兒童新型冠狀病毒肺炎流行病學特點及機制分析

鄧全敏 梁萍 綜述 劉瀚旻 審校

（四川大學華西第二醫(yī)院兒科/出生缺陷與相關婦兒疾病教育部重點實驗室，四川成都 610041）

自2019 年12 月以來，嚴重急性呼吸綜合征冠狀病毒2（SARS-CoV-2）的廣泛傳播已導致當前世界范圍內最大的公共衛(wèi)生危機。截至2021年1 月，SARS-CoV-2 已造成逾2 000 000 人數(shù)死亡[1]。在不同年齡層次患者中，SARS-CoV-2 造成的急性呼吸道感染程度不同。被病毒感染的患兒通常只表現(xiàn)出類感冒癥狀，例如咳嗽、發(fā)燒和咽痛。在對107 例感染兒童的流行病學研究發(fā)現(xiàn)，患兒年齡中位數(shù)為8 歲，且無重癥病例[2]。有研究顯示，在44 762 例感染者中，小于10 歲和10～19歲人群分別只占總人群的1%[3]。在法國，有3.6%的感染者需要住院治療，平均病死率為0.7%，其中20 歲以下為0.001%，遠低于80 歲以上人群的10.1%[4]。據(jù)美國疾控中心數(shù)據(jù)顯示，2020 年3～12月，美國0～24 歲感染SARS-CoV-2 人群中，18～24歲人群占57.4%，而0～4 歲人群僅占7.4%[5]。以5～17 歲感染SARS-CoV-2 人群為基準，0～4 歲人群的住院率及病死率均升高了2 倍，18～29 歲人群的住院率及病死率分別升高了7 倍及15 倍，而85歲以上人群的住院率及病死率分別升高了80 倍及7 900 倍[6]。提示SARS-CoV-2 在兒童中的陽性率及其引發(fā)的住院率及病死率均較成人低。

除了居家隔離政策、學校及時關閉等社交保護因素，為解釋SARS-CoV-2 在兒童與成人中的流行病學差異，已有多種生理及免疫學機制被提出[7]。本文意在通過綜述SARS-CoV-2 感染的免疫及生理機制，探討兒童與成人感染之間差異出現(xiàn)的可能原因，思考可能存在于兒童中的針對SARS-CoV-2 的保護機制，提出有關治療方法和疫苗研究的建議。

1 SARS-CoV-2 的致病機制

SARS-CoV-2 屬于乙型冠狀病毒科（β 亞群細小病毒科）的陽性單鏈RNA 病毒，其遺傳物質與SARS-CoV 和中東呼吸綜合征冠狀病毒分別具有約79%和50%的序列同一性[8]。SARS-CoV-2 的包膜刺突蛋白將人血管緊張素轉化酶Ⅱ（angiotensinconverting enzyme II, ACE-2）作為識別受體，通過跨膜絲氨酸蛋白酶2 對ACE-2 進行蛋白水解促進病毒進入細胞。在小鼠模型和兒科患者中，ACE-2可以抑制呼吸道病毒感染引起的嚴重肺損傷，在由敗血癥、酸吸入、SARS 和致命的甲型H5N1 禽流感病毒感染觸發(fā)的嚴重急性肺損傷中起保護作用[9]。雖然ACE-2 在鼻、口腔、鼻咽和口咽黏膜上皮等均被發(fā)現(xiàn)，但SARS-CoV-2 優(yōu)先感染肺上皮細胞[10-11]。ACE-2 也是SARS-CoV-1 的受體，而SARS-CoV-2 對ACE-2 的親和力比SARS-CoV-1 高約10～20 倍，這可以解釋SARS-CoV-2 的較高感染性[12]。

SARS-CoV-2 感染后主要通過糞便、痰液排出體內。通過PCR 檢測發(fā)現(xiàn)呼吸道病毒排除時間在癥狀發(fā)作后持續(xù)長達63 d，比癥狀緩解更持久[13-15]。大量患者的糞便中也檢測到SARS-CoV-2，但RNA水平通常低于呼吸道。在免疫抑制患者及合并癥患者中，病毒排除時間延長，其中涉及的分子機制待進一步研究[16-17]。

2 ACE-2 在兒童中高表達

在健康狀態(tài)下，ACE-2 作為腎素-血管緊張素系統(tǒng)的一種反調節(jié)酶，可維持生理作用相反的血管緊張素2 與血管緊張素1-7 之間的穩(wěn)態(tài)[18]。進入肺上皮細胞后，SARS-CoV-2 下調ACE-2 的表達，血管緊張素2 水平升高，增加肺血管通透性和炎癥反應，致使肺損傷惡化[19-21]。呼吸道合胞病毒（RSV）感染和禽流感肺炎也可見到血管緊張素2 水平升高[9,22]。而ACE-2 水平在老年和伴合并癥（如高血壓、糖尿?。┗颊咧薪档蚚18,23]。兒童中的高ACE-2 表達量可能對感染COVID-19 的兒童具有保護作用，因此與老年患者相比，兒童患者的病情嚴重程度較輕。

然而ACE-2 作為SARS-CoV-2 在肺上皮細胞的主要受體，既對炎癥介導的肺損傷有保護作用，亦可通過介導病毒入侵而增強肺損傷。因此，需進一步研究SARS-CoV-2 感染患兒下呼吸道中ACE-2 及血液中血管緊張素2 表達量及活性水平。

3 SARS-CoV-2 感染后的免疫反應

臨床免疫學研究表明，COVID-19 在病毒進入人體后可分為3 個階段：（1）類流感期，病毒載量高；（2）關鍵期，病毒載量降低，炎癥反應加快，出現(xiàn)肺部和終末器官損傷；（3）恢復期。重癥患者的病毒載量顯著高于輕癥患者（約60倍）[21]。鼻咽和氣管內吸出物中的SARS-CoV-2 滴度從癥狀開始后第1 周開始逐漸下降[14-15,24-25]。重癥患者病毒滴度下降幅度較小且持續(xù)時間較長[14]。炎癥因子包括白細胞介素（IL）-2、IL-6、IL-7、IL-10、粒細胞集落刺激因子、巨噬細胞炎癥蛋白和腫瘤壞死因子（TNF）-α 等的水平在重癥患者中高于輕癥[26-27]。與輕癥組相比，重癥組的T 細胞、輔助T細胞和記憶輔助T 細胞數(shù)量減少，幼稚輔助T 細胞增加[28]。持續(xù)的高病毒滴度，免疫系統(tǒng)功能紊亂，細胞炎癥因子水平升高，表明關鍵期肺損傷和多器官功能障礙是由于病毒介導的細胞病變作用和免疫介導的損傷的聯(lián)合作用。

目前尚無COVID-19 兒童的病毒載量和細胞因子水平的研究。與成人相比，淋巴細胞減少癥（3.5%）和C 反應蛋白升高（19.7%）等免疫學表現(xiàn)在兒童中不常見（成人中分別為47%和＞50%）。大多數(shù)兒童在類流感期后會康復，而沒有進入關鍵階段[29]。

4 兒童保護性免疫機制

在最初的抗原刺激（感染或疫苗接種）后，先天免疫細胞通過代謝重編碼和表觀遺傳變化至更活化的狀態(tài)，例如增加IL-1β、IL-6 和TNF-α等細胞因子的轉錄，從而調節(jié)髓系和單核系祖細胞及局部免疫細胞（肺巨噬細胞和樹突狀細胞）的水平[30-31]。據(jù)推測，卡介苗接種可以誘導CD4+CD25+T 細胞產(chǎn)生IL-10，常規(guī)接種的國家的COVID-19 的發(fā)病率和病死率較低[32-33]。實驗表明，用活腺病毒疫苗載體感染小鼠可誘導自我維持的記憶性肺巨噬細胞。針對麻疹和小兒麻痹癥的活疫苗接種可改善發(fā)展中國家兒童病死率[34]。常規(guī)活疫苗和頻繁的病毒感染導致的經(jīng)常受訓的免疫系統(tǒng)可能是兒童抗SARS-CoV-2感染的重要保護機制。

5 免疫系統(tǒng)在發(fā)育與衰老中的變化

嬰幼兒應對感染刺激主要由固有免疫系統(tǒng)介導，適應性免疫系統(tǒng)的作用較弱。一項針對6～9、22～26 和48～60 月齡組兒童的研究顯示，經(jīng)Toll 樣受體刺激后，低齡組釋放更多的細胞因子IL-6、IL-8、IL-10 和TNF-α，提示更強大的固有免疫系統(tǒng)。隨著年齡的增長，CD4+幼稚T 細胞的百分比降低，而記憶T 細胞的百分比升高[35]。在COVID-19 的兒童患者中，年齡小于1 歲的兒童占最高的住院比例（15%～62%），而1～17 歲年齡段的住院患者比例較低（4%～14%）[6]。適應性免疫系統(tǒng)不足可能是導致嬰幼兒SARS-CoV-2 感染病情較年長兒重的原因。來自于母體的抗體最常見的靶向病毒是腺病毒C、巨細胞病毒V、EB病毒、單純皰疹病毒-1、鼻病毒A 等，因此在SARS-CoV-2 等新型病毒感染時，保護新生兒和嬰幼兒的母體抗體不太可能對其起作用[36]。

衰老的免疫系統(tǒng)使老年人患急性下呼吸道感染的幾率和嚴重程度都增加。固有和適應性免疫系統(tǒng)都隨著衰老發(fā)生相應改變，包括循環(huán)系統(tǒng)中單核細胞及樹突狀細胞數(shù)量改變、嗜中性粒細胞的吞噬活性降低及T 細胞衰竭等。SARS-CoV-2 感染刺激固有免疫系統(tǒng)產(chǎn)生細胞因子風暴，被衰老免疫細胞發(fā)出的炎癥信號增強[37]。過度的促炎癥反應使得從固有免疫到適應性免疫反應的轉換延遲或缺乏[19]。免疫系統(tǒng)過度活躍似乎對COVID-19感染最嚴重后果的發(fā)生至關重要。與衰老相關的相對免疫功能障礙，使老年人在RSV 或其他季節(jié)性流感病毒入侵時感染更嚴重[38]。SARS 幸存者的基因表達譜提升適應性免疫系統(tǒng)應答，而死亡患者則表現(xiàn)出干擾素刺激基因編碼的促炎性細胞因子水平持續(xù)升高[39]。

6 兒童肺修復和再生潛能較強

隨著年齡的增長，肺的再生潛能逐漸減弱[40]。流感病毒感染后的幼年（2～3 個月）和老年（16～18個月）小鼠中，后者出現(xiàn)更嚴重的肺泡損傷，且伴有Ⅱ型肺泡上皮細胞和支氣管上皮細胞的再生延遲[41]。誘導的急性肺損傷使得衰老小鼠模型的炎癥反應增加，且自身合成肺表面活性劑功能障礙，但年幼小鼠自身合成表面活性劑功能并未受影響[42]。兒童良好的肺再生和修復能力使其感染后嚴重程度較低、恢復更快。

7 兒童伴有合并癥較少

伴有心肺疾病、肥胖等合并癥的COVID-19 患者病死率增加[43-44]。吸煙者中ACE-2 的表達上調也可能導致呼吸道感染的不良后果。雖然這些情況多數(shù)在兒童中不常見，但在RSV 引起的急性下呼吸道感染患兒中，早產(chǎn)、心臟病并存和反復喘息與患兒病死率增加呈正相關[45]。武漢一項針對115 例患兒的研究中，僅有的3 例重癥患兒均伴有合并癥，如腸套疊、腎積水和白血病等[46]。同樣，死于流感病毒感染的患兒中，至少合并1 種高危因素的患兒占57%，包括神經(jīng)系統(tǒng)疾?。?3%），肺部疾?。?6%，哮喘16%），遺傳疾病（12%）和心臟疾?。?1%）[47]。因此，應將嬰幼兒和患合并癥的兒童視為COVID-19 的高危人群。

8 展望

雖然兒童中COVID-19 的檢測陽性率明顯低于成人，但數(shù)據(jù)顯示18 歲以下確診人數(shù)達120 萬以上[5]。為了更好地了解疾病進程，需要進一步評估兒童在不同年齡組和呼吸系統(tǒng)中不同部位的ACE-2 及其他潛在受體的表達，詳細評估兒童的病毒載量和免疫應答（血液和呼吸道灌洗液細胞免疫表型及細胞因子水平）的趨勢，積極展開肺活檢、對死亡患兒的尸體解剖以定義肺損傷的模式，加快有效抗病毒藥物的研發(fā)。隨著疫苗的逐步投入使用，對兒童接種疫苗后的機體反應、免疫系統(tǒng)監(jiān)測及預防效果也有待研究，可為促進有效疫苗的研發(fā)提供幫助。

9 結論

COVID-19 已對全世界人們的公共健康造成威脅。兒童與成人相比，SARS-CoV-2 陽性檢測率、住院率及病死率較低，可能涉及的免疫及生理機制包括ACE2表達差異、免疫保護（常規(guī)疫苗接種）、肺損傷再生和修復能力強，以及較少合并癥等。