Коронавирус может заразить ключевые клетки мозга, вызывая гибель нейронов
Согласно новому исследованию, коронавирус, вызывающий COVID-19, может проникать в звездообразные клетки мозга, вызывая цепную реакцию, которая может вывести из строя и даже убить близлежащие нейроны.
Звездообразные клетки, называемые астроцитами, выполняют множество функций в нервной системе и служат топливом для нейронов, которые передают сигналы по всему телу и мозгу. В лабораторной посуде исследование показало, что инфицированные астроциты перестали производить критически важное топливо для нейронов и выделяли «неопознанное» вещество, которое отравляло соседние нейроны.
Если инфицированные астроциты делают то же самое в головном мозге, это может объяснить некоторые структурные изменения, наблюдаемые в мозге пациентов, а также некоторые из «мозгового тумана» и психиатрических проблем, которые, по-видимому, сопровождают некоторые случаи COVID-19, авторы написал.
Тем не менее, новое исследование, опубликованное 7 февраля в базе данных препринтов, еще не прошел рецензирование, и эксперт сказал Live Science, что «это очень предварительные данные», которые все еще необходимо проверить с помощью дополнительных исследований, особенно в отношении гибели нейронов, наблюдаемой в лабораторных тарелках.
«Основная мысль статьи заключается в том, что вирус может проникнуть туда, [into astrocytes]”, – сказал автор исследования Даниэль Мартинс-де-Соуза, доцент и глава отдела протеомики кафедры биохимии Университета Кампинаса в Бразилии. – Это происходит не каждый раз, но может”.
Другие исследования показали, что коронавирус также может напрямую инфицировать нейроны, хотя точный путь вируса в мозг все еще исследуется, как ранее сообщала Live Science. Новое исследование может добавить астроциты к длинному списку клеток, на которые атакует SARS-CoV-2, но многие вопросы о COVID-19 и мозге остаются без ответа, говорят авторы.
В мозгу пациентов с COVID-19
В новом исследовании были получены данные из трех источников: клетки в лабораторных чашках, ткань мозга умерших пациентов и сканирование мозга живых пациентов, вылечившихся от легкой инфекции COVID-19.
Учитывая резкие различия между каждой группой исследования, «я думаю, что трудно сравнивать часть исследования с легким заболеванием и когорту тяжелого заболевания», – сказала д-р Мария Нагель, профессор неврологии и офтальмологии в Университете Колорадо. Медицинский факультет, не участвовавший в исследовании. Другими словами, изменения мозга, наблюдаемые при легкой инфекции, могут не быть вызваны теми же механизмами, которые наблюдаются в тканях людей, умерших от COVID-19, сказала она Live Science в электронном письме.
Чтобы оценить 81 пациента с легкими инфекциями, команда провела магнитно-резонансную томографию (МРТ) их мозга и сравнила их со снимками 145 добровольцев без COVID-19 в анамнезе. Они обнаружили, что определенные области коры головного мозга – морщинистая поверхность мозга, отвечающая за сложные процессы, такие как память и восприятие, – показали значительные различия в толщине между двумя группами.
«Это было удивительно», – сказала автор исследования доктор Кларисса Лин Ясуда, доцент кафедры нейрохирургии и неврологии Университета Кампинаса.
МРТ проводились примерно через два месяца после постановки диагноза каждому пациенту с COVID-19, но «через два месяца я бы не ожидал таких изменений», если предположить, что мозг пациентов когда-то больше походил на неинфицированных участников », – сказал Ясуда. Обычно только длительные, стойкие оскорбления вызывают изменения толщины коры, добавила она. По словам Нагеля, хронический стресс, злоупотребление наркотиками и инфекции, такие как ВИЧ, могут изменять толщину коркового слоя.
Связанные: 11 (иногда) смертельных болезней, которые передавались между видами
У пациентов с COVID-19 области коры головного мозга, расположенные чуть выше носа, показали значительное истончение, что указывает на то, что нос и связанные с ним чувствительные нервы могут быть важным путем для вируса в мозг, сказал Ясуда. Тем не менее, вирус, скорее всего, не проникает в мозг каждого; Но даже у тех, кто избегает прямой инфекции мозга, иммунные реакции, такие как воспаление, могут иногда повреждать мозг и истончать кору, сказал Ясуда. Это конкретное исследование не может показать, является ли прямая инфекция или воспаление причиной различий; он показывает только корреляцию между COVID-19 и толщиной коры головного мозга, отметил Нагель.
Чтобы лучше понять, как часто и насколько сильно SARS-CoV-2 проникает в мозг, команда собрала образцы мозга 26 пациентов, умерших от COVID-19, и обнаружила повреждения мозга у пяти из 26.
Повреждение включало участки мертвой мозговой ткани и маркеры воспаления. Примечательно, что команда также обнаружила генетический материал SARS-CoV-2 и вирусный «спайковый белок», который отрывается от поверхности вируса, во всех пяти мозгах пациентов. Эти данные показывают, что клетки их мозга были напрямую инфицированы вирусом.
Большинство инфицированных клеток были астроцитами, за которыми следовали нейроны. Это намекает на то, что как только SARS-CoV-2 достигает мозга, астроциты могут быть более восприимчивыми к инфекции, чем нейроны, сказал Мартинс-де-Соуза.
В лабораторию
С этими новыми данными команда направилась в лабораторию, чтобы провести эксперименты с человеческими астроцитами, полученными из стволовых клеток, чтобы проверить, как коронавирус проникает в эти клетки и как они реагируют на инфекцию.
Авторы обнаружили, что астроциты не несут рецепторы ACE2, главный вход, который коронавирус использует для проникновения в клетки; это подтвердило несколько предыдущий исследования показывающий недостаток ACE2 в звездчатых клетках. Вместо этого у астроцитов есть рецептор под названием NRP1, другой вход Ученые обнаружили, что спайковый белок может проникнуть внутрь и вызвать инфекцию. «Исследователям коронавируса известно, что ACE2 необходим не только для проникновения вируса в клетки», и что NRP1 иногда служит еще одним шлюзом, – сказал Нагель.
Когда исследователи заблокировали NRP1 в лабораторных экспериментах, SARS-CoV-2 не заразил астроциты. Авторы обнаружили, что как только вирус проскальзывает внутрь астроцита, звездчатая клетка начинает функционировать по-другому. В частности, клетка начинает сжигать глюкозу с большей скоростью, но, как ни странно, количество обычных побочных продуктов этого процесса уменьшается. Эти побочные продукты включают пируват и лактат, которые нейроны используют в качестве топлива и для создания нейротрансмиттеров – химических посредников мозга.
«И это, конечно же, повлияет на все другие роли, которые нейроны играют в мозге», – сказал Мартинс-де-Соуза.
Данные умерших пациентов с COVID-19 подтверждают то, что они видели в лаборатории; например, образцы инфицированного мозга также имели необычно низкие уровни пирувата и лактата по сравнению с образцами, отрицательными по SARS-CoV-2.
Вернувшись в лабораторию, авторы также обнаружили, что инфицированные астроциты выделяют «неопознанный фактор», который убивает нейроны; они обнаружили это, поместив нейроны в среду, где астроциты ранее инкубировались с SARS-CoV-2. Авторы отметили, что умирающие нейроны могут объяснить, по крайней мере частично, почему корка головного мозга стала такой тонкой у пациентов с COVID-19 с легкими инфекциями.
«Это могло как-то быть связано с началом истории – мы видели эти изменения у живых людей», – сказал Мартинс-де-Соуза. Но это всего лишь гипотеза, добавил он.
«Мы до сих пор не знаем, есть ли у пациентов с легкой формой COVID-19 вирусная инфекция мозга», поэтому связывать изменения толщины коры головного мозга со смертью нейронов, связанной с астроцитами, является предположением, – сказал Нагель. Кроме того, «результаты в чашке могут отличаться от результатов в мозге in vivo», поэтому результаты необходимо проверять в человеческом мозге, добавила она.
Следующие шаги
Заглядывая вперед, Мартинс-де-Соуза и его команда хотят исследовать, как нарушается метаболизм глюкозы в инфицированных астроцитах, и отвлекает ли вирус каким-то образом эту дополнительную энергию для подпитки собственной репликации, сказал он. Они также исследуют неустановленный фактор, вызывающий гибель нейронов.
Команда также будет следить за живыми пациентами в исследовании, собирая больше снимков МРТ, чтобы увидеть, остается ли кора головного мозга тонкой с течением времени, сказал Ясуда. Они также будут собирать образцы крови и данные о любых психологических симптомах, таких как мозговой туман, проблемы с памятью, беспокойство или депрессия. Они уже начали изучать, как наблюдаемые изменения толщины коры могут быть связаны с тем, как клетки мозга посылают сигналы или создают новые связи между собой.
«Нам очень любопытно узнать, являются ли эти изменения, как клинические, так и нейропсихологические, постоянными», – сказал Ясуда. Дополнительные исследования людей с умеренными и тяжелыми инфекциями помогут определить, чем эти люди отличаются от людей с легким заболеванием.
А в долгосрочной перспективе команда будет отслеживать любые новые связанные с мозгом состояния, которые могут возникнуть у их пациентов, такие как деменция или другие нейродегенеративные заболевания, чтобы определить, увеличил ли COVID-19 каким-либо образом их вероятность.
«Надеюсь, этого не увижу», – сказал Ясуда. «Но все было так удивительно для нас, что мы можем увидеть некоторые из этих нежелательных проблем в будущем».
В нашем Telegram‑канале вы найдёте новости о непознанном, НЛО, мистике, научных открытиях, неизвестных исторических фактах. Подписывайтесь, чтобы ничего не пропустить.
