗+常规治疗”的新治疗方案治疗后,11例发热患者体温全部降至正常,至今稳定,最长已经持续7天;呼吸功能氧合指数均有不同程度的改善;4例患者肺部CT病灶吸收好转。根据现有临床数据提示,此新治疗方案很可能通过阻断细胞因子风暴,进而阻止患者向重症和危重症转变,从而降低病亡率。

2020年2月13日,中国临床试验注册中心正式接受以IL-6受体(IL-6R)为靶点的单克隆抗体药物托珠单抗“在新型冠状病毒肺炎中的有效性及安全性的多中心、随机对照临床研究”。

 

 

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图4. 托珠单抗启动临床试验(图片源于中国临床试验注册中心网站)

 

而患者血液中的IL-6水平则是能否应用抗IL-6受体单抗药物予以治疗的关键适用指征。因此一旦该药物的临床实验成功,在未来大量的治疗决策及疗效监控中,IL-6血清含量检测的需求量势必大幅增加。

IL-6的实验室检测

综上,在此次新冠肺炎疫情中,IL-6既可以作为早期感染标志物,与PCT联用进行感染的判定;又可以作为确诊患者监控病情控制与发展的监测依据之一;还具有成为细胞因子风暴预警的生物标志物的潜力;同时在托珠单抗药物治疗的策略判定以及药效监控的伴随诊断作用上同样具有非常高的潜在价值。

因此,围绕IL-6的检测和治疗的重要性愈发凸显。目前上述发表文章中检测IL-6的方法包括ELISA(2004年)、RT-PCR(2005年)、流式微球技术(2020年)等,而这些方法分别存在着人工操作量大、效率低,通量低以及普及率低、费用昂贵等弊端。而化学发光免疫分析法早已在医院普及,并且检测IL-6的灵敏度也能达到pg/mL级别,所以化学发光法检测IL-6的推广就显的尤为重要。

迪瑞医疗的化学发光免疫分析平台的检测项目IL-6,近一年在临床应用以来,收到良好的效果。临床性能评价显示:灵敏度极高,测试批次最低检测限可低至0.34pg/mL;线性范围0pg/mL~7160.58pg/mL,线性相关系数r为0.9999;特异性方面:IL-1α,IL-1β,IL-2,IL-3,IL-4,IL-8和INF-r均无干扰(干扰率低于0.02%);此外重复性及批间差等各项性能指标均远高于行业标准。在此次新冠肺炎的检测中,迪瑞的化学发光免疫分析系列产品也已广泛应用于临床。

 

【参考文献】

[1] 新型冠状病毒肺炎诊疗方案(试行第六版)

[2] Sukhvir Kaur, Yogita Bansal. A panoramic review of IL-6_ Structure, pathophysiological roles and inhibitors. Bio org Med Chem. 2020 Jan 20:115327.

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[10] Chaolin Huang, et,al. Clinical features of patients infected with 2019 novel coronavirus in Wuhan, China. Lancet.2020 Jan 24.pii: S0140-6736(20)30183-5. doi: 10.1016/S0140-6736(20)30183-5

[11] Suxin Wan, Qingjie Yi, Characteristics of lymphocyte subsets and cytokines in peripheral blood of 123 hospitalized patients with 2019 novel coronavirus pneumonia (NCP).medRxiv 2020.02.10.20021832; doi: https://doi.org/10.1101/2020.02.10.20021832


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