DOI: https://doi.org/10.22263/2312-4156.2024.6.19
О.Е. Полулях
Влияние вирусных инфекций на функции мозга
Институт физиологии Национальной академии наук Беларуси, г. Минск, Республика Беларусь
Вестник ВГМУ. – 2024. – Том 23, №6. – С. 19-30.
Резюме.
Результаты эпидемиологических исследований свидетельствуют об увеличении числа психических расстройств и нарушений нейроразвития в период пандемий вирусных инфекций, что позволяет предположить возможную роль вирусов в этиологии этих расстройств.
Цель работы − выяснение роли вирусных инфекций в патогенезе нейропсихических расстройств на основе современных литературных сведений.
В обзоре рассматривается ряд вопросов, включая заболевания нервной системы, инициируемых вирусной инфекцией; взаимодействие между иммунной системой и мозгом; влияние вирусных инфекций на нейротрансмиссию.
Нарушения функций центральной нервной системы развиваются как при прямом воздействии вируса на мозг, так и через посредство иммунной системы, включая активацию толл-подобных рецепторов с последующей выработкой провоспалительных цитокинов и нарушениями нейромедиаторного взаимодействия.
Ключевые слова: вирусные инфекции, нейропсихические расстройства, иммунная система, цитокины, нейротрансмиттеры, нейроразвитие.
Благодарности. Автор выражает благодарность своему научному руководителю, к.б.н., доценту, гл.н.с. Института физиологии НАН Беларуси Митюковой Т.А. за помощь в написании и редактировании данной статьи.
Источники финансирования: задание «Изучить состояние психического здоровья, функциональное состояние головного мозга, провоспалительный и аутоиммунный статус детей, перенесших COVID инфекцию, и выявить маркеры нарушений со стороны ЦНС, ассоциированные с COVID инфекцией» в рамках ГПНИ «Трансляционная медицина» на 2021-2025 годы, подпрограмма «Экспериментальная медицина».
Литература
1. Sathyanarayanan, A. Linking Infections to Mental Disorders via Genetics / A. Sathyanarayanan, D. Mehta // Biological psychiatry. 2022 Jul. Vol. 92, № 4. P. 256–257. DOI: 10.1016/j.biopsych.2022.06.001
2. What causes seasonality of birth in schizophrenia? / M. Tochigi, Y. Okazaki, N. Kato, T. Sasaki // Neuroscience Research. 2004 Jan. Vol. 48, № 1. P. 1–11. DOI: 10.1016/j.neures.2003.09.002
3. Increased incidence of childhood mental disorders following exposure to early life infection / M. J. Green, O. J. Watkeys, T. Whitten [et al.] // Brain, Behavior, and Immunity. 2021 Oct. Vol. 97. P. 376–382. DOI: 10.1016/j.bbi.2021.08.009
4. Kulaga, S. S. Viral respiratory infections and psychosis: A review of the literature and the implications of COVID-19 / S. S. Kulaga, C. W. T. Miller // Neuroscience and biobehavioral reviews. 2021 Aug. Vol. 127. P. 520–530. DOI: 10.1016/j.neubiorev.2021.05.00
5. Childhood infection and adult schizophrenia: a meta-analysis of population-based studies / G. M. Khandaker, J. Zimbron, C. Dalman [et al.] // Schizophrenia research. 2012 Aug. Vol. 139, № 1-3. P. 161–168. DOI: 10.1016/j.schres.2012.05.023
6. Hospital Admission With Infection During Childhood and Risk for Psychotic Illness–A Population-based Cohort Study / Å. Blomström, H. Karlsson, A. Svensson [et al.] // Schizophrenia bulletin. 2014 Nov. Vol. 40, № 6. P. 1518–1525. DOI: 10.1093/schbul/sbt195
7. van den Pol, A. N. Viral infection leading to brain dysfunction: more prevalent than appreciated? / A. N. van den Pol // Neuron. 2009 Oct. Vol. 64, № 1. P. 17–20. DOI: 10.1016/j.neuron.2009.09.023
8. Bale, J. F. Fetal Infections and Brain Development / J. F. Bale // Clinics in perinatology. 2009 Sep. Vol. 36, № 3. P. 639–653. DOI: 10.1016/j.clp.2009.06.005
9. Tomonaga, K. Virus-induced neurobehavioral disorders: mechanisms and implications / K. Tomonaga // Trends in molecular medicine. 2004 Feb. Vol. 10, № 2. P. 71–77. DOI: 10.1016/j.molmed.2003.12.001
10. Gordon-Lipkin, E. Prenatal cytomegalovirus, rubella, and Zika virus infections associated with developmental disabilities: past, present, and future / E. Gordon-Lipkin, A. Hoon, C. A. Pardo // Developmental medicine and child neurology. 2021 Feb. Vol. 63, № 2. P. 135–143. DOI: 10.1111/dmcn.14682
11. Maternal influenza infection causes marked behavioral and pharmacological changes in the offspring / L. Shi, S. H. Fatemi, R. W. Sidwell, P. H. Patterson // The Journal of neuroscience. 2003 Jan. Vol. 23, № 1. P. 297–302. DOI: 10.1523/JNEUROSCI.23-01-00297.2003
12. Consequences of viral infection and cytokine production during pregnancy on brain development in offspring / D. Elgueta, P. Murgas, E. Riquelme [et al.] // Frontiers in immunology. 2022 Apr. Vol. 13. Art. 816619. DOI: 10.3389/fimmu.2022.816619
13. Assessment of maternal and neonatal SARS-CoV-2 viral load, transplacental antibody transfer, and placental pathology in pregnancies during the COVID-19 pandemic / A. G. Edlow, J. Z. Li, A.-R. Y. Collier [et al.] // JAMA network open. 2020 Dec. Vol. 3, № 12. Art. e2030455. DOI: 10.1001/jamanetworkopen.2020.30455
14. Evidence for and against vertical transmission for severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 / A. Lamouroux, T. Attie-Bitach, J. Martinovic [et al.] // American journal of obstetrics and gynecology. 2020 Jul. Vol. 223, № 1. P. 91.e1–91.e4. DOI: 10.1016/j.ajog.2020.04.039
15. Transplacental transmission of SARS-CoV-2 infection / A. J. Vivanti, C. Vauloup-Fellous, S. Prevot [et al.] // Nature communications. 2020 Jul. Vol. 11, № 1. Art. 3572. DOI: 10.1038/s41467-020-17436-6
16. SARS-CoV-2, an underestimated pathogen of the nervous system / S. Jakhmola, O. Indari, S. Chatterjee, H. C. Jha // SN comprehensive clinical medicine. 2020. Vol. 2, № 11. P. 2137–2146. DOI: 10.1007/s42399-020-00522-7
17. A human three-dimensional neural-perivascular ‘assembloid’ promotes astrocytic development and enables modeling of SARS-CoV-2 neuropathology / L. Wang, D. Sievert, A. E. Clark [et al.] // Nature medicine. 2021 Sep. Vol. 27, № 9. P. 1600–1606. DOI: 10.1038/s41591-021-01443-1
18. Lethal infection of K18-hACE2 mice infected with severe acute respiratory syndrome coronavirus / P. B. McCray, L. Pewe, C. Wohlford-Lenane [et al.] // Journal of virology. 2007 Jan. Vol. 81, № 2. P. 813–821.
19. Microglia, the missing link in maternal immune activation and fetal neurodevelopment; and a possible link in preeclampsia and disturbed neurodevelopment? / J. R. Prins, S. Eskandar, B. J. L. Eggen, S. A. Scherjon // Journal of reproductive immunology. 2018 Apr. Vol. 126. P. 18–22. DOI: 10.1016/j.jri.2018.01.004
20. Prenatal Poly I:C challenge affects behaviors and neurotransmission via elevated neuroinflammation responses in female juvenile rats / Y. Su, J. Lian, J. Hodgson [et al.] // The international journal of neuropsychopharmacology. 2021 Feb. Vol. 25, № 2. P. 160–171. DOI: 10.1093/ijnp/pyab087
21. Kawai, T. TLR signaling / T. Kawai, S. Akira // Cell death and differentiation. 2006 May. Vol. 13, № 5. P. 816–825. DOI: 10.1038/sj.cdd.4401850
22. Рябова, Л. В. Определение уровня цитокинов в бронхоальвеолярной лаважной жидкости у больных хронической обструктивной болезнью легких / Л. В. Рябова, С. Е. Никонова // Российский иммунологический журнал. 2019. Т. 22, № 2-1. С. 506–508.
23. Kennedy, R. H. Neuroimmune Signaling: Cytokines and the CNS / R. H. Kennedy, R. Silver // Neuroscience in the 21st сentury / Springer ; eds. D. W. Pfaff, N. D. Volkow. New York, NY, 2016. P. 1–41.
24. Besedovsky, H. O. Immune-neuro-endocrine interactions: facts and hypotheses / H. O. Besedovsky, A. del Rey // Endocrine reviews. 1996 Feb. Vol. 17, № 1. P. 64–102. DOI: 10.1210/edrv-17-1-64
25. Marisa, R. Cytokines in the CNS / R. Marisa, P. Reesha R., B. Michal // Handbook of experimental pharmacology. 2018. Vol. 248. P. 397–431. DOI: 10.1007/164_2017_77
26. Interleukin-1β enhances NMDA receptor-mediated intracellular calcium increase through activation of the Src family of kinases / B. Viviani, S. Bartesaghi, F. Gardoni [et al.] // The Journal of neuroscience. 2003 Sep. Vol. 23, № 25. P. 8692–8700. DOI: 10.1523/JNEUROSCI.23-25-08692.2003
27. Vezzani, A. The role of cytokines in the pathophysiology of epilepsy / A. Vezzani, S. Balosso, T. Ravizza // Brain, behavior, and immunity. 2008 Aug. Vol. 22, № 6. P. 797–803.
28. Role of IL-6 in the regulation of neuronal development, survival and function / K. K. Kummer, M. Zeidler, T. Kalpachidou, M. Kress // Cytokine. 2021 Aug. Vol. 144. Art. 155582. DOI: 10.1016/j.cyto.2021.155582
29. A dual role for interleukin-1 in LTP in mouse hippocampal slices / F. M. Ross, S. M. Allan, N. J. Rothwell, A. Verkhratsky // Journal of Neuroimmunology. 2003 Nov. Vol. 144, № 1/2. P. 61–67.
30. Gonzalez Caldito, N. Role of tumor necrosis factor-alpha in the central nervous system: a focus on autoimmune disorders / N. Gonzalez Caldito // Frontiers in immunology. 2023 Jul. Vol. 14. Art. 1213448. DOI: 10.3389/fimmu.2023.1213448
31. Probert, L. TNF and its receptors in the CNS: the essential, the desirable and the deleterious effects / L. Probert // Neuroscience. 2015 Aug. Vol. 302. P. 2–22. DOI: 10.1016/j.neuroscience.2015.06.038
32. Differential regulation of AMPA receptor and GABA receptor trafficking by Tumor necrosis factor-α / D. Stellwagen, E. C. Beattie, J. Y. Seo, R. C. Malenka // The Journal of neuroscience. 2005 Mar. Vol. 25, № 12. P. 3219–3228. DOI: 10.1523/JNEUROSCI.4486-04.2005v
33. Involvement of tumor necrosis factor alpha in hippocampal development and function / H. Golan, T. Levav, A. Mendelsohn, M. Huleihel // Cerebral cortex. 2004 Jan. Vol. 14, № 1. P. 97–105. DOI: 10.1093/cercor/bhg108
34. Bohmwald, K. Contribution of pro-Inflammatory molecules induced by respiratory virus infections to neurological disorders / K. Bohmwald, C. A. Andrade, A. M. Kalergis // Pharmaceuticals (Basel). 2021 Apr. Vol. 14, № 4. P. 340. DOI: 10.3390/ph14040340
35. TNFα and IL-1β but not IL-18 suppresses hippocampal long-term potentiation directly at the synapse / G. A. Prieto, L. Tong, E. D. Smith, C. W. Cotman // Neurochemical research. 2019 Jan. Vol. 44, № 1. P. 49–60. DOI: 10.1007/s11064-018-2517-8
36. Tong, L. IL-1β suppresses cLTP-induced surface expression of GluA1 and actin polymerization via ceramide-mediated Src activation / L. Tong, G. A. Prieto, C. W. Cotman // Journal of Neuroinflammation. 2018 Apr. Vol. 15, № 1. P. 127. DOI: 10.1186/s12974-018-1158-9
37. Endogenous Interferon γ Directly Regulates Neural Precursors in the Non-Inflammatory Brain / L. Li, T. L. Walker, Y. Zhang [et al.] // The Journal of neuroscience. 2010 Jul. Vol. 30, № 27. P. 9038–9050. DOI: 10.1523/JNEUROSCI.5691-09.2010
38. Absence of IFNγ promotes hippocampal plasticity and enhances cognitive performance / S. Monteiro, F. M. Ferreira, V. Pinto [et al.] // Translational psychiatry. 2016 Jan. Vol. 6, № 1. P. e707. DOI: 10.1038/tp.2015.194
39. Cytokines, synaptic plasticity and network dynamics: a matter of balance / L. Bellingacci, J. Canonichesi, A. Mancini [et al.] // Neural regeneration research. 2023 Apr. Vol. 18, № 12. P. 2569–2572. DOI: 10.4103/1673-5374.371344
40. Long-term neuroinflammation induced by influenza A virus infection and the impact on hippocampal neuron morphology and function / S. Hosseini, E. Wilk, K. Michaelsen-Preusse [et al.] // The Journal of neuroscience. 2018 Mar. Vol. 38, № 12. P. 3060–3080. DOI: 10.1523/JNEUROSCI.1740-17.2018
41. Гоголева, В. С. Микроглия в гомеостазе центральной нервной системы и нейровоспалении / В. С. Гоголева, М. С. Друцкая, К. С. Н. Атретханы // Молекулярная биология. 2019. Т. 53, № 5. С. 790–798. DOI: 10.1134/S0026898419050057
42. Frade, J. M. Microglia-derived nerve growth factor causes cell death in the developing retina / J. M. Frade, Y. A. Barde // Neuron. 1998 Jan. Vol. 20, № 1. P. 35–41. DOI: 10.1016/s0896-6273(00)80432-8
43. Macrophage-derived tumor necrosis factor alpha, an early developmental signal for motoneuron death / F. Sedel, C. Béchade, S. Vyas, A. Triller // The Journal of neuroscience. 2004 Mar. Vol. 24, № 9. P. 2236–2246. DOI: 10.1523/JNEUROSCI.4464-03.2004
44. Microglia sculpt postnatal neural circuits in an activity and complement-dependent manner / D. P. Schafer, E. K. Lehrman, A. G. Kautzman [et al.] // Neuron. 2012 May. Vol. 74, № 4. P. 691–705. DOI: 10.1016/j.neuron.2012.03.026
45. Increased synapse elimination by microglia in schizophrenia patient-derived models of synaptic pruning / C. M. Sellgren, J. Gracias, B. Watmuff [et al.] // Nature neuroscience. 2019 Mar. Vol. 22, № 3. P. 374–385. DOI: 10.1038/s41593-018-0334-7
46. Interleukin-1β contributes to dopaminergic neuronal death induced by lipopolysaccharide-stimulated rat glia in vitro / C. M. Long-Smith, L. Collins, A. Toulouse [et al.] // Journal of neuroimmunology. 2010 Sep. Vol. 226, № 1/2. P. 20–26. DOI: 10.1016/j.jneuroim.2010.05.030
47. Interferon-γ potentiates α-synuclein-induced neurotoxicity linked to toll-like receptor 2 and 3 and tumor necrosis factor-α in murine astrocytes / J. Wang, Z. Chen, J. D. Walston [et al.] // Molecular neurobiology. 2019 Nov. Vol. 56, № 11. P. 7664–7679. DOI: 10.1007/s12035-019-1567-5
48. Tomonaga, K. Virus-induced neurobehavioral disorders: mechanisms and implications / K. Tomonaga // Trends in molecular medicine. 2004 Feb. Vol. 10, № 2. P. 71–77. DOI: 10.1016/j.molmed.2003.12.001
49. Cytokine Targets in the Brain: Impact on Neurotransmitters and Neurocircuits / A. H. Miller, E. Haroon, C. L. Raison, J. C. Felger // Depress Anxiety. 2013 Apr. Vol. 30, № 4. P. 297–306. DOI: 10.1002/da.22084
50. Dunn, A. J. Effects of cytokines on cerebral neurotransmission. Comparison with the effects of stress / A. J. Dunn, J. Wang, T. Ando // Advances in experimental medicine and biology. 1999. Vol. 461. P. 117–127. DOI: 10.1007/978-0-585-37970-8_8
51. Dunn, A. J. Cytokine activation of the HPA axis / A. J. Dunn // Annals of the New York Academy of Sciences. 2000. Vol. 917. P. 608–617. DOI: 10.1111/j.1749-6632.2000.tb05426.x
52. Zhu, C.-B. The proinflammatory cytokines interleukin-1beta and tumor necrosis factor-alpha activate serotonin transporters / C.-B. Zhu, R. D. Blakely, W. A. Hewlett // Neuropsychopharmacology. 2006 Oct. Vol. 31, № 10. P. 2121–2131. DOI: 10.1038/sj.npp.1301029
53. Tilleux, S. Neuroinflammation and regulation of glial glutamate uptake in neurological disorders / S. Tilleux, E. Hermans // Journal of neuroscience research. 2007 Aug. Vol. 85, № 10. P. 2059–2070. DOI: 10.1002/jnr.21325
54. Cytokine-induced enhancement of calcium-dependent glutamate release from astrocytes mediated by nitric oxide / T. Ida, M. Hara, Y. Nakamura [et al.] // Neurosci Lett. 2008 Feb. Vol. 432, № 3. Р. 232–236. DOI: 10.1016/j.neulet.2007.12.047
55. L-glutamate released from activated microglia downregulates astrocytic L-glutamate transporter expression in neuroinflammation: the ‘collusion’ hypothesis for increased extracellular L-glutamate concentration in neuroinflammation / J. Takaki, K. Fujimori, M. Miura [et al.] // J Neuroinflammation. 2012 Dec. Vol. 9. Р. 275. DOI: 10.1186/1742-2094-9-275
56. Haroon, E. Inflammation, Glutamate, and Glia: A Trio of Trouble in Mood Disorders / E. Haroon, A. H. Miller, G. Sanacora // Neuropsychopharmacology. 2017 Jan. Vol. 42, № 1. P. 193–215. DOI: 10.1038/npp.2016.199
57. Mehta, S. Regional changes in 5-HT1A but not in 5-HT2A receptors in mouse brain after Semliki Forest virus infection: radioligand binding and autoradiographic studies / S. Mehta, I. Kitchen // Journal of neurovirology. 1998 Dec. Vol. 4, № 6. P. 606–618. DOI: 10.3109/13550289809114227
58. Developmental brain injury associated with abnormal play behavior in neonatallyBorna disease virus-infected Lewis rats: a model of autism / M. V. Pletnikov, S. A. Rubin, K. Vasudevan [et al.] // Behavioural brain research. 1999 Apr. Vol. 100, № 1/2. P. 43–50. DOI: 10.1016/s0166-4328(98)00111-9
Поступила 19.08.2024 г.
Принята в печать 04.12.2024 г.
Сведения об авторах:
Полулях Ольга Евгеньевна – старший научный сотрудник, Институт физиологии НАН Беларуси,
https://orcid.org/0009-0004-9884-2122, e-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра..
