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COVID-19和人体的免疫反应是如何影响大脑的呢-

COVID-19和人体的免疫反应是如何影响大脑的呢-

虽然COVID-19最直接的威胁症状是呼吸系统,但神经科学家正从中枢神经系统的角度认真研究这一流行病。临床研究和病例报告提供了对大脑影响的大量证据。

为了避免感染可能带来的长期神经问题,麻省理工学院(MIT)皮考尔学习与记忆研究所(Picower Institute for Learning and Memory)的多个实验室已经开始进行研究,以确定感染是否以及如何直接或通过身体增强的免疫反应影响大脑。如果确实如此,这将与有报道称身体其他部位的感染和免疫系统活动可能对精神健康产生长期影响的历史相一致。

例如,有些科学家怀疑传染病的作用在神经退行性疾病如帕金森氏病或痴呆,Picower研究所成员Gloria崔和哈佛大学的免疫学家君啊精心追踪的途径感染孕妇可以导致孩子autism-like症状如何,相反,一些孤独症谱系障碍患者感染可以暂时减轻行为症状。崔在神经-免疫相互作用以及嗅觉神经系统方面拥有深厚的专业知识,据报道,一些covid19患者失去了嗅觉,他正在计划几项协作性冠状病毒研究。

”,这些不同的疑似神经症状,如果我们能确定的潜在机制的免疫系统影响神经系统感染上SARS-CoV-2或相关病毒,然后下次流感大流行是我们可以准备干预,”崔说,塞缪尔·a·Goldblith应用生物学助理教授职业发展的脑与认知科学系。

和崔一样,Picower的蔡立辉教授也在计划研究COVID-19对神经系统的影响。蔡氏对阿尔茨海默病的研究包括对血脑屏障的研究,血脑屏障紧密地控制着通过循环系统进出大脑的物质。她的实验室与包括麻省理工学院教授罗伯特·兰格在内的合作者一起开发的技术,使这个团队处于一个独特的位置,来评估冠状病毒感染是否会蔓延或如何逃避这种保护。

“了解冠状病毒如何影响大脑是很重要的,”Tsai说。“我们渴望将我们的技术应用到这个问题上。”

Neuro-immune交互

崔正在考虑三种冠状病毒的研究。她希望能与皮考尔研究所的同事们一起解决嗅觉缺失的问题。崔从研究生和博士后时期就开始研究老鼠的嗅觉系统。此外,她的神经免疫学研究的一个关键发现是,由于神经元表达一些信号分子的受体,称为细胞因子,由免疫系统细胞发出,这些相互作用可以直接影响神经的发育和活动。在小鼠模型中,研究小组计划探讨,在免疫系统对COVID-19反应增强的情况下,这种影响是否会发生在嗅觉系统中。

基于她和Huh对母亲感染如何导致其后代出现自闭症样症状的研究,他们对冠状病毒感染的另外两个方面感到担忧。人们发现,后代出现神经问题的风险很大程度上取决于孕妇肠道菌群的组成,即每个人体内都有的细菌种群。鉴于冠状病毒患者的结果差异很大,Choi和Huh想知道,除了年龄或潜在的健康状况等因素外,微生物组的组成是否也起作用。如果事实证明是这样,那么调整微生物组,也许用饮食或益生菌,可以改善结果。他们与韩国和日本的同事合作,正在着手研究病人体内微生物组的组成与冠状病毒感染之间的关系。

从长期来看,Choi和Huh还希望研究怀孕母亲中COVID-19感染是否会增加她们的后代患自闭症等神经发育障碍的风险。在他们对小鼠的研究中,他们发现在特定的母体微生物组组成下,怀孕小鼠的免疫细胞中细胞因子IL-17a的表达水平升高。这种分子直接影响胎儿的大脑发育,导致控制自闭症样行为症状的神经回路发育不正常。这两位科学家的目的是评估冠状病毒是否会发生这种情况。

COVID-19进入大脑

一个主要的问题是SARS-CoV-2病毒是否以及如何到达中枢神经系统。蔡博士的实验室也许能够利用先进的血脑屏障(BBB)实验室模型找到答案,该模型由博士后乔尔·布兰查德(Joel Blanchard)领导。在一项发表于报刊上的研究中,他指出,由人类星形胶质细胞、大脑内皮细胞和由诱导多能干细胞培养的周细胞组成的模型,与天然血脑屏障的性质(如通透性)密切相关。与兰格合作,团队文化整合模型与诱导多功能干细胞的神经元和其他大脑至关重要的支持细胞,像小胶质细胞和少突胶质细胞,在芯片上(称为“miBrain”芯片)提供一个复杂和综合试验台的脑细胞和脑血管交互。

借助miBrain芯片平台,蔡教授的实验室计划进行几项实验,以更好地了解这种病毒是如何将大脑置于危险境地的。其中一种方法是,他们可以培养来自不同个体的miBrain芯片,以观察病毒是否能够在这些个性化模型中平等或不同地渗透到脑血脑屏障中。他们也可以测试另一种病毒进入大脑的方法——通过使用来自covid的血清——miBrainChip模型中的19名患者,身体的免疫系统反应(所谓的“细胞因子风暴”)是否增加了血脑屏障的通透性。

病毒在神经系统中传播的另一种方式是通过神经元之间的突触连接。在培养了数千个神经元后,miBrain芯片平台可以帮助他们确定情况是否如此,以及特定种类的神经元是否更容易成为这样的管道。

最后,可能是遗传差异增加了病毒进入大脑的易感性。利用像CRISPR/Cas9这样的技术,研究小组可以将这些候选的风险基因植入血脑屏障,以测试血脑屏障的通透性是否变化。例如,在他们的阿尔茨海默病研究中,他们研究了一种名为ApoE的基因的变异是否会导致BBB模型中不同程度的淀粉样蛋白斑块积聚。

病毒、微生物群、免疫系统和中枢神经系统之间的潜在相互作用可能非常复杂,但有了专业知识、工具和强有力的合作,皮考尔研究所的研究人员找到了帮助阐明冠状病毒感染可能产生的神经影响的方法。

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