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Nature子刊:首次揭示新冠病毒穿过血脑屏障的分子机制


  市场动态     |      2021-09-13
在新冠病毒感染者中,除了呼吸系统症状外,也可能会出现神经系统疾病,如头痛、失去嗅觉或味觉、意识障碍,甚至是癫痫、中风等。研究人员也在患者脑组织中发现SARS-COV-2 RNA,在皮质神经元同样发现病毒。通过人脑类器官也证实新冠病毒具有侵袭神经系统的能力。这些证据说明新冠病毒能够感染人中枢神经系统,但是病毒如何进入大脑的机制尚未可知。
近日,秦川研究团队在Nature子刊Signal Transduction and Targeted Therapy上发表一篇题为:“SARS-CoV-2 crosses the blood–brain barrier accompanied with basement membrane disruption without tight junctions alteration”的文章,研究发现受到病毒感染的转基因小鼠模型的血管壁和血管周围空间以及脑微血管内皮细胞(BMEC)中存在新冠病毒RNA,进而对新冠病毒穿过血脑屏障(BBB)的机制进行研究。
研究结果提示SARS-CoV-2可以感染脑血管内皮细胞
血脑屏障作为一个由骨髓微血管内皮细胞、周细胞和星形胶质细胞组成的复杂系统,站在阻止病原体进入大脑的第一道防线上。利用荧光原位杂交(FISH)、透射电子显微镜(TEM)和免疫染色等病理学技术,证实SARS-CoV-2可能通过BMECs直接感染并伴有MMP9介导的基底膜破坏而跨越血脑屏障,而不影响体内和体外的紧密连接。
在动物模型中,新冠病毒感染脑血管内皮细胞并造成脑损伤。通过S蛋白与ACE2在血管和细胞中的共定位,发现ACE2是病毒通过血脑屏障侵入大脑的受体。透射电镜显示病毒样颗粒出现在小鼠皮质中,并且胶质细胞激活和炎症细胞因子水平升高。SARS-CoV-2通过破坏基底膜破坏血脑屏障而不影响紧密连接。
首次观察到SARS-CoV-2在感染SARS-CoV-2的K18hACE2小鼠的血管内皮细胞中的定位和脑内血脑屏障通透性的增加。这些结果表明SARS-CoV-2可以直接感染内皮细胞,上调MMP9以降解基底膜,并通过血脑屏障跨细胞释放病毒颗粒进入实质。数据表明SARS-CoV-2可能通过跨细胞途径而不是细胞旁途径穿过血脑屏障。
综上所述,本研究结果提示SARS-CoV-2可以感染脑血管内皮细胞,通过MMP9蛋白介导的具有完整紧密连接的骨髓跨细胞途径穿过血脑屏障,导致神经元损伤,进一步加深了对SARS-CoV-2侵袭中枢神经系统的机制和新冠肺炎患者神经系统表现的认识。