SARS-CoV-2 wywołujący chorobę COVID-19 potrafi „zaczepić się” o określone cząsteczki na powierzchni komórki gospodarza, a białko szczytowe pozwala mu dostać się do jej wnętrza. Następnie wirus wywołuje nietypową odpowiedź immunologiczną i skłania organizm do atakowania samego siebie. Większość tej walki toczy się w płucach, jednak coraz częściej badania dostarczają dowodów na to, że SARS-CoV-2 sieje spustoszenie w całym organizmie.
Jak podaje portal Science Daily, od 30 do nawet 80 procent pacjentów z COVID-19 doświadcza objawów neurologicznych, w tym zawrotów głowy, bólu głowy, nudności i utraty koncentracji. Objawy te sugerują, że SARS-CoV-2 wpływa również na komórki ośrodkowego układu nerwowego.
Chociaż nie ma jeszcze dowodów na to, że wirus atakuje mózg, nowe badania naukowców z Lewis Katz School of Medicine na Temple University pokazują, że białka szczytowe (umieszczone na „kolcach”) wytwarzane przez SARS-CoV-2, przyczyniają się do powstania odpowiedzi zapalnej na komórkach śródbłonka, które tworzą bariera krew-mózg. Badanie, opublikowane w Neurobiology of Disease, jest pierwszym, w którym wykazano, że białka szczytowe SARS-CoV-2 mogą spowodować, że bariera stanie się „nieszczelna”.
Kluczowy enzym
– Wcześniejsze badania wykazały, że SARS-CoV-2 infekuje komórki gospodarza, przyłączając się za pomocą białka szczytowego do enzymu konwertującego angiotensynę 2 (ACE2), obecnego na powierzchni komórek gospodarza – mówi dr Servio H. Ramirez, profesor patologii na Temple University i główny autor nowego badania.
ACE2 jest obecny na powierzchni komórek śródbłonka, które tworzą wewnętrzną wyściółkę naczyń krwionośnych i odgrywa główną rolę w pośredniczeniu w różnych funkcjach układu sercowo-naczyniowego.
– Ponieważ ACE2 jest głównym celem wiązania SARS-CoV-2 w płucach i układzie naczyniowym innych narządów, tkanki znajdujące się za tymi naczyniami, które otrzymują krew z dotkniętych koronawirusem naczyń, są zagrożone – wyjaśnia Ramirez.
Nie było jednak jasne, czy enzym ACE2 jest obecny w układzie naczyniowym mózgu człowieka, czy też jego pojawienie się tam jest związane ze stanami chorobowymi, które pogarszają przebieg COVID-19, takimi jak np. nadciśnienie. Aby to sprawdzić, autorzy nowego badania zaczęli od pośmiertnego badania ludzkiej tkanki mózgowej pod kątem obecności ACE2 w naczyniach krwionośnych. Wykorzystali w tym celu tkanki pochodzące od zmarłych cierpiących na demencję i nadciśnienie oraz od osób nie cierpiących na choroby mogące zaburzać obesność ACE2.
Analizy wykazały, że ACE2 faktycznie jest obecny w naczyniach krwionośnych w korze czołowej mózgu, a jego poziom jest znacznie zwiększony w naczyniach mózgowych osób z nadciśnieniem lub demencją.
SARS-CoV-2 a mózg
W kolejnym etapie naukowcy zbadali wpływ białka szczytowego (oznaczanego jako S) SARS-CoV-2 na komórki śródbłonka mózgu w hodowli komórkowej. Okazało się, że wprowadzenie białka szczytowego (szczególnie zaś podjednostki S1 wiążącej receptor) spowodowało istotne zmiany w funkcji bariery śródbłonkowej i doprowadziło do spadku integralności bariery.
Naukowcy odkryli również dowody na to, że podjednostka S2 białka szczytowego SARS-CoV-2 może bezpośrednio wpływać na funkcję bariery krew-mózg.
– Jest to ważne, ponieważ w przeciwieństwie do podjednostki S1, podjednostka S2 białka szczytowego nie wiąże się z ACE2, co oznacza, że naruszenie bariery krew-mózg może nastąpić w sposób niezależny od ACE2 – wyjaśnia współautor nowego raportu dr Tetyana P. Buzhdygan.
Zespół dr Ramireza nie poprzestał na tych ustaleniach i w dalszym ciągu badał wpływ białek szczytowych SARS-CoV-2 na mikroprzepływowe konstrukcje, mające naśladować naczynia włosowate ludzkiego mózgu.
– Modele mikroprzepływowe, opracowane na podstawie inżynierii tkankowej, umożliwiają rekapitulację trójwymiarowej cytoarchitektury i sił mechanicznych wywołanych ruchem płynu, na który naczynia krwionośne są stale narażone – powiedział dr Allison M. Andrews, adiunkt w Katedrze Patologii i Medycyny Laboratoryjnej w LKSOM i współautor raportu.
Eksperymenty wykazały, że w konstrukcjach imitujących naczynia ludzkiego mózgu, wiązanie podjednostki S1 zwiększa przepuszczalność bariery.
– Nasze odkrycia potwierdzają sugestię, że SARS-CoV-2 lub jego białko w postaci wypustek krążących w krwiobiegu może powodować destabilizację bariery krew-mózg w kluczowych regionach mózgu. Zmieniona funkcja tej bariery, która normalnie utrzymuje szkodliwe czynniki z dala od mózgu, znacznie zwiększa możliwość neuroinwazji tego patogenu, oferując wyjaśnienie neurologicznych objawów doświadczanych przez pacjentów z COVID-19 – wyjaśnia dr Ramirez.
Długotrwałe skutki naruszenia bariery krew-mózg przez SARS-CoV-2 są nieznane. Nie wiadomo również, czy wirus może dostać się do neuronów lub komórek glejowych znajdujących się za barierą.
Kolejnym krokiem w pracy naukowców będzie poszukiwanie kopii wirusa w różnych częściach mózgu pacjentów zmarłych z powodu COVID-19.
Źródło: Daily Science