2019冠状病毒病(COVID-19)是一种新型的病毒诱导的呼吸系统疾病，约有10-15%的患者由细胞因子风暴引发急性呼吸窘迫综合征(ARDS)。从这个角度来看，尸检结果和文献支持这一假设，即中性粒细胞一种鲜为人知但强大的功能——形成中性粒细胞细胞外陷阱(NETs)的能力——可能导致COVID-19的器官损伤和死亡。我们在一名死于COVID-19的患者的尸检标本中显示肺中性粒细胞浸润。我们讨论了先前的报道，将异常NET形成与肺部疾病、血栓形成、气道黏膜分泌物和细胞因子产生联系起来。如果我们的假设是正确的，那么用现有药物直接和/或间接靶向NETs可能会降低COVID-19的临床严重程度。
患有2019年严重冠状病毒病(COVID-19)相关肺炎和/或急性呼吸窘迫综合征(ARDS)的患者肺部炎症加重，气道黏膜分泌物粘稠，血清促炎细胞因子水平升高，广泛的肺损伤和微血栓形成。这种疾病的晚期很难控制，大量患者死亡(Chen等人，2020a，预印；王等，2020；赵等，2020，预印；郑等，2020)．COVID-19的严重程度及其大流行的传播，给我们的医疗系统带来了前所未有的压力，迫切需要制定治疗策略。感染严重急性呼吸综合征冠状病毒2型(SARS-CoV-2)会导致COVID-19，但这是一种加剧的、知之甚少的宿主反应，涉及一种细胞因子风暴，导致严重的COVID-19 (梅塔等人，2020年)．目前尚不清楚是什么引发和传播了细胞因子风暴。我们认为，严重COVID-19患者的宿主反应加剧，主要围绕着外周血中最常见的白细胞——中性粒细胞的异常激活。中性粒细胞增多预示COVID-19患者预后不良(王等，2020)，而中性粒细胞与淋巴细胞比率是严重疾病的独立危险因素(刘等，2020，预印)．此外，在威尔康奈尔医学院三名COVID-19患者的肺部尸检样本中，我们观察到肺毛细血管中有中性粒细胞浸润、纤维蛋白沉积的急性毛细血管炎、中性粒细胞外渗到肺泡间隙和中性粒细胞性粘膜炎(图1)．最近两份关于COVID-19尸检患者病理结果的报告也注意到中性粒细胞浸润(福克斯等人，2020年，预印；姚等，2020年)．虽然白细胞增多和嗜中性粒细胞增多是急性感染的标志，但就COVID-19而言，我们认为嗜中性粒细胞增多也可能是过度嗜中性粒细胞细胞外陷阱(NETs)的来源。
net与疾病
中性粒细胞早期被招募到感染部位，通过氧化爆发和吞噬作用杀死病原体(细菌、真菌和病毒)。Schönrich和Raftery, 2016)．然而，中性粒细胞还有另一种鲜为人知的杀死病原体的方法:net的形成(布林克曼等人，2004年)．net是中性粒细胞排出的DNA和蛋白质的网状结构，可以诱捕病原体(图2)．将DNA排出到细胞外空间并没有被广泛认为是一种重要的免疫功能。然而，即使是植物也有专门的细胞，通过这种机制杀死土壤病原体(Wen et al.， 2009)．NET的形成是一个受调控的过程，尽管其中的信号尚不完全清楚。net形成的关键酶有:中性粒细胞弹性酶(NE)，它降解细胞内蛋白质并引发核解体;肽基精氨酸脱亚胺酶4型(PAD4)，其瓜氨酸化组蛋白，以促进解凝和染色体DNA的释放;和gasdermin D，它在中性粒细胞的细胞膜上产生小孔，从而促进细胞膜破裂和DNA及其相关分子的排出(陈等，2018；卡普兰和拉迪克，2012；Papayannopoulos 2018；Papayannopoulos等人，2010；Rohrbach et al.， 2012；索尔伯格等人，2018)．尽管NET在宿主对病原体的防御中是有益的，但NET持续形成的附带损害也刺激了许多疾病过程，包括在病毒感染期间发生的疾病(Schönrich和Raftery, 2016)．事实上，过度的NET形成会引发一系列炎症反应，促进癌细胞转移，破坏周围组织，促进微血栓形成，并导致肺、心血管和肾系统的永久性器官损伤(Jorch和Kubes, 2017；Kessenbrock等人，2009；Papayannopoulos 2018；图3)．重要的是，这是严重COVID-19中三个常见的受影响器官系统(Bonow等人，2020年；Chen等，2020b)．
NETs和ARDS
先前的报道广泛地将异常NET的形成与肺部疾病，特别是ARDS联系起来。的确，输血相关ARDS患者血浆NET水平高于无ARDS患者(Caudrillier等人，2012)．此外，来自肺炎相关ARDS患者的中性粒细胞似乎“启动”形成NETs，并且启动的程度和血液中NETs的水平都与疾病严重程度和死亡率相关(Adrover等人，2020年；Bendib等人，2019；易卜拉希米等人，2018；Lefrançais等，2018；Mikacenic等人，2018)．ARDS患者支气管肺泡灌洗液和血浆中细胞外组蛋白升高，可能部分来源于NETs (吕等，2017)．裸组蛋白对细胞有毒，有强有力的实验证据支持组蛋白在ARDS和败血症中的作用(Wygrecka等人，2017；徐等，2015)．因此，NETs作为细胞外组蛋白的来源，可能导致ARDS和败血症(Chaput和Zychlinsky, 2009；Lefrançais和鲁尼，2017；徐等，2009)．在肺损伤的动物模型中，NETs的发展是对各种ards诱导刺激的反应，预防或溶解NETs可减少肺损伤并增加生存率(Caudrillier等人，2012；Lefrançais等，2018；刘等，2016；Narasaraju等人，2011年)．
net与囊性纤维化(CF)
在COVID-19患者气道中发现的粘液分泌物(毛等人，2020年，预印)使人联想到CF患者(Martínez-Alemán等，2017)．这些分泌物的原因和来源尚不清楚。然而，在CF中，粘液分泌物损害气体交换，并已被证明含有细胞外DNA，部分源于持续肺部感染时释放的NETs。此外，随着NE的增加，net的过度形成使粘液变厚和粘稠(Manzenreiter等人，2012)，不但影响空气流通，更容易滋生细菌。这种定植进一步促进中性粒细胞募集和NET形成，增加粘液粘度，从而降低患者的呼吸功能。如果COVID-19的粘液分泌物中含有NETs，它们可能发挥与CF相似的作用:损害气体交换并促进继发感染。
NETs和过度血栓形成
急性心脏和肾脏损伤在重症COVID-19患者中很常见，并导致该疾病的死亡率(Bonow等人，2020年)．d -二聚体(一种指示凝血活性增高的纤维蛋白降解产物)已成为严重COVID-19的可靠标记物(Zhou等，2020)．高水平的NETs可能解释了这些发现:血管内NETs已被证明在动脉和静脉血栓形成和积聚中起着至关重要的作用(Fuchs等人，2012年)．例如，在严重的冠状动脉疾病中，NET复合物升高，NET水平与凝血酶水平呈正相关，预测不良心脏事件(Borissoff et al.， 2013)．此外，从脓毒症患者收集的尸检样本显示NETs渗入微血栓(Jiménez-Alcázar等，2017)．因此，当NETs在血液中以高水平循环时，它们会引发小血管阻塞，导致肺、心脏和肾脏的损伤(Cedervall等人，2015；Fuchs等人，2010年；拉里丹等，2019年；马丁诺德和瓦格纳，2014年)．在败血症的小鼠模型中，血管内NETs形成阻塞血管并对肺、肝和其他器官造成损害的微血栓(Jiménez-Alcázar等，2017)．在机制上，NETs通过NET组蛋白和血小板磷脂之间的静电相互作用激活凝血接触途径(也称为血浆激肽-激肽系统)(Oehmcke等人，2009年)．组蛋白还可以作为血小板上toll样受体的配体，促进血小板活化(塞梅拉罗等人，2011年)．与此同时，NE(以活性形式与NETs结合)可能还通过消化主要的凝血抑制剂抗凝血酶III和组织因子途径抑制剂(马斯伯格等人，2010年)．此外，几乎可以肯定存在一个反馈循环，即促凝剂活性(例如凝血酶活性)导致血小板活化，活化的血小板随后进一步促进NET的形成(Caudrillier等人，2012；克拉克等人，2007年；Fuchs等人，2010年；马斯伯格等人，2010年；Sreeramkumar等人，2014；冯Brühl等人，2012)．用DNase I溶解NETs可在动物模型中恢复心脏和肾脏微血管的正常灌注(Cedervall等人，2015；Jansen等，2017；中泽等，2017；劳普-康萨维奇等人，2018)．基于上述发现，我们认为靶向血管内NETs可能同样减少严重COVID-19患者的血栓形成。
net和细胞因子风暴
重症COVID-19与细胞因子风暴有关，其特征是血浆中IL1β、IL2、IL6、IL7、IL8、IL10、IL17、IFNγ、IFNγ诱导蛋白10、单核细胞趋化蛋白1 (MCP1)、G-CSF、巨噬细胞炎症蛋白1α和TNFα浓度升高(黄等，2020；梅塔等人，2020年；阮等，2020；吴等，2020；吴和杨，2020年；Zhang等，2020)．这些炎症介质调节中性粒细胞活性，并诱导趋化剂(增加中性粒细胞运输到炎症部位的分子)的表达。此外，细胞因子风暴可导致急性肺损伤、急性呼吸窘迫综合征和死亡(Channappanavar和Perlman, 2017；Chousterman等人，2017)．特别值得注意的是，NETs可以诱导巨噬细胞分泌IL1β， IL1β在各种疾病中促进NET的形成，包括主动脉瘤和动脉粥样硬化(卡伦伯格等人，2013年；Meher等人，2018；Sil等，2017；沃纳奇等人，2015年)．总之，这些数据表明，在抑制炎症的正常信号丢失的情况下，例如在细胞因子风暴期间，巨噬细胞和中性粒细胞之间的信号循环可导致不可控的进行性炎症。事实上，NETs和IL1β在严重哮喘中存在相关性(拉科维奇-斯克罗金斯等人，2019年)．如果NET-IL1β环在严重的COVID-19中被激活，net和IL1β的加速产生可能会加速呼吸失代偿、微血栓的形成和异常的免疫反应。重要的是，IL1β诱导IL6 (Dinarello 2009)，而IL6已成为COVID-19治疗的一个有希望的靶点(梅塔等人，2020年；徐等，2020，预印)．IL6可以通过经典信号和反信号(卡拉布雷斯和罗斯-约翰，2014年)．在经典信号传导中，IL6与跨膜受体IL6Rα与常见细胞因子受体gp130的复合物结合。在反式信号转导中，可溶性IL6Rα (sIL6Rα)结合IL6通过gp130启动信号转导。反转导信号与促炎症状态密切相关(卡拉布雷斯和罗斯-约翰，2014年)，而较低水平的sIL6Rα与较好的肺功能有关，例如哮喘(Ferreira et al.， 2013；霍金斯等人，2012)．中性粒细胞可脱落sIL6Rα以响应IL8 (Marin等人，2002年)，在与covid -19相关的细胞因子风暴(吴和杨，2020年；Zhang等，2020)．总之，这些发现使我们推测拮抗IL-6转信号和/或il -1 β可能是针对重度COVID-19中性粒细胞和net的有效间接策略。
网络疗法
由于重症COVID-19的临床表现与已知的急性呼吸窘迫综合征(ards)和微血栓形成之间存在明显的相似之处，我们认为过量的NETs可能在该疾病中发挥主要作用。我们对NET的形成和功能的理解是不完整的，但是针对NET的药物已经存在或正在开发中(图4)．这些药物包括NET形成所需分子的抑制剂:NE、PAD4和gasdermin d。例如，NET形成的内源性抑制剂可能通过抑制PAD4起作用，已从脐带血浆中分离出来(约斯特等人，2016年)，这些药物正在开发中，用于治疗COVID-19等炎症综合征。针对NE的抑制剂的临床开发是最先进的，重要的是，它们既可以抑制NETs的形成，其中NE的活性是信号机制的一部分，也可以抑制NE对NETs的毒性活性。NE抑制剂sivelestat在日本和韩国被批准用于治疗ARDS，但在一项临床试验的荟萃分析中，它并没有增加ARDS后的生存率(Tagami et al.， 2014)．然而，新一代有效的NE抑制剂，包括lonodelestat (POL6014)、alvelestat、CHF6333和elafin，已经进行了I期试验。因此，有可能加快它们作为COVID-19治疗药物的开发。Gasdermin D抑制剂仍处于临床前开发阶段，但已有一种用于治疗酒精中毒的药物双硫仑被报道在动物模型中抑制Gasdermin D并限制肺损伤(胡等，2018预印)．最后，秋水仙碱是另一种可以抑制中性粒细胞向炎症部位募集和IL1β分泌的现有药物，使用秋水仙碱治疗COVID-19的试验正在进行中(ClinicalTrials.gov标识:NCT04326790, NCT04328480, NCT04322565, NCT04322682)。
一种经吸入的重组DNase I (dornase alfa)被批准溶解CF患者气道中的NETs，以清除粘液并改善症状(Papayannopoulos等人，2011)．此外，肌动蛋白耐药DNase (PRX-110/alidornase alfa)已在CF患者的I期和II期试验中进行了测试，结果令人鼓舞(ClinicalTrials.gov识别号:NCT02605590, NCT02722122)，可能比dornase alfa更有效。其他工程DNase蛋白，如DNase 1-like 3，正在开发用于溶解NETs (Fuchs等人，2019年)，可很快进入临床开发阶段。我们认为，dna酶可能有助于溶解COVID-19患者的粘液分泌物，就像它们在CF患者中所做的那样，改善通气并降低继发感染的风险。Dornase alfa通常通过雾化器使用，但在许多医疗中心，由于有雾化SARS-CoV-2的风险，在COVID-19中避免使用这些雾化器，从而危及医护人员。然而，有方法可以在闭合回路中为机械通气的患者输送气溶胶(Dhand 2017)．对于非插管患者，可在负压室安全雾化治疗。除了可能对粘液分泌物产生影响外，DNase治疗还可能阻止ARDS的进一步发展，因为通过气道输送的DNase I增加了相关动物模型的存活率(Lefrançais等，2018；托马斯等人，2012年；邹等，2018)．
除了直接靶向NETs外，NET-IL1β环还可以被已批准的针对IL1β的药物拮抗，如anakinra, canakinumab和rilonacept。目前正在启动试验，以测试阿纳金拉对COVID-19的疗效(ClinicalTrials.gov标识符:NCT04324021, NCT04330638, NCT02735707)。Dornase alfa, sivelestat和anakinra具有极好的安全性。目前可用于靶向net的药物都不是特异性的。然而，总的来说，在今天的COVID-19患者中，有多种单独或组合(可能是安全的)治疗策略可用于拮抗NETs, NETs本身可能是跟踪研究以测试其疗效的合适生物标志物。
在COVID-19中针对蚊帐的机会
免疫组化法可在组织中检测NETs，夹心ELISA法可在血液中检测NETs (Caudrillier等人，2012；Jiménez-Alcázar等，2017；拉科维奇-斯克罗金斯等人，2019年；Park等人，2016)．随着患者样本的获得，将有可能确定net的存在是否与严重的COVID-19有关。如果是，这一结果将为在COVID-19治疗中使用上述net靶向方法提供理论依据。虽然针对net的治疗不会直接针对SARS-CoV-2病毒，但它们可以抑制失控的宿主反应，从而减少需要有创机械通气的患者数量，重要的是降低死亡率。net在2004年被确认(布林克曼等人，2004年)，它们往往被忽视为严重致病性炎症的驱动因素。事实上，我们在这里假设，过量的NETs可能通过其对组织和免疫、血管和凝血系统的已知影响引发COVID-19的严重多器官后果。因此，生物医学界应考虑在COVID-19患者中靶向使用NETs。
致谢
作者是“在COVID-19中靶向中性粒细胞网络”的成员，感谢Andrew Whiteley组织了本文中总结的讨论;劳拉·迈奥里诺绘制插图;Laura Maiorino和Stephen Hearn为net提供显微照片;以及布鲁斯·斯蒂尔曼和大卫·图维森对手稿进行讨论和批判性审查。我们承认冷泉港实验室CCSG P30CA45508和显微镜共享资源。使用BioRender生成图中的插图。由于篇幅所限，有相关工作的同学没有参与讨论，对此我们深表歉意。
作者贡献:B.J. Barnes和M. Egeblad概述了手稿。A. Baxter-Stoltzfus, A. Borczuk和S. Salvatore进行了COVID尸检。A. Baxter-Stoltzfus, A. Borczuk, S. Salvatore和M. Loda回顾了尸检病理。B.J. Barnes, J.M. Adrover, A. Baxter-Stoltzfus, A. Borczuk, J. Cools-Lartigue, J.M. Crawford, J. Daßler-Plenker, P. Guerci, C. Huynh, J.S. Knight, M. Loda, M.R. Looney, F. McAllister, R. Rayes, S. Renaud, S. Rousseau, S. Salvatore, R.E. Schwartz, J.D. Spicer, C.C. Yost, A. Weber, Y. Zuo和M. Egeblad撰写和/或编辑手稿。
参考文献
相互竞争的利益
披露:M.R. Looney在提交的作品之外报告了来自neutrois的“其他”。R.E. Schwartz是micromatrix Inc.的赞助顾问委员会成员。J.D. Spicer报告了从Bristol Myers Squibb获得的个人费用，从Astra Zeneca获得的个人费用，从Merck获得的个人费用，从Trans-Hit Bio获得的个人费用，以及在提交的工作之外从Astra Zeneca获得的非经济支持。C.C. Yost报告了PEEL Therapeutics, Inc.在研究进行期间的资助;此外，C.C. Yost还获得了一项美国专利。10,232,023 B2)由犹他大学授予，用于“治疗和预防炎症性疾病”的net抑制肽。PEEL Therapeutics, Inc.拥有独家授权。M. Egeblad在研究期间报告了来自Santhera的“其他”;并于2019年为巨细胞x公司提供咨询。没有其他披露的报道。
