細胞激素風暴 (cytokine storm) 吹的是什麼風?

「細胞激素風暴」這個學術名詞,總能令人腦中生動地聯想到風雨飄搖的畫面。2020 年,嚴重特殊傳染性肺炎 (COVID-19) 的疫情,更使得病毒感染引發的細胞激素風暴受到了主流和科學媒體的關注,接著就讓本文帶你簡單了解什麼是細胞激素風暴?

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撰文/楊朝傑

●細胞激素是身體發炎反應的啟動訊號

細胞激素的英文「cytokine」其組成,是源自於希臘語中的細胞 (cyto) 和運動 (kinos) 這兩個字,細胞激素是細胞分泌的小分子蛋白質 (<40 kDa),可以調控細胞與細胞間的作用,而細胞激素也參與了身體的發炎反應。每個人都感受過不舒服的發炎四大症狀「紅、腫、熱、痛」,但其實發炎反應是人體為了對抗和移除有害刺激或病原體,以及促進修復的一種保護措施,也是人體先天防禦機制的一部分。受控的發炎反應通常是有益的 (如去除病原體),但如果無法加以控制可能會變得有害 (如敗血性休克、細胞激素風暴等)。

在動漫故事中經常會看到主角要爆氣放大絕招之前,總是得高喊一段咒語來釋放技能。身體要發炎之前所產生的細胞激素,就像是這段咒語,用來啟動免疫系統的這道防禦機制。不過,我們都曉得爆氣發動大招,往往耗費大量體內資源,時間或強度不能過頭,若是太強或太久就會出現反噬的副作用,甚至是危及故事主角的性命,而失控的發炎反應,也類似於此情況。

●細胞激素風暴是怎麼衝擊人體的?

細胞激素風暴又被稱為「免疫風暴」或「高細胞激素症」(hypercytokinemia)。顧名思義,就是人體免疫系統出現過度防禦的行為,當免疫系統在跟入侵身體的病菌作戰時,過度攻擊而且過快地釋放出「大量細胞激素」,這種失控的免疫反應可能會造成器官損傷或衰竭 (如肺部損傷而纖維化),或甚至導致休克或死亡。

將過程簡化來看,發炎反應始於局部位置,後續許多發炎因子通過血液循環蔓延到全身。細胞激素風暴的最好例子就是嚴重的肺部感染,促發炎的細胞激素會讓血管通透性增加,血漿滲入組織而造成肺積水,並喚來白血球攻擊受感染之細胞。假如細胞激素不斷分泌、白血球不停聚集就會形成惡性循環,甚至讓免疫系統不分敵我的攻擊正常細胞。當肺部發炎擴散到全身循環後,還有可能導致嚴重的全身性發炎反應 (又稱敗血症),其定義為持續性低血壓、體溫過低或過高、白血球增多症或白血球減少症,以及常出現血小板減少症。

●細胞激素風暴對臨床醫學的挑戰

細胞激素風暴不僅是 COVID-19 和其他冠狀病毒 (如 SARS 和 MERS)  的常見併發症,也是流行性感冒 (流感) 可能會引起的併發症。尤其在 2005 年 H5N1 流感病毒 (又稱禽流感) 爆發,當時禽流感的高死亡率,使得細胞激素風暴一詞變得更加廣為人知。

雖然,現今細胞激素風暴幾乎已成為 COVID-19 等疾病的病理學代名詞,但其實科學界仍缺乏對於細胞激素風暴構成的明確定義。廣義來說,它是指過度活躍的免疫反應,以及細胞激素的釋放量已經達到對身體有害的程度。但很大的問題在於,這些細胞激素相互作用及傳遞途徑既不是線性的,也不總是一致,即使釋放量很高,也不意味著一定發病,整個過程相當複雜。究竟什麼程度的發炎反應才是適當或者失控?很難以清楚的界限分明。另一個具有挑戰性的問題是,為什麼有些人對細胞激素風暴似乎特別易感,而有些人似乎卻相對具有抗性?顯然不同個體間的基因差異也是很大的影響因素。

以類固醇或免疫調節劑等藥物,來減緩發炎或免疫反應,是目前臨床上治療細胞激素風暴的常見作法。然而,怎麼樣才能將發炎反應控制在不致命的程度,又不妨礙免疫系統清除病原體?這對臨床醫師來說也是很大的挑戰。何況急性感染期間,免疫反應有時需要增強,而有時候則需要抑制,即使選用了「正確的」免疫調節藥物治療患者,但在「錯誤的」時間治療也可能會使臨床結果惡化。這些重重挑戰都有待更多的研究解答,才能夠一一克服。

 

參考資料:

  1. Tisoncik JR, Korth MJ, Simmons CP, Farrar J, Martin TR, Katze MG. Into the eye of the cytokine storm. Microbiol Mol Biol Rev. 2012;76(1):16-32.
  2. Alison George. NewScientist. Cytokine storm – An overreaction of the body's immune system.
  3. Sinha P, Matthay MA, Calfee CS. Is a “Cytokine Storm” Relevant to COVID-19? JAMA Intern Med. Published online June 30, 2020.
  4. 謝世良,科學月刊 2020-04-01,當冠狀病毒入侵—人體內的免疫風暴與致病機轉
  5. 研之有物,對抗病毒另闢蹊徑!免疫過激傷敵三千、自損一萬,減緩發炎或可扭轉戰情
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