מחקר חדש חושף כיצד חלבון ספייק משתהה בגבולות המוח יכול להסביר תסמינים נוירולוגיים ארוכי טווח של COVID-19 ולהדגיש את תפקיד ההגנה של החיסונים.
מחקר: התמדה של חלבון ספייק בציר גולגולת-מנינגי-מוח עשויה לתרום לתוצאות הנוירולוגיות של COVID-19. קרדיט תמונה: sciencepics / Shutterstock
במחקר שפורסם לאחרונה בכתב העת Cell Host & Microbe, חוקרים חקרו את התמשכותו של תסמונת נשימה חריפה חמורה Coronavirus 2 (SARS-CoV-2) בציר גולגולת-מנינג'י-מוח ואת תפקידו בהשלכות נוירולוגיות הקשורות לקורונה. מחלה 2019 (COVID-19).
רֶקַע
זיהום ב-SARS-CoV-2 קשור לסיבוכים נוירולוגיים שונים, כולל ערפל מוחי, מופחת עובי החומר האפור וסיכון מוגבר לשבץ, אפילו במקרים קלים. בעוד נגיף Ribonucleic Acid (RNA) מזוהה באופן לא עקבי ברקמות המוח, נצפית הפעלה חיסונית נרחבת, מה שמרמז על מנגנונים עקיפים.
חלבון ספייק ה-SARS-CoV-2, אחד המרכיבים המבניים העיקריים של הנגיף, מעורר תגובות דלקתיות באמצעות קולטנים דמויי Toll, משפיע על תפקוד האנדותל ויוצר קרישים מעודדי דלקת.
עדויות אחרונות מצביעות על כך שהוא נמשך בתאי חיסון ובפלזמה לתקופות ממושכות, מה שגרם למחקר נוסף. הבנת תפוצתו והשפעתו התפקודית על המוח ואיברים אחרים יכולה לשפוך אור על תופעות נוירולוגיות חריפות וכרוניות של COVID-19.
על המחקר
זני וירוסים מתויגים SARS-CoV-2 Omicron ו-SARS-CoV-2 חלבון פלואורסצנטי ירוק (GFP) הוכנו ושימשו למחקרי זיהום בעכברים. עכברים טרנסגניים K18-אנושי אנגיוטנסין הממיר אנזים 2 (K18-hACE2) ועכברי C57BL/6J מסוג פרא חוסנו באירוסול עם טיטרים ויראליים ספציפיים כדי להעריך את השפעת הנגיף. פרוטוקולי החיסון כללו מתן תוך שרירי של החיסון BNT162b2 שליח RNA (mRNA) לפני חשיפה ויראלית. עכברים נגועים נצפו עבור תסמינים קליניים, נשקלו מדי יום והורדו בנקודות זמן מוגדרות.
המחקר כלל גם זריקות חלבון S1 רקומביננטי עם תיוג פלואורסצנטי כדי להעריך את ההשפעות המערכתיות והמקומיות שלו.
במהלך הליכי הזרקת מיקרו-הזרקה תוך ורידית ושל מח הגולגולת, הושרה הרדמה והזרקות כוונו הן לרקמות ההיקפיות והן למח העצם הספוגי של הגולגולת. לאחר הזרקות, בוצע זלוף רקמות באמצעות מי מלח מבוצר פוספט (PBS) ופאראפורמלדהיד (PFA) כדי להשיג קיבוע לניתוחים הבאים. ניקוי רקמות באמצעות הדמיה תלת מימדית של פרוטוקול איברים שעברו ממס (3DISCO) הפך את רקמות העכבר לשקופות אופטית, מה שמקל על הדמיה מפורטת של הפצת חלבון ויראלי עם מיקרוסקופיה מתקדמת.
שיטות הדמיה ברזולוציה גבוהה, כולל מיקרוסקופיה קונפוקלית, אפשרו הדמיה מדויקת של רקמות המוח והגולגולת האנושיים. אימונופלואורסצנטי, מיקרודיסקציה לכידת לייזר וספקטרומטריית מסה סיפקו תובנות לגבי שינויים פרוטאומיים ומסלולים דלקתיים הקשורים להתמדה של חלבון ספייק.
הערכות התנהגותיות, מודלים של איסכמיה וניסויים בפגיעה מוחית טראומטית (TBI) העריכו את ההשלכות התפקודיות של התמדה של חלבון ספייק במוח וברקמות היקפיות. ניתוחים סטטיסטיים מקיפים אימתו את הממצאים, והבטיחו פרשנויות מדויקות של הנתונים.
תוצאות המחקר
המחקר חשף נוכחות מתמשכת של חלבון ספייק SARS-CoV-2 בגולגולת, קרומי המוח ובמוח של חולי COVID-19, ושופך אור על ההשפעות הנוירולוגיות הפוטנציאליות של הנגיף.
באמצעות טכניקות מתקדמות של פינוי והדמיה של רקמות, חוקרים זיהו את חלבון הספייק במח הגולגולת, גילו לאחרונה קשרים בין גולגולת למוח הגולגולת (SMCs), וקרום המוח של חולים שמתו מ-COVID-19 חריף. במח הגולגולת, 45% מחלבון הספייק נמצאו מחוץ לכלי הדם, מה שמרמז על יציאה לרקמות.
בנוסף, 27% מחלבון הספייק התמקמו עם תאים מיאלואידים חיוביים למולקולת מתאם קושרת סידן מיונן 1 (Iba1). חלבון ספייק זוהה גם בחלל הפרי-גרעיני של תאי קרום המוח וליד נוירונים חיוביים ל-NeuN בקליפת המוח הקדמית של המוח, מה שמעיד על האינטראקציה שלו עם אזורים עצביים.
מעניין לציין שבעוד ש-SARS-CoV-2 RNA לא ניתן היה לגלות לעתים קרובות בדגימות מוח, חלבון ספייק נמשך, מה שמרמז על זמן מחצית חיים ארוך יותר או מנגנון קליטה ייחודי נבדל משכפול ויראלי פעיל. במקרי מוות שאינם מ-COVID-19, חלבון ספייק נמשך בדגימות מח הגולגולת זמן רב לאחר ההדבקה, בהתאמה לרמות גבוהות של חלבון טאו, שרשרת נוירופילמנט קלה (NfL) וחלבון חומצי גליאלי (GFAP) בנוזל השדרה (CSF) של ארוך. חולי COVID. סמנים אלו מצביעים על ניוון עצבי מתמשך, התומכים בהשערה שחלבון ספייק תורם לתסמינים נוירולוגיים כרוניים.
מודלים של עכברים אישרו את הממצאים הללו, כאשר זיהום ב-SARS-CoV-2 הביא להפצת חלבון על פני איברים שונים, כולל מח הגולגולת וקליפת המוח, אפילו לאחר ירידה ב-RNA ויראלי. כמו כן, הוכח שחלבון הספייק חוצה את מחסום הדם-מוח (BBB) ומתמקם ברקמות המבטאות ACE2.
ניתוח פרוטאומי גילה שינויים משמעותיים במח הגולגולת, קרומי המוח וברקמות קליפת המוח, מה שהשפיע על מסלולים כמו מלכודות חוץ-תאיות של נויטרופילים (NETs), חלבון קינאז המופעל על ידי מיטוגן (MAPK) ו-phosphoinositide 3-kinase (PI3K)-protein kinase B (AKT) איתות. שינויים אלה בלטו במיוחד באזורים עם חלבון ספייק, תרמו להפעלה ליזוזומלית, נזק אקסונלי וסמנים הקשורים לניוון עצבי.
מחקרים פונקציונליים אישרו את ההשפעות הפתולוגיות של חלבון הספייק. הזרקת מיקרו למח הגולגולת גררה דלקת עצבית, נזק נוירוני והפעלה ליזוזומלית. ניסויים התנהגותיים חשפו התנהגות דמוית חרדה הנגרמת על ידי חלבון בעכברים והחמרה של תוצאות TBI ושבץ מוחי, מה שהוביל לנזק מוחי ארוך טווח מוגבר.
לבסוף, חיסוני mRNA הפחיתו את הצטברות החלבון בעכברים, במיוחד באזורי המוח והגולגולת, אם כי הם לא חיסלו אותו לחלוטין.
מסקנות
לסיכום, ההשפעות הנוירולוגיות ארוכות הטווח של COVID-19, כגון ערפל מוחי ואובדן רקמות, קשורות לחלבון ספייק מתמשך, דלקת מערכתית ושיבוש BBB. חלבון ספייק זוהה בגולגולות, קרומי המוח והמוח של המטופלים, אפילו בדגימות שליליות לאחר המוות של תגובת שרשרת פולימראז (PCR), מה שמצביע על נוכחות חלבון ממושכת. מחקרים בעכברים חשפו הצטברות ספייק של חלבון במח הגולגולת וב-SMCs, גרימת דלקת, התנהגות דמוית חרדה והחמרה בתוצאות במודלים של פציעות מוח.
ניתוחים פרוטאומיים מתקדמים הדגישו סמנים משותפים עם מחלות נוירודגנרטיביות כמו אלצהיימר, והדגישו את החפיפה עם מצבים נוירולוגיים כרוניים. חיסון הפחית את רמות החלבון של ספייק ואת הדלקת הנלווית, תוך שימת דגש על תפקידו בהפחתת השפעות חריפות וכרוניות כאחד.
