Long COVID: Gehirn-Muskel-Achse erklärt anhaltende Muskeler­schöpfung

Forschende haben bei Fruchtfliegen gerade einen Mechanismus entdeckt, der Entzündungen mit eingeschränkter Motorik verbindet. Damit könnte sich ein möglicher Ansatzpunkt ergeben, um die anhaltende Muskeler­schöpfung nach vielen Infektionen zu behandeln.

Unter den zahlreichen Beschwerden von Long COVID zählt eine Belastungsintoleranz zu den besonders beeinträchtigenden.

„Dabei geht es um mehr als fehlenden Antrieb zur Bewegung, weil wir uns schlecht fühlen“, sagt der Entwicklungsbiologe Aaron Johnson von der Washington University. „Diese Vorgänge senken den Energiehaushalt der Skelettmuskulatur und verringern dadurch die Fähigkeit, sich zu bewegen und normal zu funktionieren.“

Mit jeder weiteren Infektion mit dem SARS-CoV-2-Virus steigt das Risiko, Long COVID zu entwickeln. Mittlerweile waren fast 18 Millionen Erwachsene in den USA von diesem anhaltenden Unwohlsein und den kräftezehrenden körperlichen Symptomen betroffen.

Long COVID und anhaltende Muskeler­schöpfung

Viele dieser Beschwerden sind bekannt, darunter der frustrierende Energieverlust, der etwa die Hälfte aller Menschen mit Long COVID trifft. Muskeler­schöpfung kommt jedoch auch bei anderen postviralen Erkrankungen sowie bei Menschen mit neurodegenerativen Krankheiten wie Alzheimer und Parkinson vor.

Allen diesen Erkrankungen ist eine Entzündung des zentralen Nervensystems gemeinsam. Bei COVID-Patienten wurden zudem chemische Marker nachgewiesen, die mit Hirnverletzungen in Verbindung stehen.

Deshalb untersuchten der Entwicklungsbiologe Shuo Yang von der Washington University und seine Kolleginnen und Kollegen mithilfe von Tiermodellen, wie entzündete Neuronen zu gestörten Muskelfunktionen führen können. Sowohl bei Fliegen als auch bei Mäusen identifizierten sie einen Signalweg zwischen Gehirnzellen und Muskeln, der einen Verlust der Muskelfunktion auslöst.

„Fliegen und Mäuse, in deren Gehirn sich mit COVID assoziierte Proteine befanden, zeigten eine verringerte motorische Leistung – die Fliegen kletterten nicht so gut, wie sie sollten, und die Mäuse liefen weder so gut noch so viel wie Kontrollmäuse“, erläutert Johnson.

„Ähnliche Auswirkungen auf die Muskelfunktion beobachteten wir, wenn das Gehirn Proteinen ausgesetzt war, die mit Bakterien verbunden sind, sowie dem Alzheimer-Protein Amyloid beta. Außerdem gibt es Hinweise darauf, dass dieser Effekt chronisch werden kann. Selbst wenn eine Infektion rasch beseitigt wird, bleibt die verminderte Muskelleistung in unseren Experimenten noch viele Tage länger bestehen.“

Die Gehirn-Muskel-Achse und der JAK-STAT-Signalweg

Beim Menschen veranlasst eine Entzündung Neuronen dazu, das Immunzytokin Interleukin-6 (IL-6) freizusetzen. Das Forschungsteam stellte fest, dass ein vergleichbares Protein bei den Versuchstieren über den Blutkreislauf zu den Muskeln gelangte und dort ein zelluläres Programm namens JAK-STAT aktivierte. JAK-STAT drosselte anschließend die Energiemenge, die von den Mitochondrien, den Kraftwerken des Muskelgewebes, erzeugt wird.

„Wir wissen nicht, warum das Gehirn ein Proteinsignal produziert, das die Muskelfunktion bei so vielen unterschiedlichen Krankheitsgruppen derart stark schädigt“, sagt Johnson.

„Wenn wir über mögliche Gründe spekulieren wollen, weshalb dieser Prozess trotz seiner Schäden im Verlauf der menschlichen Evolution erhalten geblieben ist, könnte er dem Gehirn ermöglichen, Ressourcen für sich selbst umzuleiten, während es Krankheiten bekämpft. Wir benötigen weitere Forschung, um diesen Vorgang und seine Folgen im gesamten Körper besser zu verstehen.“

Blockade des Signalwegs als möglicher Behandlungsansatz

Yang und sein Team blockierten diesen Signalweg anschließend bei Fliegen mit Medikamenten und bestätigten so, dass sich der Prozess umkehren lässt, wie es bereits frühere Mausstudien gezeigt hatten. IL-6-Hemmer werden schon erfolgreich gegen Autoimmunerkrankungen wie rheumatoide Arthritis eingesetzt und haben bislang auch bei einigen schweren COVID-19-Fällen vielversprechende Ergebnisse gezeigt.

„Es scheint wahrscheinlich, dass die Gehirn-Muskel-Achse durch Atemwegsinfektionen über den Liquor [die Gehirn-Rückenmarks-Flüssigkeit] aktiviert wird … und noch lange nach der Beseitigung der ursprünglichen Infektion weiter Signale aussendet“, schreiben die Forschenden in ihrer Studie. „Long COVID könnte daher durch chronische Zytokin-Signalgebung verursacht werden.“

Wie SARS-CoV-2 beim Menschen in das zentrale Nervensystem gelangt und dort diese Entzündung auslöst, ist laut den Forschenden weiterhin ein ungeklärter Teil des Rätsels. Dennoch könnten die neuen Erkenntnisse Menschen mit einer Reihe chronischer Erkrankungen dringend benötigte Erleichterung verschaffen.

Indem sich die von unseren Neuronen ausgeschütteten chemischen Stoffe verändern, wird nun deutlich, wie Gehirnentzündungen, die durch viele verschiedene Erkrankungen entstehen, so tiefgreifende körperliche Folgen für unseren gesamten Organismus haben können.

Die Forschung wurde in Science Immunology veröffentlicht.