Die Ergebnisse könnten Einblick in langfristige neurologische Symptome von COVID-19 geben – ScienceDaily

Eine Studie der National Institutes of Health beschreibt die durch eine COVID-19-Infektion ausgelöste Immunantwort, die die Blutgefäße des Gehirns schädigt und zu kurz- und langfristigen neurologischen Symptomen führen kann. In einer Studie veröffentlicht in Gehirnuntersuchten Forscher des National Institute of Neurological Disorders and Stroke (NINDS) Gehirnveränderungen bei neun Menschen, die plötzlich starben, nachdem sie sich mit dem Virus infiziert hatten.

Die Wissenschaftler fanden Beweise dafür, dass Antikörper – Proteine, die vom Immunsystem als Reaktion auf Viren und andere Eindringlinge produziert werden – an einem Angriff auf die Zellen beteiligt sind, die die Blutgefäße des Gehirns auskleiden, was zu Entzündungen und Schäden führt. In Übereinstimmung mit einer früheren Studie der Gruppe wurde SARS-CoV-2 nicht im Gehirn der Patienten nachgewiesen, was darauf hindeutet, dass das Virus das Gehirn nicht direkt infiziert hat.

Das Verständnis, wie SARS-CoV-2 Hirnschäden auslösen kann, kann bei der Entwicklung von Therapien für COVID-19-Patienten mit anhaltenden neurologischen Symptomen helfen.

„Patienten entwickeln oft neurologische Komplikationen mit COVID-19, aber der zugrunde liegende pathophysiologische Prozess ist nicht gut verstanden“, sagte Avindra Nath, MD, klinischer Direktor bei NINDS und leitender Autor der Studie. „Wir hatten zuvor bei der Autopsie Blutgefäßschäden und Entzündungen im Gehirn von Patienten gezeigt, aber wir haben die Ursache der Schädigung nicht verstanden. Ich denke, dass wir in diesem Papier wichtige Einblicke in die Kaskade von Ereignissen gewonnen haben.“

Dr. Nath und sein Team fanden heraus, dass Antikörper, die als Reaktion auf COVID-19 produziert werden, fälschlicherweise auf Zellen abzielen können, die für die Blut-Hirn-Schranke entscheidend sind. Dicht gepackte Endothelzellen tragen zur Bildung der Blut-Hirn-Schranke bei, die verhindert, dass schädliche Substanzen das Gehirn erreichen, während notwendige Substanzen passieren können. Schäden an Endothelzellen in Blutgefäßen im Gehirn können zum Austreten von Proteinen aus dem Blut führen. Dies führt bei einigen COVID-19-Patienten zu Blutungen und Blutgerinnseln und kann das Schlaganfallrisiko erhöhen.

Zum ersten Mal beobachteten die Forscher Ablagerungen von Immunkomplexen – Moleküle, die gebildet werden, wenn Antikörper Antigene (Fremdsubstanzen) binden – auf der Oberfläche von Endothelzellen im Gehirn von COVID-19-Patienten. Solche Immunkomplexe können Gewebe schädigen, indem sie Entzündungen auslösen.

Die Studie baut auf ihrer früheren Forschung auf, die Hinweise auf Hirnschäden fand, die durch dünner werdende und undichte Blutgefäße verursacht wurden. Sie vermuteten, dass der Schaden auf die natürliche Entzündungsreaktion des Körpers auf das Virus zurückzuführen sein könnte.

Um diese Immunantwort weiter zu erforschen, untersuchten Dr. Nath und sein Team in der vorherigen Studie Gehirngewebe einer Untergruppe von Patienten. Die neun Personen im Alter von 24 bis 73 Jahren wurden ausgewählt, weil sie basierend auf strukturellen Gehirnscans Anzeichen einer Blutgefäßschädigung im Gehirn zeigten. Die Proben wurden mit denen von 10 Kontrollen verglichen. Das Team untersuchte Neuroinflammation und Immunantworten mithilfe der Immunhistochemie, einer Technik, die Antikörper verwendet, um spezifische Markerproteine ​​in den Geweben zu identifizieren.

Wie in ihrer früheren Studie fanden die Forscher Anzeichen von undichten Blutgefäßen, basierend auf dem Vorhandensein von Blutproteinen, die normalerweise nicht die Blut-Hirn-Schranke passieren. Dies deutet darauf hin, dass die Tight Junctions zwischen den Endothelzellen in der Blut-Hirn-Schranke beschädigt sind.

Dr. Nath und seine Kollegen fanden Hinweise darauf, dass die Schädigung von Endothelzellen wahrscheinlich auf eine Immunantwort zurückzuführen ist – sie entdeckten Ablagerungen von Immunkomplexen auf der Oberfläche der Zellen.

Diese Beobachtungen legen einen Antikörper-vermittelten Angriff nahe, der Endothelzellen aktiviert. Wenn Endothelzellen aktiviert werden, exprimieren sie Proteine, sogenannte Adhäsionsmoleküle, die bewirken, dass Blutplättchen zusammenkleben. In den Endothelzellen der Hirngewebeproben wurden hohe Konzentrationen an Adhäsionsmolekülen gefunden.

„Die Aktivierung der Endothelzellen führt dazu, dass Blutplättchen an den Wänden der Blutgefäße haften bleiben, wodurch sich Gerinnsel bilden und austreten. Gleichzeitig werden die engen Verbindungen zwischen den Endothelzellen unterbrochen, wodurch sie austreten“, erklärte Dr. Nath. „Sobald ein Leck auftritt, können Immunzellen wie Makrophagen kommen, um den Schaden zu reparieren und eine Entzündung auszulösen. Dies wiederum verursacht Schäden an Neuronen.“

Die Forscher fanden heraus, dass in Bereichen mit Schäden an den Endothelzellen mehr als 300 Gene eine verminderte Expression zeigten, während sechs Gene erhöht waren. Diese Gene wurden mit oxidativem Stress, DNA-Schäden und metabolischer Dysregulation in Verbindung gebracht. Dies kann Hinweise auf die molekulare Grundlage neurologischer Symptome im Zusammenhang mit COVID-19 liefern und potenzielle therapeutische Ziele bieten.

Zusammen geben diese Ergebnisse einen Einblick in die Immunantwort, die das Gehirn nach einer COVID-19-Infektion schädigt. Es bleibt jedoch unklar, auf welches Antigen die Immunantwort abzielt, da das Virus selbst nicht im Gehirn nachgewiesen wurde. Es ist möglich, dass Antikörper gegen das SARS-CoV-2-Spike-Protein an den ACE2-Rezeptor binden, den das Virus zum Eindringen in Zellen verwendet. Es bedarf weiterer Forschung, um diese Hypothese zu untersuchen.

Die Studie kann auch Auswirkungen auf das Verständnis und die Behandlung von neurologischen Langzeitsymptomen nach COVID-19 haben, zu denen Kopfschmerzen, Müdigkeit, Geschmacks- und Geruchsverlust, Schlafprobleme und „Gehirnnebel“ gehören. Hätten die Patienten in der Studie überlebt, glauben die Forscher, dass sie wahrscheinlich Long COVID entwickelt hätten.

„Es ist durchaus möglich, dass dieselbe Immunantwort bei Long-COVID-Patienten anhält, was zu neuronalen Verletzungen führt“, sagte Dr. Nath. „Es könnte eine kleine indolente Immunantwort geben, die andauert, was bedeutet, dass immunmodulierende Therapien diesen Patienten helfen könnten. Diese Ergebnisse haben also sehr wichtige therapeutische Implikationen.“

Die Ergebnisse legen nahe, dass Behandlungen, die darauf abzielen, die Entwicklung der in der Studie beobachteten Immunkomplexe zu verhindern, potenzielle Therapien für neurologische Symptome nach COVID sein könnten.

Diese Studie wurde von der NINDS Division of Intramural Research (NS003130) und K23NS109284, der Roy J. Carver Foundation und dem Iowa Neuroscience Institute unterstützt.

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