COVID-19 : Quels effets réels sur le cerveau ?

Cette étude basée sur l’imagerie de cerveau de patients atteints de COVID-19 légers, sur l'analyse de tissus cérébraux de personnes décédées de la maladie et sur des expériences in vitro menées sur des cellules nerveuses humaines infectées en laboratoire, révèle, pour la première fois, la cible principale du SRAS-CoV-2 dans le cerveau, les astrcytes. La recherche décrit également par le menu les multiples effets du virus sur le système nerveux. Ces travaux, menées par une équipe de la FAPESP (Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo), publiés dans les Actes de l’Académie des Sciences américaine (PNAS) Nexus, conclut, au contraire de nombreuses études, que le virus qui cause le COVID-19 peut infecter les cellules du cerveau, notamment les astrocytes.

Car la plupart des études ont à ce jour, limité l’impact de l’infection au cerveau, à une inflammation, et donc exclus l’infection des cellules cérébrales. Non seulement, la nouvelle étude soutient l’inflammation mais décrit aussi les altérations de la structure du cortex, la région cérébrale la plus riche en neurones, même dans les cas de COVID-19 léger. Des conclusions cruciales, alors que le cortex cérébral est le plus grand site d'intégration neuronale du système nerveux central avec des fonctions primordiales telles que la mémoire, l'attention, la conscience et le langage.

« Seules 2 études précédentes ont détecté la présence du nouveau coronavirus dans le cerveau, mais sans certitude sur la présence du virus dans la circulation sanguine cérébrale et notamment les cellules endothéliales cérébrales, ou les cellules nerveuses. Nous montrons, pour la première fois, que le SARS-CoV-2 infecte et se réplique effectivement dans les astrocytes avec des effets critiques sur la viabilité des neurones », explique l’un des auteurs principaux, Daniel Martins-de-Souza, professeur de biologie.

Le SARS-CoV-2 infecte et se réplique dans les astrocytes

Les astrocytes sont les cellules les plus abondantes du système nerveux central. Leurs fonctions de soutien des neurones, de régulation des niveaux de neurotransmetteurs et d'autres substances nécessaires au bon fonctionnement neuronal, de préservation de la barrière hémato-encéphalique et de maintien de l'homéostasie du cerveau, sont vitales pour la santé cérébrale.

L’étude confirme ici l’infection des astrocytes :

via l’analyse d’échantillons de tissu cérébral, menée lors de l’autopsie de 26 patients décédés du COVID-19. Grâce à une technique d’immunohistochimie, les chercheurs identifient les antigènes viraux, notamment de la protéine de pointe du SRAS-CoV-2. Ainsi, la présence du virus dans les astrocytes est confirmée dans 5 des 26 échantillons analysés. Des altérations du système nerveux central sont également observées dans ces 5 échantillons : il s’agit de signes de nécrose, d'inflammation et d’œdème, de lésions neuronales et d’infiltrats de cellules inflammatoires. L’inflammation cérébrale est donc également confirmée.
La capacité du SRAS-CoV-2 à infecter le tissu cérébral et son tropisme pour les astrocytes sont à nouveau confirmés par culture de « tranches » dérivées du cerveau ou échantillons de tissu cérébral humain obtenu lors de chirurgies pour traiter des maladies neurologiques telles que l'épilepsie.
Le suivi par IRM de 81 participants ayant récupéré d’un COVID-19 léger révèle également, que 60 jours après l’infection,

qu'une majorité de participants présentent encore des symptômes neurologiques ou neuropsychiatriques ;
40 % des maux de tête,
40 % de la fatigue,
30 % des troubles de la mémoire,
28 % des troubles anxieux,
28 % une perte d'odorat,
20 % des symptômes dépressifs,
25 % une somnolence diurne,
16 % une perte de goût,
14 % une baisse de la libido.

Au-delà, ces symptômes sont expliqués par des signes structurels chez ces participants, à l’IRM : dont une épaisseur corticale réduite dans certaines régions du cerveau par rapport à la moyenne des témoins. Les chercheurs observent ainsi une atrophie dans les zones associées à l'anxiété. Les tests neuropsychologiques montrent également que ces participants souffrant de symptômes cérébraux et cognitifs durables sous-performent dans certaines tâches cognitives.

Ces symptômes sont-ils temporaires ou permanents ? Les auteurs soulignent que de nombreux participants continuent de « subir ces altérations », caractéristiques des COVID longs.

«Ce qui est surprenant, c'est que de nombreuses personnes ont été réinfectées par de nouvelles variantes, et certaines signalent des symptômes pires que ceux qu'elles avaient développés lors d’une première infection. Nous allons poursuivre ce suivi longitudinal pour comprendre l'évolution des altérations neuropsychiatriques dans le temps et pour avoir une base pour le développement de thérapies ciblées ».

Le métabolisme énergétique du cerveau semble affecté : dernier volet de ces travaux, des expériences réalisées sur des cellules de tissus cérébraux de personnes décédées du COVID-19 et des astrocytes cultivés in vitro pour découvrir comment l'infection par le SRAS-CoV-2 affecte les systèmes nerveux cellules du point de vue biochimique. L’équipe utilise ici la spectrométrie de masse, une technique permettant d’identifier différentes substances biologiques en fonction de leur masse moléculaire.

Cette analyse révèle l’altération de l’expression de plusieurs protéines dans les astrocytes, et en particulier dans les voies associées au métabolisme énergétique. L'analyse protéomique confirme ce dysfonctionnement du métabolisme énergétique. L’analyse métabolomique également : les astrocytes infectés consomment plus de glucose que normalement, et pourtant les niveaux cellulaires de pyruvate et de lactate, les principaux substrats énergétiques, sont considérablement diminués. En d’autres termes, les astrocytes s'efforcent de maintenir l'apport d'énergie aux neurones même si cet effort affaiblit leur propre fonctionnement.
Cette dernière conclusion est validée chez l’animal, des hamsters modèles d’infection par le SRAS-CoV-2 présentant également un métabolisme accéléré au niveau des astrocytes ainsi qu’une altération de la synthèse d'un neurotransmetteur au rôle clé dans la communication entre les neurones.

Il n'y a cependant toujours pas de consensus dans la littérature scientifique sur la façon dont le SRAS-CoV-2 atteint le cerveau.

« Certaines expériences sur des animaux suggèrent que le virus peut traverser la barrière hémato-encéphalique. On soupçonne également qu'il infecte le nerf olfactif et, à partir de là, envahit le système nerveux central. Mais ce sont des hypothèses pour l'instant », concluent les chercheurs brésiliens. Ce qui semble certain, est que le virus n'utilise pas la protéine ACE-2 pour envahir les cellules du système nerveux central, comme il le fait dans les poumons.

Question, l'infection par le SRAS-CoV-2 peut-elle alors entraîner une dégénérescence de la substance blanche du cerveau ? « Nous observons une correspondance significative entre les altérations du métabolisme énergétique et des protéines gliales dans le COVID-19 et la schizophrénie. Une découverte qui peut peut-être ouvrir un raccourci vers les traitements des symptômes psychiatriques du COVID-19 ».