用于未来治疗和预防方法的 COVID-19 患者的微生物群 (MICRO-COV)

2019 年 12 月，中国武汉华南海鲜批发市场报告了严重的肺炎病例。 四个月后，数千人死亡，导致过去 100 年来最大、最严重的全球卫生紧急事件的病原体被称为严重急性呼吸系统综合症冠状病毒 2 (SARS-CoV-2)。 2019 年冠状病毒病 (COVID-19) 是一种传染性疾病，潜伏期长达 7 至 14 天。 在大约 10% 的病例中，观察到严重的病程。 虽然已经描述了高龄、慢性动脉高血压、糖尿病以及其他合并症等诱发因素，但对于诱发急性肺衰竭的病理生理机制知之甚少，再加上经常出现的心脏、肾脏和血管损伤特征性对于这种疾病的致命过程。

与 SARS-CoV-2 相关的肺泡渗出物和间质炎症损害肺泡-毛细血管气体交换符合急性呼吸窘迫综合征 (ARDS) 的定义。 这种肺损伤背后的病理生理机制在细菌性脓毒症诱发的 ARDS 中得到了最好的描述，主要是由嗜中性粒细胞从毛细血管系统外渗到肺部引起的。 中性粒细胞外渗的主要介质之一是由内毒素激活的硫酸乙酰肝素诱导的内皮表面层即糖萼的变性。 糖萼的变薄和破坏揭示了隐藏的内皮表面粘附分子，如 VCAM-1 和 ICAM-1。 由此增加的嗜中性粒细胞粘附与炎症细胞因子相结合，介导 VE-钙粘蛋白移位到内皮细胞内部，松动内皮紧密连接，从而增加嗜中性粒细胞的外渗和富含蛋白质的液体扩散到间质中. 由此产生的环境诱导嗜中性粒细胞活化和脱粒，并引起毒性介质的释放，这些介质破坏肺泡上皮并产生更多的免疫细胞因子，诱导细胞因子风暴并增加嗜中性粒细胞募集。 最后，富含蛋白质的水肿导致失活的肺表面活性物质聚集，与退化的 1 型肺泡上皮细胞和透明膜覆盖，去裸肺泡基底膜破坏肺泡毛细血管膜的气体交换能力，损害血液氧化和脱羧。

与细菌诱发的 ARDS 不同，引起 ARDS 的病毒因子主要通过病毒从鼻咽部、上呼吸道到下呼吸道的运输到达肺泡上皮细胞。 在病毒感染中，对肺的损害主要是由病毒直接侵入 1 型和 2 型肺细胞引起的。 这通过禁用 ENaC 通道以双重方式导致富含蛋白质的水肿积聚，ENaC 通道主要负责通过渗透梯度产生消除肺泡室充血，并破坏由肺细胞建立的物理化学屏障。 尽管与细菌性脓毒症相比，血管内皮功能障碍导致的肺泡屏障破坏的影响有所减少，但随着 ARDS 的进展，内皮和上皮都会分泌趋化因子，将巨噬细胞和中性粒细胞吸引到发炎的肺部，这类似于细菌性 ARDS 诱导如前所述，肺部继发性损伤。 然而，指出与其他形式的 ARDS 相比，初始毛细血管渗漏更严重，这强烈表明内皮功能障碍是主要机制。

可以使用糖萼降解产物（如 syndecan-1、硫酸乙酰肝素和 VE-钙粘蛋白）评估内皮细胞损伤，并使用暗场显微镜技术通过手持式生命显微镜 (HVM) 直接观察毛细血管内的红细胞流动特性。 研究小组的最新进展通过量化微循环扩散和对流能力，能够准确区分微循环衰竭的模式。 从全球的角度来看，肺泡渗漏先前已使用经肺热稀释法进行了量化。 这些工具为在 SARS-CoV-2 感染引起的 ARDS 期间特异性检测（肺泡灌洗液中的糖萼降解产物）和量化（经肺热稀释）肺内皮细胞损伤提供了最佳先决条件。 此外，在初步报告中已经描述了大约 20% 的因 SARS-CoV-2 感染而患有 ARDS 的重症患者会出现严重的全身炎症反应和循环休克。 在这些患者中，肺泡内皮细胞损伤和全身内皮细胞损伤之间的关系是主要关注点，可以通过伴随的舌下 HVM 测量来评估。

继病毒和炎症介导的肺损伤成为 ARDS 的初始触发因素后，肺功能的进一步恶化可能主要取决于二重感染。 在类似的大流行期间，例如 1918 年的西班牙流感，细菌和真菌的重叠感染被描述为导致中晚期病毒性 ARDS 发病率和死亡率的主要原因。 在中国目前的疫情中，发现有 10% 至 30% 存在细菌和真菌双重感染。 重复感染似乎是 COVID-19 患者死亡的主要危险因素。 尽管尚不清楚细菌和真菌重复感染的检测是否具有临床和治疗相关性，但一些作者提倡主要针对金黄色葡萄球菌和肺炎链球菌的经验性抗生素治疗。

不仅与细菌和真菌重叠感染相关的风险分层与评估疾病进展的严重程度相关，而且还有待评估的问题是大流行期间院内病原体传播的存在程度以及对发病率和死亡率的影响住院病人。 感染预防措施，例如标准预防措施和隔离预防措施，旨在防止病原体在医疗机构中的院内传播。 这些措施包括保持手部卫生、使用个人防护装备 (PPE)（例如 隔离衣、手套、口罩、呼吸器、护目镜）和环境措施——例如表面和医疗设备和仪器的清洁和消毒。 然而，诸如私人和专业移动电话之类的移动设备在很大程度上并未受到此类指南的约束。 这些设备可能在间接接触传播中发挥重要作用。 也就是说，当受污染的中间物体参与传染性病原体在两个人之间的传播时。

目前的证据虽然有限，但表明 SARS-CoV-2 在塑料和不锈钢（移动设备和保护盖上经常使用的材料）上的存活时间最长可达 72 小时。 虽然手部卫生不正确、个人防护装备缺乏等卫生常规错误是院内病原体最明显的传播媒介，但手机和其他手持设备已被发现消毒不充分，使病原体定植，其中金黄色葡萄球菌最常见频繁。 医疗保健提供者平均每 6.9 秒触摸一次包括手机在内的移动物体，每 40 秒触摸一次自己的身体或脸部，这使情况更加恶化。 这伴随着在定植和感染事件之前对手部卫生规程的极低依从性。 这些发现强调了移动设备作为向患者和医疗保健提供者传播病原体的载体的潜力。

在对抗病毒感染时，先天免疫防御主要通过病原体相关分子模式 (PAMP) 与病原体识别受体 (PRR) 的结合来识别病毒感染。 由这些受体结合诱导的表达级联刺激 I 型和 III 型干扰素 (IFN) 通路。 通过 IFN I 途径募集炎性单核细胞-巨噬细胞-中性粒细胞轴对于对抗大多数病毒感染至关重要。 尽管如此，A 型流感病毒等病毒能够逃避 I 型和 III 型 IFN 的启动，方法是将其复制机制移入细胞核，从而逃避位于细胞质中的 PRR 或通过蛋白质使干扰素 mRNA 失活。 IFN I 通路可以在这些病毒中发挥双重作用；一方面，它可能介导针对病毒的初始行动，降低最大达到的滴度，另一方面，在某些情况下，它仍然可以病理性过度表达，引发细胞因子风暴并增加对肺实质的损害。

SARS-CoV 和 SARS-CoV-2 是正链 RNA 病毒，它们通过 ACE-2 受体介导的内吞作用穿透感染细胞的细胞壁。 IFN I 通路表达的开始可能与更强的 IFN II 通路激活和促炎细胞因子风暴诱导有关，从而导致更严重的炎性单核细胞-巨噬细胞系统失调和肺免疫病理学损伤程度。 这种新型 SARS-CoV-2 诱发的 ARDS 的病理生理机制及其诱发的系统失调只能根据其前身 SARS-CoV 进行推测，迫切需要阐明这种新型疾病的异常临床表现的见解，以得出最佳治疗方法方法。

总之，重症 SARS-CoV-2 ARDS 疾病严重程度的机制是多方面的，从失调的炎症反应到细菌和真菌二重感染的存在，再到院内传播作为日常治疗中关键可靶向因素的重要性- 日间病人护理。 只有对可能导致 COVID-19 患者疾病进展严重程度的所有方面进行全面评估，才能阐明潜在的混合因素。

项目目标 本研究的总体目标是获得病理生理学理解，以提高 SARS-CoV-2 感染引起的 ARDS 的发病率和死亡率。 因此，这项研究的重点是炎症、微循环功能障碍和二重感染，旨在阐明 SARS-CoV-2 感染患者发展为严重 ARDS 的危险因素，并为治疗策略的基本原理做出贡献。

个人工作假设是：

1. SARS-CoV-2 ARDS 对肺的主要损害被认为是由导致原发性内皮功能障碍的过度促炎反应介导的，随后通过主要细胞因子反应对肺实质的退化产生双重作用，并通过募集炎症-单核细胞-淋巴细胞-中性粒细胞轴。 肺部明显的炎症和原发性损伤破坏了肺部微生物群，继而导致肺部二重感染。
2. 肺部细菌重复感染（即肺炎链球菌、金黄色葡萄球菌、铜绿假单胞菌等）是 COVID-19 患者发病率和死亡率的重要原因。 上呼吸道病原体定植是下呼吸道感染的先决条件和主要危险因素。 为了建立定植，病原体必须与当地微生物群（又名 微生物组）和某些微生物组特征将更能抵抗病原体入侵。
3. 临床常规使用的手持设备是 SARS-CoV-2 和引起院内肺炎的细菌的载体，这使它们成为间接接触传播的潜在宿主。 有针对性的感染预防干预可以减少这种污染，从而降低院内传播的风险。