根據哥倫比亞大學瓦格拉斯醫學院的神經病理學家、神經學家和神經放射學家的一項新研究，SARS-CoV-2，即引起COVID-19的病毒很可能不會直接感染大腦，但仍然可以造成重大的神經損傷。James E. Goldman, MD, PhD,病理和細胞生物學教授（精神病學）說，他與Peter D. Canoll, MD, PhD,病理和細胞生物學教授和Kiran T. Thakur, MD, Winifred Mercer Pitkin神經學助理教授一起領導這項研究。

“我們在這些大腦中觀察到許多病理變化，這可以解釋為什麼重症患者會出現混亂和譫妄以及其他嚴重的神經系統影響–以及為什麼那些輕症患者可能會經歷數周和數月的’腦霧’。”發表在《大腦》雜誌上的這項研究是迄今為止發表的最大和最詳細的COVID-19腦部解剖報告，表明在這些病人身上經常看到的神經系統變化可能是由病毒在身體其他部位或大腦血管中引發的炎症造成的。

該研究檢查了41名在住院期間死於該疾病的COVID-19患者的大腦。這些病人的年齡從38歲到97歲不等；大約有一半的病人被插管，所有的病人都有由病毒引起的肺部損傷。許多病人都是西班牙裔人。住院時間長短不一，一些病人在到達急診室後不久就死亡，而另一些病人則在醫院住了幾個月。所有的病人都進行了廣泛的臨床和實驗室檢查，一些人還進行了腦部MRI和CT掃描。

為了檢測大腦神經元和膠質細胞中的任何病毒，研究人員使用了多種方法，包括RNA原位雜交，它可以檢測完整細胞內的病毒RNA、細胞內病毒蛋白的抗體以及RT-PCR，一種檢測病毒RNA的靈敏技術。

儘管研究人員進行了密集的搜索，但他們沒有在病人的腦細胞中發現病毒的證據。儘管他們確實通過RT-PCR檢測到了非常低水平的病毒RNA，但這可能是由於覆蓋在大腦上的血管或視網膜中的病毒。

“相比其他研究，我們更多關注大腦，使用了更多的技術來尋找病毒。底線是我們沒有發現腦細胞中病毒RNA或蛋白質的證據，”戈德曼說。”儘管有一些論文聲稱在神經元或膠質細胞中發現了病毒，但我們認為那些是污染的結果，而大腦中的任何病毒都包含在大腦的血管中。” “如果有任何病毒存在於腦組織中，它必須是非常少量的，並且與神經病理學發現的分佈或豐富程度不相關，”Canoll說。

測試是在二十多個腦區進行的，包括嗅球，之所以搜索嗅球是因為一些報告推測冠狀病毒可以從鼻腔通過嗅覺神經進入大腦。”即使在那裡，我們也沒有發現任何病毒蛋白或RNA，”戈德曼說，”儘管我們在病人的鼻粘膜和鼻腔內高處的嗅粘膜中發現了病毒RNA和蛋白。” 後一個發現出現在一項未發表的研究中，目前在BioRxiv上，由耳鼻喉科助理​​教授Jonathan Overdevest博士和生物化學與分子生物物理學及神經科學教授Stavros Lomvardas博士領導）。

低氧損傷和神經元死亡的跡象

儘管大腦中沒有病毒，但研究人員在每個病人身上都發現了明顯的大腦病理，這些病理大多分為兩類。

“我們注意到的第一件事是有很多區域因缺氧而受損，”戈德曼說。”他們都有嚴重的肺部疾病，所以在大腦中出現缺氧損傷並不令人驚訝。”

其中一些是由中風引起的大面積區域，但大多數是非常小的，只有在顯微鏡下才能發現。根據其他特徵，研究人員認為這些小面積的缺氧損傷是由血栓造成的，血栓在嚴重的COVID-19患者中很常見，它暫時停止了對該區域的氧氣供應。

戈德曼說，一個更令人驚訝的發現是，他們在大多數患者的大腦中發現了大量的活化小膠質細胞。小膠質細胞是居住在大腦中的免疫細胞，可以被病原體激活。

“我們發現小膠質細胞集群攻擊神經元，這一過程稱為’神經元吞噬症’。由於在大腦中沒有發現病毒，小膠質細胞可能已經被炎症細胞因子激活，如白細胞介素-6 ，與SARS-CoV-2感染有關。同時，缺氧可以誘導神經元表面’吃我’信號的表達，使缺氧的神經元更容易受到激活的小膠質細胞的傷害，”Canoll說，”因此，即使不直接感染腦細胞，COVID-19也能對大腦造成損害。”

該小組在他們的第一次屍檢中發現了這種病理模式，由病理學和細胞生物學導師Osama Al-Dalahmah博士在去年3月發表在Acta Neuropathologica Communications上的一份病例報告中描述。在接下來的幾個月裡，隨著神經病理學家做了更多的COVID腦部解剖，他們一再看到類似的發現，並意識到這是死於COVID的病人中一個突出和常見的神經病理學發現。

被激活的小膠質細胞主要在下腦乾和海馬中被發現，前者調節心臟和呼吸節奏，以及意識水平，後者涉及記憶和情緒。