Brain pathophysiology in SARS-CoV-2 disease

SARS-CoV-2 疾病的脑病理生理学

基本信息

  • 批准号:
    10617754
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 62.36万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2021
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2021-07-01 至 2026-04-30
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

SARS-CoV-2, the virus underlying the current COVID-19 pandemic, not only affects peripheral tissues, it also targets the brain causing microvascular lesions, microhemorrhages and neurological manifestations. The internalization of SARS-CoV-2 is initiated by the binding of the virus spike protein to angiotensin converting enzyme 2 (ACE2) on the membrane of host cells including endothelial cells throughout cerebral capillaries. ACE2 is internalized along with the virus thereby leading to a state of ACE2 deficiency. ACE2 is a critical member of the renin-angiotensin system (RAS). This enzyme catabolizes the octapeptide hormone angiotensin-[1-8] thereby protecting cells and tissues from the vasoconstrictor, pro-inflammatory and pro-thrombotic effects of overactive angiotensin type 1 receptors (AT1Rs). Blocking AT1Rs with an AT1R antagonist protects mice from behavioral impairments due to ACE2 deficiency. Lipopolysaccharide (LPS) causes microglia activation and neuronal cell loss and is widely used as an experimental model of neuroinflammation. The brain pathophysiology induced by LPS shares many similarities with SARS-CoV-2 infection. We hypothesize that under conditions of reduced ACE2 (i.e., ACE2 knockout mice or SARS-CoV-2-infected hamsters), AT1R activity is upregulated in the microvasculature. In the presence of an inflammatory insult (i.e., LPS or SARS-CoV-2), AT1Rs promote endothelial dysfunction in the microvasculature through pro-inflammatory and pro-thrombotic signaling pathways leading to blood brain barrier injury. Deficits in cognition and increased anxiety ensue. We will test this overall hypothesis through the following specific aims: Determine the mechanisms of the pro-injury (Aim 1) and protective (Aim 2) arms of the RAS that regulate the pathophysiology of the brain in animal models of neuroinflammation and COVID-19. (Aim 3) Determine the mechanisms underlying the effects of biological sex and age in the brain pathophysiology induced by LPS and SARS-CoV-2. Studying RAS mechanisms in the brain will provide insight into on-going and future clinical trials of therapeutics for treating brain injury associated with COVID-19 and other diseases of neuroinflammation. In addition, focusing on mechanisms underlying the effects of biological sex and age on microvasculature pathophysiology in models of neuroinflammation and COVID-19 will shed light into why male sex and age are major risk factors for COVID-19 severity.
SARS-COV-2是当前Covid-19大流行的病毒,不仅影响外周组织 靶向大脑,引起微血管病变,微毛和神经系统表现。这 SARS-COV-2的内在化是通过病毒峰值蛋白与血管紧张素转化的结合而引发的 宿主细胞的膜上的酶2(ACE2),包括整个脑毛细血管的内皮细胞。 ACE2与病毒一起被内化,从而导致ACE2缺乏状态。 ACE2是关键成员 肾素 - 血管紧张素系统(RAS)。这种酶会分解八磷酸激素血管紧张素 - [1-8] 从而保护细胞和组织免受血管收缩剂的影响 过度活跃的血管紧张素1型受体(AT1RS)。用AT1R拮抗剂阻止AT1RS保护小鼠免受 ACE2缺乏症引起的行为障碍。脂多糖(LPS)引起小胶质细胞激活和 神经元细胞丧失,被广泛用作神经炎症的实验模型。大脑病理生理学 LPS诱导的与SARS-COV-2感染的许多相似之处。我们假设在 ACE2减少(即ACE2敲除小鼠或SARS-COV-2感染的仓鼠),AT1R活性在 微脉管系统。在存在炎症性侮辱(即LPS或SARS-COV-2)的情况下,AT1RS促进 通过促炎和促脉症信号通路,微脉管系统中的内皮功能障碍 导致血脑屏障损伤。随之而来的是认知和增加焦虑的缺陷。我们将整体测试这个 通过以下特定目的假设:确定亲伤的机制(AIM 1)和 在动物模型中调节大脑病理生理学的RA的保护性(AIM 2)臂 神经炎症和COVID-19。 (AIM 3)确定生物学作用的基础机制 LPS和SARS-COV-2诱导的脑病理生理学年龄。研究大脑中的RAS机制 将提供有关治疗脑损伤的持续和未来临床试验的见解 Covid-19和其他神经炎症的疾病。另外,关注效果的基础机制 神经炎症模型和covid-19的生物性别和年龄在微脉管病理生理学上 将阐明男性和年龄是19009年严重程度的主要危险因素。

项目成果

期刊论文数量(5)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Infectious SARS-CoV-2 Is Emitted in Aerosol Particles.
  • DOI:
    10.1128/mbio.02527-21
  • 发表时间:
    2021-10-26
  • 期刊:
  • 影响因子:
    6.4
  • 作者:
    Hawks SA;Prussin AJ 2nd;Kuchinsky SC;Pan J;Marr LC;Duggal NK
  • 通讯作者:
    Duggal NK
Why Angiotensin II is a Poor Choice for Circulatory Support of Ventilated COVID-19 Patients Compared to Vasopressin.
  • DOI:
    pii: 3079
  • 发表时间:
    2022-09
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Speth RC;Bader M
  • 通讯作者:
    Bader M
Countering the classical renin-angiotensin system.
对抗经典的肾素-血管紧张素系统。
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