Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus 2 Impact on the Central Nervous System: Are Astrocytes and Microglia Main Players or Merely Bystanders?

Abstract

With confirmed coronavirus disease 2019 (COVID-19) cases surpassing the 18 million mark around the globe, there is an imperative need to gain comprehensive understanding of severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2). Although the main clinical manifestations of COVID-19 are associated with respiratory or intestinal symptoms, reports of neurological signs and symptoms are increasing. The etiology of these neurological manifestations remains obscure, and probably involves several direct pathways, not excluding the direct entry of the virus to the central nervous system (CNS) through the olfactory epithelium, circumventricular organs, or disrupted blood–brain barrier. Furthermore, neuroinflammation might occur in response to the strong systemic cytokine storm described for COVID-19, or due to dysregulation of the CNS rennin-angiotensin system. Descriptions of neurological manifestations in patients in the previous coronavirus (CoV) outbreaks have been numerous for the SARS-CoV and lesser for Middle East respiratory syndrome coronavirus (MERS-CoV). Strong evidence from patients and experimental models suggests that some human variants of CoV have the ability to reach the CNS and that neurons, astrocytes, and/or microglia can be target cells for CoV. A growing body of evidence shows that astrocytes and microglia have a major role in neuroinflammation, responding to local CNS inflammation and/or to disbalanced peripheral inflammation. This is another potential mechanism for SARS-CoV-2 damage to the CNS. In this comprehensive review, we will summarize the known neurological manifestations of SARS-CoV-2, SARS-CoV and MERS-CoV; explore the potential role for astrocytes and microglia in the infection and neuroinflammation; and compare them with the previously described human and animal CoV that showed neurotropism to propose possible underlying mechanisms.

Molecular and cellular mechanisms of central nervous system alteration in COVID-19

“…Однако вирусная РНК обнаруживалась в нервной ткани [77] и в спинномозговой жидкости [62,93] не так часто. Исследователи полагают, что нельзя исключать вклад диагностических ошибок (ложноотрицательных результатов) или недостаточной вирусной нагрузки спинномозговой жидкости, которую можно выявить с помощью полимеразной цепной реакции [62,64,66].…”

“…Предполагаемое истощение АПФ2, вызванное SARS-CoV-2, может приводить к серьезным последствиям в РАС мозга, изменяя баланс рецептора ангиотензина (1-7) / MAS в сторону нейровоспаления. Дисрегуляция данного пути уменьшает уровень антиоксидантных и противовоспалительных медиаторов в мозгу [64]. Эти эффекты могут привести к гипоперфузии из-за вазоконстрикции и эндотелиальной дисфункции, а также к повреждению сосудов из-за воспаления и чрезмерной продукции окислительных радикалов [44].…”

“…Нарушение регуляции РАС в головном мозге приводит к развитию судорог и эпилепсии, когда наблюдается гиперактивация передачи сигналов ангиотензин 2/ рецептор ангиотензина 1 в астроцитах и микроглии [43]. Как судороги, так и ишемия головного мозга были зарегистрированы в качестве неврологических симптомов у пациентов с COVID-19, находящихся в критическом состоянии [64].…”

“…Вспышка SARS-CoV-2не первая эпидемия коронавируса (CoV), возникшая в XXI веке: в эту классификацию были включены как SARS-CoV 2002 г., так и коронавирус ближневосточного респираторного синдрома 2012 г. (MERS-CoV) [45,64]. По сравнению с другими коронавирусами (HCoV-229E, HCoV-OC43, HCoV-NL63), которые являются патогенными для человека, но проявляют лишь умеренно выраженные клинические симптомы, SARS-CoV-2 больше напоминает MERS-CoV и SARS-CoV по степени тяжести клинических проявлений и способности инфицировать не только дыхательные пути [53].…”

“…В настоящее время известно более 50 различных коронавирусов (α-, β-, γ-и δ-CoV) [14]. Хотя большинство коронавирусов вызывает болезни животных, до недавнего времени было известно, что только четыре из них ответственны за заболевания человека: два α-CoVs (HCoV-229E и -NL63) и два β-CoVs (HCoV-OC43 и HKU1) [14,64]. В начале нового тысячелетия было доказано, что три новых β-CoV, высокопатогенных для человека, являются ответственными за тяжелый острый респираторный синдром (SARS; SARS-CoV), эпидемию ближневосточного респираторного синдрома (MERS; MERS-CoV) и пандемию COVID-19 (SARS-CoV-2) [14].…”