Ученые изучили три биологических механизма воздействия COVID-19 на мозг

22 июля – Всемирный день мозга. В прошлом году в этот день множество СМИ писали о том, что COVID-19 при тяжелом течении действует на мозг и вызывает неврологические симптомы у 80% госпитализированных пациентов. Однако как именно это происходит, ученым оставалось неясно. Сегодня у научного сообщества есть ответы и картина, возможно, неполная, тех взаимодействий вируса с клетками организма, которые способны вызвать нарушения в работе мозга

Фото: geralt/pixabay.com

Ученые надеются, что понимание биологических механизмов, лежащих в основе неврологических симптомов, поможет создать необходимые лекарственные препараты для больных, переживающих ухудшение памяти, слабость, спутанность сознания, ослабление концентрации внимания и даже галлюцинации.

Уязвимые перициты

Один из механизмов действия коронавируса на мозг – это сокращение потока крови к нему, что приводит к нарушению функций нейронов, а также, в особо тяжелых случаях, к их гибели.

Для этого коронавирусу необязательно проникать в мозг, ему достаточно инфицировать клетки под названием перициты. Они находятся в капиллярах, мелких сосудах, которые сильно разветвлены и доставляют кровь ко всем тканям и органам.

Что такое перицит?

Отростчатая клетка соединительной ткани. Перициты входят в состав стенок мелких кровеносных сосудов, в том числе, капилляров. На протяжении практически всего XX века функциональное назначение перицитов оставалось неясным. В настоящее время перицит считается клеточным элементом, участвующим в образовании стенки сосудов.

В апреле нынешнего года был опубликован препринт исследования группы ученых под руководством нейробиолога Университетского колледжа Лондона Дэвида Аттвелла. Исследователи продемонстрировали, что SARS-CoV-2 блокирует рецепторы на перицитах, что, в свою очередь, приводит к сокращению сосудов. Количество крови, поступающей к органам и тканям, включая головной мозг, снижается, клеткам не хватает кислорода.

Именно таким образом ковид приводит к инсультам у ряда инфицированных пациентов.

Команда Аттвелла использовала для экспериментов хомячков: исследователи наблюдали, как перициты капилляров мозга реагировали на воздействие вируса.

«Как выяснилось, эффект такого воздействия достаточно сильный», – говорит Аттвелл. Нейробиолог предполагает, что купировать его возможно при помощи препаратов против высокого давления, предназначение которых – расширять сокращенные кровеносные сосуды, противодействуя повышению давления и инсульту.

Вирус атакует астроциты

Астроциты. Фото: http://immunology.one/

Коронавирусу достаточно сложно преодолеть гематоэнцефалический барьер и проникнуть в мозг. Тем не менее, какому-то количеству вируса удается сделать это, пройдя через слизистую носоглотки.

В этом случае он не атакует нейроны напрямую, а воздействует на астроциты.

Астроциты можно назвать вспомогательными клетками мозга. Они выполняют множество различных функций, одна из которых – обеспечивать нейроны необходимыми питательными веществами.

Что такое астроцит?

Это тип мозговой клетки звездчатой формы с многочисленными отростками. Астроциты поддерживают нейроны и разделяют их своими телами на группы, регулируют состав межклеточной жидкости, формируют запасы питательных веществ, обеспечивают перемещение веществ от стенки капилляра до плазматической мембраны нейронов, модулируют кровоток и диаметр кровеносных сосудов, регулируют активность нейронов.

Исследователи Калифорнийского университета под руководством невролога Арнольда Кригштайна установили этот факт, работая с органоидами, миниатюрными моделями мозга, выращенными в лаборатории из стволовых клеток.

Органоиды, состоящие из разных клеток, присутствующих в головном мозге человека, подвергли воздействию вируса SARS-CoV-2, который инфицировал астроциты и практически не тронул остальные клетки.

Результаты эксперимента подтверждаются анализом мозговой ткани умерших от ковида больных, проведенном командой Даниэля Мартинса-де-Соуза, руководителя отдела протеомики в Университете Кампинаса (Бразилия).

Ученые исследовали посмертные образцы мозговой ткани 26 человек и установили, что у пяти из них клетки мозга были инфицированы коронавирусом, причем 66% этих клеток – астроциты.

Астроциты оказались уязвимыми даже в том случае, когда вирусу не удавалось проникнуть в мозг. Еще в одном исследовании ученые сравнили посмертные образцы мозга восьми пациентов, умерших от ковида, с образцами мозга четырнадцати человек, умерших от других причин.

Исследователи не нашли следов SARS-CoV-2 в мозговой ткани инфицированных пациентов, однако в их астроцитах были определенные генные нарушения, негативно влияющие на работу этих клеток.

Такие симптомы как слабость, депрессия, нарушение памяти, спутанность сознания могут объясняться действием вируса на астроциты.

Как говорит Кригштайн, здесь, к сожалению, нет простого решения. Ученым предстоит выяснить, какое количество астроцитов должно быть инфицировано или повреждено, чтобы вызвать неврологические симптомы у пациента с коронавирусом.

Тяжесть симптомов зависит также от того, в какой части мозга поражены эти клетки.

Пока что неясно, каким образом можно вмешаться в механизмы повреждения астроцитов, но направление работы понятно, а значит, есть шанс, что такие средства со временем будут найдены.

Беспокойная иммунная система

Харальд Прюсс. Фото: Autoimmunenzephalitis (Harald Prüß)/https://www.youtube.com/

После встречи с новым вирусом ученые довольно быстро поняли, что многие из симптомов пациентов, страдающих ковидом, – результат чрезмерной активности иммунной системы в ответ на атаку патогена.

За последние полтора года большинство из нас неоднократно слышало о цитокиновом шторме, приводящем к тромбозу кровеносных сосудов, а во многих случаях – к гибели пациента.

Но это не единственная проблема, возникающая в связи с гиперактивностью иммунной системы.

За последние 15 лет в иммунологии накопился достаточных массив данных, свидетельствующих о том, что у некоторых людей в ответ на атаку того или иного патогена иммунитет начинает производить антитела не только к нему, но и к собственным тканям, то есть аутоантитела.

Исследование группы ученых под руководством нейроиммунолога Харальда Прюсса из Берлинского центра нейродегенеративных заболеваний установило, что такого рода аутоантитела могут проникать в мозг через гематоэнцефалический барьер и приводить к широкому спектру неврологических расстройств – от временного ухудшения памяти до психоза.

Прюсс и его коллеги проанализировали образцы крови и цереброспинальной жидкости 11 пациентов с тяжелым течением ковида. У всех одиннадцати наблюдались неврологические симптомы, и все они, как выяснилось из анализов их биологических жидкостей, производили аутоантитела, которые способны связываться с нейронами.

Также оказалось, что внутривенное введение специальных иммуноглобулинов позволило подавить вредное воздействие аутоантител и купировать симптомы. Это хорошая новость.

Пока что три, но может оказаться больше

Три биологических механизма воздействия SARS-CoV-2 на мозг не являются взаимоисключающими. Вполне вероятно, что у конкретного больного присутствуют все три нарушения, либо два из них в любом сочетании.

Нельзя исключить и того, что неврологические симптомы могут быть вызваны иными, еще не исследованными причинами.

Как считает Прюсс, важно выяснить, какой из механизмов повреждения центральной нервной системы является самым частым. «От этого будет зависеть протокол лечения», – говорит он.

Будем надеяться, что со временем препараты, направленные на защиту мозга от этого очень хитрого вируса, войдут в стандарты оказания помощи больным.

Источник

COVID and the brain: researchers zero in on how damage occurs

Мы просим подписаться на небольшой, но регулярный платеж в пользу нашего сайта. Милосердие.ru работает благодаря добровольным пожертвованиям наших читателей. На командировки, съемки, зарплаты редакторов, журналистов и техническую поддержку сайта нужны средства.