Forscher weisen Neuroinflammation bei schwerem COVID-19 nach

Ein Forscherteam der Universität des Saarlandes und der Stanford University hat herausgefunden, dass bei schwer erkrankten COVID-Patienten Immun- und Barrierezellen im Gehirn aktiviert werden. Die anderen dadurch betroffenen Zellen zeigen bei den aktiven Genen ähnliche Merkmale wie bei Schizophrenie, Depressionen und anderen kognitiven Erkrankungen.

„Verschiedene Studien haben bereits gezeigt, dass Viren Entzündungen im Gehirn auslösen können. Ob auch SARS-CoV2 dazu in der Lage ist, darüber konnte bisher nur spekuliert werden. Wir wollten in unserer Forschungsarbeit herausfinden, was genau auf zellulärer Ebene im Gehirn passiert, wenn Patienten schwer an COVID-19 erkrankt sind,“ erläutert Prof. Andreas Keller, Klinischer Bioinformatiker an der Universität des Saarlandes, der gemeinsam mit seinem Team und Kollegen an der Stanford University das Thema erforscht hat.

65.000 Zellkerne aus 30 Hirnproben

Dafür konnten sie Gewebeproben von acht an COVID-19 verstorbenen Patienten und 14 Kontrollpatienten, von denen einer an Influenza verstorben war, nutzen.

Das untersuchte Gewebe stammte aus dem Frontallappen der Großhirnrinde sowie dem Plexus choroideus. Die Hirnrinde versammelt viele verschiedene Nervenzellen, die unser Verhalten sowie die Konzentration und Handlungsfähigkeit steuern. Der Plexus choroideus stellt zudem eine wichtige Barriere zwischen den strikt getrennten Systemen Blutkreislauf und den mit Hirnflüssigkeit gefüllten Hohlräumen im Gehirn dar.

„In Stanford wurden mithilfe einer RNA-Einzelzellsequenzierung die aktiven Gene jeder einzelnen Zelle der Gewebeproben betrachtet. Insgesamt haben wir so rund 65.000 Zellkerne aus 30 Hirnproben analysiert. Wir stellten fest, dass durch COVID-19 eine für die Erkrankung typische Entzündungsreaktion im Gehirn ausgelöst wird“, erklärt Keller, der bereits seit Anfang 2019 als Gastprofessor in Stanford forscht.

Neuroinflammation durch Infektion

Trotz systematischer Analysen konnten die WissenschaftlerInnen keine Erbinformation von SARS-CoV-2 im Gehirn nachweisen, das Virus selbst hatte also offenkundig nicht die Blut-Hirn-Schranke überwunden. „Wir konnten aber in den Genanalysen sehen, dass die Immunzellen im Hirngewebe bei den an COVID verstorbenen Patienten stark aktiviert waren. Zusätzlich konnten wir aktivierte T-Zellen nachweisen, die vom Blut ins Gehirn gewandert sind. Sie verstärkten dann dort noch einmal das entzündete Milieu“, sagt der Bioinformatiker. Eine solche Neuroinflammation konnten die Forscher weder bei einem an Influenza verstorbenen Patienten noch den anderen Kontrollpatienten feststellen.

„Weitere Unterschiede konnten wir bei den aktivierten Genen der Nervenzellen, den Gliazellen und den Immunzellen, die als Mikroglia bezeichnet werden, sehen. Letztere sind für eine normale Funktion der Nervenzellen notwendig, können jedoch auch chronische Krankheiten auslösen. Die veränderten molekularen Prozesse, die beim Ein- und Ausschalten der Gene in den Gehirnzellen zu beobachten waren, ähneln den Mustern, die wir von anderen neurologischen und psychischen Erkrankungen kennen, etwa der Schizophrenie, bei Depression oder kognitiven Schwächen“, erklärt Dr. Fabian Kern, der als wissenschaftlicher Mitarbeiter von Keller Erstautor der Nature-Publikation ist, gemeinsam mit seinem Stanford-Kollegen Andrew C. Yang.

Originalpublikation:
Yang AC et al. Dysregulation of brain and choroid plexus cell types in severe COVID-19. Nature, 21. Juni 2021