新型冠状病毒感染患者血清TH1、TH2和TH17相关细胞因子水平：Meta分析

The Level of Serum TH1, TH2 and TH17-Related Cytokines in Patients with COVID-19 Infection: A Meta-Analysis

摘要: 目的：本研究采用Meta分析方法，系统评估了COVID‐19患者外周血中TH1、TH2、TH17相关细胞因子水平，并深入探讨了这些细胞因子研究结果存在差异的原因。方法：本研究已通过国际荟萃分析INPLASY平台认证(INPLASY协议认证编号：202380023)，通过检索中国知网、PubMed、Embase、Cochrane和Web of Science数据库，收集COVID-19患者和健康对照群体外周血TH1、TH2、TH17相关细胞因子(TNF-a、IL-2、IL-4、IL-10、IL-17)水平的病例对照研究，检索时间范围为建库至2023年10月10日。由研究者独立完成文献筛选、数据提取和偏倚评估，使用RevMan 5.4软件进行Meta分析。结果：该Meta分析共检索出19,941项研究，最终纳入了6项进行Meta分析，这些研究均为中、高质量文献。患者入组的时间范围从2020年~2022年不等。结果表明：COVID-19感染组的患者外周血TNF-a水平显著高于健康对照组(HC组) [MD = 3.42, 95%CI (1.91, 4.92), I² = 50%, P < 0.00001]；COVID-19感染组患者外周血IL-4水平显著高于健康对照组(HC组) [MD = 2.21, 95%CI (0.99, 3.42), I² = 98%, P = 0.0004]；COVID-19感染组患者外周血IL-10水平显著高于健康对照组(HC组) [MD = 3.38, 95%CI (1.97, 4.80), I² = 84%, P < 0.00001]；COVID-19感染组患者外周血IL-17水平显著高于健康对照组(HC组) [MD = 5.94, 95%CI (1.50, 10.39), I² = 98%, P = 0.009]；COVID-19感染组患者与HC组外周血IL-2水平差异无统计学意义[MD = 0.89, 95%CI (−2.19, 3.97), I² = 67%, P = 0.57]。结论：一些与TH1、TH2及TH17相关的细胞因子在COVID-19患者外周血中的水平明显高于健康对照组，这些细胞因子在新型冠状病毒感染的疾病进展中起着重要作用。

Abstract: Objective: In this study, we used Meta-analysis to systematically evaluate the levels of TH1, TH2, and TH17-related cytokines in the peripheral blood of COVID-19 patients, and the reasons for the differences in the findings of these cytokines were explored in depth. Methods: This study has been validated by the international Meta-analysis INPLASY platform (INPLASY protocol certification number: 202380023), by searching China Knowledge, PubMed, Embase, Cochrane and Web of Science databases, a case-control study on the levels of TH1, TH2, and TH17-related cytokines (TNFa, IL-2, IL-4, IL-10, and IL-17) in peripheral blood of COVID-19 patients and healthy control groups was collected, with a search timeframe from library construction to October 10, 2023. Literature screening, data extraction and bias assessment were done independently by the authors, and Meta-analysis was performed using RevMan 5.4 software. Results: The Meta-analysis retrieved a total of 19,941 studies, and 6 were finally included for Meta-analysis, which were all medium- and high-quality literature. The time of patient enrollment ranged from 2020 to 2022. The results showed that patients in the COVID-19-infected group had significantly higher peripheral blood TNF-a levels than in the healthy control group (HC group) [MD = 3.42, 95%CI (1.91, 4.92), I² = 50%, P < 0.00001]; peripheral blood IL-4 levels were significantly higher in patients in the COVID-19-infected group than in the healthy control group (HC group) [MD = 2.21, 95%CI (0.99, 3.42), I² = 98%, P = 0.0004]; peripheral blood IL-10 levels were significantly higher in patients in the COVID-19-infected group than in the healthy control group (HC group) [MD = 3.38, 95%CI (1.97, 4.80), I² = 84%, P <0.00001]; peripheral blood IL-17 levels were significantly higher in patients in the COVID-19-infected group than in the healthy control group (HC group) [MD = 5.94, 95%CI (1.50, 10.39), I² = 98%, P = 0.009]; the difference in peripheral blood IL-2 levels between patients in the COVID-19-infected group and the HC group was not statistically significant [MD = 0.89, 95%CI (−2.19, 3.97), I² =67%, P = 0.57]. Conclusion: Some cytokines related to TH1, TH2 and TH17 were significantly higher in the peripheral blood of COVID-19 patients than in the healthy control group, and these cytokines play an important role in the disease progression of novel coronavirus infections.

1. 引言

COVID-19的病原体是严重急性呼吸综合征冠状病毒2 (SARS-CoV-2)，具有高传染性和显著致死率的特征[1]。SARS-CoV-2感染可激活先天和适应性免疫反应，并在疾病后期导致大量炎症反应，COVID-19的严重程度取决于血清细胞因子水平等关键因素[2]。研究表明[3]，在COVID-19患者中存在一种复杂的免疫失调综合征，涉及多种细胞因子的调节。患者体内的TH1、TH2、TH17细胞和抗体的产生以及多种细胞因子，如白细胞介素(如IL-4、IL-10、IL-17)、IFN-γ、TNF-α等，在机体感染新冠病毒的炎症反应中发挥关键作用[4]。适当的免疫反应有助于抑制SARS-CoV-2感染，但免疫反应失调和过激会导致急性严重全身炎症反应，即“细胞因子风暴”[5]。动态监测血清TH1、TH2和TH17相关细胞因子浓度可以作为确定免疫系统活动状态、疾病进展以及对COVID-19患者治疗有效性的生物标志物[6]。调控细胞因子水平，有效降低炎症介质、减轻炎症反应，对抑制炎症因子风暴和改善预后都具有积极意义[7]。尽管目前有众多研究检测了COVID-19患者的TH1、TH2及TH17相关细胞因子水平，但结果存在差异。因此，本研究旨在通过Meta分析系统评估COVID-19患者外周血中TH1、TH2及TH17相关细胞因子水平，进一步探讨这些细胞因子研究结果的差异原因。

2. 资料与方法

此Meta分析已在国际荟萃分析Inplasy平台上注册并获得认证(Inplasy协议认证编号：202380023，https://doi.org/10.37766/inplasy2023.8.0023)。

2.1. 检索策略

本研究在中国知网、PubMed、Embase、Cochrane和Web of Science数据库中进行文献检索，收集与COVID-19患者外周血TH1、TH2和TH17相关细胞因子水平的病例对照研究，检索时间范围限定为建库至2023年10月10日。采用主题词和自由词相结合的检索策略，英文检索词包括“Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus 2”、“SARS-CoV-2”、“SARS CoV 2 Virus”、“COVID 19 Virus”、“Wuhan Coronavirus”、“Cell, Th1”、“Th1 Cell”、“TH-1 Cells”、“Cell, TH-1”、“T Helper 1 Cells”、“Type 1 Helper T Cells”、“Th2 Cell”、“T Helper2 Cell”、“Cell, T Helper2”、“Cells, T Helper2”、“TH-2 Cell”、“Cell, TH-2”、“Cells, TH-2”、“TH 2 Cell”、“T Helper2 Cells”、“T Helper 2 Cells”、“Type-2 Helper T Cells”、“Type 2 Helper T Cells”、“T Helper 2 Cell”、“Th17 Cell”、“T Helper 17 Cell”、“TH-17 Cell”、“TH 17 Cell”、“T Helper 17 Cells”、“Type 17 Helper T Cells”、“TH-17 Cells”、“Cell, TH-17”、“Cells, TH-17”、“Type 17 Helper T Cell”、“cytokine”。中文检索词包括：“新型冠状病毒”、“新冠肺炎”、“TH1细胞”、“TH2细胞”、“TH17细胞”、“T细胞”、“细胞因子”等。

2.2. 文献纳入与排除标准

纳入标准如下：1) 符合研究的病例对照研究；2) 病例组为已明确诊断为新型冠状病毒感染患者，对照组为健康人群；3) 检测到外周血中TH1、TH2及TH17相关细胞因子的水平，包括TNF-a、IL-2、IL-4、IL-10、IL-17；4) 包含充足的数据；5) 文献以中文或英文发表。

排除标准如下：1) 研究涉及动物作为研究对象；2) 研究内容与研究目的不相关；3) 缺乏适当的对照组；4) 无法获取充足的实验数据；5) 综述、评论、信件、会议摘要和个案报告。

2.3. 文献筛选及数据提取

研究人员从合格的文献中提取并验证所需的数据。如果出现疑惑，将寻求指导教师的帮助。提取内容包括：1) 第一作者、研究所在的国家、发表年份、患者数量、对照组数量和平均年龄；2) COVID-19患者外周血中的TH1、TH2及TH17相关细胞因子，如TNF-a、L-2、IL-4、IL-10、IL-17；3) 如果文献以图表形式呈现数据，将使用Getdata软件进行数据提取；4) 如果数据以中位数(范围)或M(P25, P75)表示，将使用Chatgtp进行数据转换为均值 ± 标准差的形式。

2.4. 文献质量评价

本研究使用纽卡斯尔–渥太华量表(NOS)来评估病例–对照研究的文献质量，评估指标包括：① 病例确定是否恰当；② 病例的代表性；③ 对照选择；④ 对照确定；⑤ 病例和对照的可比性；⑥ 暴露因素确定；⑦ 采用相同方法确定病例和对照组的暴露因素；⑧ 无应答率。评分范围从0分到9分，得分为8~9，得分为5~7分的文献被认为具有中等质量。

2.5. 统计分析

本研究为了评估纳入研究之间的异质性采用I²检验，当I² ≥ 50%时，表示文献间存在异质性，采用随机效应模型进行文献合并分析，而当I² < 50%时，采用固定效应模型进行文献合并分析。通过漏斗图评价发表偏倚。当p值小于0.05时，差异有统计学意义。

3. 结果

3.1. 检索结果

初次检索出相关文献总数为19,941篇，包括PubMed (n = 668)、EMbase (n = 9124)、Cochrane Library (n = 983)、Web of Science (n = 7979)和CNKI (n = 1187)。在逐层筛选后，最终选择了6篇研究进行纳入。详细的文献检索流程和结果见图1。文献的质量评价和发表偏移：所选6篇文献质量评价均为中、高质量，以外周血中TH1、TH2及TH17相关细胞因子总体水平作漏斗图分析，发现两侧的结果不完全对称，可能存在发表偏移(见图2)。

Figure 1. Literature screening process and results

图1. 文献筛选流程及结果

Figure 2. Funnel plot of Meta-analysis of publication bias in the included literature (IL-10)

图2. 纳入文献发表偏移的荟萃分析漏斗图(IL-10)

3.2. 纳入研究的基本特征

纳入研究的基本特征见表1。

Table 1. Basic characteristics of included studies

表1. 纳入研究基本特征

研究	国家	研究组数量	研究组平均年龄	对照组数量	对照组平均年龄
Smail 2023 [8]	伊拉克	60	44.3 ± 1.19	90	41.2 ± 1.35
Ahearn-Ford 2021 [9]	爱尔兰	24	-	29	-
Han 2020 [10]	中国	102	-	45	-
Lu 2021 [11]	中国	120	-	35	-
罗斯威2022 [12]	中国	15	42.7 ± 15.7	15	55.8 ± 15.0
董艳迎2020 [13]	中国	6	51.2 ± 13.78	10	49.7 ± 11.61

3.3. 纳入研究的文献质量评价结果

纳入研究的文献质量评价结果见表2。

Table 2. Results of the evaluation of the quality of the literature included in the case-control studies (score)

表2. 纳入病例–对照研究的文献质量评价结果(分)

纳入研究	研究人群选择			可行性			暴露因素		总分
	①	②	③	④	⑤	⑥	⑦	⑧
Smail 2023 [8]	1	1	1	1	1	1	1	1	8
Ahearn-Ford 2021 [9]	1	1	1	1	2	1	1	1	9
Han 2020 [10]	1	1	1	1	1	1	1	1	8
Lu 2021 [11]	1	1	1	1	1	1	1	1	8
罗斯威2022 [12]	1	1	1	1	0	1	1	1	7
董艳迎2020 [13]	1	1	1	1	2	1	1	1	9

注：① 病例确定是否恰当；② 病例的代表性；③ 对照选择；④ 对照确定；⑤ 病例和对照的可比性；⑥ 暴露因素的确定；⑦ 采用相同方法确定病例和对照组的暴露因素；⑧ 无应答率。

3.4. COVID-19患者TH1相关细胞因子Meta分析结果

关于COVID-19患者的外周血TNF-a水平：有4篇文献[8] [10] [12] [13]均报道了COVID-19患者与健康对照组(HC组)的外周血TNF-a水平，各文献间χ²检验提示有异质性，I² = 50%，用随机效应模型合并各文献，结果显示，COVID-19感染组患者外周血TNF-a水平高于健康对照组(HC组) [MD = 3.42, 95%CI (1.91, 4.92), P < 0.00001] (见图3)；COVID-19患者外周血IL-2水平：3篇文献[10] [12] [13]均报道了COVID-19患者与健康对照组人群外周血IL-2水平，各文献间χ²检验提示异质性较大，I² = 67%，用随机效应模型合并各文献，结果显示，COVID-19患者与HC组外周血IL-2水平[MD = 0.89, 95%CI (−2.19, 3.97), P = 0.57]差异无统计学意义(见图4)。

Figure 3. Peripheral blood TNF-a levels in COVID-19 patients and healthy control population

图3. COVID-19患者与健康对照组人群外周血TNF-a水平

Figure 4. Peripheral blood IL-2 levels in COVID-19 patients and healthy control population

图4. COVID-19患者与健康对照组人群外周血IL-2水平

3.5. COVID-19患者Th2相关细胞因子Meta分析结果

COVID-19患者外周血IL-4水平：4篇文献[9]-[12]均报道了COVID-19患者与健康对照组人群外周血IL-4水平，各文献间χ²检验提示异质性较大，I² = 98%，用随机效应模型合并各文献，结果显示，COVID-19感染组患者外周血IL-4水平高于健康对照组(HC组) [MD = 2.21, 95%CI (0.99, 3.42), P = 0.0004] (见图5)。

Figure 5. Peripheral blood IL-4 levels in COVID-19 patients and healthy control population

图5. COVID-19患者与健康对照组人群外周血IL-4水平

3.6. COVID-19患者Th17相关细胞因子Meta分析结果

COVID-19患者外周血IL-17水平：3篇文献[8] [9] [12]均报道了COVID-19患者与健康对照组人群外周血IL-17水平，各文献间χ²检验提示异质性较大，I² = 98%，用随机效应模型合并各文献，结果显示，COVID-19感染组患者外周血IL-17水平显著高于健康对照组(HC组) [MD = 5.94, 95%CI (1.50, 10.39), P = 0.009] (见图6)。COVID-19患者外周血IL-10水平：5篇文献[8] [10]-[13]均报道了COVID-19患者与健康对照组人群外周血IL-10水平，各文献间χ²检验提示异质性较大，I² = 84%，用随机效应模型合并各文献，结果显示，COVID-19感染组患者外周血IL-10水平高于健康对照组(HC组) [MD = 3.38, 95%CI (1.97, 4.80), P < 0.00001] (见图7)。

Figure 6. Peripheral blood IL-17 levels in COVID-19 patients and healthy control population

图6. COVID-19患者与健康对照组人群外周血IL-17水平

Figure 7. Peripheral blood IL-10 levels in COVID-19 patients and healthy control population

图7. COVID-19患者与健康对照组人群外周血IL-10水平

4. 讨论

新型冠状病毒感染后疾病进展的机理颇为复杂，受到免疫等诸多因素影响，其中T淋巴细胞亚群及其相关细胞因子的变化是重要的免疫学特征。机体的免疫系统主要由细胞免疫和体液免疫组成，T淋巴细胞和B淋巴细胞分别负责细胞免疫和体液免疫功能[14]。新冠病毒侵入人体后，固有免疫在早期抗感染阶段发挥关键作用，而T淋巴细胞主要参与机体的细胞免疫应答，当T淋巴细胞亚群的数量和功能发生异常时，机体的正常免疫功能就会受到干扰[15]。机体的免疫应答也会激活多种细胞信号转导通路，导致大量炎症因子的释放，甚至引发细胞因子风暴，过激的炎症反应和免疫紊乱会对组织器官造成损害[16]。T淋巴细胞分为不同的亚型，包括TH1细胞(IFN-γ、IL-2和TNF-α)、TH2细胞(IL-4、IL-5、IL-13)、TH17细胞(IL-17、IL-22)和Treg (TGF-β、IL-10)等[17]。

据报道，COVID-19患者血清中IFN-γ水平升高，这可促使巨噬细胞激活和促炎细胞因子产生，呈现TH1反应，TH1相关细胞因子的增加有助于COVID-19患者的预后更好，因为TH1反应是机体免疫系统根除病毒感染的策略之一[18] [19]。调控IFN信号被认为是一种重要的抗病毒机制，可能是抵御病毒的关键步骤，在住院COVID-19患者中，IFN-γ水平升高与疾病的严重程度和不良预后相关[20] [21]。此外，Lucas等人[22]还证实了外周血中IFN-γ浓度与病毒载量之间的相关性，随着病毒核酸的不断复制，IFN-γ的血清含量也逐渐增加。Alhajjat等人[23]发现，在二次暴露于新型冠状病毒后，促进NK细胞反应取决于T淋巴细胞特异抗原，且主要由CD4+ T淋巴细胞和CD8+ T淋巴细胞产生的IL-2水平激发NK细胞反应。Liao等人[24]的研究表明，IL-2可用于调节白细胞，尤其对淋巴细胞作用明显，它通过结合淋巴细胞上的IL-2受体来发挥作用。炎症信号通路可以激活IL-2基因启动子，并增强其转录因子的活性来调控IL-2的生成，其中一个途径是可被多种刺激(如IL-1、TNF-α和IL-6)激活的NF-κB通路[25]。此外，如MAPK和PI3K等其他信号通路也可能影响IL-2细胞因子的表达，这些通路激活后可导致AP-1和NFAT等转录因子的激活，并增强对IL-2基因启动子区域的结合，从而促进IL-2的转录[26]。

辅助性T淋巴细胞2 (TH2)来源于幼稚型辅助性T细胞(Th0细胞)，IL-4是其中一个诱导TH2发育的细胞因子[27]，TH2在经历正反馈后产生更多的IL-4，此外，肥大细胞、嗜碱性粒细胞和嗜酸性粒细胞也可以产生IL-4 [28]。IL-4信号转导的一条重要途径是JAK-STAT通路，IL-4有着IL-4R-I和IL-4R-II两种类型的受体，I型受体可以激活JAK1、JAK3、STAT6，而II型受体与JAK1、JAK2、酪氨酸激酶2 (TYK2)和STAT6的激活相关[29]。Shih等人[30]的研究发现，IL-10可以抑制如IL-1和TNF-α在内的促炎细胞因子，并通过激活CD8 T细胞、NK细胞和IgG1 B细胞来增强抗病毒免疫反应。因此，IL-10可能成为治疗COVID-19患者的新路径。

在免疫系统中，TH17细胞既有保护作用，又有致病作用。Berry等人[31]的研究指出，白细胞介素-17 (IL-17)是一种促进炎症的细胞因子，由TH17细胞、CD8+ T细胞、γδ T细胞、自然杀伤T细胞和先天淋巴样细胞等多种类型的免疫细胞产生。研究显示[32]，TH17炎症反应对COVID-19患者的发病有明显促进作用，通过释放IL-17、GM-CSF等细胞因子来加重免疫反应，促进中性粒细胞迁移和Treg数量减少。Martonik等人[33]的研究结论表明，TH17细胞在COVID-19的病程进展中扮演重要角色，它可以激活细胞因子级联反应，还诱导TH2反应、抑制TH1及Treg细胞分化。COVID-19患者早期阶段对Th17的靶向应答有助于减轻病程、改善临床结果。

然而，当前关于COVID-19患者TH1、TH2及TH17相关细胞因子，包括TNF-a、IL-2、IL-4、IL-10、IL-17水平的临床研究结果并不是一致的。为进一步了解这些细胞因子在COVID-19患者发病机制中的作用，本研究进行了Meta分析。结果表明：尽管COVID-19患者的外周血IL-2水平与健康对照组(HC组)差异无统计学意义，但是TNF-a水平显著高于健康对照组，COVID-19患者的外周血IL-4、IL-10和IL-17水平也均明显高于健康对照组。因此，TH1、TH2及TH17相关细胞因子可能与COVID-19患者的发病机制、病情变化和疾病预后相关。

本Meta分析纳入的均为非随机对照研究文献，因此可能会使检测结果存在偶然性。另外，本研究纳入的文献有限，可能造成分析偏移。值得注意的是，尽管已尽力排除了研究间的异质性，但TH1、TH2及TH17相关细胞因子水平的测定受到多种因素的影响。因此，未来需要更多的临床研究来确认这些结果。

综上所述，这项荟萃分析证实了COVID-19患者的TH1、TH2及TH17相关细胞因子，如TNF-a、IL-4、IL10和IL-17存在异常的表达。这些细胞因子的水平对于COVID-19患者的发病机制、病情变化和疾病预后具有至关重要的作用。

作者贡献

徐国超：完成论文写作、文献阅读、文献质量评价，杜龙平完成数据提取和数据分析等工作。杨丹：通讯作者，指导教师，论文质量控制及全文内容审校。

NOTES

^*通讯作者。