Die COVID-19-Pandemie hat nicht nur die Atemwege und die Lunge beeinträchtigt, sondern auch Auswirkungen auf andere Organe des menschlichen Körpers gezeigt. Insbesondere die neurologischen Folgen von COVID-19, sowohl während der akuten Infektion als auch langfristig, rücken zunehmend in den Fokus der Forschung. Neuere Studien liefern wichtige Erkenntnisse über die Mechanismen, die zu Gehirnschäden führen können, und eröffnen neue Perspektiven für Diagnose und Therapie.
Anhaltende Aktivierung des Immunsystems im Gehirn von COVID-19-Genesenen
Eine aktuelle Studie von Forschern des Universitätsklinikums Freiburg, veröffentlicht in Acta Neuropathologica, hat wichtige Fortschritte im Verständnis der immunologischen Veränderungen im Gehirn von COVID-19-Genesenen erzielt. Das Forschungsteam unter der Leitung von Prof. Dr. Marco Prinz fand im Gehirn von Personen, die eine SARS-CoV-2-Infektion überstanden haben, Anzeichen einer anhaltenden Aktivierung des angeborenen Immunsystems.
Die Forscher untersuchten die Gehirne von Personen, die an COVID-19 erkrankt, vollständig genesen und zu einem späteren Zeitpunkt an einer anderen Ursache verstorben waren. Mittels modernster Methoden des maschinellen Lernens und räumlicher Auflösung auf Einzelzell-Ebene ermittelten sie immunologische Veränderungen im zentralen Nervensystem. Im Vergleich zu Personen ohne vorherige SARS-CoV-2-Infektion fanden die Forscher zahlreiche sogenannte Mikrogliaknötchen in den Gehirnen der Genesenen. Diese Immun-Zellansammlungen deuten auf eine chronische Immunaktivierung hin, ähnlich einer Narbe, die nicht vollständig ausheilt.
Dr. Marius Schwabenland, Erstautor der Studie, erklärt, dass die Mikrogliaknötchen eine zentrale Rolle bei den neurologischen Veränderungen spielen könnten, die bei einigen Genesenen beobachtet werden. Studienleiter Prinz betont, dass diese Studie ein wichtiger Schritt ist, um zu verstehen, wie COVID-19 das Gehirn langfristig beeinflusst. Die Ergebnisse unterstreichen die zentrale Rolle, die fehlregulierte Immunreaktionen bei COVID-19 spielen können - nicht nur bei der akuten Infektion, sondern auch bei Langzeitfolgen wie Long-Covid.
Neurologische Symptome: Folge einer Entzündung im Körper und nicht einer direkten Infektion des Gehirns?
Kopfschmerzen, Gedächtnisprobleme oder Fatigue sind nur einige der neurologischen Beeinträchtigungen, die während einer Corona-Infektion auftreten und auch darüber hinaus andauern können. Lange vermuteten Forschende, dass eine direkte Infektion des Gehirns die Ursache dafür sein könnte. Eine Studie der Charité - Universitätsmedizin Berlin liefert jetzt jedoch Belege für eine andere Theorie.
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Das Forschungsteam analysierte verschiedene Bereiche des Gehirns von 21 Menschen, die aufgrund einer schweren Corona-Infektion im Krankenhaus verstorben waren. Zum Vergleich wurden 9 Patient:innen herangezogen, die nach intensivmedizinischer Behandlung anderen Erkrankungen erlegen waren. Die Wissenschaftler:innen konnten zwar in einigen Fällen das Erbgut des Coronavirus im Gehirn nachweisen, jedoch keine SARS-CoV-2-infizierten Nervenzellen.
Stattdessen beobachteten die Forschenden, dass bei den COVID-19-Betroffenen die molekularen Vorgänge in manchen Zellen des Gehirns auffällig verändert waren. Die Zellen fuhren beispielsweise den sogenannten Interferon-Signalweg hoch, der typischerweise im Zuge einer viralen Infektion aktiviert wird. Prof. Christian Conrad erklärt, dass einige Nervenzellen offenbar auf die Entzündung im Rest des Körpers reagieren. Diese molekulare Reaktion könnte die neurologischen Beschwerden von COVID-19-Betroffenen gut erklären. Die reaktiven Nervenzellen fanden sich hauptsächlich in den sogenannten Kernen des Vagusnervs, also Nervenzellen, die im Hirnstamm sitzen und deren Fortsätze bis in Organe wie Lunge, Darm und Herz reichen.
Die Nervenzellen reagieren dabei nur vorübergehend auf die Entzündung. Es wird jedoch vermutet, dass eine Chronifizierung der Entzündung bei manchen Menschen für die oft beobachteten neurologischen Symptome bei Long COVID verantwortlich sein könnte. Um dieser Vermutung weiter nachzugehen, plant das Forschungsteam nun, die molekularen Signaturen im Hirnwasser von Long-COVID-Patient:innen genauer zu untersuchen.
Schädigung der Blutgefäße im Gehirn durch das Coronavirus
Ein Forschungskonsortium unter Beteiligung der Deutschen Zentren für Lungenforschung (DZL), Herz-Kreislaufforschung (DZHK) und Infektionsforschung (DZIF) hat in einer Studie in Nature Neuroscience erklärt, wie das Coronavirus die kleinen Blutgefäße im Hirn schädigt. Die Untersuchungsergebnisse zeigen, dass das Coronavirus über den von einigen Endothelzellen gebildeten ACE2-Rezeptor in die Zelle eintreten und eine charakteristische Pathologie auslösen kann.
In den Endothelzellen zerstört das Virusenzym Mpro das körpereigene Protein NEMO und löst so ein Zelltod-Programm aus. Ein zentraler Befund der Studie ist, dass auf diesem Weg Endothelzellen und die Blut-Hirn-Schranke zerstört werden. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler entdeckten somit erstmals einen Mechanismus, wie Sars-CoV-2 die Mikrogefäße im Hirn direkt schädigt.
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Interessanterweise fanden die Forscherinnen und Forscher eine Möglichkeit, den Zelltod-Mechanismus zu blockieren. Blockiert man RIPK1 im Tierversuch, sterben die Endothelzellen nicht ab. Das gesamte Zelltod-Programm wird so deaktiviert - unabhängig davon, ob NEMO durch das Virusenzym Mpro gespalten wurde oder nicht. RIPK1-blockierende Substanzen befinden sich bereits am Anfang der klinischen Testung.
Persistenz des Spike-Proteins im Gehirn
Forschende von Helmholtz Munich und der Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU) haben einen Mechanismus identifiziert, der möglicherweise die neurologischen Symptome von Long COVID erklärt. Die Studie zeigt, dass das SARS-CoV-2-Spike-Protein in den schützenden Schichten des Gehirns, den Hirnhäuten, und im Knochenmark des Schädels bis zu vier Jahre nach der Infektion verbleibt. Diese dauerhafte Präsenz des Spike-Proteins könnte bei den Betroffenen chronische Entzündungen auslösen und das Risiko für neurodegenerative Erkrankungen erhöhen.
Das Team unter Leitung von Prof. Ali Ertürk stellte fest, dass mRNA-COVID-19-Impfstoffe die Anreicherung des Spike-Proteins im Gehirn deutlich reduzieren. Die im Fachjournal Cell Host & Microbe erschienene Studie zeigte signifikant erhöhte Konzentrationen des Spike-Proteins im Knochenmark des Schädels und in den Hirnhäuten, selbst Jahre nach der Infektion. Das Spike-Protein bindet an sogenannte ACE2-Rezeptoren, die in diesen Regionen besonders häufig vorkommen.
Mit dem mRNA-Impfstoff geimpfte Mäuse zeigten niedrigere Spike-Protein-Werte sowohl im Gehirngewebe als auch im Knochenmark des Schädels im Vergleich zu ungeimpften Mäusen. Die Reduktion betrug jedoch nur etwa 50 %, sodass ein Rest des Spike-Proteins weiterhin ein toxisches Risiko für das Gehirn darstellt.
Prof. Ertürk betont, dass ihre Studie zeigt, dass mRNA-Impfstoffe das Risiko langfristiger neurologischer Folgen erheblich senken können und somit einen entscheidenden Schutz bieten. Er ergänzt, dass ihre Ergebnisse neue Möglichkeiten zur Diagnose und Behandlung der langfristigen neurologischen Effekte von COVID-19 eröffnen.
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Neuro-Covid: Neurologische Beschwerden nach einer Corona-Erkrankung
Viele Covid-19-Patientinnen entwickeln neurologische Beschwerden, die unter dem Begriff "Neuro-Covid" zusammengefasst werden. Anhaltende Erschöpfung, Schmerzen, Konzentrationsstörungen, Gedächtnisprobleme und Schlafstörungen - nicht nur viele Intensivpatientinnen, sondern auch leicht Erkrankte leiden während und noch Monate nach einer Covid-19-Erkrankung unter Neuro-Covid. In extremen Fällen kommt es sogar zu demenzähnlichen Symptomen oder Psychosen.
Das Coronavirus Sars-CoV-2 kann auch das Nervensystem befallen. Riechstörungen, Erschöpfung und kognitive Defizite können die Folge sein. Bei schweren Krankheitsverläufen treten Bewusstseinsstörungen und Delire gehäuft auf.
SARS-CoV-2 gehört nach jetzigem Wissensstand nicht zu den Viren, die bevorzugt Nervenzellen befallen, im Gegensatz etwa zum Herpesvirus. Es wird vermutet, dass das Virus ausgehend von den Schleimhäuten der oberen Atemwege den Riechnerven befällt und von dort aus das Gehirn erreicht. Auch infizierte Blutzellen könnten das Virus, ähnlich wie ein trojanisches Pferd, ins Nervensystem tragen.
Eine neuere Studie aus Oxford gibt konkrete Hinweise auf Unregelmäßigkeiten im Gehirn durch eine Covid-19-Erkrankung. Die Forscher:innen konnten anhand von Hirnscans Veränderungen im Gehirn messen, die vor allem die sogenannten limbischen Hirnregionen betreffen. Dies könnte mit den häufig bei COVID-19 beobachteten Riechstörungen zusammenhängen.
Erhöhtes Schlaganfallrisiko
Schwere neurologische Komplikationen wie Schlaganfälle und Hirnblutungen haben ihre Ursache in der Blutgerinnung. Störungen der Gerinnung sind bei Covid-19-Pneumonie eher die Regel als die Ausnahme und bilden eine eigene Entität der Covid-19-Erkrankung. Es bilden sich in der Folge Gerinnsel, die ischämische Schlaganfälle oder Embolien auslösen können.
Eine Studie aus New York kam zu dem Ergebnis, dass das Risiko für einen Hirninfarkt bei Covid-19 Infektionen um den Faktor 4 erhöht war. Um Langzeitschäden zu vermeiden oder zu verringern, sollten Schlaganfälle konsequent diagnostiziert und behandelt werden.
Gehirnschäden entsprechen Alterung um 20 Jahre?
Eine Preprint-Studie aus Großbritannien zeigt, dass zahlreiche Long-Covid-Betroffene unter Gehirnschäden leiden. Diese entsprechen einer Alterung des Hirns um 20 Jahre. In einer nationalen Längsschnittstudie untersuchte die Gruppe um den Neurowissenschaftler Benedict Michael kognitive Leistungsfähigkeit von 351 Covid-19-Patient:innen, die hospitalisiert werden mussten. Mittels kognitiven Tests, Blutproben und Hirnscans stellten die Forschenden tatsächlich auch Schäden am Gehirn fest.
Die bei Covid-19-Patienten festgestellten Schäden am Gehirn entsprechen laut den Forschenden einer Alterung des Gehirns um 20 Jahre. Unklar bleibt aber, ob die Hirnschäden zu einem dauerhaften kognitiven Abbau führen. Die Ergebnisse würden aber laut der Neuropsychologin Karla L. Thompson Betroffenen von Long Covid helfen, da es nun handfeste Indikatoren dafür gibt, „dass das Gehirn in irgendeiner Weise geschädigt wurde.“
Es wird befürchtet, dass die infolge einer Covid-Erkrankung verursachte Alterung des Hirns selbst bei Behandlung langfristige Auswirkungen auf die Betroffenen haben könnte. Das bedeutet im schlimmsten Fall, dass die anhaltende Schädigung des Gehirns bei bereits anfälligen Patienten das verfrühte Auftreten von Demenz-Erkrankungen begünstigen könnte.
Die Erkenntnisse des britischen Forschungsteams deuten hingegen darauf hin, dass die Hirnschäden auf Entzündungen infolge einer verstärkten Immunantwort zurückzuführen, und somit immunvermittelt und nicht durch das Virus selbst verursacht worden sind.