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:
    10704594
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 7.22万
  • 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.
项目概要 新出现的冠状病毒 SARS-CoV-2 引起了历史性的呼吸道疾病大流行 (COVID-19)。 19) 一项令人惊讶的发现是,轻度和重度 COVID-19 都与持续性神经系统疾病有关。 症状,即使在感染消退后,患者也会因缺乏功能而出现各种症状。 注意力、计划和其他执行功能,记忆障碍或新的精神病。 对 COVID-19 患者大脑的分析没有发现感染性 SARS-CoV-2 的证据 然而,COVID-19 感染与一系列神经损伤有关,包括梗死、 尸检标本的缺血、出血和缺氧。 SARS-CoV-2 感染与血脑屏障 (BBB) 破坏、亲细胞水平升高有关。 炎症细胞因子、IL-1β、小胶质细胞激活和结节,以及其他神经毒力中的神经吞噬。 病毒感染时,IL-1β 通过破坏血脑促进中枢神经系统炎症 屏障和招募激活小胶质细胞的免疫细胞,消除海马体中的突触, 对学习和记忆至关重要的大脑区域 在恢复过程中,IL-1β 会抑制神经发生,从而限制突触。 我们捕获了 SARS 期间大脑中 IL-1β 的产生。 CoV-2 感染通过破坏血脑屏障并促进认知和记忆来加剧神经功能障碍 为了研究这一缺陷,我们将使用 COVID-19 的 C57Bl/6 小鼠模型,其中小鼠经鼻注射。 感染 B.1.351(Beta 变体),该病毒自然感染小鼠。在目标 1 中,我们将研究 IL-1R1 的作用。 使用脑微血管内皮细胞 (BMEC) 特异性诱导型 Cre 杂交对 BBB 破坏发出信号 我们还将确定 IL-1R1 信号传导是否促进 BMEC 的激活和诱导。 在目标 2 中,我们将探讨 IL-1R1 信号传导是否通过抑制炎症影响认知和记忆。 持续突触消除过程中的神经发生 首先,我们将确定 IL-1R1 对神经发生的影响。 在感染 B.1.351 期间,使用神经干细胞 (NSC) 特异性、可诱导的 Cre 小鼠与 IL-1R floxed 杂交 接下来,我们通过 NSC- 测试 IL-1R1 信号传导对海马三突触回路恢复的作用。 最后,我们使用与之前实验相同的小鼠。 将对从 B.1.351 恢复的小鼠进行行为测试,以检查 IL-1R1 的功能影响 在本提案中,我们将共同探讨神经学基础的免疫机制。 COVID-19 期间功能障碍。

项目成果

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