從輕微的頭痛和頭暈到可能改變生活的癲癇和中風(fēng)，COVID對大腦的影響是不容忽視的，這種影響也被稱為Neuro-COVID^[1,2]。最近對COVID住院患者的一項(xiàng)調(diào)查報告稱，多達(dá)80%的研究參與者經(jīng)歷了至少一種新的神經(jīng)系統(tǒng)癥狀，其中55%的人曾對該癥狀進(jìn)行過臨床評估^[3]。

• Neuro-COVID是中樞神經(jīng)系統(tǒng)（CNS）直接受損的一種結(jié)果嗎？
• 失調(diào)的免疫反應(yīng)是罪魁禍?zhǔn)讍幔?/li>
• 它是否表現(xiàn)為感染并發(fā)癥（如缺氧）的間接后果？

以上這些都是全球研究人員一直在試圖解決的問題。在本期推送中，我們將介紹2個通過單細(xì)胞測序技術(shù)研究Neuro-COVID的案例。

案例1：Neuro-COVID中的免疫介導(dǎo)機(jī)制

Heming等人對免疫系統(tǒng)如何促成Neuro-COVID進(jìn)行了研究。旨在創(chuàng)建這些患者腦脊液（CSF）的無偏單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄圖譜^[4]。他們評估了8名Neuro-COVID患者腦脊液中細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄譜。還對來自病毒性腦炎（VE；5名患者）、多發(fā)性硬化癥（MS；9名患者）和特發(fā)性顱內(nèi)高壓（IIH；9名患者）患者的樣本進(jìn)行了分析，共產(chǎn)生了80,919個單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組。

研究人員比較了使用單細(xì)胞測序技術(shù)產(chǎn)生的細(xì)胞簇組成，發(fā)現(xiàn)Neuro-COVID患者的CSF包含在IIH和VE樣本中未見的擴(kuò)大的單核細(xì)胞樣簇。這種單核細(xì)胞樣簇表現(xiàn)出增強(qiáng)的抗原呈遞特征，但降低了小膠質(zhì)細(xì)胞基因組、泛單核細(xì)胞標(biāo)記和邊界相關(guān)巨噬細(xì)胞標(biāo)記的表達(dá)。因此，這些細(xì)胞可能分化到一個類似于發(fā)育巨噬細(xì)胞的程度。

接下來，研究人員評估Neuro-COVID的轉(zhuǎn)錄變化特征。干擾素驅(qū)動的轉(zhuǎn)錄本和耗盡的T細(xì)胞群在Neuro-COVI樣本中有所增加。然而，這種增加的抗病毒轉(zhuǎn)錄反應(yīng)不如VE中所見的那么強(qiáng)。與VE相比，Neuro-COVID樣本確實(shí)顯示出與穩(wěn)態(tài)小膠質(zhì)細(xì)胞/邊界相關(guān)巨噬細(xì)胞相關(guān)的基因的更高表達(dá)。進(jìn)一步的分析表明，與較輕的COVID病例相比，嚴(yán)重的COVID病例與潛在的抗病毒反應(yīng)受損相關(guān)。最后，使用單細(xì)胞免疫分析測定的T細(xì)胞受體測序表明，嚴(yán)重的Neuro-COVID與廣泛的克隆T細(xì)胞擴(kuò)增有關(guān)。

案例2：對大腦的直接損害

Heming等人的研究中強(qiáng)調(diào)了“這些可疑的Neuro-COVID發(fā)展機(jī)制并不相互排斥，并且可能在個體患者中共存。”畢竟，生物學(xué)機(jī)制如果不復(fù)雜，那也就意味著沒有研究價值了。2020年的一些研究提供了在某些腦細(xì)胞中可檢測到SARS-CoV-2病毒以及大腦免疫細(xì)胞激活的證據(jù)，這也可能是導(dǎo)致Neuro-Covid出現(xiàn)危險的神經(jīng)炎癥特征的一個因素^[5-7]。

然而，由于缺乏可用的腦組織和細(xì)胞樣本，使得研究COVID對大腦的影響變得復(fù)雜。因此，Wang等人開始創(chuàng)建一個體外模型，該模型由分化為周細(xì)胞樣細(xì)胞（PLCs）的人類多能干細(xì)胞（hPSCs）創(chuàng)建，可用于研究腦細(xì)胞的SARS-CoV-2感染^[8]。周細(xì)胞是與神經(jīng)元分化、神經(jīng)炎癥和血腦屏障通透性相關(guān)的腦細(xì)胞^[9]，正如作者所證明的，周細(xì)胞表達(dá)ACE2 RNA和蛋白質(zhì)，可以感染SARS-CoV-2。

為了創(chuàng)造一個更具生理相關(guān)性的環(huán)境來研究這些細(xì)胞的SARS-CoV-2感染，研究人員生成了一個3D“組裝體”，其中PLC與皮質(zhì)腦類器官集成在一起。一旦整合到組裝體中，PLC就被確定為與星形膠質(zhì)細(xì)胞相互作用，其方式與它們在大腦神經(jīng)血管單元中的相互作用非常相似。

單細(xì)胞測序用于在存在和不存在SARS-CoV-2感染時對這些組裝體進(jìn)行表征。有趣的是，只有在PLC存在的情況下，才能主要在類器官的星形膠質(zhì)細(xì)胞中檢測到SARS-CoV-2，這表明星形膠質(zhì)細(xì)胞感染是由PLC介導(dǎo)的。進(jìn)一步的研究表明，受感染的星形膠質(zhì)細(xì)胞表現(xiàn)出受I型干擾素途徑控制的炎癥和基因毒性應(yīng)激反應(yīng)。這些發(fā)現(xiàn)支持這樣一種觀點(diǎn)，即病毒復(fù)制中心可能存在于大腦中，允許病毒感染傳播到神經(jīng)細(xì)胞，換句話說，允許直接損傷。

對于Neuro-COVID的研究才剛剛開始

隨著COVID病例的持續(xù)存在和新變種的出現(xiàn)，了解這些神經(jīng)系統(tǒng)癥狀的根源對于幫助患者在初始感染后很長時間內(nèi)的恢復(fù)至關(guān)重要，特別是因?yàn)檫@些表現(xiàn)通常會影響到COVID初次感染后很長一段時間里出現(xiàn)的健康問題^[10]。正如這兩項(xiàng)研究所證明的，單細(xì)胞測序正在成為了解CNS樣本中這一復(fù)雜過程的重要工具。

參考文獻(xiàn)：

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• [3] Chou SHY, et al. Global incidence of neurological manifestations among patients hospitalized with COVID-19-A report for the GCS-NeuroCOVID Consortium and the ENERGY Consortium. JAMA Netw Open 4:e2112131 (2021). doi: 10.1001/jamanetworkopen.2021.12131

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• [6] Meinhardt J, et al. Olfactory transmucosal SARS-CoV-2 invasion as a port of central nervous system entry in individuals with COVID-19. Nat Neurosci 24:168–175 (2020). doi: 10.1038/s41593-020-00758-5

• [7] Kantonen J, et al. Neuropathologic features of four autopsied COVID-19 patients. Brain Pathol 30: 1012–1016 (2020). doi: 10.1111/bpa.12889

• [8] Wang L, et al. A human three-dimensional neural-perivascular ‘assembloid’ promotes astrocytic development and enables modeling of SARS-CoV-2 neuropathology. Nat Med 27: 1600–1606 (2021). doi: 10.1038/s41591-021-01443-1  

• [9] Sweeney M, Ayyadurai S & Zlokovic B. Pericytes of the neurovascular unit: key functions and signaling pathways. Nat Neurosci 19, 771–783 (2016). doi: 10.1038/nn.4288

• [10] The Lancet Neurology. Long COVID: understanding the neurological effects. Lancet Neurol 20: 247 (2021). doi: 10.1016/S1474-4422(21)00059-4