Как коронавирусът SARS-CoV-2 засяга мозъка и ни кара да губим обоняние

Един от категоричните признаци за коронавирусна инфекция е внезапната и пълна загуба на обоняние и вкус. Често тези симптоми са трайни и не изчезват дълго, след като пациентът е излекуван. Как вирусът засяга нервната ни система и защо обонятелните и вкусовите рецептори са основната му мишена?

В статия, публикувана в блога на директора на Националните институти по здравеопазване (НИЗ), Франсиз Колинс описва изследване на НИЗ, което сочи, че голяма част от неврологичните симптоми на COVID-19 се дължат по-скоро на разпространилата се в организма инфекция и свързаните с нея увреждания на кръвоносните съдове, а не на възпаление на мозъчната тъкан.

Дори учените да са прави, все още няма яснота по въпроса защо толкова често заразените губят своето обоняние. Повечето от пациентите, на които е направена аутопсия, са в напреднала възраст и със сериозни съпътстващи заболявания. Много от тях умират с COVID-19, а не вследствие на него. Няма доказателства дали някой от починалите e загубил обонянието си.

Имунохистохимични следи от коронавируса в човешкия мозък

Директорът посочва, че в ново проучване в списание „Journal of Experimental Medicine“ авторите успяват да открият имунохистохимични следи от коронавируса SARS-CoV-2 в мозъка. Според експертите антителата срещу спайк протеина доказват, че самият вирус, или поне части от него, могат да засегнат и инфектират неврони в мозъчната кора. Eкипът създава и след това инфектира по изкуствен път триизмерен миниатюрен модел на реален човешки мозък, както и лабораторни мишки, носители на човешки гени и свръхекспресия на човешкия ACE2 рецептор, в резултат на което открива вирусна информационна РНК в невроните чрез количествена полимеразна верижна реакция (qPCR).

В лабораторните мишки вирусът се вкарва интраназално или се инжектира директно в мозъчните вентрикули. С помощта на електронен микроскоп се вижда, че вирусните частици се размножават, тръгвайки от ендоплазмения ретикулум на гостоприемника, като така причиняват смъртта на голям брой клетки.

Аносмията при пациенти с коронавирус – резултат от инфекция на клетки от обонятелния епител

Друг екип открива, че рецепторът ACE2 е експресиран не толкова в самите неврони, колкото в подпомагащите го клетки, наречени невроглия, в стволовите клетки и в периваскуларните клетки. В частност, той се открива в най-голямо количество в така наречените помощни клетки на обонятелния епител и перицитите в обонятелната луковица. Авторите на изследването стигат до заключението, че инфекция на клетки, различни от невроните, е най-вероятната причина за аносмия и други нарушения, свързани с усещането за мирис.

В свое изследване, група специалисти използват система за клетъчно култивиране, чрез която създават модел на кръвно-мозъчна бариера. По този начин те откриват, че спайк протеинът на коронавируса лесно преминава през тази бариера и възпалява ендотелните клетки, които покриват мрежата от мозъчни кръвоносни съдове.

Още по-големи щети върху нервните клетки се наблюдават ин виво в резултат на разпространилата се инфекция и вторичната исхемия, причинена от съдовите нарушения. Към момента учените не могат да кажат със сигурност дали вирусът се размножава и така се прехвърля от клетка в клетка, докато проникне в кръвно-мозъчната бариера, или използва белите кръвни клетки, за да се придвижи до там.

Вируси със специфична насоченост към определени крайни цели

Ако обаче изложеното по-горе е всичко, то тогава защо човек губи единствено способността си да усеща мирис или вкус и нищо повече? Най-вероятно отговорът е друг. Може би се сблъскваме с наистина странен патоген, който притежава невиждана досега прецизност в увреждането конкретно на нашите сетива. Макар вирусолозите да не познават вирус, който да е толкова тясно насочен към една-единствена мишена, те могат да посочат други, също със свои характерни особености при атакуване на човешкия организъм. Например, вирусът на бяса и полиовирусът достигат и увреждат соматичните моторни неврони в гръбначния мозък, като първо разрушават нервно-мускулните синапси в самата мускулна тъкан.

При инфекция с бяс се оказва, че никотиновите ацетилхолинови рецептори и невралните клетъчни адхезионни молекули NCAM са първичните рецептори на нервно-мускулните синапси за вируса.

При полиовируса, който може да се репликира в моторните неврони, протеин от семейството на имуноглобулините, познат като CD155, също играе ролята на аксонален рецептор. Разпространението на този вид вируси не само в невроните, но и в други зони, се дължи на различни протеини, свързани с движението напред или назад, при които предаването се случва директно от синапс до синапс. Според учените съществуват доказателства, че HSV-1, както и вирусите на везикуларния стоматит (VSV), Borna (BDV), грип А, парагрипните вируси, бяса и дори прионовите вируси могат да навлизат в централната нервна система, използвайки пътя, по който преминава обонятелният нерв.

Вируси, които причиняват свръхстимулация на имунните клетки

Смята се, че вируси като Епщайн-Бар (EBV) или човешкият херпесвирус 6 (HHV?6) причиняват свръхстимулация на имунните клетки в мозъка и ги карат да атакуват уникални протеини, които се откриват само в клетките, образуващи миелин. Крайният резултат е дегенерация, сходна с тази при множествената склероза.

Вирусни енцефалити

Например, Т-клетките CD4+ и CD8+ наскоро бяха идентифицирани в периферната и централната нервна система на някои видове вирусни енцефалити. В случая на човешки полиомавирус (JC) Б-клетките при пациенти с отслабена имунна система могат да проникнат в централната нервна система и да пренесат вируса до олигодендроцитите и астроцитите, като причиняват фатално възпалително заболяване, известно като прогресивна мултифокална левкоенцефалопатия (PML).

След като изяснихме някои от специфичните вирусни тропизми в нервната система, възможно ли е да разберем и как действа новият коронавирус в човешкия мозък?

Като изключим вкуса за сладко, кисело, солено и горчиво, останалите ни вкусови възприятия са просто резултат от ретроназалното обоняние. Докато тази система е оптимизирана да открива субстанции в устата, когато издишаме, нашето усещане за мирис е адаптирано така, че да улавя външни молекули, вдишани в обонятелния епител. Изброените първични сензорни механизми се допълват от чувствителността на кожата и лигавиците към химични вещества. Усещането за лютив вкус при консумация на лютиви чушки или на ментови дъвки например се преобразува с помощта на рецепторите TRPV4 и се предава по троичния нерв (nervus trigeminus).

От ключово значение е да се открият онези места, където въпросните усещания се преплитат. Да вземем за пример пациент, който се възстановява от COVID-19. Ако първите вкусове, които успее да разпознае са кафе и канела, въпросите, които следва да си зададем са няколко: На какво се дължи това? С други думи, дали усеща мириса чрез вдишване през носа или издишване през устата и дали може да го усети, когато не диша. Приятни ли са миризмите или по-скоро неприятни? Дали може да помирише или усети вкуса на фъстъчено масло, скункс, горяща къща? Ако в отговорите се открият много сходства, то учените биха могли да открият кои когнитивни центрове в мозъка са най-силно засегнати.

Медикаментозно лечение при аносмия

Друга алтернатива би била да се потърсят медикаменти за възстановяване на усещанията за вкус и мирис. Ако такива съществуват, може да се проследи как точно действат те. В някои случаи комбинираната терапия със стероиди като дексаметазон и теофилин също дава резултат. И двата препарата са еднакво важни при лечението, защото поне един пациент от групата, спряла приема на теофилин, впоследствие отново губи обонянието си. Когато поднови приема му, то се възстановява. В случаите на пълна аносмия, когато експертите наблюдават тежки увреждания на обонятелните нерви и дори халюцинации, ниски дози от антипсихотичния медикамент халоперидол носят голямо облекчение.

Според друг екип аносмията може да се повлияе много добре от стероидния назален спрей с флутиказон, докато дисгеузията се лекува успешно с помощта на орална паста триамцинолон.

Въпреки че някои видове неврони експресират ниски нива на рецепторите ACE2 за спайк протеина на коронавируса SARS-Cov-2, предстои да се изследват възможните подпомагащи експресии на други важни протеази или рецепторни кофактори като TMPRSS2 или неврофилин-1. Чрез сравняване начина на проникване на подобни коронавируси или на вируси, които възпаляват мозъка чрез обонятелната система, учените биха намерили още отговори на безбройните въпроси.

Рекомбинация на генотипове

Коронавирусът OC43, който предизвиква обикновената и добре позната на всички настинка, също може да достигне до мозъка с помощта на сиаловата киселина Neu5Ac или NANA, като за целта се възползва от аксоните, за да се придвижи до по-труднодостъпни обонятелни области. Най-новата версия на OC43, позната като генотип D, е открита през 2004 г. и се смята, че се е появила след рекомбинация между генотиповете B и C.

Според учените характерната за коронавируса SARS-CoV-2 точка на фуриново деление вероятно е резултат от рекомбинация с друг коронавирус. Рекомбинацията като процес по-често настъпва при близки класове вируси, отколкото при коренно различни.