Недавнее трехкомпонентное исследование пришло к выводу, что SARS-CoV-2 может инфицировать нервные клетки и препятствовать кровотоку в центральной нервной системе.

COVID-19 продолжает иметь разрушительные последствия для здоровья миллионов людей во всем мире в краткосрочной и долгосрочной перспективе.

Поскольку SARS-CoV-2, вирус, вызывающий заболевание, является относительно новой территорией, исследователи все еще изучают, как он функционирует в различных органах.

Группа ученых, многие из которых из Йельской школы медицины, в Нью-Хейвене, штат Коннектикут, недавно предоставили доказательства того, что SARS-CoV-2 может напрямую инфицировать клетки центральной нервной системы (ЦНС) и вызывать повреждение тканей.

Результаты опубликованы в Журнале экспериментальной медицины

SARS-CoV-2 инфицирует легочную ткань, связываясь с рецепторами ангиотензинпревращающего фермента 2 (ACE 2) на поверхности клеток. После связывания с клеткой вирус может проникнуть в нее и вызвать респираторные симптомы, такие как одышка и сухой кашель.

Однако недавние исследования показали, что вирус также может инфицировать клетки ЦНС, которая состоит из головного и спинного мозга.

Это помогает объяснить рост числа пациентов с неврологическими симптомами , включая головокружение, спутанность сознания, инсульт и кому.

Настоящее исследование дополняет предыдущие исследования, анализируя механизмы инфекции нервных клеток. Чтобы изучить масштабы и влияние инфекции, команда использовала три разные модели мозга: органоиды человеческого мозга , генно-инженерные мыши и вскрытия умерших людей с COVID-19.

Органоиды человеческого мозга

В исследовании сначала изучалась способность SARS-CoV-2 инфицировать мозг с использованием органоидов человеческого мозга - трехмерных моделей, созданных в лаборатории из стволовых клеток здоровых людей.

Ученые также использовали модели органоидов мозга для анализа аналогичных вопросов нейрональной инфекции во время эпидемии вируса Зика в 2015–2016 годах.

В настоящем исследовании органоиды накапливали SARS-CoV-2-позитивные клетки в определенных областях мозга, что свидетельствует о том, что вирус может инфицировать нейроны и воспроизводить себя.

Области вблизи этих инфицированных клеток также сигнализировали о повышенном уровне гибели клеток. Однако оказалось, что большинство этих мертвых клеток не были инфицированы. Клетки были восприимчивы либо к инфекции, либо к гибели клеток, но редко к обоим.

Чтобы исследовать это дальше, исследователи сравнили гены инфицированных клеток с генами соседних неинфицированных клеток. Они обнаружили, что инфицированные клетки демонстрируют повышенный метаболизм, который позволяет вирусу более эффективно реплицироваться и потенциально ограничивает поступление кислорода в окружающие клетки.

Эти данные свидетельствуют о том, что вирус обладает способностью изменять клеточный метаболизм, создавая среду, в которой инфицированные клетки процветают, а соседние клетки не могут выжить.

Модель органоида также показала, что рецептор ACE2 позволяет вирусу проникать в клетки мозга, подобно тому, как это происходит в легких. Результат был неожиданным, поскольку ранее было неясно, продуцируют ли клетки ЦНС рецепторы ACE2.

Когда исследователи ввели антитела к органоиду, чтобы заблокировать белок, вирус не смог связываться с белком, и скорость инфицирования клеток снизилась.

Генно-инженерные мыши

Затем исследователи использовали мышиную модель для наблюдения за инфекцией ЦНС в контексте всего организма. Чтобы точно воспроизвести инфекцию у человека, они генетически модифицировали мышей, чтобы они вырабатывали человеческие белки ACE2.

После заражения мышей ученые обнаружили высокий уровень инфицированных нервных клеток. Эти уровни были связаны со значительными изменениями кровеносных сосудов - изменениями, которые могли нарушить приток кислорода к мозгу.

В исследовании также сравнивали эффекты инфекции ЦНС и инфекции легких у мышей и определили, что инфекция ЦНС была значительно более летальной. Даже при более низких дозах вируса инфекция нейронов вызвала потерю веса и смерть мышей.

Вскрытие больных COVID-19

Наконец, исследователи изучили области мозга трех пациентов, умерших от тяжелых осложнений COVID-19. У всех была дыхательная недостаточность, и они были помещены в отделение интенсивной терапии.

Внутри инфицированных областей мозга были признаки повреждения тканей и гибели клеток в виде ишемических инфарктов - участков мертвой ткани, вызванных отсутствием кровотока.

Эти инфаркты возникли в результате нескольких нарушений притока кислорода и крови. Они были похожи на те, которые исследователи наблюдали на моделях органоидов мозга и на мышах, которые также показали доказательства кислородной недостаточности.

«В целом, наше исследование ясно демонстрирует, что нейроны могут стать мишенью для заражения SARS-CoV-2 с разрушительными последствиями локальной ишемии в головном мозге и гибели клеток».

- Соавтор доктор Кая Бильгувар

Чтобы понять, какие факторы повышают восприимчивость к этой инфекции, потребуются дополнительные исследования, но настоящее исследование дало представление о более подробных механизмах ЦНС в отношении COVID-19.