DMZ – WISSENSCHAFT ¦ Anton Aeberhard ¦
Eine Studie, durchgeführt im Rahmen des European Research Council (ERC) Synergy Projekts WATCH (Well-Aging and the Tanycytic Control of Health), zeigt, dass eine Infektion mit dem Coronavirus SARS-CoV-2 das Gehirn, insbesondere den Hypothalamus, betrifft und lebenslange Konsequenzen haben kann.
Im Fokus dieser internationalen Zusammenarbeit stehen die Teams von drei Hauptforschern: Vincent Prevot, Neuroendokrinologe am französischen Nationalen Gesundheitsforschungsinstitut (INSERM) in Lille, Frankreich; Markus Schwaninger, Neurologe an der Universität Lübeck, Deutschland; und Ruben Nogueiras, Experte für molekularen Stoffwechsel an der Universität Santiago de Compostela in Spanien. Gemeinsam erforschen sie, wie tanycytes, hochspezialisierte Zellen im Hypothalamus, verschiedene physiologische Prozesse regulieren.
Der Hypothalamus, ein kleiner Teil des Gehirns, spielt eine Schlüsselrolle in der Regulation zahlreicher Körperfunktionen, darunter Wachstum, Stoffwechsel, Wasserhaushalt, Herz-Kreislauf-Funktion und sogar Alterungsprozesse. Bereits zu Beginn der COVID-19-Pandemie war es für die Forscher naheliegend, dass das Virus auch das Gehirn und insbesondere den Hypothalamus infizieren könnte.
In den ersten Wochen der Pandemie fielen den Wissenschaftlern mehrere Anzeichen auf, darunter neurologische Symptome wie Kopfschmerzen, Bewusstseinsverlust und kognitive Defizite. Besonders auffällig war die Tatsache, dass Männer stärker betroffen schienen als Frauen, und Menschen mit Störungen des Energie- oder Flüssigkeitshaushalts ein höheres Risiko hatten. Dies lenkte ihre Aufmerksamkeit auf die Frage, ob SARS-CoV-2 nicht nur die Atemwege, sondern auch andere Organe, vor allem das Gehirn, infizieren könnte.
Mit der Unterstützung des ERC begann das WATCH-Konsortium mit der Analyse von Daten und Untersuchungen an Patientengehirnen. Frühzeitige Ergebnisse, die auf die Anfälligkeit des Hypothalamus für SARS-CoV-2 hinwiesen, stießen zunächst auf Skepsis, wurden jedoch durch Berichte anderer Forschungsgruppen über Neuroinvasion bestätigt.
Die Studie identifizierte drei entscheidende Entdeckungen, die das Interesse am Hypothalamus als Ziel der SARS-CoV-2-Infektion rechtfertigen:
- Viele COVID-19-Patienten leiden unter langwierigen Symptomen, einschließlich neurologischer Beschwerden wie Müdigkeit, Kopfschmerzen und "Gehirnnebel", die Monate oder Jahre nach der Infektion anhalten - ein Phänomen, das als Long-COVID bekannt ist.
- Männer, die mit dem Virus infiziert sind, zeigen oft einen Rückgang des Testosteronspiegels.
- Die Studie von Vincent Prevot zeigte, dass die verminderte Produktion des Gonadotropin-Releasing Hormone (GnRH) im Hypothalamus für den fortschreitenden kognitiven Abbau bei Patienten mit Down-Syndrom und möglicherweise Alzheimer verantwortlich ist.
Die Forscher untersuchten auch COVID-19-Überlebende über Monate hinweg, um festzustellen, wie das Virus in den Hypothalamus eindringt und ob es die GnRH-Neuronen beeinflusst. Die kürzlich in eBioMedicine veröffentlichten Ergebnisse zeigten, dass niedrige Testosteronspiegel, die bei einigen Männern persistieren oder Monate nach der Infektion auftreten, eher auf einen Hypothalamus-Defekt als auf eine Infektion peripherer Organe zurückzuführen sind. Dies könnte langfristige Auswirkungen auf kognitive, metabolische und reproduktive Funktionen haben.
Die Studie weckt die Besorgnis vor einer zweiten und verzögerten "nicht-infektiösen Pandemie" von kognitiven, metabolischen und reproduktiven Störungen bei COVID-19-Überlebenden. Zusätzliche Finanzierung wurde durch ein französisches ANRS-Stipendium, SIGNAL, für alle drei WATCH-Teams sowie für zwei weitere kooperierende Teams zur Erforschung der Auswirkungen von COVID-19 auf das Altern des Gehirns, und durch ein ERC Proof-of-Concept-Stipendium, UPGRADE, für das Team von Prevot zur Untersuchung der Wirksamkeit der GnRH-Therapie zur Verbesserung der kognitiven Funktion bei altersbedingten Pathologien gewonnen.
Zwei Infektionswege, über die SARS-CoV-2 möglicherweise den Hypothalamus erreicht und GnRH-Neuronen infiziert. Das Virus heftet sich an und dringt in Zellen ein, die Oberflächenrezeptoren wie ACE2 (schwarzes schraubenschlüsselartiges Symbol) oder NRP1 (roter Zylinder) tragen. GnRH-Neuronen zeigen beide Rezeptoren, was ihre Anfälligkeit erhöhen könnte.
A. Der hämatologische Weg, bei dem das Atemwegsvirus (weiße Kugeln) seinen Weg durch die Lunge in den Blutkreislauf (dunkelrot) findet und dann in die Median Eminenz (ME) gelangt, einen Teil des Hypothalamus, der „fenestrierte“ oder durchlässige Blutgefäße beherbergt. Das Virus kann lokal verschiedene Zelltypen beeinflussen, einschließlich GnRH-Neuronen (grün), deren sekretorische Enden sich den fenestrierten Gefäßen nähern, sowie Tanycyten (grau), deren Fortsätze diese Sekretion kontrollieren und auch andere blutgetragene Hormone und Substanzen ins Gehirn transportieren. Einmal im Inneren der Hirnventrikel (V), den mit Flüssigkeit gefüllten Kanälen innerhalb des Gehirns, kann das Virus auch zu anderen Bereichen gelangen.
B. Der olfaktorische Weg, bei dem das Virus direkt aus der Nase über die knöcherne Siebbeinplatte in den Riechkolben (OB) des Gehirns gelangt, durch Nervenbündel oder infizierte Riechneuronen und andere Zelltypen. GnRH-Neuronen, die während der Embryonalzeit im Nasenepithel geboren werden und entlang dieser Nervenbündel in das Gehirn wandern, behalten weiterhin eine Verbindung zu ihrem Geburtsort und könnten daher direkt oder indirekt über Riechneuronen oder andere Zellen infiziert werden. GnRH-Neuronen projizieren auch zu Teilen des Gehirns, die an höheren Funktionen wie Kognition beteiligt sind, was potenziell zu langanhaltenden COVID-Symptomen wie „Gehirnnebel“ beitragen könnte.