研究背景

        隨著盛夏到來，全球新冠疫情亦進入防控為主的下半場。一方麵，不少藥物如瑞德西韋和眾多新冠疫苗的臨床試驗紛紛進入到人體實驗階段，為醫學界帶來了一絲希望，另一方麵一些在新冠流行早期不為關注的隱患，比如最近在歐美兒童中出現的川崎病以及新冠病人中更高的中風概率也紛紛浮現。盡管許多研究都已在對新冠的致病機理展開攻關，但是直至現在，醫學界對於新冠病毒導致的呼吸衰竭依然未能描繪一個清晰的圖像。作為新冠病毒的主要致死原因之一，新冠病毒導致的呼吸衰竭與其他呼吸道疾病和病毒性肺炎有著非常不一樣的臨床特征，包括早期隱蔽性高，肺部被大量粘液包裹等。與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，在醫療資源緊張的地區更甚。因此，新冠絕對不是一個"大號流感"。更好地了解新冠患者外周肺組織中由於病毒侵襲引起的病變和分子機理，對於監控疫苗和各類藥物的臨床效果有著至關重要的作用。近期，來自美國，德國，瑞士的研究團隊合力在新英格蘭醫學雜誌上發表了一篇重磅文章，為新冠病毒在呼吸衰竭中的致病機理帶來了全新的視角。

研究設計

        研究人員從由於呼吸衰竭致死的7位新冠患者中獲取屍檢組織，並取得在2009年死於A型流感(H1N1)繼發的急性呼吸窘迫綜合征(ARDS)的7個屍檢肺部組織以及10個年齡與性別相匹配的健康肺部組織以進行比較。其中對照組的健康組織來自器官捐贈的非感染者。所有組織均為石蠟保存組織。通過H&E染色，多重熒光免疫化學組織染色，掃描電鏡，微型CT掃描和NanoString多重基因條形碼熒光雜交等多個手段，研究人員對這兩種病毒性肺炎的組織以及未感染肺部組織進行了病理學及基因表達的深入研究。

研究結果

        新冠患者的肺部組織的一個最重要的病變特征是肺部組織的不可逆轉的損傷。在全部7例來自新冠患者的肺部組織中，都均具有彌漫性肺泡損傷，並伴有肺泡I型細胞壞死，肺泡2型細胞增生以及肺泡內蛋白沉澱(見下圖)。其中4個病例出現局部性變化伴隨輕度的間質水腫，其餘三例普遍的蛋白沉積和明顯的間質性水腫。另一方麵，H1N1流感組別的病例則顯示彌漫性肺泡損傷，並伴隨大量的間質性水腫和廣泛的蛋白沉積。

        圖片來源:新英格蘭醫學雜誌(NEJM)

        流感組別的肺部組織也顯示大量的吸收性炎症，局部反映在肺部組織更高的重量上。細胞因子風暴和炎症反應一直是新冠病人在病情後期出現急劇惡化的特征之一。近來新加坡國立大學和法蘭西公學院的研究都表明，一型幹擾素等炎症因子在重症病人當中大量上調，因此可能是新冠引起的炎症反應關鍵。為了更好查明新冠與H1N1流感在炎症反應方麵的不同，研究人員應用了NanoString的炎症Panel，對3個組別的肺部組織提取RNA進行測定。下圖數據顯示，雖然同為病毒性肺炎，新冠病毒與H1N1流感導致的基因表達變化非常不同，在249個炎症基因靶點中，隻有不到10個出現相同的下調趨勢。新冠病毒導致的基因表達變化遠遠高於H1N1流感，共有79個炎症相關基因靶點出現明顯上調或下調趨勢。這些新靶點對於目前正在進行的臨床試驗，特別是抗病毒藥物對降低致死率的方麵有著重要指導意義。

        圖片來源:新英格蘭醫學雜誌(NEJM)

        近日，美國及歐洲各地都報道了新冠病人可能出現更高的中風危險，雖然具體機製仍不明朗，但是極可能與凝血功能異常及血栓形成有關。在新英格蘭醫學雜誌的這項研究中，研究人員也觀察到在新冠病人和H1N1流感病人的肺部組織出現了血栓形成 。其中在肺泡毛細血管中，血纖維蛋白形成的微血栓在新冠病人中比H1N1流感病人高出達9倍有多(下圖)。通過微型CT掃描，研究人員也觀察到在新冠和H1N1流感病人的肺部組織中，肺泡毛細血管的前後小靜脈都有大量堵塞形成。

        圖片來源:新英格蘭醫學雜誌(NEJM)

        接下來，研究人員利用掃描電鏡對三個組別的肺部毛細血管組織進一步分析 (下圖)。下圖左上方為未受感染的健康肺部，右上方為新冠病毒病人的肺部。掃描電鏡結果顯示，新冠病毒侵襲的肺部組織中毛細血管出現了嚴重變形。下圖右下方進一步顯示了肺部組織中新冠病毒(箭頭所示)在細胞內外都大量存在。

        圖片來源:新英格蘭醫學雜誌(NEJM)

        新冠病毒帶來的毛細血管異常也體現在血管新生的大量出現。與H1N1流感病人以及健康肺部組織相比較，新冠病毒導致了大量新生血管形成，不僅是常規的芽生式血管新生，亦有非常規的套入式血管新生 (下圖)。更重要的是，研究人員發現，無論是芽生式血管新生還是套入式血管新生，都隨著新冠病人住院長度增加而增多。反之，雖然H1N1流感也在肺部組織中造成血管新生，其增生程度並不與病人住院長度成正相關。

        圖片來源:新英格蘭醫學雜誌(NEJM)

        鑒於新冠病毒帶來血管增生，研究人員對三個組別的肺部組織中與血管新生的基因進行了測定。通過應用了NanoString的PanCancer Progression中的血管新生部分基因靶點，研究人員發現新冠病毒導致大量血管新生相關的基因上調。反之在H1N1流感中，隻有部分血管新生相關基因出現上調，從分子信號通路角度證實了掃描電鏡及病理學分析的現象。

        圖片來源:新英格蘭醫學雜誌(NEJM)

結論

        在新英格蘭醫學雜誌上剛剛發表的“Pulmonary Vascular Endothelialitis, Thrombosis, and Angiogenesis in Covid-19”，剖析了新冠病毒在病人肺部組織中導致了大麵積的靜脈血栓和肺泡毛細血管堵塞，以及伴隨以來的異常血管新生。盡管該研究隻包括了7例新冠屍檢樣本，但是卻揭示了血管新生在新冠肺炎晚期病情進程中的作用。對於正在進行的藥物和疫苗臨床試驗有著重大意義。