С начала пандемии Covid-19 начали поступать сообщения о пациентах с симптомами, связанными с нервной системой и головным мозгом. Эти неврологические симптомы наблюдались как во время, так и после инфекции и могут варьироваться от усталости и “тумана в мозгу” до судорог и инсультов. Во многих случаях лежащие в основе механизмы еще не до конца поняты.
Недавний доклад международной группы неврологов во главе с Яном Венцелем, Джозефиной Лампе и Хельге Мюллер-Филитц из Университета Любека, Германия, начинает давать некоторые ответы на эти вопросы. Их выводы двояки: во-первых, они показывают, что у пациентов с Covid-19 наблюдаются структурные повреждения мелких кровеносных сосудов головного мозга, и, во-вторых, они предполагают, что это вызвано протеазой SARS-COV-2, Mpro, убивающей эндотелиальные клетки.
Все кровеносные сосуды покрыты тонким слоем, называемым эндотелием. Этот слой помогает регулировать то, что входит и выходит из кровотока. Эндотелиальные клетки также играют важную роль в формировании кровеносных сосудов, подавая сигналы, которые помогают строить стенки кровеносных сосудов. В результате гибель эндотелиальных клеток может привести к чему-то, известному как “пустые сосуды". Это дисфункциональные остатки капилляров, которые не могут поддерживать кровоток. Высокий уровень пустых сосудов часто является показателем какой-либо патологии головного мозга.
Чтобы проверить связь между увеличением этого типа кровеносных сосудов и Covid-19, Венцель и др. изучили лобную кору 17 человек в возрасте старше шестидесяти лет, скончавшихся от этой болезни. Они сравнили эти образцы мозга с образцами 23 контрольных пациентов аналогичного возраста, которые умерли от других, не связанных с Ковид-19 причинами. Как и предполагалось, неврологи заметили значительное увеличение пустых сосудов у пациентов, инфицированных COVID 19, увеличение, которое осталось даже после корректировки с учетом сопутствующих заболеваний и пола.
Учёные также обнаружили клетки в микрососудах мозга, которые экспрессировали активную каспазу- 3. Когда клетка умирает или была повреждена без возможности восстановления, ее нужно разрушить и избавиться от нее. Этот процесс называется апоптозом. Каспаза-3, это “палач”, играет жизненно важную роль в этом процессе, разрушая клеточные структуры. Таким образом, присутствие каспазы-3 поддерживает представление о том, что пустые сосуды образуются в результате гибели эндотелиальных клеток.
Итак, есть свидетельства как образования “пустых или струнных сосудов”, так и гибели эндотелиальных клеток в мозге пациентов с Covid-19, но как SARS-CoV-2 вызывает это?
Венцель и др. сначала обратились к самим эндотелиальным клеткам головного мозга учитывая, что они демонстрировали признаки гибели клеток во время инфекции, можно предположить, что они, возможно, напрямую заражались SARS-CoV-2.
Хороший способ проверить, возможна ли вообще инфекция,- это поиск белков, которые SARS-CoV-2 использует для связывания с нашими клетками и, в конечном итоге, проникновения в них.
И, хотя они в основном расположены в других частях кровеносных сосудов, исследователи действительно обнаружили необходимые белки, которые должны быть экспрессированы в эндотелиальных клетках головного мозга. Иллюстрируя, что, по крайней мере в принципе, может произойти заражение SARS-CoV-2.
Переходя от принципа к практике, Венцель и др. решили подвергнуть воздействию SARS-CoV-2 модель культивируемых эндотелиальных клеток головного мозга in vitro. Действительно, исследователи вскоре обнаружили белок спайка SARS-CoV-2, используемый вирусом для связывания с клетками— хозяевами, вокруг ядер эндотелиальных клеток.
Но все еще остается вопрос, с помощью какого механизма SARS-CoV-2 вызывает гибель эндотелиальных клеток?
Здесь Венцель и соавт. обратились к белку, называемому NF-каппа-B модулятором (NEMO). НЕМО играет ключевую роль в активации NF, который сам по себе играет ключевую роль в регуляции иммунного ответа на инфекцию. Важно отметить, что НЕМО также является неотъемлемой частью выживания некоторых клеток. Поскольку SARS-CoV-2 всегда пытается опередить наш иммунный ответ, исследователи предположили, что он может “расщепить” и тем самым инактивировать НЕМО, чтобы выиграть себе больше времени. Возможно, подумали они, что гибель эндотелиальных клеток мозга может возникнуть как побочный продукт этой тактики подавления иммунитета.
Подтверждая часть своей догадки, исследователи обнаружили повышенное присутствие расщепленного NEMO в клетках головного мозга пациентов, инфицированных SARS-CoV-2, по сравнению с контрольной группой.
Затем, подозревая, что это может иметь какое-то отношение к протеазам, Венцель и др. подвергли эндотелиальные клетки мозга мыши воздействию двух протеаз SARS-CoV-2: основной протеазы (Mpro) и папаиноподобной протеазы. И действительно, оказалось, что Mpro расщепляет NEMO в эндотелиальных клетках мозга мыши. То же самое справедливо и для NEMO в эндотелиальных клетках человеческого мозга.
Еще не удовлетворенные этим, Венцель и др. также хотели получить подтверждение того, что расщепление НЕМО на самом деле приводит к гибели эндотелиальных клеток. Для этого они ввели Mpro в эндотелиальные клетки человеческого мозга. Как и ожидалось, эти клетки чаще демонстрировали маркеры, указывающие на гибель клеток, чем те, которые не подвергались воздействию Mpro. Эндотелиальные клетки, подвергшиеся воздействию инактивированной формы Mpro, напротив, были избавлены от расщепления НЕМО и последующей гибели клеток.
И гвоздь в крышку гроба: в течение двух недель у живых мышей, подвергшихся воздействию Mpro, развилась патология кровеносных сосудов, неотличимая от патологии пациентов с Covid-19. Те, кто подвергся воздействию инактивированного Mpro, были в полном порядке.
Но есть и хорошие новости. Венцель и др. обнаружили, что расщепление НЕМО вызывает гибель эндотелиальных клеток с помощью фермента, называемого RIPK3. Когда этот фермент “выбивается” и предотвращается гибель эндотелиальных клеток и, как следствие, предотвращается микрососудистая патология. Это открывает двери для новых методов лечения, которые могли бы помочь предотвратить неврологические симптомы, о которых сообщает быстро растущий список пациентов с Covid-19.
