21 апреля 2020, 00:00

Вовлечение центральной нервной системы при тяжелом остром респираторном синдроме, вызванном коронавирусом 2 (SARS-CoV-2)

Вовлечение центральной нервной системы при тяжелом остром респираторном синдроме, вызванном коронавирусом 2  (SARS-CoV-2)

Оригинал: Journal of Medical Virology

Автор: lberto Paniz Mondolfiet al.

Опубликовано: 21 апреля 2020, Journal of Medical Virology (Кафедра патологии, молекулярной и клеточной медицины, Медицинский факультет Школы медицины Икан медицинского центра Маунт-Синай, Нью-Йорк; Университет Флориды)

Перевод: Вавилова А.А., к.м.н., оториноларинголог (вестибулолог), клиника Скандинавия, СПб

Резюме

Неврологические последствия могут являться разрушительными осложнениями респираторных вирусных инфекций. Мы сообщаем о наличии вируса в нервных и капиллярных эндотелиальных клетках тканей лобной доли, полученных при аутопсии у пациента, инфицированного тяжелым острым респираторным синдромом, вызванном коронавирусом-2. Наши наблюдения вируса в нервной ткани, в сочетании с клиническими коррелятами ухудшения неврологической симптоматики, дают направление к более глубокому пониманию патогенетических механизмов, лежащих в основе поражения ЦНС. Показано, что появившийся вирусный патоген, SARS-CoV-2 [1], связан с инфекцией верхних и нижних дыхательных путей, ранжируемой от бессимптомного до тяжелого заболевания с летальным исходом [2]. В недавних сообщениях отмечалось, что аносмия, агевзия, атаксия и судороги могут быть ранними признаками и симптомами у пациентов, инфицированных SARS-CoV-2, что позволяет предположить, что этот вирус может являться также и нейротропным [3]. Здесь мы подтверждаем присутствие вируса в ткани головного мозга после посмертного исследования SARS -CoV-2 инфицированного пациента.

История болезни

74-летний мужчина, латиноамериканец с тремором в покое и нарушением походки из-за болезни Паркинсона был госпитализирован в связи лихорадкой, спутанностью сознания и положительным результатом в назофарингеальном мазке на SARS-CoV-2, полученном методом real-time ПЦР с обратной транскрипцией (RT-PCR, cobas® 6800 RocheDiagnostics).

Он был доставлен в отделение неотложной помощи своей семьёй после двух случаев падения дома. В анамнезе не было лихорадки, кашля, тошноты, рвоты, диареи, недавних контактов с больными или путешествий. При поступлении он находился в спутанном сознании, но отзывался на контакт и ориентировался в пространстве, в соответствии с его исходным уровнем. Другие результаты включали: подъем температуры до 38,9 ° C, тромбоцитопению (122 000 / мкл, при референтных значениях 150 000-450 000 / мкл) и SpO2 = 94% в условиях комнатного воздуха. Рентгенография грудной клетки показала расширение тени сердца и изменение аорты, но отсутствие инфильтрации.

Изменения на компьютерной томографии головы были неспецифичными в виденеоднородной субкортикальной и перивентрикулярной гипоинтенсивности без динамики по сравнению с КТ 6 месяцев назад. Было начато лечение пероральным гидроксихлорохином и эноксапарином подкожно.

В течение последующих 4 дней у пациента периодически возникала тревожность, а иногда возбуждение и агрессивное поведение. У него постоянно сохранялась лихорадка, имелись эпизоды гипотонии и прогрессирующее ухудшение SpO2. На 5-й день развился новый эпизод фибрилляции предсердий с учащенным желудочковым ритмом и удлинением интервала QTc до 515 мс. Артериальное давление улучшилось после внутривенного болюсного введения жидкости и назначения амиодарона, с возвращением к нормальному синусовому ритму. Гидроксихлорохин был отменен, было начато внутривенное введение тоцилизумаба и метопролола. При повторной рентгенографии грудной клетки были обнаружены новые базилярные уплотнения слева с консолидацией в нижней левой доле и компонентом плевральной жидкости, базилярными уплотнениями справа и пятнистым уплотнениями в средней доле правого лёгкого (midlung). Он продолжал декомпенсироваться клинически и скончался на 11-й день.

Во время пребывания в клинике маркеры воспаления С-реактивный белок (СРБ) и ферритин достигли пика на 7-й день, составив, соответственно, 183,5 мг/л (референтный диапазон СРБ 0,0-5,0 мг/л) и 2837 нг/мл (референтный диапазон ферритина 30-400 нг/мл);затемна 11 деньснизились до показателей 10,7 мг/л и 1063 нг / мл. Уровень D-димера вырос от 0,74 мкг/мл FEUна 3-й день (референтный диапазон 0,00-0,50 мкг/мл FEU), до 5,85 мкг/мл FEU на 10-й день.

Трансмиссионная электронная микроскопия срезов, полученных при посмертном исследовании, выявила присутствие вирусных частиц размером от 80 до 110 нм в срезах лобной доли мозга (рис. 1 a-d). Плеоморфные сферические вирусоподобные частицы наблюдались в отдельности и в небольших пузырьках эндотелиальных клеток (рис. а, стрелка). “Blebbing” (“образование пузырька”) вирусных частиц, поступающих в эндотелиальную стенку и выходящих из нее (рис. b, стрелки), указывает на поступление-транзит активного патогена через микрососудистые эндотелиальные клетки головного мозга в нервную ткань (neuralniche). В телах нервных клеток имелись расширенные цитоплазматические вакуоли (рис. с-d), содержащие оболочечные вирусные частицы с электронно-плотными центрами с отчетливыми стеблеобразными “peplomeric” выступами (рис. 1 d, стрелки /вставки).

Обсуждение

Поражение центральной нервной системы (ЦНС) может осложнять инфекции, вызванные как вирусами поражающими в первую очередь людей, так и некоторыми вирусами животных, могущими преодолевать межвидовые барьеры для заражения людей, особенно в уязвимых популяциях [4]. Примеры респираторных вирусов с нейроинвазивным и нейротропным потенциалом включают: вирус гриппа [5], метапневмовирусы человека [5], представителей рода энтеровирусов/риновирусов, эховирусы, вирусы Коксаки [6], респираторно-синцитиальные вирусы [5] и высокопатогенных зоонозных представителей рода Henipavirus, вирусы Hendra и Nipah [7].

Примечательно, что нейротропный потенциал коронавирусов уже был показан у ряда животных-хозяев, так же как и у людей. У животных нейроинвазивные коронавирусы были связаны с энцефалитом (коронавирус кошки [8], вирус гемагглютинирующего энцефалита свиньи [9] и вирус гепатита мыши [10]) и паралитическим полиомиелитом (вирусом гепатита мыши) [4]. К коронавирусам человека, которые ассоциированы с неврологическими поражениями, относятся эндемические циркулирующие штаммы OC43 и 229E, а также появившийся тяжелый острый респираторный синдром - коронавирус (SARS-CoV) и ближневосточный респираторный синдром - коронавирус (MERS-CoV) [4]. Недавно было опубликовано сообщение Moriguchi и соавторов из Японии, описывающее, как представляется, первый случай поражения ЦНС у пациента, инфицированного SARS-CoV-2, в видеменингита энцефалита, с подтверждённым данными ПЦР SARS-CoV-2 в спинномозговой жидкости [11].

В результате проведения аутопсий присутствие SARS-CoV, таксономически очень похожего на SARS-CoV-2, было подтверждено в ткани головного мозга [12]. Отек тканей и дегенерация нейронов были заметными находками в срезах, окрашенных гематоксилином и эозином, и присутствие вирусных частиц подтверждалось с помощью электронной микроскопии. Аналогичным образом, ультраструктурный анализ ткани нашего пациента выявил присутствие вирусоподобных частиц размером от 80 до 110 нм и характерных выступов в форме клубков с двумя морфологически различными типами остроконечных белковых структур, типичных для бета-коронавирусов [13]. Вирусные частицы были расположены внутри расширенных везикул в цитоплазме тел нейронных клеток. Наличие вируса в срезах лобной доли дает альтернативное объяснение поведенческим изменениям, наблюдаемым во время нахождения этого пациента в стационаре.

Наше наблюдение вирусных частиц в эндотелиальных клетках может иметь значение для понимания способа проникновения SARS-CoV-2 в ЦНС. Для проникновения нейротропных респираторных вирусов в ЦНС было предложено два основных пути - гематогенный и нейрональный ретроградный [4]. В нейронном ретроградном пути вирусы подвергаются ретроградному аксональному транспорту для достижения тел нейронных клеток в периферической и/или центральной нервной системе [4]. При гематогенном пути вирусы получают свой доступ путем заражения эндотелиальных клеток гематоэнцефалического барьера, эпителиальных клеток гематоликворного барьера в сосудистом сплетении или используют воспалительные клетки в качестве “троянских коней” для получения доступа в ЦНС [4]. Исследования пантропизма MERS-CoV в отношении различных тканей in vivo показали, что вирус может проникать в кровоток, сопровождаясь эндотелиальной инфекцией [14].

Наше наблюдение вирусоподобных частиц в эндотелии капилляров головного мозга и активного “почкования” через эндотелиальные клетки настоятельно подтверждает сходную роль эндотелиального ложа и гематогенного маршрута как наиболее вероятного пути SARS-CoV-2 к головному мозгу. Экспрессия эндотелием сосудовчеловеческого рецепторного ангиотензинпревращающего фермента II(ACE2) - связывающего рецептора-мишени для тримерного белка шипа SARS-CoV-2 [15], также поддерживает эту интерпретацию.

Однако нельзя исключать другие пути проникновения в ЦНС, такие как ретроградный аксональный транспорт из обонятельной луковицы. Экспериментальные данные показали, что интраназальная инфекция HCoV-OC43 и SARS-CoV у мышей может привести к нейроинвазии через разрушение носового эпителия и последующему нейрональному распространению. Это может объяснять появление таких ранних признаков как аносмия до появления других неврологических симптомов.

Клинический спектр инфекции SARS-CoV-2 продолжает расширяться, поднимая важные фундаментальные вопросы, касающиеся его клеточного тропизма и патогенных механизмов. Наши наблюдения предоставляют первые доказательства прямого распространения и присутствия SARS-CoV-2 в ткани головного мозга человека; предполагается, что гематогенная диссеминация и эндотелиальные клетки мозгового капилляра гематоэнцефалического барьера у инфицированных SARS-CoV-2 людей обеспечивают проникновение патогена в ЦНС и, как следствие, вызванные вирусом нейропатические эффекты. Кроме того, наши наблюдения вируса в нервной ткани в сочетании с клиническими корреляциями ухудшения симптоматики дает направление к более глубокому пониманию патогенных механизмов, лежащих в основе поражения ЦНС. Дальнейшие ультраструктурные исследования, включая иммуно-маркировку, позволят лучше оценить распределение SARS-CoV-2 и помочь объяснить ранние события, вызывающие нейровирулентность и нейроинвазивность.

Рисунки

Рис. 1 а. Эндотелиальные клетки капилляров мозга с вирусными частицами в цитоплазматических вакуолях (← стрелка). b. “Blebbing” (“образование пузырька”) вирусных частиц, поступающих / выходящих из стенки эндотелиальных клеток (круги). Представлена ​​взаимосвязь вирусных частиц (стрелки ←) с эндотелиальными клетками (проникновение/выход вируса). Обратите внимание на плотное внутреннее ядро ​​и плотно окрашенную периферию вирусных частиц. с. Изображение эндотелиальных нервных клеток, показывающее цитоплазматическую вакуоль, заполненную вирусными частицами на различных стадиях формирования зачатка (стрелка ←), смежную с базальной мембраной внутри нервной клетки (лобная доля). d. Внутрицитоплазматический пузырек нервной клетки с вирусоподобными частицами. Вставка: Деталь на вирусной частице с электронно-плотными центрами с отчетливыми стеблевидными выступами.

Картинка
Оригинал

Сокращения

RBC: эритроциты, BM: базальная мембрана, EC: эндотелиальные клетки, NT: нервная ткань. IV: внутрицитоплазматические пузырьки. Шкала отображается внизу слева / справа от каждого рисунка.

Литература

  1. Gorbalenya AE, Baker SC, Baric RS. et al. The species Severe acute respiratory syndrome-related coronavirus: classifying 2019-nCoV and naming it SARS-CoV-2. Nat Microbiol. 2020; 5: 536–544. doi.org.
  2. Huang C, Wang Y, Li X, Ren L, Zhao J, Hu Y, et al. Clinical features of patients infected with 2019 novel coronavirus in Wuhan, China. Lancet. 2020; 395: 497 506.
  3. Baig AM. Neurological manifestations in COVID-19 caused by SARS-CoV-2. CNS Neurosci Ther. 2020; 00:1-3.
  4. Desforges M, Le Coupanec A, Dubeau P, Bourgouin A, Lajoie L, Dubé M, Talbot PJ. Human coronaviruses and other respiratory viruses: underestimated opportunistic pathogens of the central nervous system? Viruses. 2019; 12, 14.
  5. Bohmwald K, Gálvez N, Ríos M, Kalergis, AM. Neurologic Alterations Due to Respiratory Virus Infections. Frontiers in cellular neuroscience. 2018; 12, 386. doi.org.
  6. Rhoades, R. E., Tabor-Godwin, J. M., Tsueng, G., & Feuer, R. Enterovirus infections of the central nervous system. Virology. 2011; 411(2), 288–305. doi.org.
  7. Dawes BE, Freiberg AN. Henipavirus infection of the central nervous system. Pathog Dis. 2019; 77: pii: ftz023. doi.org.
  8. Foley JE, Rand C, Leutenegger C. Inflammation and changes in cytokine levels in neurological feline infectious peritonitis. J Feline Med Surgery. 2003; 5: 313-322.
  9. Greig AS, Mitchell D, Corner AH, Bannister GL, Meads EB, Julian RJ. A hemagglutinating virus producing encephalomyelitis in baby pigs. Can J Com Med Vet Sci. 1962; 26: 49-56.
  10. Cowley TJ, Weiss SR. Murine coronavirus neuropathogenesis: determinants of virulence. J Neurovirol. 2010; 16: 427-434.
  11. Moriguchi T, Harii N, Goto J, Harada D, Sugawara H, Takamino J et al. A first Case of Meningitis/Encephalitis associated with SARS-Coronavirus-2. Int J Infect Dis. 2020; pii: S1201-9712(20)30195-8. doi.org.
  12. Gu J, Gong E, Zhang B, Zheng J, Gao Z, Zhong Y et al. Multiple organ infectionand the pathogenesis of SARS. J Exp Med. 2005; 202: 415-424.
  13. Oshiro LS, Schieble JH, Lennette EH. Electron microscopic studies of coronavirus. J Gen Virol. 1971; 12: 161-168.
  14. Hocke AC, Becher A, Knepper J, Peter A, Holland G, Tönnies M, et al. Emerging human middle East respiratory syndrome coronavirus causes widespread infection and alveolar damage in human lungs. Am J Resp Crit Care Med. 2013; 188: 882 886.
  15. Hamming I, Timens W, Bulthuis MLC, Lely AT, Navis GJ, & van Goor H. Tissuedistribution of ACE2 protein, the functional receptor for SARS coronavirus. A firststep in understanding SARS pathogenesis. J Pathol. 2004; 203: 631-637.

Пусть больше людей узнает о проектеПоделитесь с друзьями и коллегами. Вместе победим! 💪

Другие статьи

Все статьи