Influenza-Viren sind bekannt für ihre Auswirkungen auf das Atmungssystem, doch neuere Forschungen zeigen, dass sie auch das Nervensystem erheblich beeinträchtigen können. Diese Auswirkungen reichen von leichten kognitiven Beeinträchtigungen bis hin zu schwerwiegenden neurologischen Erkrankungen wie Schlaganfällen und demenzähnlichen Syndromen. Die Forschung in diesem Bereich, einschließlich der Arbeit von Dr. Shirin Hosseini an der TU Braunschweig, zielt darauf ab, die Mechanismen zu verstehen, durch die Influenza-Viren die Gehirnfunktion beeinflussen und langfristige neurologische Folgen auslösen können.
Die Forschung von Dr. Shirin Hosseini
Dr. Shirin Hosseini, eine iranische Nachwuchswissenschaftlerin, forscht in der Abteilung Zelluläre Neurobiologie am Zoologischen Institut der TU Braunschweig über die Auswirkungen von Influenza- und Coronaviren auf das Nervensystem. Sie kam 2014 als Doktorandin an das Institut und hat seitdem bedeutende Beiträge zur Erforschung der Auswirkungen von Virusinfektionen auf das Gehirn geleistet. Ihr Studium absolvierte sie an der Schahid-Beheschti-Universität in Teheran (Bachelor in Biologie) und an der Firdausi-Universität in Maschhad (Master in Tierphysiologie).
Dr. Hosseini betont die idealen Bedingungen in Deutschland für die Entwicklung junger Wissenschaftler, insbesondere in den Bereichen Medizin, Lebenswissenschaften, Physik und Chemie. Sie wählte die TU Braunschweig aufgrund ihrer exzellenten Forschungsbedingungen in den Lebenswissenschaften und der Expertise von renommierten Wissenschaftlern wie Professor Martin Korte im Bereich der Neurowissenschaften.
Ihre Forschung konzentriert sich auf die akuten und langfristigen Auswirkungen von Influenza-Infektionen auf die kognitiven Funktionen des Gehirns, wie Lern- und Gedächtnisprozesse. Sie untersucht, wie Influenzaviren über die Aktivierung von Immunzellen des Gehirns die neuronale Funktion und die synaptische Plastizität stören.
Wie Viren das Nervensystem beeinflussen
Einige Atemwegsviren können direkt in das Gehirn eindringen und dort eine Neuroinflammation verursachen, eine Entzündung von Nervengewebe im Gehirn. Aber auch Viren, denen das nicht gelingt, können großen Schaden im Körper anrichten, indem sie einen gefährlichen Zytokinsturm auslösen. Dieser hat verheerende Auswirkungen auf fast alle Organe des Körpers, einschließlich des Gehirns.
Lesen Sie auch: Ursachen einer Nervenentzündung im Zusammenhang mit Grippe
Es ist oft schwer nachzuweisen, dass Influenza-Infektionen neurologische Störungen auslösen können, da entsprechende Effekte oft mit Verzögerung auftreten. Dr. Hosseini konzentriert sich daher auf die Mechanismen, durch die Influenzaviren die neuronale Funktion und die synaptische Plastizität stören.
Auswirkungen auf das zentrale Nervensystem
Die Forschung von Dr. Hosseini interessiert sich besonders für die Auswirkungen von Viren auf das zentrale Nervensystem. Bei Covid-19 leiden die Patientinnen häufig unter Kopfschmerzen, Übelkeit, Schwindel oder einem verminderten Geruchs- und Geschmackssinn. Es kamen aber auch schon viele Schlaganfälle, Hirnblutungen und demenzähnliche Syndrome vor, was darauf hindeutet, dass SARS-CoV-2 tatsächlich das zentrale Nervensystem schädigen kann. Rund die Hälfte der Patientinnen mit solchen mentalen Folgen sind jünger als 60 Jahre. Neuere Erkenntnisse zeigen, dass einige Patient*innen über Wochen oder Monate über anhaltende neurologische Komplikationen klagen, die von leichteren Symptomen wie Kopfschmerzen und Müdigkeit bis hin zu schwerwiegenderen Zuständen wie Schlafstörungen, Schmerzen und kognitiven Beeinträchtigungen reichen.
Grippe und Schlaganfallrisiko
Es gibt Hinweise darauf, dass Grippeviren das Auftreten von Schlaganfällen begünstigen können. Eine Studie des New Yorker Neurologen Dr. untersuchte den Zusammenhang zwischen COVID-19 und Schlaganfällen im Vergleich zu Influenza. Ergebnis: von etwa 1.900 COVID-19-Patienten erlitten 1,6 Prozent einen ischämischen Schlaganfall (Gefäßverschluss im Gehirn), aber nur 0,2 Prozent von den rund 1.500 Influenzakranken. Hinzu kommt, dass die Hirninsulte der Corona-Patienten weitaus gravierender ausfielen. Das bestätigt auch eine Studie der Uniklinik Larisa, Griechenland, von Dr. George Ntaios. Demnach war die Sterberate bei den COVID-19-Kranken, die einen Schlaganfall erlitten, rund viermal so hoch als bei „normalen“ Schlaganfall-Patienten der letzten Jahre.
Mediziner sehen hier starke Parallelen zur Spanischen Grippe 1918. Sie führte zu ungeklärten neurologischen Beschwerden, an denen noch ein Jahrzehnt lang über eine Million Menschen litten.
Verbindung zwischen Virusinfektion und Depression
Virusinfektionen wie Influenza können depressive Verstimmungen auslösen. Forscher des Universitätsklinikums Freiburg haben bei Mäusen den Grund dafür herausgefunden. Verantwortlich ist unter anderem das Protein CXCL10, das eigentlich die Virusabwehr steuert. Wie die Wissenschaftler feststellten, hemmt das Protein eine Hirnregion, die auch bei Depressionen während kognitiver Prozesse vermindert aktiv ist.
Lesen Sie auch: Die Spanische Grippe und Parkinson im Detail
Die Erkenntnisse könnten zukünftig Patienten helfen, die nach einer Virusinfektion oder nach einer Immuntherapie an depressiven Verstimmungen leiden. Die Studie erschien im Fachmagazin Immunity. Virale Infekte verursachen häufig Schlaflosigkeit, Kopfschmerzen und ein für Depressionen typisches Verhalten. Bislang war aber völlig unklar, wie Immunabwehr und psychische Veränderungen miteinander zusammenhängen.
Die Rolle des Immunsystems
„Wir konnten jetzt die Mechanismen identifizieren, durch die das Immunsystem den Gemütszustand beeinflusst“, sagt Erstautor Dr. Thomas Blank, Biologe am Institut für Neuropathologie des Universitätsklinikums Freiburg. Die Forscher um Studienleiter Prof. Dr. Marco Prinz, Ärztlicher Direktor des Instituts für Neuropathologie des Universitätsklinikums Freiburg, wiesen nach, dass bei der Vermittlung zwischen Immun- und Nervensystem die Blutgefäßzellen im Gehirn eine wichtige Rolle spielen. Diese sogenannten Endothel- und Epithelzellen bilden das Protein CXCL10, das bislang dafür bekannt war, Immunzellen anzulocken und so zur Virusabwehr beizutragen. Wie die Forscher nun zeigten, hemmt das Protein außerdem Nervenzellen im Hippocampus und damit auch die zellulären Grundlage des Lernens. Diese Eigenschaft einzelner Synapsen und Nervenzellen, sich in Abhängigkeit ihrer Nutzung zu verändern, wird als neuronale Plastizität bezeichnet und ist im Hippocampus auch bei einer Depression verringert.
Symptome einer Depression können auch durch Immunproteine, sogenannte Typ-I-Interferone verursacht werden. Diese Proteine werden zur Behandlung von Hepatitis C, bestimmten Krebsarten und Autoimmunerkrankungen eingesetzt. Wie die Freiburger Forscher feststellten, wirken Interferone über denselben, neu beschriebenen Signalweg.
In zukünftigen Studien werden die Forscher die molekularen und zellulären Grundlagen untersuchen. „Unsere Daten lassen aber bereits vermuten, dass zumindest zu Beginn einer Virusinfektion oder bei einer Typ I-Interferon-Therapie eine Blockade von CXCL10 oder seiner Rezeptoren die ersten krankheitsbedingten Verhaltensänderungen unterbinden können“, sagt Prof. Prinz.
Den Einfluss von Virusinfektion und Typ I-Interferonen auf das Verhalten der Tiere untersuchten die Forscher in etablierten Experimenten, in denen Lernvorgänge, aber auch die Stimmung der Tiere gemessen wird. Tiere mit Virusinfektion oder Typ-I-Interferonen zeigten deutlich eingeschränktes Lernvermögen und waren weniger aktiv als die Kontrollgruppe, was als depressionsartiges Verhalten gewertet wird. Um Effekte durch die Krankheit selbst auszuschließen, verabreichten die Forscher den Tieren auch künstliches Virus-Erbgut sowie einzelne Bestandteile des Virus. Beides aktiviert das Immunsystem, ohne die Tiere krank zu machen. In beiden Fällen zeigten die Mäuse ein depressionsartiges Verhalten. Damit lässt sich der Verhaltenseffekt auf den neu entdeckten Signalweg zurückführen.
Lesen Sie auch: Zusammenhang zwischen Grippeimpfung und Alzheimer
Langzeitwirkungen von Grippe auf das Gehirn
Wer mitten in einem Grippeinfekt steckt, wundert sich kaum, wenn auch das Gehirn nicht richtig arbeiten will. Doch selbst wenn die klassischen Grippesymptome längst abgeklungen sind, können Konzentrations- und Gedächtnisstörungen auftreten.
„Es ist bekannt, dass das Gehirn auf Infekte reagiert. Aber bisher hat noch niemand untersucht, was danach passiert“, sagt Prof. Martin Korte von der Abteilung für Zelluläre Neurobiologie an der Technischen Universität (TU) Braunschweig.
Um mehr über mögliche Langzeitfolgen für das Gehirn herauszufinden, haben die TU-Forscher das Lern- und Erinnerungsvermögen sowie die Gehirnstrukturen von Mäusen untersucht, die zuvor mit verschieden Influenza-A-Viren infiziert worden waren.
Beeinträchtigtes Erinnerungsvermögen
Noch 30 Tage nach der Infektion beobachteten die Forscher, dass die Tiere Lern- und Gedächtnisaufgaben schlechter bewältigten als gewöhnlich. Sie hatten beispielsweise Probleme, in einem Schwimmbecken eine unter dem Wasserspiegel versteckt liegende Ruheplattform wiederzufinden.
Anatomische Untersuchungen zeigten dann, dass sich die Hirnstruktur bei den Grippe-Mäusen verändert hatte: So wiesen die Nervenzellen in bestimmten Hirnbereichen weniger Synapsen auf als gewöhnlich. Diese Nervenfortsätze dienen den Neuronen zur Kommunikation untereinander. Betroffen war unter anderem der Hippocampus, eine Hirnregion, die für Lernprozesse und Erinnerungen zuständig ist.
Die Rolle der Mikrogliazellen
Ursache der Veränderungen im Hirn könnten sogenannte Mikrogliazellen sein. „Sie sind so etwas wie die Hausmeister im Gehirn und sorgen für Ordnung", erklärt Studienautorin Dr. Kristin Michaelsen-Preusse. "Sie entfernen zum Beispiel die Reste abgestorbener Zellen."
Im Fall von Infektionen bekämpfen sie auch Krankheitserreger. Dabei können sie aber so heftig reagieren, dass sie auch Nervenzellen angreifen, die sie eigentlich schützen sollen. „Es könnte dann zum Beispiel sinnvoll sein, die Aktivität der Mikrogliazellen mit Medikamenten zu bremsen“, sagt Korte. Das müssten allerdings weitere Experimente erst zeigen.
Nicht alle Grippeviren sind gleich
Allerdings lösten nicht alle Grippe-Virenstämme im Gehirn solche Veränderungen aus: Das H1N1-Virus, das dem vor 100 Jahren kursierenden Erreger der Spanischen Grippe ähnelt, gelangt zwar ins Gehirn, provoziert dort aber keine Überreaktionen der Mikrogliazellen.
Anders H7N7, an dem zurzeit vor allem Vögel erkranken, das aber als möglicher Ausgangserreger für eine Pandemie gilt. Bei den mit diesem Virus infizierten Mäusen beobachteten die Forscher veränderte Hirnstrukturen und eine beeinträchtigte Funktion des Gehirns.
Und auch bei Infektionen mit dem Hongkong-Grippevirus H3N entstanden Schäden. Das erstaunte die Forscher, denn dieses Virus ist selbst gar nicht im Gehirn aktiv.
Die Forscher vermuten deshalb, dass bei bestimmten Abwehrreaktionen des Körpers Botenstoffe produziert werden, die auch das Immunsystem des Gehirns alarmieren. So könnten so eine überschießende Aktivität der Mikrogliazellen anstoßen, obwohl diese gar nicht mit den Viren in Kontakt gekommen sind.
Normalisierung erst nach längerer Zeit
Die gestressten Gehirne der Grippe-Mäuse erholten sich wieder. Doch das konnte bis zu 120 Tage dauern - für Mäuse ein erheblicher Teil ihrer Lebenszeit. Auf die Lebenserwartung eines Menschen hochgerechnet, könnte der Erholungsprozess dann mehrere Jahre dauern, rechnet Michaelsen-Preusse.
Bedeutung für Grippeimpfungen
Die Ergebnisse könnten ein weiteres Argument für Grippeimpfungen sein, glauben die Forscher. Allerdings ist noch nicht sicher, ob Grippeviren bei menschlichen Hirnen tatsächlich die gleiche Wirkung entfalten. Und auch ob in diesem Fall eine Grippeimpfung die Folgen der Immunattacke im Gehirn tatsächlich verhindern kann, wollen die Wissenschaftler noch prüfen.
Bakterielle Infektionen und das Gehirn
Schon seit einiger Zeit erforscht Kortes Team außerdem, ob auch bakterielle Infektionen langfristig Spuren im Gehirn hinterlassen können. „Es deutet einiges darauf hin“, sagt der Wissenschaftler.
Neurologische Komplikationen bei Grippe und Schweinegrippe
Schwere neurologische Störungen können Folgen von Influenza und Schweinegrippe sein. Bei Schweinegrippe waren die Komplikationen offenbar häufig, berichten Ärzte aus Sydney: Von 506 stationär behandelten Patienten im Alter von sechs Monaten bis zwölf Jahren hatten 49 neurologische Symptome (Neurology 2012; 79:1474). Am häufigsten waren Krampfanfälle (78 Prozent). Sieben Kinder (fünf chronisch Kranke) entwickelten eine Enzephalitis/Enzephalopathie. Zwei Kinder hatten Lähmungen/GBS, ein Kind erlitt einen Schlaganfall. Fast ein Drittel der Kinder mit neurologischen Komplikationen (15 von 49) wurde auf der Intensivstation behandelt.
Bedeutung von Impfungen
Außer früher Diagnose und antiviraler Therapie ist vor allem die Impfung bedeutsam. In der australischen Studie waren nur 15 Prozent der chronisch kranken Kinder gegen Grippe geimpft.