冠状病毒可能感染关键脑细胞,导致神经元死亡。
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2021-02-11 10:31
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火星译客
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(图片: © Shutterstock)

根据一项新的研究,导致新冠肺炎的冠状病毒可以渗入大脑中的星形细胞,引发连锁反应,使附近的神经元瘫痪甚至死亡。

星形细胞,称为星形胶质细胞,在神经系统中发挥许多作用,并为神经元提供燃料,神经元在整个身体和大脑中传递信号。在实验室的一个盘子里,研究发现受感染的星形胶质细胞停止为神经元产生关键的燃料,并分泌一种“不明”物质来毒害附近的神经元。

作者写道,如果受感染的星形胶质细胞在大脑中也有同样的作用,那就可以解释病人大脑中出现的一些结构变化,以及一些似乎伴随新冠肺炎病例的“脑雾”和精神问题。

尽管如此,2月7日发布在预印数据库medRxiv上的这项新研究还没有得到同行评审,一位专家告诉生命科学网,“这是非常初步的数据”,还需要通过额外的研究来验证,尤其是在实验室碟子中发现的神经元死亡方面。

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“论文中的主要信息是病毒能够进入星形胶质细胞,”研究作者丹尼尔·马丁斯-德苏扎说,他是巴西坎皮纳斯大学生物化学系的副教授和蛋白质组学系主任。“它并不是每次都能到达那里,但它可以到达那里。”

其他研究发现,冠状病毒也可以直接感染神经元,尽管病毒进入大脑的确切途径仍在调查中,生命科学网此前报道。作者说,这项新的研究可能会将星形胶质细胞添加到新型冠状病毒攻击的细胞名单中,但关于新冠肺炎和大脑的许多问题仍然没有答案。

在新冠肺炎患者的大脑里

这项新的研究从三个来源提取了数据:实验室盘子里的细胞,已故病人的脑组织,以及从轻微新冠肺炎感染中康复的活患者的脑部扫描。

科罗拉多大学医学院(University of科罗拉多医学院)神经病学和眼科教授玛丽亚·纳格尔(Maria Nagel)博士没有参与这项研究,她说,鉴于这项研究的每一臂之间存在着明显的差异,“我认为很难将研究中的轻度疾病部分与严重疾病组进行比较。”她在一封电子邮件中对生命科学网说,换句话说,轻微感染引起的大脑变化可能不是由新冠肺炎患者组织中的机制所驱动的。

为了评估81名轻度感染患者,研究小组对他们的大脑进行了磁共振成像(MRI)扫描,并与145名没有新冠肺炎病史的志愿者进行了对比。他们发现,大脑皮层的某些区域--负责记忆和感知等复杂过程的大脑皱褶表面--在两组之间显示出明显的厚度差异。

这太令人惊讶了,”研究作者克拉瑞萨·林·亚苏达博士说,她是坎皮纳斯大学神经外科和神经学系的助理教授。

亚苏达说,在每个新冠肺炎患者确诊后大约两个月进行了核磁共振扫描,但“在两个月内,我不认为会有这样的变化”,假设患者的大脑曾经看起来更像未感染的参与者。她补充说,通常只有长期持续的侮辱才会导致皮质厚度的变化.例如,纳格尔说,慢性压力、药物滥用和艾滋病毒等感染与皮质厚度的变化有关。

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亚苏达说,在新冠肺炎患者中,位于鼻子上方的皮层区域明显变薄,提示鼻子和相关的感觉神经可能是病毒进入大脑的重要途径。尽管如此,这种病毒不可能侵入每个人的大脑;但是,即使是那些避免直接脑感染的人,像炎症这样的免疫反应有时也会损害大脑,使大脑皮层变薄,亚苏达说。纳格尔指出,这项研究并不能显示直接感染或炎症是导致这种差异的原因;它只显示新冠肺炎与皮质厚度之间的相关性。

为了更好地了解新型冠状病毒入侵大脑的频率和范围,该小组从26名死于新冠肺炎的患者中收集了脑样本,发现其中5名患者脑损伤。

损伤包括脑组织的片状死亡和炎症的标志。值得注意的是,研究小组还检测到了新型冠状病毒的基因物质和病毒“尖峰蛋白”,这种蛋白与病毒表面隔绝,在所有五个病人的大脑中都能检测到。这些发现表明他们的脑细胞被病毒直接感染。

感染的细胞以星形胶质细胞为主,其次为神经元。这暗示,一旦新型冠状病毒到达大脑,星形胶质细胞可能比神经元更容易受到感染,马丁斯德苏扎说。

去实验室看看

有了这些新的数据,研究小组前往实验室对干细胞衍生的人类星形胶质细胞进行实验,测试冠状病毒是如何进入这些细胞的,以及它们是如何对感染作出反应的。

作者发现,星形胶质细胞不携带ACE 2受体,这是冠状病毒进入细胞的主要通道;这证实了先前的几项研究,显示星形细胞缺乏ACE 2。相反,研究小组发现,星形胶质细胞有一个名为Nrp 1的受体,这是另一个入口通道,尖峰蛋白可以穿透而引发感染。纳格尔说:“众所周知,冠状病毒研究人员并不仅仅需要ACE 2才能进入细胞。”Nrp 1有时也是另一个通道。

当研究人员在实验室盘实验中阻断Nrp 1时,SARS-CoV-2并没有感染星形胶质细胞。作者发现,一旦病毒进入星形胶质细胞,星形细胞就开始不同的功能。特别是,细胞开始以更高的速度燃烧葡萄糖,但奇怪的是,这一过程的正常副产品数量减少了。这些副产品包括丙酮酸和乳酸,神经元用于燃料和制造神经递质--大脑的化学信使。

“当然,这会影响到神经元在大脑中扮演的所有其他角色,”马丁斯-德苏扎说。

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来自已故新冠肺炎患者的数据证实了他们在实验室中看到的情况;例如,感染的脑样本中丙酮酸和乳酸含量也比SARS-CoV-2阴性样本低得异乎寻常地低。

在实验室里,研究人员还发现,受感染的星形胶质细胞分泌一种“不明因素”来杀死神经元;他们通过将神经元放置在星形胶质细胞先前曾与SARS-CoV-2共同孵育的培养基中来发现这一点。研究人员指出,这些濒临死亡的神经元至少可以部分解释新冠肺炎患者轻微感染后大脑皮层为何变得如此稀薄的原因。

马丁斯-德索萨说:“这可能与故事的开头有某种联系--我们已经在活人身上看到了这些变化。”但这只是一个假设,他补充道。

Nagel说:“我们还不知道轻微的新冠肺炎患者是否有脑部病毒感染”,因此推测皮质厚度的变化与星形胶质细胞相关的神经元死亡有关。此外,“在碟中的结果可能与在体内的大脑中的结果不同,”所以这些发现需要在人脑中进行检查,她补充道。

下一步

他说,展望未来,马丁斯-德索萨和他的团队希望研究受感染的星形胶质细胞中葡萄糖代谢是如何出错的,以及病毒是否以某种方式转移了这些额外的能量来促进自身的复制,他说。他们还在调查导致神经元死亡的不明因素。

亚苏达说,研究小组还将跟踪研究中的活患者,收集更多的MRI扫描,以确定大脑皮层是否随着时间的推移而变薄。他们还将收集血液样本和任何心理症状的数据,如脑雾、记忆问题、焦虑或抑郁。根据一项声明,他们已经开始研究观察到的皮质厚度变化与脑细胞如何发送信号或建立新的联系的关系。

亚苏达说:“我们很好奇这些改变,无论是临床上的还是神经心理学上的,是否都是永久性的。”对中度到重度感染患者的额外研究将有助于确定这些人与轻度疾病患者有何不同。

从长远来看,研究小组将监测他们的病人可能出现的任何与大脑有关的新疾病,如痴呆或其他神经衰退性疾病,以确定新冠肺炎是否以某种方式增加了他们的可能性。

“我希望不要看到这一点,”亚苏达说。“但对我们来说,一切都是如此令人惊讶,以至于我们将来可能会看到其中一些不尽如人意的问题。”

最初发表在“生命科学”杂志上。

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