The role of infectious agents in the development of neurodegenerative diseases

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Actually, there is no consensus about the causes of the development in most neurodegenerative diseases. Recent international publications describe various hypotheses of the genesis of such diseases. Infectious is considered as one of them, assuming an infectious agent can trigger a cascade of pathological processes that eventually lead to the manifestation of various neurodegenerative diseases. The direct relationship between infectious invasion and the development of neurodegenerative diseases is not fully proved yet, but these publications confirm the hypothesis that a variety of pathogens (viruses, bacteria, intracellular parasites etc.) can induce the process of neuronal inflammation with subsequent neurodegeneration. As a result of the scientific research, various ways of penetration of infectious agents into the central nervous system have been studied and proven. In the case of neuroinfections already studied, inflammatory and alterative changes in nervous tissue occur with the direct participation of neuroglia and cells of the immune system, which may be part of the universal trigger mechanism of the neurodegenerative process. At the same time, in the case of a number of diseases, the primary role of specific infectious agents is possible. It has been shown that neurological complications of a novel coronavirus infection can also occur as a result of both direct cytopathic action of the pathogen or activation of neuroinflammation processes. Of course, this hypothesis of neurodegenerative pathology requires a comprehensive analysis and subsequent confirmation, however, the investigation of molecular and cellular mechanisms of neuroinflammation and neurodegeneration already opens up broad prospects for finding possible pathogenetic therapy of these diseases (bibliography: 42 refs)

About the authors

Igor V. Litvinenko

S.M. Kirov Military Medical Academy

Email: litvinenkoiv@rambler.ru
ORCID iD: 0000-0001-8988-3011
SPIN-code: 6112-2792
Scopus Author ID: 57202361039
ResearcherId: F-9120-2013

D.Sc. (Medicine), Professor

Russian Federation, Saint Petersburg

Vladimir Y. Lobzin

I.I. Mechnikov North-West State Medical University

Email: vladimirlobzin@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-3109-8795
SPIN-code: 7779-3569
Scopus Author ID: 57203881632
ResearcherId: I-4819-2016

D.Sc. (Medicine), Professor

Russian Federation, Saint Petersburg

Vladimir A. Pushkarev

Children’s Research and Clinical Center for Infectious Diseases

Author for correspondence.
Email: vladimirpush@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-3715-2553
SPIN-code: 5193-9004
Russian Federation, Saint Petersburg

References

  1. Berth SH. Virus-induced neuronal dysfunction and degeneration. Front Biosci. 2009;14(1):5239–5259. doi: 10.2741/3595
  2. Wouk J, Rechenchoski DZ, Rodrigues BCD, et al. Viral infections and their relationship to neurological disorders. Arch Virol. 2021;166:733–753. doi: 10.1007/s00705-021-04959-6
  3. Alzheimer A, Stelzmann RA, Schnitzlein HN, et al. An English translation of Alzheimer’s 1907 paper, “Über eine eigenartige Erkrankung der Hirnrinde”. Clin Anat. 1995;8:429–431. doi: 10.1002/ca.980080612
  4. Liddelow S, Guttenplan K, Clarke L, et al. Neurotoxic reactive astrocytes are induced by activated microglia. Nature. 2017;541: 481–487. DOI: 10.1038/ nature21029
  5. Richards A, Berth SH, Brady S, et al. Engagement of Neurotropic Viruses in Fast Axonal Transport: Mechanisms, Potential Role of Host Kinases and Implications for Neuronal Dysfunction. Front Cell Neurosci. 2021;15: 684762. doi: 10.3389/fncel. 2021.684762
  6. Pan-Montojo F, Schwarz M, Winkler C, et al. Environmental toxins trigger PD-like progression via increased alpha-synuclein release from enteric neurons in mice. Sci Rep. 2012;2(1):898. doi: 10.1038/srep00898
  7. Svensson E, Horváth-Puhó E, Thomsen RW, et al. Vagotomy and subsequent risk of Parkinson’s disease. Ann Neurol. 2015;78: 522–529. DOI: 10.1002/ ana.24448
  8. Gosztyla ML, Brothers HM, Robinson SR. Alzheimer’s amyloid-β is an antimicrobial peptide: a review of the evidence. J Alzheimers Dis. 2018;62:1495–1506. doi: 10.3233/jad-171133
  9. Bourgade K, Garneau H, Giroux G, et al. β-Amyloid peptides display protective activity against the human Alzheimer’s disease-associated herpes simplex virus-1. Biogerontology. 2014;16(1):85–98. doi: 10.1007/s10522-014-9538-8
  10. Bourgade K, Le Page A, Bocti C, et al. Protective effect of amyloid-β peptides against herpes simplex virus-1 infection in a neuronal cell culture model. J Alzheimers Dis. 2016;50(4):1227–1241. doi: 10.3233/jad-150652
  11. Kumar DKV, Choi SH, Washicosky KJ, et al. Amyloid-β peptide protects against microbial infection in mouse and worm mo dels of Alzheimer’s disease. Sci Transl Med. 2016;8(340):340ra72. doi: 10.1126/scitranslmed.aaf1059
  12. Vigasova D, Nemergut M, Liskova B, et al. Multi-pathogen infections and Alzheimer’s disease. Microb Cell Fact. 2021;20(1):25. doi: 10.1186/s12934-021-01520-7
  13. Miklossy J, Kis A, Radenovic A, et al. Beta-amyloid deposition and Alzheimer’s type changes induced by Borrelia spirochetes. Neurobiol Aging. 2006;27:228–236. doi: 10.1016/j.neurobiolaging.2005.01.018
  14. Nayeri T, Sarvi S, Sharif M, et al. Toxoplasma gondii: A possible etiologic agent for Alzheimer’s disease. Heliyon. 2021;7(6):e07151. doi: 10.1016/j.heliyon. 2021.e07151
  15. Poole S, Singhrao SK, Chukkapalli S, et al. Active Invasion of Porphyromonas gingivalis and Infection-Induced Complement Activation in ApoE-/-mice Brains. J Alzheimers Dis. 2015;43:67–80. doi: 10.3233/jad-140315
  16. Wang T, Town T, Alexopoulou L, et al. Toll-like receptor 3 mediates West Nile virus entry into the brain causing lethal encephalitis. Nat Med. 2004;10(12):1366–1373. doi: 10.1038/nm1140
  17. Bsibsi M, Ravid R, Gveric D, et al. Broad expression of Toll-like receptors in the human central nervous system. J Neuropathol Exp Neurol. 2002;61(11):1013–1021. doi: 10.1093/jnen/61.11.1013
  18. Lewandowski G, Zimmerman MN, Denk LL, et al. Herpes simplex type 1 infects and establishes latency in the brain and trigeminal ganglia during primary infection of the lip in cotton rats and mice. Arch Virol. 2002;147:167–179. doi: 10.1007/s705-002-8309-9
  19. Mori I, Goshima F, Ito H, et al. The vomeronasal chemosensory system as a route of neuroinvasion by herpes simplex virus. Virology. 2005;334:51–58. doi: 10.1016/j.virol.2005.01.023
  20. Eimer WA, Kumar DK, Shanmugam NK, et al. Alzheimer’s Disease-Associated β-Amyloid Is Rapidly Seeded by Herpesviridae to Protect against Brain Infection. Neuron. 2018;99(1):56–63. doi: 10.1016/j.neuron.2018.06.030
  21. Wozniak MA, Itzhaki RF, Shipley SJ, et al. Herpes simplex virus infection causes cellular-amyloid accumulation and secretase upregulation. Neurosci Lett. 2007;429:95–100. doi: 10.1016/j.neulet.2007.09.077
  22. Zambrano A, Solis L, Salvadores N, et al. Neuronal cytoskeletal dynamic modification and neurodegeneration induced by infection with herpes simplex virus type 1. J Alzheimers Dis. 2008;14:259–269. doi: 10.3233/jad-2008-14301
  23. Piacentini R, Civitelli L, Ripoli C, et al. HSV-1 promotes Ca2+-mediated APP phosphorylation and Aβ accumulation in rat cortical neurons. Neurobiol Aging. 2011;32:2323.e13–2323.e26. doi: 10.1016/j.neurobiolaging.2010.06.009
  24. Jang H, Boltz D, Sturm-Ramirez K, et al. Highly pathogenic H5N1 influenza virus can enter the central nervous system and induce neuroinflammation and neurodegeneration. Proc Natl Acad Sci. 2009;106:14063–14068. DOI: 10.1073/ pnas.0900096106
  25. Hawkes CH, Del Tredici K, Braak H. Parkinson’s disease: a dual-hit hypothesis. Neuropathol Appl Neurobiol. 2007;33(6):599–614. doi: 10.1111/j.1365-2990.2007.00874.x
  26. Krasakov IV, Litvinenko IV, Rodionov GG, et al. Evaluation of gut microbiota in parkinson’s disease using gas chromatography with mass spectrometric detection. Ann Clin Exp Neur. 2018;12(4): 23–29. (In Russ.) doi: 10.1134/s036211971908005x
  27. Labrie V, Brundin P. Alpha-Synuclein to the Rescue: Immune Cell Recruitment by Alpha-Synuclein during Gastrointestinal Infection. J Innate Immun. 2017;9(5):437–440. doi: 10.1159/000479653
  28. Lotz SK, Blackhurst BM, Reagin, KL, et al. Microbial Infections Are a Risk Factor for Neurodegenerative Diseases. Front Cell Neurosci. 2021;15: 691136. doi: 10.3389/fncel.2021.691136
  29. Alenina N, Bader M. ACE2 in brain physiology and pathophysio logy: evidence from transgenic animal models. Neurochem Res. 2019; 44(6):1323–1329. DOI: 10.1007/ s11064-018-2679-4
  30. Lan J, Ge J, Yu J, et al. Structure of the SARS-CoV-2 spike receptor-binding domain bound to the ACE2 receptor. Nature. 2020; 581(7807):215–220. doi: 10.1038/s41586-020-2180-5
  31. Heurich A, Hofmann-Winkler H, Gierer S, et al. TMPRSS2 and ADAM17 cleave ACE2 differentially and only proteolysis by TMPRSS2 augments entry driven by the severe acute respiratory syndrome coronavirus spike protein. J Virol. 2014;88(2): 1293–1307. doi: 10.1128/jvi.02202-13
  32. Hoffmann M, Kleine-Weber H, Schroeder S, et al. SARS-CoV-2 cell entry depends on ACE2 and TMPRSS2 and is blocked by a clinically proven protease inhibitor. Cell. 2020;181(2):271–280. doi: 10.1016/j.cell.2020.02.052
  33. Chen Z, Mi L, Xu J, et al. Function of HAb18G/CD147 in invasion of host cells by severe acute respiratory syndrome coronavirus. J Infect Dis. 2005;191(5):755–760. doi: 10.1086/427811
  34. Baig AM, Khaleeq A, Ali U, et al. Evidence of the COVID-19 Virus Targeting the CNS: Tissue Distribution, Host-Virus Interaction, and Proposed Neurotropic Mechanisms. ACS Chem Neurosci. 2020;11(7): 995–998. DOI: 10.1021/ acschemneuro.0c00122
  35. Bender SJ, Phillips JM, Scott EP, et al. Murine Coronavirus Receptors Are Differentially Expressed in the Central Nervous System and Play Virus Strain-Dependent Roles in Neuronal Spread. J Virol. 2010;84(21):11030–11044. DOI: https://doi.org/10.1128/jvi.02688-09
  36. Finsterer J, Stollberger C. Update on the neurology of COVID-19. J Med Virol. 2020;92(11):2316–2318. doi: 10.1002/jmv.26000
  37. Kumar A, Pareek V, Prasoon P, et al. Possible routes of SARS-CoV-2 invasion in brain: In context of neurological symptoms in COVID-19 patients. J Neurosci Res. 2020;98(12):2376–2383. doi: 10.1002/jnr.24717
  38. Najjar S, Najjar A, Chong DJ, et al. Central nervous system complications associated with SARS-CoV-2 infection: integrative concepts of pathophysiology and case reports. J Neuroinflamm. 2020;(17):231. doi: 10.1186/s12974-020-01896-0
  39. Zubair AS, McAlpine LS, Gardin T, et al. Neuropathogenesis and Neurologic Manifestations of the Coronaviruses in the Age of Coronavirus Disease 2019. JAMA Neurol. 2020;77(8):1018. doi: 10.1001/jamaneurol.2020.2065
  40. Plog BA, Nedergaard M. The Glymphatic System in Central Nervous System Health and Disease: Past, Pre sent, and Future. Ann Rev Pathol. 2018;13(1): 379–394. doi: 10.1146/annurev-pathol-051217-111018
  41. Netland J, Meyerholz DK, Moore S, et al. Severe acute respiratory syndrome coronavirus infection causes neuronal death in the absence of encephalitis in mice transgenic for human ACE2. J Virol. 2008; 82(15):7264–7275. DOI: 10.1128/ jvi.00737-08
  42. Zaitsev AA, Savushkina OI, Chernyak AV, et al. Clinical and functional characteristics of patients who recovered from the novel coronavirus infection (COVID-19). Prakticheskaya pul’monologiya. 2020;1:78–81. (In Russ.)

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2021 Litvinenko I.V., Lobzin V.Y., Pushkarev V.A.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».