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Neurovirologie: Was Sars-CoV-2 im Gehirn anrichtet

Klar ist: Das Coronavirus kann auch ins gut geschützte Gehirn vordringen. Wie und wo es dort Unheil anrichtet, ist allerdings noch kaum verstanden. Jetzt gibt es neue Erkenntnisse.
Schädel im Röntgenbild und stilisierten Coronaviren

Der Ausdruck »Brain Fog« – frei übersetzt »benebeltes Gehirn« – ist keine offizielle medizinische Bezeichnung. Aber er beschreibt treffend ein Phänomen, das bei Krankheiten wie multipler Sklerose, Krebs oder chronischer Müdigkeit auftreten kann: die Unfähigkeit, klar denken zu können. Die Corona-Pandemie katapultierte den Begriff jetzt wieder in die Schlagzeilen. Denn Berichten zufolge stellt sich »Brain Fog« auch bei Menschen ein, die an Covid-19 erkrankt waren.

Covid-19 kann im Hirn weit mehr anrichten, als nur verschwommenes Denken. Die Symptome reichen von Kopfschmerzen, Angstzuständen, Depressionen, Halluzinationen und lebhaften Träumen bis hin zu den bekannten Geruchs- und Geschmacksanomalien. Auch Schlaganfälle und Krampfanfälle stehen auf der Liste. Eine Studie ergab, dass es bei mehr als 80 Prozent der untersuchten Corona-Patienten zu neurologischen Komplikationen kam.

Experten diskutieren Erklärungsansätze

Wie das Virus ins eigentlich gut geschützte Gehirn eindringt und sich dort breitmacht, erforschen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler derzeit intensiv. Auf der 50. Jahrestagung der Society for Neuroscience (SFN), die Anfang November 2021 nach einer Pandemiepause in virtueller Form stattfand, wurden noch nicht veröffentlichte Forschungsergebnisse vorgestellt. Sie vollziehen nach, auf welchem Weg das Virus ins neuronale Sperrgebiet vordringt, wie es Zellen befällt, sich ausbreitet und die Hirnfunktion beeinträchtigt.

Besonders rätseln die Fachleute, wie sich Sars-CoV-2 Zutritt zu den Nervenzellen verschafft. Diesen Zellen fehlt nämlich das molekulare Einfallstor, mit denen das Coronavirus zum Beispiel Lungenzellen knackt. Bereits im Jahr 2020 schlug eine Forschergruppe in einer in »Science« veröffentlichten Studie eine Alternative vor. Sie zeigten, dass der Oberflächenrezeptor mit dem Kürzel NRP1, der auf Nervenzellen des Gehirns und der Riechbahn vorkommt, gemeinsam mit einem Enzym namens Furin dem Virus einen Weg in die Zelle öffnet.

Ob Sars-CoV-2 aber tatsächlich diesen Weg nimmt, ist weiterhin unklar. Auf einer Pressekonferenz des SFN 2021 berichteten Forscher des All India Institute of Medical Sciences-Patna immerhin über eine Computeranalyse von Gen- und Proteindaten, die zeigte, dass NRP1 und Furin auf Zellen in einigen Hirnregionen vorhanden sind – insbesondere im Hippocampus, dem wichtigsten Gedächtnis- und Lernzentrum.

Einschleusen über das periphere Nervensystem

Ein weiteres Portal könnte das periphere Nervensystem sein, das den gesamte Körper durchzieht und Signale vom und zum Gehirn weiterleitet. Jonathan Joyce, Doktorand im Labor von Andrea Bertke an der Virginia Polytechnic Institute and State University in den USA, erläuterte auf der Konferenz, wie sein Forschungsteam Mäuse mit dem Sars-CoV-2-Virus infizierte und dann Teile des Virus und seines Bauplans in peripheren Neuronenbahnen fand, die man bislang nicht auf dem Schirm hatte. Über sie könnte das Virus ins Gehirn gelangen. Und womöglich stecken diese Nerven auch hinter den Nervenschmerzen und dem Kribbeln, von denen einige Covid-19-Patienten betroffen sind, erläuterte Joyce auf der Konferenz.

Ein Konsens darüber, was genau bei einer Invasion von Sars-CoV-2 ins Gehirn geschieht, gibt es aber bislang noch nicht. Dass das Coronavirus tatsächlich Neurone infiziert, sei immer noch nicht abschließend belegt, sagte etwa Walter J. Koroshetz, Direktor des US-amerikanischen National Institute of Neurological Disorders and Stroke in Bethesda, Maryland, auf einer separaten Presseveranstaltung des SFN 2021. Entzündungen im Gehirn, Löcher in der Blut-Hirn-Schranke oder absterbende Zellen der Schleimhaut, die auch benachbarte Neurone in den Abgrund reißen – all das wurde bereits von Fachleuten als Erklärung vorgeschlagen.

Wohin geht Sars-CoV-2 im Hirn?

Auch ist noch zu klären, wohin das Virus im Gehirn wandert. John H. Morrison, Professor für Neurologie an der University of California und Direktor des dortigen Primatenforschungszentrums an der Davis School of Medicine, erforscht an Rhesusaffen, wie sich das Virus im Gehirn ausbreitet. In einer Studie infizierten er und seine Mitarbeiter Rhesusaffen mit Sars-CoV-2 – darunter einige mit Diabetes. Nach einer Woche fanden sie Proteine und genetisches Material des Virus in verschiedenen Regionen der Großhirnrinde, insbesondere bei den diabetischen Tieren. Das Team entdeckte darüber hinaus, dass die Entzündung im olfaktorischen Kortex gleichzeitig mit dem Absterben von Neuronen auftrat. Morrison vermutet nun, dass die neurologischen Symptome von Covid-19 dadurch ausgelöst werden, dass sich Viren über das olfaktorische System Zutritt verschaffen, weitere Nervenzellen befallen und sich auf andere Hirnareale ausbreiten.

Bei den diabetischen Affen fand sich das Virus auch im so genannten entorhinalen Kortex, der auch bei der Alzheimerkrankheit eine Schlüsselrolle spielt. Wenn sich dort das Virus einnistet, könnte das als Erklärung für die leichten kognitiven Beeinträchtigungen und Demenz bei Covid-Kranken taugen.

Veränderte Hirnaktivität durch Covid-19

Dass selbst milde Verläufe die Hirnaktivität verändern können, zeigten EEG-Messungen, die an mehreren kanadischen Forschungseinrichtungen durchgeführt wurden. Die Wissenschaftler hatten dazu 42 Personen untersucht, die positiv getestet und dann zu Hause unter Quarantäne gestellt worden waren. Die Vergleichsgruppe bestand aus 14 Teilnehmern, die zwar grippeähnliche Symptome hatten, aber kein positives Covid-19-Testergebnis.

Rund vier Monate nach der Erkrankung war die durchschnittliche Stärke der Hirnströme in der Covid-19-Gruppe niedriger als bei den Kontrollteilnehmern. Weitere acht Monate später war der Effekt teilweise wieder verschwunden, doch die Gruppe der Covid-19-Patienten als Ganzes hatte auch dann noch niedrigere Werte als die Kontrollgruppe. Womöglich wirke sich die Kombination aus einer Coronavirus-Infektion und sozialer Distanzierung langfristig aus, vermutet die Gruppe.

»Der direkte Effekt, den Covid-19 auf die EEG-Leistung zu haben scheint, ist analog zu denjenigen Effekten, die wir bei Menschen mit einer leichten kognitiven Beeinträchtigung sehen, die sich zur Alzheimerkrankheit und verwandten Demenzerkrankungen entwickeln kann«, sagt Allison B. Sekuler, leitende Wissenschaftlerin am kanadischen Rotman Research Institute. »Das heißt nun nicht unbedingt, dass jeder Covid-Patient am Ende an Alzheimer erkrankt.« Aber es lohne sich angesichts dieser Ergebnisse weiter zu untersuchen, ob Covid-19 auch das Demenzrisiko erhöhe.

Viele Fragen offen

Die Neurowissenschaftlerin Rita Balice-Gordon sieht »enorme Fortschritte«, die in den vergangenen 20 Monaten beim Verständnis der Interaktion von Zentralnervensystem und Sars-CoV-2 gemacht wurden. Freilich würden viele Fragen noch offen bleiben: Wie lange kann die Infektion dauern? Wie lange halten die neurologischen und psychiatrischen Symptome von Covid-19 an? Und auch die Frage nach dem Risiko für Demenz und anderen Komplikationen wirft die Expertin auf, die als Geschäftsführerin von Muna Therapeutics an der Entwicklung von Therapien beteiligt ist und eine Presseveranstaltung der Fachtagung moderierte.

Fest steht: Die Pandemie hat für eine zunehmende Kooperation zwischen Virologen und Neurowissenschaftlern gesorgt. Sie erinnert daran, dass das Gehirn trotz der Blut-Hirn-Schranke keineswegs unerreichbar ist. Unter anderem können auch Coxsackie-, Polio-, Varizellen-, Epstein-Barr- und Adenoviren in Gehirnzellen eindringen. Adenoviren werden sogar für Gentherapien im Gehirn eingesetzt. Daher sind die unterschiedlichen Wege, auf denen Viren ins menschliche Denkorgan gelangen und dort Schaden anrichten können, von hohem Interesse für die Wissenschaft und Medizin. »Das ist ein großes Thema«, findet auch Morrison. Sie glaubt, dass die Neurovirologie ein äußerst wichtiges Forschungsfeld für die Mitglieder der Society for Neuroscience werden wird. Noch stehe die Integration der beiden Disziplinen am Anfang. Aber bei künftigen SFN-Tagungen könnte die Neurovirologie neben Sitzungen über Langzeitgedächtnis, Synapsen und Gliazellen einen eigenständigen Platz einnehmen.

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