Тяжелая форма COVID-19 вызывает возрастные изменения в мозге человека

В недавней статье, опубликованной в Природа СтарениеИсследователи обнаружили, что тяжелая форма коронавирусной болезни 2019 года (COVID-19) вызывает возрастные изменения в лобной коре головного мозга, что приводит к когнитивному дефициту. Эти данные подчеркивают важность неврологического обследования лиц, выздоровевших от COVID-19.

Исследование: Тяжелая форма COVID-19 связана с молекулярными признаками старения в человеческом мозгу. Изображение предоставлено: Naeblys / Shutterstock.com

Фон

Предыдущие исследования сообщали о среднем 10-летнем снижении глобальных когнитивных функций после тяжелой формы COVID-19. Точно так же некоторые отчеты показали, что COVID-19 повреждает лобную кору, область мозга, отвечающую за познание.

Несмотря на эти наблюдения, молекулярные доказательства воздействия коронавируса тяжелого острого респираторного синдрома 2 (SARS-CoV-2) на мозг остаются недостаточными, которые, как предположили исследователи текущего исследования, аналогичны эффектам ускоренного старения.

Об исследовании

В настоящем исследовании исследователи проанализировали образцы лобной коры, полученные от 54 человек с помощью секвенирования рибонуклеиновой кислоты (РНК-секвенирование), чтобы выявить молекулярные признаки, сходные со старением, связанным с тяжелой формой COVID-19.

После сбора во время вскрытия образцы замороженного мозга готовили с использованием процедур уровня биобезопасности 2+ перед выделением РНК путем разделения фаз. Впоследствии выравнивание генома SARS-CoV-2 оценивали путем сопоставления необработанных прочтений секвенирования с эталонным геномом SARS-CoV-2. Точно так же исследователи определили дифференциальную экспрессию генов (DGE), сопоставив исходные данные секвенирования с эталонным транскриптомом.

Команда идентифицировала образцы лобной коры, анализ всего транскриптома которых дал DEG с коэффициентом ложного обнаружения (FDR) менее 0,05 для анализа обогащения набора генов (GSEA). Чтобы уменьшить погрешность в методах профилирования транскриптома, был разработан «индекс старения» с использованием стареющих и контрольных когорт в качестве обучающего и тестового набора.

Стареющая когорта состояла из 21 человека с тяжелой формой COVID-19. У одного человека в анамнезе была болезнь Альцгеймера (БА), у другого — эпилепсия, а у остальных 19 не было известных неврологических расстройств.

Стареющая группа также состояла из одного 23-летнего человека с бессимптомной инфекцией SARS-CoV-2. В контрольную группу вошли 22 человека соответствующего возраста и пола, не инфицированные SARS-CoV-2, без неврологических расстройств и неинфицированный человек соответствующего возраста и пола с БА.

В окончательный анализ также была включена другая независимая контрольная когорта, состоящая из девяти неинфицированных SARS-CoV-2 людей в возрасте от 22 до 85 лет, которые в анамнезе находились на искусственной вентиляции легких (ВЕНТ) или в отделении интенсивной терапии (ОИТ).

Кроме того, были изучены транскриптомные данные лобной коры другой подгруппы из 633 человек, пожертвовавших свой мозг для исследования религиозного порядка и проекта «Память и старение» (ROSMAP). Эти люди были подвергнуты краткому обследованию психического состояния (MMSE) при жизни.

Эта подгруппа людей была классифицирована в соответствии со средним баллом MMSE, где 25 баллов указывали на высокие когнитивные способности, а менее 25 — на низкие когнитивные способности, соответственно. Это упражнение помогло исследователям дополнительно оценить взаимосвязь между транскриптомными изменениями, связанными с COVID-19, и когнитивной функцией.

Результаты исследования

За исключением 62-летнего человека с эпилепсией и 23-летнего человека с бессимптомной инфекцией, все случаи COVID-19 в стареющей когорте были отделены дальше от контрольной группы, как это было оценено с помощью кластерного анализа. Пожилые взрослые в когорте ICU/VENT также группировались рядом с инфицированными SARS-CoV-2 людьми в стареющей когорте.

В общей сложности 6 993 DEG были выявлены между случаями COVID-19 в стареющей когорте и контрольной группе того же возраста и пола. Между этими двумя когортами 3330 и 3663 ДЭГ имели существенно повышающую и понижающую регуляцию соответственно.

В то время как тяжелая форма COVID-19 привела к обогащению иммунными путями положительными генами, она отрицательно обогатила пути памяти и познания. Болезнь также нарушала клеточные реакции на несколько биологических путей, связанных со старением мозга, таких как повреждение дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) и гомеостаз кальция. GSEA также выявила постоянную корреляцию между тяжелым течением COVID-19 и плохими когнитивными способностями.

Дополнительные анализы с использованием индекса старения подтвердили, что тяжелая форма COVID-19 изменила молекулярный возраст мозга по сравнению с неинфицированными в отделениях интенсивной терапии/вентиляции легких и контрольными группами того же возраста и пола.

Интересно, что наблюдаемые изменения экспрессии генов в образцах от людей с тяжелой формой COVID-19 не были связаны с присутствием РНК SARS-CoV-2 в лобной коре. Вместо этого эти изменения, вероятно, произошли из-за активизации ответных путей интерферона (IFN) и фактора некроза опухоли (TNF) в лобной коре, что впоследствии вызвало возрастные когнитивные нарушения.

Выводы

Текущее исследование выявило возрастные изменения экспрессии генов у людей с тяжелой формой COVID-19, которые объясняют когнитивный дефицит, наблюдаемый у выздоровевших. Кроме того, результаты показали, что циркулирующие провоспалительные цитокины опосредуют эти связанные со старением изменения экспрессии генов, что позволяет предположить, что тяжелое воспаление, вызванное COVID-19, может быть нейропротекторным.

Основываясь на этих выводах, исследователи рекомендуют тем, кто выздоровел от тяжелой формы COVID-19, пройти неврологическое наблюдение. Мониторинг и ранние вмешательства потенциально могут препятствовать возрастным неврологическим патологиям и последующему снижению когнитивных функций у этих людей.