Как коронавирус проникает в мозг?

Используя посмертные образцы тканей, группа исследователей из Берлинского медицинского университетского комплекса Шарите изучила механизмы, с помощью которых новый коронавирус может проникнуть в мозг пациентов с COVID – 19, и как иммунная система реагирует на вирус, когда это происходит. Результаты, которые показывают, что SARS-CoV-2 проникает в мозг через нервные клетки в обонятельной слизистой оболочке, были опубликованы в Nature Neuroscience. Впервые исследователи смогли получить под электронным микроскопом изображения интактных частиц коронавируса внутри обонятельной слизистой оболочки.

В настоящее время признано, что COVID-19 не относится к чисто респираторным заболеваниям. Помимо поражения легких, SARS-CoV-2 может воздействовать на сердечно-сосудистую систему, желудочно-кишечный тракт и центральную нервную систему. Более одного человека из трех с COVID-19 сообщают о неврологических симптомах- потере или изменении обоняния или вкуса, головной боли, усталости, головокружении и тошноте. У некоторых пациентов болезнь может даже привести к инсульту или другим серьезным заболеваниям. До сих пор исследователи предполагали, что эти проявления вызываются проникновением вируса в определенные клетки мозга с их заражением. Но как туда попадает SARS-CoV-2? Под совместным руководством доктора Хелены Радбрух из отделения невропатологии Шарите и директора этого отделения профессора Фрэнка Хеппнера, междисциплинарная группа исследователей проследила, как вирус проникает в центральную нервную систему, а затем проникает в мозг.

В рамках этого исследования эксперты в области невропатологии, патологии, судебной медицины, вирусологии и клинической медицины изучили образцы тканей 33 пациентов (средний возраст 72 года), которые умерли в Шарите или в Университетском медицинском центре Геттингена после заражения COVID-19. Используя новейшие технологии, исследователи проанализировали образцы, взятые из обонятельной слизистой оболочки умерших пациентов и из четырех различных областей мозга. Как образцы тканей, так и отдельные клетки были протестированы на наличие генетического материала SARS-CoV-2 и “спайкового белка”, который обнаруживается на поверхности вируса. Команда представила доказательства наличия вируса в различных нейроанатомических структурах, которые соединяют глаза, рот и нос со стволом головного мозга.  Наибольшая вирусная нагрузка была выявлена у обонятельной слизистой оболочки. Используя специальные красителей для тканей, исследователи смогли получить первые в истории электронно-микроскопические изображения интактных частиц коронавируса в обонятельной слизистой оболочке. Они были обнаружены как внутри нервных клеток, так и в отростках, отходящих от соседних поддерживающих (эпителиальных) клеток. Все образцы, используемые в этом типе анализа на основе изображений, должны были быть максимально высокого качества. Чтобы это гарантировать, исследователи позаботились о том, чтобы все клинические и патологические процессы были тесно согласованы и поддерживались сложной инфраструктурой.

Иммунофлуоресцентное окрашивание показывает инфицированную  нервную клетку (розовую) внутри инфицированной SARS-CoV-2 обонятельной слизистой оболочки (желтая). Опорные (эпителиальные) клетки выглядят синими. Изображение: Йонас Франц/Университетский медицинский центр Геттингена.

“Эти данные подтверждают предположение о том, что SARS-CoV-2 способен использовать обонятельную слизистую оболочку в качестве порта для входа в мозг”, – говорит профессор Хеппнер.

Это также подтверждается тесной анатомической близостью клеток слизистой оболочки, кровеносных сосудов и нервных клеток в этой области. “Оказавшись внутри обонятельной слизистой оболочки, вирус, по-видимому, использует нейроанатомические связи, такие как обонятельный нерв, чтобы достичь мозга”, – добавляет невропатолог. “Однако важно подчеркнуть, что у пациентов с COVID-19, которых охватило это исследование, заболевание протекало тяжело и оказалось для них смертельным. Это небольшая группа пациентов, поэтому не обязательно переносить результаты нашего исследования на случаи заболевания легкой или средней степени тяжести.”

Каким образом вирус распространяется по нервным клеткам, еще предстоит выяснить.

“Наши данные свидетельствуют о том, что вирус перемещается от нервной клетки к нервной клетке, чтобы достичь мозга”, – объясняет доктор Радбрух.

Она добавляет: “Однако вполне вероятно, что вирус также переносится по кровеносным сосудам, поскольку доказательства наличия вируса также были обнаружены в стенках кровеносных сосудов головного мозга”. SARS-CoV-2-далеко не единственный вирус, способный достигать мозга определенными путями. “Подобным образом распространяется вирус простого герпеса и вирус бешенства”, – объясняет доктор Радбрух.

Исследователи также изучили, как иммунная система реагирует на заражение SARS-CoV-2. Помимо обнаружения признаков активированных иммунных клеток в головном мозге и в обонятельной слизистой оболочке, они обнаружили иммунные сигнатуры этих клеток в мозговой жидкости. В некоторых изученных случаях исследователи также обнаружили повреждение тканей, вызванное инсультом в результате тромбоэмболии (то есть закупорки кровеносного сосуда сгустком крови).

“На наш взгляд, наличие SARS-CoV-2 в нервных клетках обонятельной слизистой оболочки дает хорошее объяснение неврологическим симптомам, обнаруженным у пациентов с COVID-19, таким как потеря обоняния или вкуса”, – объясняет профессор Хеппнер.

“Мы также обнаружили SARS-CoV-2 в областях мозга, которые контролируют жизненно важные функции, например-  дыхание. Нельзя исключать, что у пациентов с тяжелым течением COVID-19 присутствие вируса в этих областях мозга будет оказывать угнетающее воздействие на дыхательную функцию, усугубляя проблемы с дыханием из-за инфицирования легких SARS-CoV-2. Аналогичные проблемы могут возникнуть и в отношении сердечно-сосудистой функции.”