Опасные инфекции: как вирусы атакуют мозг

Введение

Вирусы — уникальные и чрезвычайно разнообразные патогены, обладающие способностью инфицировать практически все типы клеток, включая клетки нервной системы. Некоторые вирусы, так называемые нейротропные или нейровирусы, обладают способностью проникать в центральную нервную систему (ЦНС), вызывая тяжелейшие болезни, с которыми порой невозможно справиться. Давайте разберем, как вирусы воздействуют на мозг и нервную систему, какие механизмы они используют для проникновения в ЦНС и какие последствия могут вызывать.

Центральная нервная система (ЦНС) включает головной и спинной мозг и отвечает за обработку и интеграцию всей информации, поступающей в организм. Периферическая нервная система (ПНС) состоит из нервов, ганглиев и рецепторов, расположенных вне ЦНС, и служит для передачи информации между ЦНС и остальными частями тела, включая органы чувств и мышцы.

Как вирусы попадают в центральную нервную систему?

Схема строения гематоэнцефалического барьера (ГЭБ). Клетки эндотелиоциты выстилают капилляры мозга. Они плотно прилегают друг к другу. Между их стенками образуются особые плотные контакты, которые предотвращают проникновение в ткань мозга различных нежелательных веществ и клеток из кровеносного русла. Эндотелиальные клетки полностью покрывают подлежащий белковый слой, называемый база́льной мембраной. Около 20 % поверхности эндотелиоцитов контактирует с относительно маленькими, овальными перицитами, с которыми они обмениваются различными веществами. Перициты также выполняют механическую функцию, регулируя диаметр просвета капилляра. Астроциты — большие нейроглиальные клетки звёздчатой формы - окутывают капиляры и контактируют с эндотелиоцитами и регулируют траспорт воды и питательных веществ в мозг.

Проникнуть в центральную нервную систему задача не из легких. Дело в том, что ЦНС защищена гематоэнцефалическим барьером (ГЭБ). Это сложная защитная структура, своеобразная крепостная стена между кровотоком и тканями головного мозга, созданная для того, чтобы предохранять мозг от проникновения вредоносных веществ и микроорганизмов. Однако некоторые вирусы научились обходить эту систему защиты и проникать в центральную нервную систему (ЦНС), используя разные стратегии. Вот основные механизмы, которые они используют, и примеры вирусов для каждого из них:

1. Прямое проникновение через кровоток

Атрофия мышц после перенесенного полиомиелита.

Некоторые вирусы — настоящие мастера обмана. Они используют рецепторы на стенках сосудов, чтобы проскользнуть внутрь. Вот несколько примеров:

• Вирус Зика — Этот вирус способен проникать в ЦНС, используя рецепторы на эндотелиальных клетках кровеносных сосудов. Вирус Зика передается главным образом через укусы комаров рода Aedes. Этот вирус был впервые обнаружен в 1947 году в лесу Зика в Уганде, а позже выявлен у людей в Африке, Юго-Восточной Азии и Тихоокеанском регионе. В 2015 году вспышка вируса в Бразилии вызвала мировую озабоченность из-за серьёзных неврологических осложнений, связанных с инфекцией. Вирус Зика поражает клетки мозга и особенно опасен для развивающегося плода, поскольку вызывает микроцефалию и другие аномалии мозга.
• Вирус западного Нила — Попадая в организм через укус инфицированного комара Culex pipiens, вирус западного Нила может преодолевать ГЭБ и вызывать воспаление мозга (энцефалит). Он связывается с клетками эндотелия сосудов, проникая в ЦНС и вызывая тяжелые неврологические осложнения. Вирус был впервые выделен в 1937 году в Уганде, в районе Западного Нила, откуда он и получил своё название. Вирус широко распространен в Африке, Европе, Азии, Ближнем Востоке и Северной Америке.
• Вирус полиомиелита вызывает инфекционное заболевание, известное как полиомиелит. Это заболевание поражает нервную систему и может привести к параличу и даже летальному исходу. Полиомиелит был одной из самых значимых причин инвалидности среди детей до появления эффективных вакцин. Полиовирус передается фекально-оральным путем, особенно в условиях с низким уровнем санитарии. Попав в организм, вирус проникает в кишечник, где начинает размножаться. В дальнейшем он может проникнуть в кровоток и достичь нервной системы, где поражает мотонейроны, отвечающие за движение мышц, приводя к параличу и другим нарушениям двигательных функций.
• Вирус японского энцефалита — Передаваемый комарами рода Culex, этот вирус тоже способен преодолевать ГЭБ через кровоток, заражая клетки мозга и вызывая тяжёлый энцефалит, характеризующийся неврологическими симптомами. Этот вирус является одной из основных причин вирусного энцефалита в Азии, особенно в сельских районах, где рисовые поля и водоёмы создают идеальные условия для размножения комаров, которые передают вирус.

2. Использование нервов как проводников

Строение оболочки вируса герпеса.

Некоторые вирусы достигают мозга, передвигаясь по нервным волокнам, используя периферические нервы как «магистрали». Такие вирусы особенно опасны, поскольку минуют кровеносные пути и могут быстро достигать центральной нервной системы:

3D модель вируса бешенства.

• Вирус бешенства вызывает смертельное заболевание центральной нервной системы, известное как бешенство. Бешенство — одна из самых опасных вирусных инфекций, поскольку после появления симптомов оно практически всегда приводит к летальному исходу, если не предпринять своевременных профилактических мер. Основной путь передачи вируса бешенства — через слюну инфицированного животного, обычно через укус. Вирус также может передаваться через слюну при попадании на свежие раны, слизистые оболочки глаз, рта или носа. После попадания в организм, вирус перемещается вдоль нервных волокон в ЦНС. Вирус достигает головного мозга, вызывая тяжелейшие воспалительные и неврологические симптомы. Лечения нет, но существует экстренная профилактика после укуса - серия инъекций антирабической вакциной, направленных на стимулирование иммунитета к вирусу. Однако, эта профилактика эффективная только до появления первых симптомов.
• Вирус простого герпеса (ВПГ-1) вызывает инфекцию, известную как оральный герпес в народе известный как "простуда на губе". Этот вирус является одним из наиболее распространенных, поражающих человека: многие люди заражаются ВПГ-1 в детстве и остаются носителями вируса на всю жизнь. После первичного инфицирования вирус обычно остается в организме в латентном состоянии и «прячется» в нервных ганглиях (нервных узлах), где может активироваться при определенных условиях, в редких случаях поражая мозг и вызывая герпетический энцефалит.

3. Использование «троянских клеток»

Сыпь при кори.

Некоторые вирусы используют клетки иммунной системы, такие как макрофаги и моноциты, чтобы попасть в ЦНС. Эти клетки способны проходить через ГЭБ, и вирусы как бы «скрываются» внутри них. Когда такие инфицированные клетки проникают через ГЭБ, вирусы получают доступ к тканям мозга, где могут вызвать воспаление и поражение клеток. Вот несколько примеров:

• Вирус иммунодефицита человека (ВИЧ) — ВИЧ использует инфицированные моноциты и макрофаги как «троянские клетки», чтобы проникнуть через ГЭБ в мозг. Там он может вызвать ВИЧ-ассоциированные нейрокогнитивные расстройства, разрушая клетки мозга косвенно через воспалительные процессы.
• Вирус кори вызывает одноименное заболевание. Корь считается одной из самых заразных инфекций: один больной способен заразить до 90% людей, находящихся рядом и не имеющих иммунитета. Вирус кори передается воздушно-капельным путем. Несмотря на глобальные усилия по вакцинации, корь остается значимой проблемой для общественного здоровья, особенно в регионах с низким уровнем вакцинации. Корь может вызывать серьезные осложнения, особенно у детей младше пяти лет и у взрослых старше 20 лет, такие как отит, пневмония, диарея и обезвоживание. Одно из самых опасных долгосрочных осложнений — это подострый склерозирующий панэнцефалит (ПСПЭ), редкое, но смертельное заболевание, которое развивается спустя несколько лет после перенесённой кори и вызывает необратимое повреждение мозга: вирус может заражать иммунные клетки, такие как лимфоциты и моноциты, которые способны проникать через ГЭБ. Вирус как бы "скрывается" в этих клетках, проходя в мозг в их составе и распространяясь там.
• Цитомегаловирус (ЦМВ) остаётся в организме после первичной инфекции на всю жизнь, пребывая в латентном состоянии и периодически активируясь. ЦМВ является распространённой инфекцией, которой заражены миллионы людей по всему миру. В большинстве случаев инфекция протекает бессимптомно и не представляет угрозы для здоровых людей, но она может быть опасной для людей с ослабленным иммунитетом и для плода в утробе матери. Этот вирус может использовать моноциты и макрофаги для проникновения в ЦНС, где вызывает хронические воспалительные процессы, приводящие к разрушению клеток мозга.
• Вирус Эбола вызывает смертельно опасное заболевание, известное как геморрагическая лихорадка Эбола. Заболевание характеризуется высокой летальностью (более 90%), а также быстрой передачей от человека к человеку. Впервые вирус был обнаружен в 1976 году в Судане и в Демократической Республике Конго, недалеко от реки Эбола, откуда и получил своё название. С тех пор вирус вызывал несколько крупных вспышек в странах Центральной и Западной Африки. Вирус Эбола передаётся при прямом контакте с биологическими жидкостями инфицированного человека или животного. В редких случаях этот вирус может инфицировать клетки иммунной системы, проникая в ЦНС через ГЭБ. Это приводит к сильному воспалению и повреждению нервной системы.

Ковид - "мастер на все руки"

3D-модель вируса SARS-CoV-2.

COVID-19, вызываемый вирусом SARS-CoV-2, может затрагивать не только дыхательную систему, но и нервную систему, вызывая широкий спектр неврологических симптомов. Вирус проникает в центральную нервную систему (ЦНС) и воздействует на мозг как напрямую, так и косвенно. SARS-CoV-2 может использовать все вышеперечисленные способы поражения ЦНС.

• Через обонятельные нервы: SARS-CoV-2 может проникать в мозг через обонятельный эпителий (ткани носа, отвечающие за обоняние) и распространяться по обонятельным нервам. Этот путь считается одним из основных механизмов, через которые вирус может попасть в мозг, что также объясняет один из частых симптомов — потерю обоняния (аносмию).
• Через кровь: вирус может проникнуть в кровоток и достичь мозга, где ему удается преодолеть гематоэнцефалический барьер (ГЭБ), хотя этот процесс происходит не всегда. Когда SARS-CoV-2 попадает в мозг через кровь, это может вызвать воспалительные процессы.
• Через инфицированные иммунные клетки: вирус может использовать инфицированные моноциты и макрофаги как «транспортные клетки» для проникновения в мозг, поскольку эти клетки способны преодолевать ГЭБ.

SARS-CoV-2 вызывает сильную иммунную реакцию, которая приводит к системному воспалению, известному как «цитокиновый шторм». В процессе иммунного ответа высвобождаются цитокины и воспалительные молекулы, которые могут нарушать нормальную работу клеток мозга, приводя к воспалению мозга (энцефалиту) или мозговых оболочек (менингиту). Такое воспаление может вызывать:

• Нарушение функций мозга.
• Дезориентацию и спутанность сознания.
• Судороги и когнитивные нарушения.

Помимо острых состояний, SARS-CoV-2 может вызывать нейропсихиатрические расстройства, когда пациенты могут испытывать длительные неврологические симптомы, такие как усталость, депрессия, тревожность и проблемы с памятью. Длительные неврологические симптомы COVID-19 называют «постковидным синдромом» или «длинным ковидом»

Нейровирусы и нейродегенеративные заболевания

Симптомы инфекционного мононуклеоза, вызванного вирусом Эпштейна-Барр.

Некоторые вирусные инфекции связывают с повышенным риском развития нейродегенеративных заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера. Например, вирусы герпеса (особенно ВПГ-1) могут вызывать воспаление и активацию иммунных клеток мозга, что связано с накоплением амилоидных бляшек, характерных для Альцгеймера. Или еще один пример - это вирус Эпштейна-Барр (ВЭБ), который вызывает инфекционный мононуклеоз. Ученые обнаружили связь между ВЭБ и рассеянным склерозом, аутоиммунным заболеванием, при котором повреждается миелиновая оболочка нейронов. Предполагается, что вирус может провоцировать хроническое воспаление и запускать аутоиммунные процессы в мозге.

Современные подходы к лечению и профилактике нейровирусных инфекций

Лечение нейровирусов может быть затруднено, так как немногие противовирусные препараты эффективно проникают через гематоэнцефалический барьер. Тем не менее, существуют методы, которые помогают снизить риск развития и распространения этих инфекций:

1. Антивирусные препараты

Некоторые противовирусные препараты помогают справиться с нейровирусами, предотвращая их размножение или смягчая симптомы:

• Ацикловир — Применяется для лечения инфекций, вызванных вирусом простого герпеса (ВПГ-1), включая герпетический энцефалит. Этот препарат проникает в клетки, зараженные вирусом, блокируя его размножение и предотвращая тяжелые последствия при своевременном приеме.
• Ганцикловир и фоскарнет — Используются для лечения цитомегаловируса (ЦМВ), который может поражать центральную нервную систему у людей с ослабленным иммунитетом. Препараты помогают снизить активность вируса и предотвратить осложнения, связанные с поражением мозга.
• Тенофовир и ламивудин — Применяются для лечения ВИЧ, так как этот вирус может проникать в ЦНС, вызывая нейрокогнитивные расстройства. Эти препараты блокируют репликацию вируса и замедляют прогрессирование инфекции.

2. Вакцинация

Вакцинация против полиомиелита.

Для ряда нейровирусов разработаны вакцины, которые помогают предотвратить инфекцию:

• Вакцина против вируса бешенства — Используется для профилактики бешенства как до, так и после возможного заражения (при укусе инфицированного животного). Вакцина предотвращает развитие вируса и его проникновение в ЦНС.
• Вакцина против полиомиелита — Позволила почти полностью искоренить полиомиелит во многих странах. Она предотвращает заражение и развитие болезни, защищая спинной мозг от разрушительного действия вируса.
• Вакцина против японского энцефалита — Используется в регионах, где болезнь эндемична, и предотвращает тяжелое воспаление мозга, вызванное этим вирусом.

3. Исследования и инновационные подходы

Разрабатываются новые методы для преодоления гематоэнцефалического барьера и повышения эффективности лечения нейровирусных инфекций:

• Наночастицы для доставки лекарств — Исследуются методы применения наночастиц, которые могут транспортировать антивирусные препараты через ГЭБ. Эти подходы могут быть полезны при инфекциях, таких как ВИЧ и ВПГ-1, для более эффективного подавления вируса в ЦНС.
• Антитела, направленные против вирусов — Разрабатываются биологические препараты на основе антител, которые могут проникать в мозг и уничтожать вирусы, такие как ВИЧ или ВПГ-1. Например, использование антител для лечения вирусов, устойчивых к обычным препаратам, активно изучается.
• Генная терапия — Исследуется для лечения ВИЧ и других хронических вирусных инфекций в мозге.

Заключение

Нейровирусы — это невидимые враги, которые бесшумно пробираются через защитные барьеры нашего тела, проникая в самое сердце нервной системы и вызывая разрушительные болезни. Их способность атаковать мозг и нервные клетки превращает их в настоящую угрозу, где каждая клетка становится полем боя. Антивирусные препараты и вакцины — мощное оружие, которое человечество уже освоило в этой битве, и они помогли снизить смертность и облегчить течение многих инфекций. Понимание механизмов, с помощью которых вирусы поражают мозг, может открыть путь к созданию более эффективных методов лечения и профилактики, что имеет жизненно важное значение для защиты от этих опасных инфекций.

Нравится канал? Не забывайте подписываться, ставить лайки и рекомендовать друзьям 😊👍