Cytokine-mediated neurologic disease in COVID-19

COVID-19 中细胞因子介导的神经系统疾病

基本信息

  • 批准号:
    10509125
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 6.99万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2022
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2022-09-01 至 2024-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

PROJECT SUMMARY The newly emerged coronavirus, SARS-CoV-2, has caused a historic pandemic of respiratory disease (COVID- 19). One surprising finding, is that both mild and severe COVID-19 is associated with persistent neurological symptoms, even after resolution of infection. Patients present with a variety of symptoms, from deficits in attention, planning, and other executive functions, to memory impairment, or new psychoses. Post-mortem analyses of brains from individuals with COVID-19 did not find evidence of infectious SARS-CoV-2 in the parenchyma. However, COVID-19 infection is associated with an array of neurological injury, including infarcts, ischemia, hemorrhages, and hypoxia. Immunohistochemistry on post-mortem specimens demonstrated that SARS-CoV-2 infection is associated with blood-brain barrier (BBB) disruption, elevated levels of the pro- inflammatory cytokine, IL-1β, and microglial activation and nodules, and neuronophagia. In other neurovirulent viral infections, IL-1β promotes inflammation in the central nervous system via disruption of the blood-brain barrier and recruitment of immune cells that activate microglia, which eliminate synapses in the hippocampus, a brain region critical for learning and memory. During recovery, IL-1β inhibits neurogenesis, which limits synapse recovery, and induces spatial memory defects. We hypothesize that IL-1β production in the brain during SARS- CoV-2 infection potentiates neurological dysfunction by disrupting the BBB and promoting cognitive and memory deficits. To investigate this, we will use a C57Bl/6 mouse model of COVID-19, in which mice are intranasally infected with B.1.351 (Beta variant), which naturally infects mice. In Aim 1, we will investigate the role of IL-1R1 signaling on BBB disruption using a brain microvascular endothelial cell (BMEC) specific inducible Cre crossed to IL-1R floxed mice. We will also determine if IL-1R1 signaling promotes activation of BMECs and the induction of inflammation. In Aim 2, we will explore if IL-1R1 signaling impacts cognition and memory via inhibition of neurogenesis within ongoing synapse elimination. First, we will determine the impact of IL-1R1 on neurogenesis during infection with B.1.351 using neural stem cell (NSC) specific, inducible Cre mice crossed to IL-1R floxed mice. Next, we test the role of IL-1R1 signaling on recovery of the hippocampal trisynaptic cirucuit via NSC- specific or microglial-specific Cre-IL-1R1 floxed mice. Last, using the same mice as the previous experiment, we will perform behavioral tests on mice recovered from B.1.351 to examine the functional impact of IL-1R1 signaling. Together, in this proposal we will explore the immunological mechanisms that underlie neurological dysfunction during COVID-19.
项目摘要 新出现的冠状病毒SARS-COV-2引起了历史悠久的呼吸道疾病大流行(covid- 19)。一个令人惊讶的发现是,轻度和重度Covid-19都与持续的神经系统有关 症状,即使在感染解决后也是如此。患者出现多种症状,定义 注意,计划和其他执行功能,记忆力障碍或新的精神病。验尸 对COVID-19的个体的大脑进行分析,没有找到传染性SARS-COV-2的证据 实质。然而,COVID-19感染与一系列神经损伤有关,包括Infacts, 缺血,出血和缺氧。验尸标本的免疫组织化学表明 SARS-COV-2感染与血脑屏障(BBB)中断有关 炎性细胞因子,IL-1β,小胶质细胞激活和结节,以及神经噬菌体。在其他神经病毒中 病毒感染,IL-1β通过破坏血脑会促进中枢神经系统的感染 激活小胶质细胞的免疫细胞的障碍和募集,从而消除了海马中的突触 大脑区域对于学习和记忆至关重要。在恢复过程中,IL-1β抑制神经发生,这限制了突触 恢复并引起空间记忆缺陷。我们假设在SARS- COV-2感染电位通过破坏BBB并促进认知和记忆来神经功能障碍 缺陷。为了调查这一点,我们将使用COVID-19的C57BL/6小鼠模型,其中小鼠是鼻内的 被B.1.351(Beta变体)感染,自然会感染小鼠。在AIM 1中,我们将研究IL-1R1的作用 使用脑微血管内皮细胞(BMEC)特定诱导CRE交叉的BBB破坏信号传导 到IL-1R的小鼠。我们还将确定IL-1R1信号是否促进了BMEC的激活和诱导 炎症。在AIM 2中,我们将探讨IL-1R1信号传导是否通过抑制会影响认知和记忆 正在进行的突触消除中的神经发生。首先,我们将确定IL-1R1对神经发生的影响 在使用B.1.351感染期间,使用神经干细胞(NSC)特异性,可诱导的CRE小鼠越过IL-1R 老鼠。接下来,我们测试IL-1R1信号传导对通过NSC-恢复海马三突触cirucuit的作用 特异性或小胶质特异性CRE-IL-1R1 Floxed小鼠。最后,使用与以前的实验相同的小鼠,我们 将对从B.1.351回收的小鼠进行行为测试,以检查IL-1R1的功能影响 信号。在这一建议中,我们将探讨神经系统基础的免疫学机制 COVID-19期间的功能障碍。

项目成果

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