研究显示主要目标的SARS-CoV-2大脑和描述病毒对神经系统的影响
巴西的一项研究发表在杂志上PNAS描述了一些影响感染的SARS-CoV-2对中枢神经系统。初步版本(没有同行评审)2020年发布的第一个证明导致COVID-19的病毒可以感染大脑细胞,特别是星形胶质细胞。它还打破新地面通过描述在皮层的结构改变,最neuron-rich大脑区域,甚至在轻微COVID-19病例。
大脑皮层的外层是半球灰质。它是最大的神经集成的网站中枢神经系统和复杂的功能,如记忆中起着关键作用,注意,意识,和语言。
调查是由几组坎皮纳斯州立大学的(由)和圣保罗大学(USP)。巴西生物科学国家实验室的研究人员(LNBio), D ' or研究所(IDOR)和里约热内卢联邦大学的(UFRJ)也为研究做出了贡献。
“两个先前的研究发现大脑中的新型冠状病毒的存在,但没有人知道肯定的如果是在血液中,内皮细胞粘膜血管或神经细胞。我们首次显示它确实在星形胶质细胞,感染和复制的,这可以减少神经元生存能力,”丹尼尔Martins-de-Souza,这项研究的领导人之一,告诉FAPESP,必须占州政府通讯社的记者Martins-de-Souza是由教授生物学研究所,隶属于IDOR研究员。
星形胶质细胞是中枢神经系统最丰富的细胞。其功能包括为神经元提供生化和营养支持;调节神经递质水平和其他物质会干扰神经功能,如钾;维持血脑屏障,保护大脑免受病原体和毒素;并帮助保持大脑内稳态。
星形胶质细胞的感染实验证实了使用从26个病人死于COVID-19脑组织。期间收集的组织样本进行尸体解剖使用微创过程由亚历山大•Fabro病理学家和圣保罗大学教授的小溪Preto医学院(FMRP-USP)。分析协调了蒂亚戈Cunha FMRP-USP教授和炎性疾病研究中心的一员(CRID)。
研究人员使用一种被称为免疫组织化学技术,染色过程中作为标记的病毒抗原的抗体或其他组件的组织进行了分析。“例如,我们可以插入一个抗体样品打开绑定星形胶质细胞的红色,另一个为纪念SARS-CoV-2蛋白质,使其绿色,和第三个突出该病毒的双链RNA,它只出现在复制,把它红色,“Martins-de-Souza解释道。“实验过程中产生的图像覆盖时,都只在星形胶质细胞三种颜色同时出现。”
根据Cunha病毒的存在证实了在五26个样品的分析。改变暗示可能损害中枢神经系统也发现这五个样品。
“我们观察到的坏死和炎症的迹象,如水肿引起的肿胀积液导致,神经损伤和炎性细胞浸润,”他说。
SARS-CoV-2感染大脑组织的能力和倾向于星形胶质细胞经阿德里亚诺Sebolella教授和他的团队在FMRP-USP使用脑源性片文化的方法,一个实验模型中,人类大脑组织在手术治疗获得drug-refractory癫痫等神经系统疾病,例如,在体外培养,感染了病毒。
持续的症状
在另一个研究的一部分,由学校进行医学科学(FCM), 81名志愿者恢复从轻微COVID-19提交给核磁共振成像(MRI)扫描他们的大脑。这些扫描后60天进行平均诊断检测。三分之一的参与者仍有神经或神经精神症状。他们主要抱怨头痛(40%)、疲劳(40%)、记忆改变(30%),焦虑(28%)、丧失嗅觉(28%)、抑郁(20%)、白天嗜睡(25%)、味觉(16%)和性欲低下(14%)。
“我们发布一个链接感兴趣的人参与试验的登记,并感到惊讶超过200名志愿者几天。很多都polysymptomatic广泛不同的投诉。除了神经影像学检查,他们的评价神经和标准化测试来测量性能等认知功能的内存,注意力和思维灵活性。在这篇文章中我们提出初步结果,”教授和克拉丽莎Yasuda表示巴西神经科学和脑科学研究所的成员(BRAINN)。
只有志愿者患COVID-19通过rt - pcr和不被包括在研究住院。评估结束后进行的急性期,和结果与145年的数据相比,健康未感染的科目。
核磁共振成像扫描显示,一些志愿者减少皮质厚度与平均水平相比在某些大脑区域控制。
“我们观察到的萎缩相关领域,例如与焦虑,最常见的症状之一,研究小组,”Yasuda表示。“考虑到焦虑症的患病率在巴西人口9%,28%的我们发现是一个高得惊人的数字。我们不希望这些结果在患者有轻度的疾病。”
在神经心理学测试旨在评估认知功能,志愿者还表现在一些任务与全国平均水平相比。结果调整年龄、性别和受教育程度,以及疲劳的程度由每个参与者。
“剩下的问题是这样的:这些症状临时或永久的吗?到目前为止,我们已经发现,一些改善,但不幸的是许多继续经历改变,”Yasuda表示。“令人惊讶的是,许多人感染了新颖的变体,和一些报告症状比他们自从第一次感染。针对小说的病毒,我们看到纵向随访对理解至关重要的进化的神经改变随着时间的推移,这种理解作为基础为靶向治疗的发展。”
能量代谢的影响
IB-UNICAMP Neuroproteomics实验室,Martins-de-Souza为首的实验进行脑组织细胞的人死于COVID-19和星形胶质细胞在体外培养发现感染SARS-CoV-2如何影响神经系统细胞从生物化学的角度来看。
通过获得的尸检样本与保罗Saldiva领导的小组合作,圣保罗大学教授医学院(FM-USP)。蛋白质组(所有蛋白质存在于组织)映射使用质谱,技术用来鉴定生物样品中的不同物质根据其分子质量。
“当结果与未感染的受试者相比,一些蛋白质表达水平改变了被发现在星形胶质细胞丰富,验证通过免疫组织化学方法获得的结果,“Martins-de-Souza说。“我们观察到的变化在不同的星形胶质细胞的生化途径,尤其是相关通路能量代谢。"
下一个步骤是重复的蛋白质组学分析在培养的星形胶质细胞在实验室感染。星形胶质细胞是来自诱导多能干细胞(万能)。方法由重组成人细胞(来自皮肤或其他方便的组织)假设一个阶段的胚胎干细胞多能性相似。第一部分是在史蒂文斯Rehen IDOR实验室,进行UFRJ教授。Martins-de-Souza的团队然后使用化学刺激使细胞则分化成神经干细胞并最终成星形胶质细胞。
的结果类似的组织样本通过解剖分析,表明能量代谢障碍,“Martins-de-Souza说。“然后,我们进行了代谢组学分析(重点培养的星形胶质细胞)产生的代谢产物,这证明葡萄糖代谢变化。出于某种原因,被感染的星形胶质细胞消耗比平常更多的葡萄糖,然而细胞水平的丙酮酸和乳酸,主要能源基质显著下降。”
乳酸是葡萄糖代谢的产物之一,神经元和星形胶质细胞出口这种代谢物,用它作为能源。研究者的体外分析表明,细胞培养基中乳酸含量是正常的但在细胞减少。“星形胶质细胞似乎努力维持神经元的能源供应,即使这一努力削弱自己的功能,“Martins-de-Souza说。
作为这一过程的结果,星形胶质细胞的功能的线粒体(能源生产细胞器)确实是改变了,可能会影响大脑的等神经递质谷氨酸水平,刺激神经元和与记忆和学习有关,或γ-氨基丁酸(GABA),抑制神经元过度放电,可以促进平静和放松的感觉。
“在另一个实验中,我们试图文化神经元介质中受感染的星形胶质细胞之前已经和测量细胞死亡率高于预期。换句话说,这个培养基的条件性感染星形胶质细胞的神经元生存能力减弱,”Martins-de-Souza说。
本文中描述的结果证实一些先前发表的研究指出可能的COVID-19神经和神经精神症状。
实验的结果进行生物科学研究所的仓鼠(IB-USP),例如,加强假设感染SARS-CoV-2加速星形胶质细胞新陈代谢,增加分子用来产生能源的消费,如葡萄糖和氨基酸谷氨酰胺。的结果由吉恩·皮埃尔·贝隆表明这种代谢改变损害的合成神经递质在神经细胞之间的交流中扮演着重要角色。
悬而未决的问题
根据Martins-de-Souza,没有共识的科学文献如何SARS-CoV-2到达大脑。“有些动物实验表明病毒可以穿过血脑屏障。还有一个怀疑感染嗅觉神经,从那里侵入中枢神经系统。但目前这些都是假设,”他说。
发现了PNAS文章是病毒不使用蛋白质ACE-2侵犯中枢神经系统的细胞,与肺部。“星形胶质细胞没有的膜蛋白。研究弗拉维奥维拉(FMRP-USP)和他的团队表明,SARS-CoV-2结合蛋白质neuropilin在这种情况下,说明它的多功能性在感染不同的组织,”Martins-de-Souza说。
由Neuroproteomics实验室的,Martins-de-Souza分析神经细胞和其他受COVID-19,如脂肪细胞,免疫系统细胞和胃肠道细胞,观察感染改变了蛋白质组。
“我们现在编译数据寻找特点和差异造成的改变病毒在这些不同的组织。成千上万的蛋白质和数以百计的生化途径可以更改,与每种情况下的变化。这些知识将帮助指导搜索特定治疗由COVID-19每个系统受损,”他说。
“我们也比较蛋白质组中观察到的差异大脑组织从患者死于COVID-19蛋白质组差异在过去的几年中,我们发现精神分裂症患者。两种情况下的症状非常相似。精神病,精神分裂症的最经典的迹象,也发生在患有COVID-19。”
研究的目的是找出是否感染SARS-CoV-2会导致大脑白质变性,主要由神经胶质细胞(星形胶质细胞和小胶质细胞)和轴突(神经元)的延伸。“我们观察到的一个重要的信件(在蛋白质组变化的模式)与能量代谢和神经胶质蛋白出现重要COVID-19和精神分裂症。这些发现也许提供了一个捷径COVID-19的精神病症状的治疗方法,”Martins-de-Souza思考。
马塞洛森IB-UNICAMP教授、肥胖和并存病研究中心的一员(OCRC),这项研究只是可能由于研究人员的合作与多样的和互补的背景和专业知识。“这表明,科学总是跨学科一流竞争力,”他说。“很难在国际市场的竞争如果你一直呆在自己的实验室里,封闭自己,你所熟悉的技术和设备,你可以访问”。
