SARS-COV-2スパイクタンパク質は、ヒト血液脳関門の2D静的および3Dマイクロ流体内in vitroモデルのバリア機能を変化させる

世界中の研究者がSARS-Cov-2の理解に注意を向けているため、脳血管系を含む複数の臓器系の血管系に深刻な影響を与えるウイルスの写真は、出現している写真です。中枢神経系に対する観察された効果には、神経症状（頭痛、吐き気、めまい）、致命的なマイクロクロット形成、およびまれな症例脳炎が含まれます。しかし、ウイルスがこれらの軽度から重度の神経症状をどのように引き起こすか、そして脳の血管系にどのように影響するかについての私たちの理解は不明のままです。したがって、このレポートで提示された結果は、原発性ヒト脳微小血管内皮細胞（HBMVECS）のSARS-COV-2ウイルススパイクタンパク質からの有害な結果が観察できるかどうかを調査しました。まず、死後脳組織を使用して、アンジオテンシン変換酵素2またはACE2（SARS-COV-2スパイクタンパク質の既知の結合標的）が、前頭皮質のさまざまな口径血管全体で発現することを示します。さらに、ACE2は、細胞培養条件下で維持されている原発性ヒト脳微小血管内皮（HBMVEC）でも検出可能でした。細胞生存率の分析により、RBDのみを含むS1、S2、またはS1の切り捨てられた形態のいずれも、48時間の暴露ウィンドウ内でHBMVECの生存率に最小限の影響を与えないことが明らかになりました。しかし、ウイルススパイクタンパク質が血液脳関門（BBB）の本質的な特徴を再現するモデルシステムに導入されたとき、テストしたスパイクタンパク質サブユニットに応じて、さまざまな程度で障壁への違反が明らかでした。私たちの発見の鍵は、S1がこのCNSインターフェイスのヒト生理学的条件に最もよく似たプラットフォームであるヒトBBBの高度な3Dマイクロ流体モデルのバリアの完全性の損失を促進することです。その後の分析では、SARS-COV-2スパイクタンパク質がBBB機能の変化した状態に寄与する可能性のある脳内皮細胞の炎症誘発反応を引き起こす能力も示しました。一緒に、これらの結果は、SARS-COV-2スパイクタンパク質が脳内皮細胞に与える可能性のある直接的な影響を示す最初の結果です。それにより、Covid-19患者に見られる神経学的結果についてもっともらしい説明を提供します。

As researchers across the globe have focused their attention on understanding SARS-CoV-2, the picture that is emerging is that of a virus that has serious effects on the vasculature in multiple organ systems including the cerebral vasculature. Observed effects on the central nervous system includes neurological symptoms (headache, nausea, dizziness), fatal microclot formation and in rare cases encephalitis. However, our understanding of how the virus causes these mild to severe neurological symptoms and how the cerebral vasculature is impacted remains unclear. Thus, the results presented in this report explored whether deleterious outcomes from the SARS-COV-2 viral spike protein on primary human brain microvascular endothelial cells (hBMVECs) could be observed. First, using postmortem brain tissue, we show that the angiotensin converting enzyme 2 or ACE2 (a known binding target for the SARS-CoV-2 spike protein), is expressed throughout various caliber vessels in the frontal cortex. Additionally, ACE2 was also detectable in primary human brain microvascular endothelial (hBMVEC) maintained under cell culture conditions. Analysis for cell viability revealed that neither the S1, S2 or a truncated form of the S1 containing only the RBD had minimal effects on hBMVEC viability within a 48hr exposure window. However, when the viral spike proteins were introduced into model systems that recapitulate the essential features of the Blood-Brain Barrier (BBB), breach to the barrier was evident in various degrees depending on the spike protein subunit tested. Key to our findings is the demonstration that S1 promotes loss of barrier integrity in an advanced 3D microfluid model of the human BBB, a platform that most closely resembles the human physiological conditions at this CNS interface. Subsequent analysis also showed the ability for SARS-CoV-2 spike proteins to trigger a pro-inflammatory response on brain endothelial cells that may contribute to an altered state of BBB function. Together, these results are the first to show the direct impact that the SARS-CoV-2 spike protein could have on brain endothelial cells; thereby offering a plausible explanation for the neurological consequences seen in COVID-19 patients.