SARS-CoV-2 долає гематоенцефалічний бар’єр

COVID-19 та ураження центральної нервової системи

Вірус SARS-CoV-2 зумовив розвиток пандемії COVID-19, що триває. Окрім тяжкого респіраторного дистрес-синдрому та пневмонії, перебіг COVID-19 асоціюється з низкою симптомів, пов’язаних з ураженням центральної нервової системи (ЦНС), включаючи втрату смаку, ольфакторної чутливості, головний біль, судоми, сплутаність свідомості, порушення зору, невралгію, запаморочення, нудоту та блювання, геміплегію, атаксію та церебральні крововиливи.

Раніше було висловлено припущення про те, що окремі симптоми COVID-19 є наслідком прямого впливу вірусу на ЦНС — наприклад, респіраторні симптоми можуть бути частково зумовлені проникненням SARS-CoV-2 у дихальні центри головного мозку. Розвиток енцефаліту на тлі COVID-19 пояснювали результатом проникнення вірусних білків у тканини ЦНС. Зокрема, мРНК SARS-CoV-2 було виділено з ліквору, що дозволило припустити можливість вірусу долати гематоенцефалічний бар’єр (ГЕБ). Також доведено, що інші коронавіруси, включаючи вірус SARS, мають таку здатність [2]. При цьому висловлено гіпотезу про те, що SARS-CoV-2 може викликати зміни в ЦНС без прямого проникнення через ГЕБ, оскільки розвиток COVID-19 пов’язаний із цитокіновим штормом, і безліч цитокінів долають ГЕБ, впливаючи на функції ЦНС.

ГЕБ на шляху SARS-CoV-2

У новій роботі вченими Медичної школи Університету Вашингтона (University of Washington School of Medicine), США, доведено здатність спайк-1 (S1) протеїну SARS-CoV-2 долати ГЕБ, потрапляти в паренхіматозну тканину і меншою мірою — можливість секвестрації ендотеліальних клітин мозку [3].  Результати проведеної роботи опубліковано в журналі «Nature Neuroscience» 16 грудня 2020 р.

Відомо, що спайк-протеїн S1 визначає напрям ураження вірусом клітин макроорганізму. Водночас зв’язувальні білки, зокрема S1, здатні викликати пряме пошкодження тканин, оскільки, від’єднуючись від вірусу, ініціюють масивне вивільнення цитокінів та інших продуктів запалення — так званий цитокіновий шторм, що супроводжує перебіг COVID-19. Раніше подібний імунологічний сценарій було описано при інфікуванні вірусом імунодефіциту людини (ВІЛ) [1, 4].

Враховуючи це, автори представленої роботи дослідили зазначені процеси за умов інфікування SARS-CoV-2. Так, підтверджено, що білок S1 SARS-CoV-2 та gp120-протеїн ВІЛ мають схожий механізм дії. Названі глікопротеїни активно зв’язуються з іншими рецепторами, долають ГЕБ, спричиняючи нейротоксичні ефекти. Активне проникнення S1 у тканини мозку, за словами дослідників, може пояснювати різноманітні наслідки, включаючи розвиток енцефаліту, респіраторні розлади та аносмію. Спайк-білки SARS-CoV-2 часто відщеплюються від вірусу протеазами клітини-хазяїна. Тому цілком можливо, що після інфікування SARS-CoV-2 ізольований S1 може перетинати ГЕБ, викликаючи реакції у тканинах мозку, що не обов’язково зумовлено присутністю власне вірусних частинок.

Крім того, в серії доклінічних експериментів відстежено швидкість потрапляння протеїну-S1 в головний мозок після внутрішньовенного та інтраназального введення, визначено ступінь його поглинання в 11 різних ділянках мозку, вивчено вплив запалення на транспорт S1, а також здійснено порівняльну оцінку ступеня поглинання S1 тканинами головного мозку, печінки, нирок, селезінки та легень. Насамперед, експериментально встановлено, що надходження в головний мозок протеїну-S1, імовірно, пов’язано з везикулярно-залежним механізмом абсорбційного трансцитозу.

Висновки

Згідно з висновками дослідників, підтверджено, що порушення респіраторної функції на тлі COVID-19 пов’язані не лише з потраплянням SARS-CoV-2 в легеневу тканину, але також із проникненням вірусу в дихальні центри головного мозку з подальшим порушенням їхньої функціональної здатності. Важливим спостереженням стали дані про те, що транспорт S1-протеїну в ольфакторних цибулинах, а також нирковій паренхімі осіб чоловічої статі є швидшим. зазначене потенційно може бути пов’язане з вищим ризиком несприятливих наслідків COVID-19. Насамкінець автори зауважили, що більшість негативних ефектів при інфікуванні SARS-CoV-2 можуть посилюватися, тривало персистувати і бути результатом потрапляння патогену в тканини головного мозку.

Використана література

1. Banks W. A., Robinson S. M., Nath A. (2005) Permeability of the blood–brain barrier to HIV-1 Tat. Exp. Neurol., 193: 218–-227.
2. Li Y. C., Bai W. Z., Hashikawa T. (2020) The neuroinvasive potential of SARS-CoV-2 may play a role in the respiratory failure of COVID-19 patients. J. Med. Virol., 92: 552–555.
3. RheaM., Logsdon A.F., Hansen K.M. et al. (2020) The S1 protein of SARS-CoV-2 crosses the blood–brain barrier in mice. Nat. Neurosci., Dec. 16. doi: 10.1038/s41593-020-00771-8.
4. Rychert J., Strick D., Bazner S. et al. (2010) Detection of HIV gp120 in plasma during early HIV infection is associated with increased proinflammatory and immunoregulatory cytokines. AIDS Res. Hum. Retroviruses, 26: 1139–1145.

Н.О. Савельєва-Кулик,

Редакція журналу «Український медичний часопис»