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杀红了眼的免疫反应—免疫风暴 (cytokine storm )

2020-04-30

最近在新型冠状病毒肺炎(CIVID-19)的新闻中,读者应该常看到『免疫风暴(又译作:细胞激素风暴或细胞介质风暴,cytokinestorm )』这个科学名词。

就字面上的解释是,『免疫反应引起的暴风雨』,意思是身体的免疫系统出现『防御过当』的行为,致使身体组织遭受自身免疫系统破坏,导致器官损伤、衰竭、休克,严重的可能因此而丧命,真正让患者死亡的,并不是病毒,而是过度被激化的免疫反应

想了解细胞激素风暴(cytokine storm )是怎么发生的,要先从认识发炎(Inflammation)反应开始。

身体保卫战—免疫系统的发炎反应

在我们的日常生活中经常会遇到急性发炎,例如,皮肤在割伤后,除了痛,还发红、发热、肿胀、感染、化脓等。这一方面是因为组织受伤后所启动的修复机制,另一方面是身体免疫系统为了要消灭经由伤口侵入人体有害物质或病原体,身体所启动的防御作用。

发红是因为局部血管扩张;会肿胀,是因为血管扩张后通透性增加,血浆、白血球从附近的微血管壁渗出,进入受伤周围的组织进行修补、杀菌。血管扩张、通透性增加、白细胞在患处聚集,红肿热痛让人不舒服,但这是人体的自然反应。

细菌、病毒等病原体通常是造成急性发炎的元凶,而病原体是「活的」,会生长、会产生分泌物(可能是毒素),因此很快会吸引免疫细胞前来作战。作战中的白血球会分泌各种细胞激素(cytokines),是一种类似「狼烟」的发炎物质,呼唤更多的白血球前来作战,前来作战的白血球继续分泌细胞激素,如此正循环,直到病原体被消灭殆尽。正常情况下,发炎反应会受到很好的控制,发炎反应与抗发炎反应两者会取得平衡。

来快得去得快、症状明显是急性发炎的特色。例如,受伤的伤口很快痊愈;得了感冒,即使不看医生,健康的个体在免疫系统的奋战下,通常会在7~10天内痊愈,发炎现象也会随着病原体消失而趋缓、消失

急性发炎是免疫系统正常反应,对人体有益,但是过度反应会很惨烈。

免疫风暴(cytokine storm )—防卫过当的免疫反应

当人体被全新的、致病性强的病原体(例如,新冠状病毒)感染时,往往会激发高于平常的免疫反应—发炎反应被过度激发。

发炎反应是把双面刃,「杀敌一千自损八百」。当病原体入侵,身体启动发炎反应,把大量白血球送入战场,并产生自由基、分泌更多细胞激素对抗外敌,别忘了,这个战场是在人体组织内,病原体周围都是正常的细胞组织,对病原体有杀伤力,对人体正常组织也存在一定的破坏性,就像街头双方纠众互打,旁边的商家会受到一定程度的破坏,发炎反应一定会殃及组织,就看双方的火力有多强大,过度发炎反应会扩大伤害,这也是为什么发炎过后,组织(战场)需要修补的原因

激烈发炎反应可能留下不可回复的伤害(细胞组织受破坏后的修补—纤维化)、甚至导致个体死亡。例如,流感、SARS、伊波拉病毒等致死率之所以这么高,是因为病毒引发宿主体内的「细胞激素风暴(cytokinestorm)」,失控的免疫反应

(细胞激素风暴示意图。IL-18、 IL-6、TGF-β、IFN-γ等等都需要出现,同时用不同颜色的圆圈代表,代表是这些各色的化学物质所引起的风暴)

细胞激素是一集合名词,白血球介素(Interleukins,例如,IL-6, IL-18)、变形生长因子(transforminggrowth factors,例如TGF-β)与干扰素(Interferons,例如,IFN-γ)等等都是。这类小分子蛋白质,在发炎反应中可作为信号、免疫调节,同时对病毒有毒杀作用

当病毒感染引起免疫系统过度激烈反应,对抗病毒入侵的免疫细胞大量涌入,这些大量涌入的细胞又产生更多的细胞激素,导致血管过度扩张、通透性大大增加而引起组织红肿、器官受损。当这些细胞激素随血液流到其它器官时也造成同样过激的免疫反应。这种失控的免疫反应往往造成多重器官损伤甚至衰竭,进而导致休克而死亡,例如,心脏肌肉细胞遭受大量细胞激素侵噬,造成猛爆性心肌炎或猝死。

假设,细胞激素风暴发生在肺部,肺部血管扩张、组织肿胀、大量聚集免疫细胞,不仅会阻塞呼吸道,大量被制造分泌出来的黏液也会把呼吸系统的管腔塞满(整个肺部都淹水了),也就是说,患者会被自己所分泌的黏液淹没,空气无法进出肺部,肺泡无法进行氧气交换,此时需要靠支持性疗法支撑,例如,插管或用叶克膜,以便撑过这场「风暴」。

如果撑不过,最后杀死患者的往往并不是病毒,细胞激素风暴才是夺命杀手

细胞激素风暴是一种求救信号,目的是让免疫系统瞬间火力全开,猛烈的反击虽然杀死病毒,身体也受到严重伤害。救命的免疫反应,太快太猛反成了致命因素。

长者、孩童在得流感后并发症严重,通常是因免疫力差,但青壮年免疫力通常不错,不易得流感,即使得了,症状也轻微,有时未必如此。如果青壮年得流感并发重症、死亡率高,往往是过激的免疫力所引起的反噬作用。

在新冠肺炎结束之前,细胞激素风暴都可能成为话题焦点。看完本文,是否也对身体的功能、疾病有多了些了解呢?

参考数据:

1、Everythingyou need to know about inflammation

https://www.medicalnewstoday.com/articles/248423

2、WhatIs Inflammation?

https://www.webmd.com/arthritis/about-inflammation#1

3、Intothe Eye of the Cytokine Storm

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3294426/

4、Cytokinestorm - An overreaction of the body's immune system

https://www.newscientist.com/term/cytokine-storm/

5、Howdoctors can potentially significantly reduce the number of deaths from Covid-19

https://www.vox.com/2020/3/12/21176783/coronavirus-covid-19-deaths-china-treatment-cytokine-storm-syndrome

6、CardiacImplications of Novel Coronavirus (COVID-19)

https://spc.pt/wp-content/uploads/2020/03/S20028-ACC-Clinical-Bulletin-Coronavirus.pdf

 

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