新英格兰医学杂志发表关于新冠病毒引起肺部血管新生异常的研究
研究背景
随着盛夏到来，全球新冠疫情亦进入防控为主的下半场。一方面，不少药物如瑞德西韦和众多新冠疫苗的临床试验纷纷进入到人体实验阶段，为医学界带来了一丝希望，另一方面一些在新冠流行早期不为关注的隐患，比如最近在欧美儿童中出现的川崎病以及新冠病人中更高的中风概率也纷纷浮现。尽管许多研究都已在对新冠的致病机理展开攻关，但是直至现在，医学界对于新冠病毒导致的呼吸衰竭依然未能描绘一个清晰的图像。作为新冠病毒的主要致死原因之一，新冠病毒导致的呼吸衰竭与其他呼吸道疾病和病毒性肺炎有着非常不一样的临床特征，包括早期隐蔽性高，肺部被大量粘液包裹等。与2009年的H1N1全球大流行相比，新冠的致死率更是高出10倍或以上，在医疗资源紧张的地区更甚。因此，新冠绝对不是一个"大号流感"。更好地了解新冠患者外周肺组织中由于病毒侵袭引起的病变和分子机理，对于监控疫苗和各类药物的临床效果有着至关重要的作用。近期，来自美国，德国，瑞士的研究团队合力在新英格兰医学杂志上发表了一篇重磅文章，为新冠病毒在呼吸衰竭中的致病机理带来了全新的视角。
研究设计
研究人员从由于呼吸衰竭致死的7位新冠患者中获取尸检组织，并取得在2009年死于A型流感（H1N1）继发的急性呼吸窘迫综合征（ARDS）的7个尸检肺部组织以及10个年龄与性别相匹配的健康肺部组织以进行比较。其中对照组的健康组织来自器官捐赠的非感染者。所有组织均为石蜡保存组织。通过H&E染色，多重荧光免疫化学组织染色，扫描电镜，微型CT扫描和NanoString多重基因条形码荧光杂交等多个手段，研究人员对这两种病毒性肺炎的组织以及未感染肺部组织进行了病理学及基因表达的深入研究。
研究结果
新冠患者的肺部组织的一个最重要的病变特征是肺部组织的不可逆转的损伤。在全部7例来自新冠患者的肺部组织中，都均具有弥漫性肺泡损伤，并伴有肺泡I型细胞坏死，肺泡2型细胞增生以及肺泡内蛋白沉淀（见下图）。其中4个病例出现局部性变化伴随轻度的间质水肿，其余三例普遍的蛋白沉积和明显的间质性水肿。另一方面，H1N1流感组别的病例则显示弥漫性肺泡损伤，并伴随大量的间质性水肿和广泛的蛋白沉积。
图片来源:新英格兰医学杂志 (NEJM)
流感组别的肺部组织也显示大量的吸收性炎症，局部反映在肺部组织更高的重量上。细胞因子风暴和炎症反应一直是新冠病人在病情后期出现急剧恶化的特征之一。近来新加坡国立大学和法兰西公学院的研究都表明，一型干扰素等炎症因子在重症病人当中大量上调，因此可能是新冠引起的炎症反应关键。为了更好查明新冠与H1N1流感在炎症反应方面的不同， 研究人员应用了NanoString的炎症Panel，对3个组别的肺部组织提取RNA进行测定。下图数据显示，虽然同为病毒性肺炎，新冠病毒与H1N1流感导致的基因表达变化非常不同，在249个炎症基因靶点中，只有不到10个出现相同的下调趋势。新冠病毒导致的基因表达变化远远高于H1N1流感，共有79个炎症相关基因靶点出现明显上调或下调趋势。这些新靶点对于目前正在进行的临床试验，特别是抗病毒药物对降低致死率的方面有着重要指导意义。
图片来源:新英格兰医学杂志 (NEJM)
近日，美国及欧洲各地都报道了新冠病人可能出现更高的中风危险，虽然具体机制仍不明朗，但是极可能与凝血功能异常及血栓形成有关。在新英格兰医学杂志的这项研究中，研究人员也观察到在新冠病人和H1N1流感病人的肺部组织出现了血栓形成
。其中在肺泡毛细血管中，血纤维蛋白形成的微血栓在新冠病人中比H1N1流感病人高出达9倍有多（下图）。通过微型CT扫描，研究人员也观察到在新冠和H1N1流感病人的肺部组织中，肺泡毛细血管的前后小静脉都有大量堵塞形成。
图片来源:新英格兰医学杂志 (NEJM)
接下来，研究人员利用扫描电镜对三个组别的肺部毛细血管组织进一步分析
（下图）。下图左上方为未受感染的健康肺部，右上方为新冠病毒病人的肺部。扫描电镜结果显示，新冠病毒侵袭的肺部组织中毛细血管出现了严重变形。下图右下方进一步显示了肺部组织中新冠病毒（箭头所示）在细胞内外都大量存在。
图片来源:新英格兰医学杂志 (NEJM)
新冠病毒带来的毛细血管异常也体现在血管新生的大量出现。与H1N1流感病人以及健康肺部组织相比较，新冠病毒导致了大量新生血管形成，不仅是常规的芽生式血管新生，亦有非常规的套入式血管新生
（下图）。更重要的是，研究人员发现，无论是芽生式血管新生还是套入式血管新生，都随着新冠病人住院长度增加而增多。反之，虽然H1N1流感也在肺部组织中造成血管新生，其增生程度并不与病人住院长度成正相关。
图片来源:新英格兰医学杂志 (NEJM)
鉴于新冠病毒带来血管增生，研究人员对三个组别的肺部组织中与血管新生的基因进行了测定。通过应用了NanoString的PanCancer
Progression中的血管新生部分基因靶点，研究人员发现新冠病毒导致大量血管新生相关的基因上调。反之在H1N1流感中，只有部分血管新生相关基因出现上调，从分子信号通路角度证实了扫描电镜及病理学分析的现象。
图片来源:新英格兰医学杂志 (NEJM)
结论
在新英格兰医学杂志上刚刚发表的“Pulmonary
Vascular Endothelialitis, Thrombosis, and Angiogenesis in
Covid-19”，剖析了新冠病毒在病人肺部组织中导致了大面积的静脉血栓和肺泡毛细血管堵塞，以及伴随以来的异常血管新生。尽管该研究只包括了7例新冠尸检样本，但是却揭示了血管新生在新冠肺炎晚期病情进程中的作用。对于正在进行的药物和疫苗临床试验有着重大意义。
文献
1. Pulmonary Vascular Endothelialitis, Thrombosis, and Angiogenesis in Covid-19.
2. A Dynamic Immune Response Shapes COVID-19 Progression.
3. Type I IFN Immunoprofiling in COVID-19 patients.
4. Impared Type I Interferon Activity and Exacerbated Inflammatory Responses in Severe COVID-19 Patients.
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