《Cell子刊:新冠病毒可直接破坏脑细胞,损伤神经元》

  • 来源专题:生物安全知识资源中心—领域情报网
  • 编译者: hujm
  • 发布时间:2022-10-17
  • 新冠病毒,通常通过呼吸道感染人类,并造成呼吸系统和人体各个器官的损伤。自2019年底首次爆发至今,新型冠状病毒仍在全球肆虐,对世界经济、社会造成极大的负面影响。

     

    疫情两年多以来,越来越多的证据表明,新冠不只是一种呼吸系统疾病,而是会影响人体多个组织和器官。

     

    2022年10月12日,美国加州大学的研究人员在" Cell Reports "期刊上发表了一篇题为" SARS-CoV-2 infects neurons and induces neuroinflammation in a non-human primate model of COVID-19 "的研究论文。

     

    研究人员通过非人类灵长类动物模型研究发现,新冠病毒感染恒河猴后一周内,病毒沿着嗅觉神经通过鼻子传输到达大脑,引起了严重的神经元损伤和炎症,患有2型糖尿病的老年猴子经历了更严重的神经损伤。

    在该研究中,研究人员创建了非人类灵长类动物模型,让年轻健康和患有2型糖尿病的老年恒河猴感染了新冠病毒,并与未感染的年龄匹配的对照组进行了比较,使用高分辨率显微镜,分析了病毒是否到达大脑,并对大脑产生什么样的损伤。

     

    在恒河猴感染病毒7天后,通过高分辨率显微镜,研究人员能够在动物脑组织以及几种不同类型的脑细胞中检查出病毒。这意味着,新冠病毒可感染脑细胞,甚至是破坏脑细胞。

    通过比较年轻和老年动物发现,老年动物的大脑感染更严重,受感染的老年猴子的脑细胞出现萎缩。

     

    与年轻健康的动物相比,病毒在老年动物中传播更远,病毒在年轻健康动物中主要存在于初级嗅觉皮层中,但在老年动物中,不仅出现在感觉和嗅觉脑区,还进入了与老年动物的情绪、记忆和认知相关的区域。

     

    研究人员表示,这些发现引起了人们对神经退行性疾病以及随着感染者年龄的增长,更易患老年痴呆症等相关疾病的担忧。

     

    作者指出,在老年动物中,病毒正在感染已知极易患阿尔茨海默病的区域的神经元。

    在老年动物中传播更远

     

    此外,研究还发现,新冠病毒会导致大脑发炎,中枢神经系统中的细胞通过分解和去除发炎的细胞来做出反应。

     

    对此,研究人员表示,虽然这个过程可能是有益的,并且旨在治愈中枢神经系统,但病毒在老年恒河猴中引起炎症的导致了重大的大脑损害。

     

    总之,研究不仅证明了新冠病毒会感染大脑,而且它还直接感染神经元,并且可以沿着神经通路传输到嗅觉区域以外的部位,最终导致大脑损伤和炎症。

     

    目前,研究人员正在研究感染几个月后猴子的大脑,以更好地了解可能导致长期神经系统并发症的脑损伤的程度和性质。

  • 原文来源:https://news.bioon.com/article/d3f0e43547f5.html
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    • 涉及神经系统的传染病是由多种因素引起的,包括细菌、真菌、寄生虫和病毒。狂犬病毒、单纯疱疹病毒、EB病毒、寨卡病毒、呼肠孤病毒、新冠病毒等不同科的病毒都能够感染神经元。病毒性大脑感染的特征是多种神经系统症状,包括头痛、发热、意识不清、癫痫发作以及味觉或嗅觉丧失。 在更严重的情况下,病毒性大脑感染可导致脑炎、脑膜炎,以及潜在的不可逆转的神经元缺陷,例如瘫痪和死亡。这些临床症状可源于受感染神经元死亡;然而,有些病毒感染并不杀死宿主细胞,这些感染的慢性神经系统后遗症不能用神经元死亡来解释。因此,可能存在着其他病毒感染大脑后的神经病力学机制,导致了大脑功能障碍。 2023年6月7日,昆士兰大学的研究人员在 Science 子刊 Science Advances 上发表了题为:SARS-CoV-2 infection and viral fusogens cause neuronal and glial fusion that compromises neuronal activity 的研究论文【1】。 这项研究首次发现,新冠病毒感染大脑后会导致神经元之间以及神经元和神经胶质之间的细胞融合,从而引起神经元活动异常,导致慢性神经系统症状。这些发现为新冠病毒和其他病毒如何影响神经系统、改变其功能并导致神经病理学提供了新的机制见解,也为新冠病毒感染后对神经系统的持续影响(长期新冠)提供了一种潜在解释。 在非神经元组织中,包膜病毒和呼肠孤病毒通过使用称为融合原(Fusogens)的特殊分子与宿主细胞膜融合并进入细胞。然后,这些病毒劫持细胞机制,产生病毒组分,新合成的病毒融合原重新修饰细胞膜,并赋予其与邻近细胞融合的能力。这导致形成多核合胞体,允许病毒“从内部”进行传播,而不需要将病毒颗粒释放到细胞外空间。   实际上,早在2021年4月,军事医学研究院孙强研究员、首都医科大学黄红艳教授、华中科技大学同济医学院刘良教授团队就已在 Cell Death & Differentiation 期刊发表研究论文【2】。首次发现新冠患者肺组织中普遍存在多核合胞体与淋巴细胞形成的异质性cell-in-cell结构,并证明这种独特结构是由新冠病毒感染过程中刺突蛋白(S蛋白)介导肺上皮细胞发生融合并内化淋巴细胞形成的。   对于神经系统而言,神经系统是由离散的神经元组成,这些神经元作为个体单元发挥功能,它们的发育和信息交流并不基于细胞间融合,而是通过生物、化学和电信号的传递。神经元的个体独立性对于神经系统的正常功能至关重要,但病毒感染和由此产生的病毒融合原是否会导致神经元融合及多核合胞体的形成,从而永久改变神经回路和功能,目前尚不清楚。   在这项最新研究中,来自昆士兰大学昆士兰大脑研究所的研究人员探索了病毒是如何改变神经系统功能的。他们发现,在感染新冠病毒几个月后的长期新冠患者的大脑中可以检测到新冠病毒的存在。这些新冠病毒导致大脑神经元经历了之前从未见过的细胞融合过程,在神经元被新冠病毒感染后,新冠病毒的刺突蛋白(S蛋白)会出现在神经元上,一旦神经元融合,它们就不会死亡,它们要么开始同步放电,要么完全停止工作。   具体来说,研究团队发现,新冠病毒感染诱导了小鼠和人类大脑类器官神经元之间以及神经元与神经胶质之间的融合。这种融合作用是有病毒的融合原介导的,可以完全被新冠病毒刺突蛋白(S蛋白)或来自狒狒正呼肠孤病毒的不相关融合原p15的表达所重现。 研究团队还证明了这种病毒感染诱导的神经元融合是一个渐进事件,导致了多细胞合胞体的形成,并导致了大分子和细胞器在其中的扩散。   最后,研究团队使用Ca2+成像技术,发现这些神经元融合严重损害了神经元活动。这些发现为新冠病毒和其他病毒如何影响神经系统、改变其功能并导致神经病理学提供了新的机制见解。 研究团队将神经元形象地比作连接厨房和浴室的电灯开关的电线,一旦其发生融合,那么这个开关要么同时打开厨房和浴室的灯,要么两个都打不开,这显然是个坏消息。   这一发现也为新冠病毒感染后对神经系统的持续影响提供了一种潜在解释。   根据之前的认知,病毒感染大脑细胞后会发生两种结果——细胞死亡或炎症,而这项最新研究提出了第三种可能的结果——神经元融合。许多病毒感染会在其他组织中引起细胞融合,它们感染神经系统后,也可能在神经系统中引发同样的问题。   研究团队表示,这项研究揭示了病毒感染期间发生的神经事件的新机制,这可能是神经系统疾病和临床症状的之前未发现的新的重要原因。而艾滋病毒、狂犬病毒、日本脑炎病毒、麻疹病毒、单纯疱疹病毒,以及寨卡病毒等,都可以感染大脑细胞,这些病毒感染对大脑的影响同样值得我们关注。
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    • 在一项新的研究中,来自美国加州大学戴维斯分校的研究人员发现作为导致COVID-19的冠状病毒,SARS-CoV-2在恒河猴感染后一周内造成了明显的神经元损伤和炎症。他们还发现,患有2型糖尿病的年老恒河猴经历了更严重的由SARS-CoV-2诱导的神经系统损伤。这些研究结果为研究与COVID-19有关的长期神经症状提供了一个框架。相关研究结果于2022年10月12日在线发表在Cell Reports期刊上,论文标题为“SARS-CoV-2 infects neurons and induces neuroinflammation in a non-human primate model of COVID-19”。 根据近期的一份报告,80%的经检测为COVID-19阳性的人报告了神经系统症状。对人类的研究一直无法确认这些症状是由于身体的一般炎症反应,还是SARS-CoV-2直接感染了大脑。这些作者利用最近开发的COVID-19的非人灵长类动物模型,揭示了这种病毒通过鼻子沿着嗅觉神经---一条始于大脑、止于鼻子内部上部的神经---运输到大脑中。 论文通讯作者、加州大学戴维斯分校神经学教授和加州大学戴维斯分校加州国家灵长类研究中心主任John Morrison说,“我们不仅证实了这种病毒感染大脑,而且还证实了它直接感染神经元,并能沿着神经通路运输到最初的嗅觉区域以外的部位。” 年轻、健康的恒河猴和患有2型糖尿病的年老恒河猴被接种了SARS-CoV-2病毒,并与未受感染、年龄匹配的对照组进行比较。在这些恒河猴暴露于SARS-CoV-2七天后,这些作者能够在脑组织以及几种不同类型的脑细胞中鉴定出这种病毒。高功率显微镜使得他们能够可视化观察到这种病毒和脑细胞之间的相互作用。 年老恒河猴中的病毒感染更严重 论文第一作者、加州大学戴维斯分校博士后研究员Danielle Beckman说,他们的研究结果毫无疑问地表明,这种病毒进入大脑,并在这个过程中损害了脑细胞。通过比较年轻和年老的恒河猴,很明显,这种病毒感染在年老的恒河猴身上加剧了。遭受感染的年老的恒河猴体内的脑细胞出现萎缩。 也许最引人注目的是,与年轻、健康的恒河猴相比,SARS-CoV-2在年老恒河猴身上的传播距离。虽然在所有接种SARS-CoV-2的恒河猴中,这种病毒主要是在初级嗅觉皮层中发现的,但是它在年老恒河猴中传播得更远:SARS-CoV-2的细胞标志物延伸到直接感知嗅觉的大脑区域以外的区域,进入到高度涉及情感、记忆和认知的大脑区域。这些发现引起了人们对神经退行性疾病的潜在激增,以及随着受感染的成年人年龄增长,易患阿尔茨海默病等痴呆相关疾病的担忧。 Morrison说,“特别是在年老的恒河猴中,这种病毒能够感染已知极易受阿尔茨海默病影响的大脑区域中的神经元。” 这些作者还旨在了解这种病毒如何导致细胞损伤和对大脑的持久影响。现有有证据已提示着SARS-CoV-2会引起大脑的炎症。中枢神经系统中的细胞通过分解和清除发炎的细胞做出反应。 Beckman说,“尽管这一过程可能是有益的,并且是为了治愈中枢神经系统,但SARS-CoV-2在年老的恒河猴中诱发炎症的强度导致了重大损害。” 识别导致长期感染症状的分子和细胞机制对于减少COVID-19神经系统并发症的负担至关重要。这些新的发现为未来的研究奠定了基础,并强调了非人灵长类动物模型在这类研究中的关键作用。 这些作者如今正在研究恒河猴感染几个月后的大脑,以更好地了解可能导致COVID-19长期神经系统并发症的大脑损伤的程度和性质。 参考资料: Danielle Beckman et al. SARS-CoV-2 infects neurons and induces neuroinflammation in a non-human primate model of COVID-19. Cell Reports, 2022, doi:10.1016/j.celrep.2022.111573.