在新型冠狀病毒大流行中死亡的許多人似乎更多地是受到自身免疫系統的傷害，而不是病毒本身的傷害。感染會引發細胞因子風暴——細胞訊號蛋白的激增，從而引發炎症——襲擊肺部，攻擊組織，並可能導致器官衰竭和死亡。但這種現象並非 COVID-19 獨有；它有時也會發生在嚴重流感中。現在，一項研究揭示了一種有助於協調這種失控炎症的代謝機制。
科學家們早就知道病毒感染會影響人類細胞代謝，即為細胞所做的一切提供能量所需的生化反應系統。在這篇新論文中，研究人員表明，在活的小鼠和人體細胞中，感染甲型流感病毒（通常引起季節性流感的兩種型別之一）會引發一系列細胞事件或途徑，從而促進葡萄糖的代謝。反過來，這種作用會觸發大量細胞因子的產生。根據上週發表在 科學進展 上的研究，阻斷葡萄糖途徑中涉及的關鍵酶可能是預防致命細胞因子風暴的一種方法。
儘管這項研究並未關注新型冠狀病毒，但該團隊表示，同樣的機制很可能在其引起的疾病（COVID-19）中發揮作用。這種聯絡可以解釋為什麼糖尿病患者死於該病毒的風險更高。
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聖猶大兒童研究醫院的免疫學家保羅·托馬斯解釋說，當病毒感染細胞時，它會竊取資源來複制自身。他沒有參與這項新研究。受感染的細胞必須加強其代謝以補充這些資源，而健康細胞也必須這樣做才能產生有效的免疫反應，他說。
先前的研究表明，流感感染會增加葡萄糖的代謝，葡萄糖是一種為大多數細胞活動提供燃料的糖分子。在之前的工作中，新論文的作者已經確定了一條途徑，其中涉及一種名為干擾素調節因子 5 (IRF5) 的訊號蛋白，流感感染會導致細胞因子風暴。
在其最新的研究中，該團隊在詳細的分子水平上揭示了流感感染啟用的葡萄糖代謝途徑如何導致失控的免疫反應。在這種感染期間，血液中高水平的葡萄糖會導致一種稱為 O-連線 β-N-乙醯氨基葡萄糖轉移酶 (OGT) 的酶結合並化學修飾 IRF5，這一過程稱為糖基化。這一步實現了另一種稱為泛素化的化學修飾，從而導致細胞因子炎症反應。
研究人員用甲型流感感染小鼠，然後施用氨基葡萄糖，一種啟動該葡萄糖代謝途徑的糖。他們表明這樣做會增加細胞因子的產生。接下來，他們對缺乏能夠產生 OGT 的基因的小鼠進行了基因工程改造。這些小鼠在暴露於氨基葡萄糖時並未產生過度的細胞因子反應。
最後，科學家分析了 2018 年至 2019 年間在中國武漢收集的流感患者和健康個體的血液。他們發現，流感感染者的血液比健康患者的血液具有更高的葡萄糖水平——以及相應更高的免疫系統訊號分子水平。這一結果進一步支援了葡萄糖代謝在流感感染中發揮作用的觀點。
研究結果表明，干擾這條途徑可能是預防流感和其他病毒感染中出現的細胞因子風暴的一種方法。然而，這種干預需要謹慎進行，以避免完全關閉身體抵抗病毒的能力。
該研究的合著者、德國埃森大學醫院病毒學研究所的教授陸孟吉說：“使用化學抑制劑干擾葡萄糖代謝並調節細胞因子的產生可能是相關的。” “但需要說明的是，能量代謝對於我們的免疫細胞 [對抗] 病毒至關重要。將抗病毒治療和代謝抑制劑結合起來可能很重要——同時抑制病毒並減少過度免疫反應。”
陸教授說，在 COVID-19 中也觀察到了類似的細胞因子失控產生過程。但他補充說，目前還沒有針對引起該疾病的 SARS-CoV-2 病毒的特定藥物，因此“單獨干擾能量代謝可能會導致我們的免疫防禦崩潰，並且不會帶來任何好處。”
其他研究人員讚揚了這項研究。“這篇論文很好地提出了並驗證了一種代謝變化如何向前反饋到炎症反應的機制，”托馬斯說。先前的研究更廣泛地表明葡萄糖代謝在對流感感染的反應中起作用。但他補充說，這項研究詳細說明了分子水平上發生的事情以及干擾這一過程如何防止不受控制的炎症。
俄亥俄州立大學現任免疫學助理教授溫海濤及其同事在2018 年的一項研究中使用不同的 RNA 病毒對同一代謝途徑進行了研究，研究結果證實了他們的發現。另一組在 2019 年進行的一項研究也得出了類似的結論。所有三項研究都表明，啟動宿主對病毒感染的應激反應需要該途徑中涉及的 OGT 酶。溫海濤沒有參與這項新論文的研究，他說：“這種應激反應的初始點是建立一種抗病原體的免疫反應，並試圖對抗病毒。” “但如果炎症反應持續下去，就會造成附帶損害。”
鑑於葡萄糖在該途徑中的作用，一個人的飲食會對他們對病毒感染的反應產生影響嗎？溫海濤說：“這是一個很好的問題。” “目前，我認為現在就[關於]特殊飲食是否可以對抗病毒感染做出判斷還為時過早。” 科學家們所知道的是，患有 2 型糖尿病的人更容易感染嚴重流感。但這種風險並不是因為他們血液中的葡萄糖水平較高。溫海濤說，真正的原因是他們無法有效地利用葡萄糖——因此無法啟動適當的抗病毒反應。
最終，我們希望透過干擾這種葡萄糖代謝途徑，我們或許能夠避免在嚴重流感或 COVID-19 病例中出現的致命細胞因子風暴。但陸的團隊尚未在人群中進行研究。他說：“目前，我們沒有患者資料表明干擾能量代謝的效果。” “現在就潛在的臨床應用得出結論還為時過早。”