《Frontiers in Endocrinology》：Association of circulating muscle-derived myokines irisin and myostatin with COVID-19 severity
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本研究揭示了骨骼肌内分泌功能在COVID-19病理机制中的重要作用。通过分析99例住院患者血清发现，入院时较高的鸢尾素（irisin）水平与更严重的临床状况、全身炎症（CRP、铁蛋白、NLR、SII升高）、氧合受损（PaO2/FiO2降低）及肺部浸润（RALE评分升高）显著相关，且预示进展为危重症和死亡的风险增加。肌肉生长抑制素（myostatin）水平与铁蛋白和D-二聚体正相关，高水平者出院时氧合更差。治疗期间鸢尾素水平随炎症消退而下降，表明肌肉因子动态变化可反映疾病进程，为COVID-19的生物标志物研究和治疗靶点开发提供了新方向。
引言
尽管对COVID-19（冠状病毒病2019）已进行了广泛研究，但个体患者疾病严重程度的变异性仍未被完全理解。可以假设，影响严重急性呼吸综合征冠状病毒2（SARS-CoV-2）感染病程的因素之一是骨骼肌的内分泌活性。然而，此类研究甚少。骨骼肌细胞分泌肌肉因子，如鸢尾素（irisin）和肌肉生长抑制素（myostatin），它们发挥自分泌、旁分泌和内分泌作用。大多数肌肉因子（包括鸢尾素）的分泌在体力消耗后增加，而其他因子（如肌肉生长抑制素）的分泌在短期和长期体力活动后减少。肌肉质量和力量的降低与较低的鸢尾素浓度相关。肌肉生长抑制素浓度也随肌肉质量和力量的减少而下降，尽管并非所有研究都证实这种关系。在COVID-19患者中，可能发生肌肉减少症。
鸢尾素通过影响巨噬细胞活性、减少过量活性氧的产生以及增加抗氧化因子的表达而表现出抗炎作用。它抑制促炎细胞因子，减少氧化应激，并显示出神经保护作用。实验研究表明，对暴露于缺氧的小鼠施用鸢尾素可减轻肺部炎症，导致促炎细胞因子活性降低和组织修复增强。鸢尾素降低与增强SARS-CoV-2复制相关基因的表达，并增加与抑制其复制相关基因的表达。在肥胖症中，鸢尾素水平降低，这可能将肥胖与对SARS-CoV-2感染的不利影响联系起来。
肌肉生长抑制素是一种促氧化剂，可诱导骨骼肌细胞中的氧化应激。在一项动物研究中，肌肉生长抑制素降低了循环炎症细胞因子的水平。在重症监护室接受治疗的患者、慢性阻塞性肺疾病（COPD）个体以及晚期癌症患者中观察到肌肉生长抑制素浓度降低。肥胖个体和胰岛素抵抗者出现肌肉生长抑制素水平升高。尽管肌肉生长抑制素在肌肉代谢中的调节作用已很明确，但检查其在SARS-CoV-2感染期间动态的研究仍然有限。一些研究报告急性COVID-19患者中这种肌肉因子的循环水平降低，这与胰岛素抵抗有关，而其他研究则观察到COVID-19后肌肉生长抑制素浓度与住院时间及随后康复时间呈正相关。这些发现强调了肌肉生长抑制素作为疾病进展和恢复生物标志物的潜在意义，促使本研究探讨选定的肌肉因子——鸢尾素和肌肉生长抑制素的血清水平与COVID-19严重程度之间的关系。
材料与方法
共有99名患者（53名男性，46名女性），年龄24-92岁（平均62.4±17岁），入院时纳入研究。所有患者均通过逆转录聚合酶链反应（实时PCR）方法经鼻咽拭子检测确认感染SARS-CoV-2。中位体重和身高分别为81公斤和169厘米，中位体重指数（BMI）为29公斤/平方米。超重或肥胖占77%，正常BMI占23%。30名患者为当前或既往吸烟者，69名从未吸烟。12名患者接种过一剂SARS-CoV-2疫苗，一名患者接种过两剂。最常见合并症是高血压（n=48）、糖尿病（n=25）、心血管疾病（n=28）、甲状腺功能减退症（n=7）以及慢性阻塞性肺疾病或哮喘（n=9）。
患者入院时的临床状况使用四点量表评估：1-良好（n=29），2-中度（n=45），3-中重度（n=20），4-严重（n=5）。COVID-19临床病程的严重程度根据住院期间呼吸衰竭的强度评估：轻度，即呼吸充足（n=13）；严重——需要经鼻导管或简单面罩氧疗（n=45）；危重——需要使用储氧袋面罩、高流量鼻氧疗（HFNOT）或无创通气（NIV）（n=41）。21名患者死亡。
胸部X光片肺炎严重程度使用肺部水肿放射学评估（RALE）量表评估。不透明区域的范围按每侧肺受炎症改变影响的表面积百分比评估，评分从0到4，其中0=无变化，1=<25%，2=25%至50%，3=50%至75%，4=>75%肺表面受累。分数相加，结果值范围0-8。
对病毒感染的炎症反应强度通过测量和计算以下参数评估：基质金属蛋白酶-9（MMP-9）、铁蛋白、S100B蛋白、C反应蛋白（CRP）、D-二聚体、中性粒细胞/淋巴细胞比率（NLR）、血小板/淋巴细胞比率（PLR）和全身炎症指数（SII）。MMP-9、铁蛋白、S100B蛋白、NLR、PLR和SII在入院时和出院前或死亡前测量，而CRP和D-二聚体也在住院期间测量，并选取最大值进行分析。
动脉血氧合基于氧分压（PaO2）与吸入氧浓度（FiO2）的比率以及动脉血氧饱和度（SaO2）与FiO2的比率进行评估。基于PaO2/FiO2的动脉血氧合评估进行一次，使用住院初期从动脉化毛细血管血气分析获得的PaO2值。对于脉搏血氧仪读数低于90%的患者，评估在氧疗或无创机械通气期间进行。
用于检测的静脉血在COVID-19病房住院的第一天和最后一天采集。使用来自美国ELABSCIENCE的酶联免疫吸附测定（ELISA）试剂盒测定鸢尾素和肌肉生长抑制素浓度。
结果
入院时临床状况中重度的患者，初始鸢尾素浓度高于临床状况良好的患者。疾病危重病程患者的初始鸢尾素浓度高于轻度或严重病程患者。在胸部X光片显示明显肺部受累（RALE评分3-4）的患者中，初始鸢尾素浓度高于无明显肺部受累的患者。初始鸢尾素浓度与PaO2/FiO2比率呈负相关，与最终SaO2/FiO2值也呈负相关。初始鸢尾素浓度与初始CRP和铁蛋白浓度呈正相关，与初始中性粒细胞计数呈正相关，与初始淋巴细胞计数呈负相关。初始鸢尾素浓度与最高和最终CRP水平、最高D-二聚体水平以及最终白细胞和中性粒细胞计数、最终NLR和SII值呈正相关。最终鸢尾素浓度与最终CRP水平呈正相关，与最终淋巴细胞和血小板计数呈负相关。
进展为COVID-19危重病程的概率与鸢尾素水平高于中位数相关，并且与鸢尾素、铁蛋白和CRP水平同时高于中位数相关。死亡概率与鸢尾素水平高于中位数相关，也与CRP、铁蛋白和鸢尾素同时高于中位数相关。然而，这些因素并非独立因素。
出院时的鸢尾素水平中位数低于住院初期。52名患者中有48名（92%）观察到鸢尾素水平下降，平均±标准差为2.52±2.36微克/毫升。其余患者鸢尾素浓度增加，平均±标准差为0.9±0.83微克/毫升。在鸢尾素水平增加的亚组和减少的亚组之间，未发现临床病程严重程度、NLR、PLR、SII、PaO2/FiO2、SaO2/FiO2以及RALE量表中影像学改变范围存在差异。
初始肌肉生长抑制素浓度与初始铁蛋白和最高D-二聚体水平呈正相关。最终肌肉生长抑制素水平未发现显著相关性。初始肌肉生长抑制素浓度与患者年龄呈正相关。初始肌肉生长抑制素浓度与最终SaO2/FiO2值呈正相关。危重病程患者的初始肌肉生长抑制素浓度高于严重病程患者。肌肉生长抑制素水平超过中位数和第三四分位数是疾病进展至危重状态的重要风险因素。然而，这些并非独立因素。
住院初期和末期的肌肉生长抑制素浓度中位数未观察到显著变化。51名患者中有26名（51%）出现肌肉生长抑制素水平下降，平均±标准差为5.86±4.84纳克/毫升，而其余患者其浓度增加，平均±标准差为8.40±13.49纳克/毫升。在肌肉生长抑制素水平下降的亚组中，初始NLR、PLR和SII值高于治疗期间肌肉生长抑制素水平增加的患者。这些亚组之间在临床病程严重程度、PaO2/FiO2、SaO2/FiO2以及RALE量表中影像学改变范围方面未观察到差异。
未观察到两种肌肉因子的最终浓度之间存在相关性。
讨论
本研究揭示了COVID-19严重程度与骨骼肌内分泌功能之间的重要关联，表现为鸢尾素和肌肉生长抑制素浓度的改变。理解这种关系至关重要，因为它阐明了骨骼肌内分泌活性与COVID-19中观察到的全身炎症和缺氧反应之间的联系。这些发现不仅表明鸢尾素和肌肉生长抑制素等肌肉因子可能作为疾病严重程度的有价值的生物标志物，而且突出了靶向肌肉来源的内分泌途径作为改善患者预后的治疗策略的潜力。
在我们的COVID-19患者中，发现升高的鸢尾素水平与疾病危重病程或死亡风险增加相关。另一方面，低鸢尾素水平与疾病进展风险较低相关。入院时增加的鸢尾素浓度与更差的患者状况、更广泛的胸部X光片改变和更低的动脉血氧合相关。初始鸢尾素水平与住院期间最低动脉血氧合以及住院结束时动脉血氧合相关。需要更高剂量补充氧气以及需要无创机械通气的患者鸢尾素浓度更高。住院初期高鸢尾素浓度与更强烈的炎症状态相关，这反映在生化标志物和形态学衍生指数上，包括CRP、铁蛋白、MMP-9、NLR、PLR、SII。住院期间，升高的鸢尾素水平也与出院时峰值CRP和D-二聚体浓度相关。此外，出院前测量的鸢尾素浓度与同时评估的CRP水平相关。
铁蛋白、鸢尾素和CRP浓度同时高于中位数是疾病进展的独立风险因素和死亡风险因素。我们研究的一个显著发现是，升高的肌肉生长抑制素浓度与出院时更差的动脉血氧合相关，并且能够预测COVID-19的危重病程。此外，肌肉生长抑制素浓度与炎症标志物之一铁蛋白以及D-二聚体的最大浓度均呈正相关。
在我们的患者中，鸢尾素浓度与患者的BMI和年龄无关。鸢尾素浓度在住院开始时与多种炎症标志物相关。鸢尾素与炎症标志物之间的这种关系可以在其抗炎作用的背景下解释。鸢尾素降低与炎症相关基因的表达，并增加与抑制SARS-CoV-2复制相关基因的表达。鸢尾素影响抗炎细胞因子的产生增加，并减少促炎细胞因子的产生。它在巨噬细胞的形成和分化中发挥作用。
在92%的患者中观察到住院期间鸢尾素浓度下降，而其余患者显示轻微增加。这些组之间在胸部影像学改变范围、动脉血氧合、临床严重程度或炎症状态强度方面未发现显著差异。观察到的随着大多数住院COVID-19患者整体状况改善以及CRP水平下降，鸢尾素浓度下降，与讨论的鸢尾素与炎症状态强度的关联相对应。
关于肌肉生长抑制素，入院时的平均浓度不依赖于患者的BMI。我们的研究结果表明，尽管住院初期和末期的平均肌肉生长抑制素浓度相似，但大约一半患者经历增加，而另一半显示减少。我们未能确定明确区分这两个亚组的因素。然而，应注意的是，住院期间表现出肌肉生长抑制素水平下降的患者入院时具有更高的炎症指数，包括NLR、PLR和SII。关于住院初期和末期肌肉生长抑制素浓度缺乏差异的观察也在上述讨论COVID-19患者肌肉生长抑制素变化的研究中描述。我们关于高初始肌肉生长抑制素水平与随后不良COVID-19结局相关以及肌肉生长抑制素水平下降与更高炎症状态指数相关的观察，证实了肌肉生长抑制素对SARS-CoV-2感染病程的不利影响。
骨骼肌在COVID-19患者对SARS-CoV-2感染的身体反应中发挥作用。鸢尾素浓度增加表明更强烈的炎症状态、更广泛的肺部浸润和更严重的低氧血症，并允许预测危重疾病病程和死亡。肌肉生长抑制素浓度增加表明更强烈的炎症状态，并允许预测危重疾病病程。所研究肌肉因子的浓度大多反映疾病进程，大多数COVID-19患者鸢尾素水平下降，约一半患者肌肉生长抑制素下降。我们的结果表明，研究骨骼肌的激素活性可能揭示连接炎症、代谢和肌肉功能的重要调节机制。这一研究方向可能导致新的生物标志物和治疗策略的识别。
