COVID: чрезмерная потеря нейронных связей объясняет стойкие когнитивные симптомы

Более глубоко, чем считалось ранее, вирус, вызывающий COVID-19, SARS-CoV-2, может воздействовать на мозг в течение нескольких месяцев после заражения, но ученые не понимают, каким образом. Недавно исследователи показали связь между чрезмерной потерей синапсов и стойкими когнитивными симптомами у некоторых людей, в механизме, сходном с нейродегенеративными заболеваниями. Полученные результаты могут помочь в определении новых методов лечения этого симптома длительного COVID.

Нейропсихиатрические проявления характерны для острой фазы инфекции SARS-CoV-2, но многие пациенты продолжают испытывать подобные симптомы еще долгое время после заражения. Механизмы этих эффектов неизвестны. Гипотеза о том, что вирусные инфекции могут ускорять нейродегенерацию, в настоящее время привлекает внимание в связи с пандемией. Стало ясно, что вирус может поражать несколько органов и тканей, включая мозг. Действительно, посмертный анализ мозга, полученного от пациентов, умерших от COVID-19, показал обширную микроглиальную активацию с выраженным нейровоспалением в стволе мозга.

Следует отметить, что длительные нейроповеденческие и когнитивные расстройства являются общей чертой других нейроинвазивных РНК-вирусов, причем процессы, повреждающие центральную нервную систему, продолжаются и после уничтожения вируса. На сегодняшний день механизмы, лежащие в основе этих нейрокогнитивных последствий, плохо изучены, но недавние исследования на грызунах позволяют предположить, что интерфероновые реакции в микроглии, врожденных иммунных клетках мозговой ткани, могут привести к чрезмерному уничтожению синапсов и нарушению целостности нейронных цепей.

Недавно, поскольку трудно изучить последствия инфекции SARS-CoV-2 в тканях мозга in vivo, исследователи из Каролинского института в Стокгольме, Швеция, создали органоиды человеческого мозга и заразили их вирусом. Авторы обнаружили, что иммунные клетки мозга чрезмерно уничтожали синапсы и приобретали такую картину экспрессии генов, которая имитировала ту, что наблюдается при нейродегенеративных заболеваниях, таких как болезнь Паркинсона и Альцгеймера. Их работа опубликована в журнале “Молекулярная психиатрия“.

Уникальные органоиды человеческого мозга

Используя человеческие индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (iPS), авторы создали трехмерные модели мозга in vitro, называемые органоидами мозга. В частности, они культивировали человеческую микроглию из здоровых моноцитов и заразили их вирусом SARS-CoV-2.

В результате они обнаружили, что синапсы в этих моделях человеческого мозга чрезмерно сокращаются. Они необходимы для работы мозга, так как обеспечивают связь между нейронами.

Конечно, известно, что мозг избавляется от некоторых синапсов (тех, которые больше не нужны, имеют низкую активность). Слишком большое количество синапсов ухудшает качество передачи информации, подобно паразитическому фоновому шуму, расходующему энергию. Устранение этих бесполезных синапсов позволяет нейронам устанавливать новые контакты. На самом деле, мозг выбирает наиболее активные синапсы, а значит, наиболее важные для его деятельности, и закрепляет их.

Тем не менее “обычная” скорость элиминации ниже, чем скорость, наблюдаемая в экспериментах в этом новом исследовании. Последнее может объяснить, почему некоторые люди проявляют когнитивные симптомы в контексте длительного COVID, благодаря этому аномальному дефициту синапсов.

Доктор Самудьята, один из первых авторов исследования и научный сотрудник лаборатории Селлгрена на кафедре физиологии и фармакологии Каролинского института, поясняет в своем заявлении: “Интересно, что наши результаты во многом имитируют то, что недавно наблюдалось в мышиных моделях, инфицированных другими нейроинвазивными РНК-вирусами, такими как вирус Западного Нила. Эти вирусы также связаны с остаточными когнитивными нарушениями после заражения и постоянной активацией микроглии, приводящей к чрезмерному поглощению синапсов, что, как предполагается, вызывает эти симптомы. В настоящее время в нескольких исследованиях также сообщается о сохраняющихся когнитивных симптомах после заражения SARS-CoV-2, а также о повышенном риске диагностирования расстройства, характеризующегося когнитивными симптомами“.

Связь с нейродегенерацией при некоторых заболеваниях

Как сообщается в австралийском исследовании, авторы работы считают, что пусковой механизм почти бесконтрольной деградации синапсов использует тот же механизм, что и при некоторых нейродегенеративных заболеваниях.

Благодаря секвенированию генов в отдельных клетках авторы также смогли изучить, как различные типы клеток в модели реагировали на вирус. Сусмита Малваде, соавтор исследования и аспирант в лаборатории Селлгрена на кафедре физиологии и фармакологии Каролинского института, говорит: “Микроглия демонстрирует четкую генетическую подпись, в основном характеризующуюся повышением уровня генов, реагирующих на интерферон, и включает пути, ранее связанные с нейродегенеративными заболеваниями, такими как болезнь Паркинсона и Альцгеймера. Эта сигнатура наблюдалась и в более поздние сроки, когда вирусная нагрузка была минимальной“.

Теперь исследователи будут изучать, как различные фармакологические подходы могут обратить вспять изменения, наблюдаемые на инфицированных моделях. Исследователи сообщают в статье в The Conversation, что существует антибиотик миноциклин, способный уменьшать описанный здесь процесс микроглии. В конечном счете, разработанная модель и результаты исследования могут помочь в будущих усилиях по борьбе с когнитивными симптомами после COVID-19 и другими нейроинвазивными вирусными инфекциями.