Infectieuze of chronische ziekten zoals COVID-19, de ziekte van Alzheimer en traumatisch hersenletsel kunnen ontstekingen in de hersenen veroorzaken, of neuro-ontstekingdat verzwakt de spieren. Hoewel wetenschappers zich bewust zijn van dit verband tussen ontstekingen en spierzwakte, zijn de betrokken moleculen en processen onduidelijk.
In ons onderzoek, ons team van neurowetenschappers en biologen heeft de blootgelegd verborgen gesprek tussen de hersenen en de spieren die spiervermoeidheid veroorzaken en mogelijke manieren om dit te behandelen.
Neuro-ontsteking en spiervermoeidheid
Neuro-ontsteking ontstaat wanneer uw centrale zenuwstelsel – de hersenen en de wervelkolom – zijn eigen immuunsysteem activeert om zichzelf te beschermen tegen infecties, gifstoffen, neurodegeneratie en traumatisch letsel. Neuro-inflammatoire reacties komen vooral voor in de hersenen. Maar om onbekende redenen ervaren patiënten ook veel symptomen buiten het centrale zenuwstelsel, zoals slopende vermoeidheid en spierpijn.
Om deze puzzel op te lossen, hebben we hersenontstekingen bestudeerd in de context van drie verschillende ziekten: bacteriële infectie in E. coli-geïnduceerde meningitis, virale infectie bij COVID-19 en neurodegeneratie bij de ziekte van Alzheimer. Vervolgens analyseerden we hoe deze immuunveranderingen de spierprestaties beïnvloeden.
We maten immuunveranderingen in de hersenen van fruitvliegjes en muizen die waren geïnfecteerd met levende bacteriën, virale eiwitten of neurotoxische eiwitten. Na de aanvankelijke accumulatie van toxische moleculen in de hersenen, die vaak toenemen als reactie op spanningen zoals infecties, produceren de hersenen hoge niveaus van cytokinen – chemicaliën die het immuunsysteem activeren – die in het lichaam vrijkomen. Wanneer deze cytokines naar de spieren reizen, activeren ze een reeks chemische reacties het vermogen verstoren van de krachtcentrale van cellen – mitochondriën – om energie te produceren.
Hoewel het resultaat van deze immuunveranderingen de spiervezels niet lijkt te beschadigen, veroorzaakt het wel vermoeidheid. Toen we de spierprestaties van deze dieren maten nadat we ze behandelingen hadden gegeven om de effecten van immuunactivatie te compenseren, ontdekten we dat zowel vliegen als muizen beduidend minder bewogen als reactie op handmatige of mechanische stimuli vergeleken met degenen die niet geïnfecteerd waren. Dit gaf aan dat de dieren een verminderd uithoudingsvermogen hadden.
Gesprekken tussen hersenen en spieren
Onze bevindingen suggereren dat de spiervermoeidheid die het gevolg is van een infectie of chronische ziekte wordt veroorzaakt door: communicatiepad tussen hersenen en spieren dat de energie in de spieren uitput zonder hun structuur of integriteit te verstoren. In tegenstelling tot traditionele verklaringen voor spierdysfunctie die zich richten op oorzaken buiten de hersenen, zoals schade aan de spiervezels, veroorzaakt dit pad direct vermoeidheid.
Sinds het belangrijkste cytokine dat betrokken is bij de communicatie tussen hersenen en spieren, is dat zo geweest gedurende de hele evolutie bewaard gebleven Bij verschillende soorten geloven wij dat deze signaalroute een universeel mechanisme zou kunnen vertegenwoordigen dat de hersenen gebruiken om energie te claimen en opnieuw toe te wijzen om infecties te bestrijden.
Omdat we de hersen-spier-as alleen in de context van vereenvoudigde modellen hebben bestudeerd, weten we niet of deze van toepassing is op complexere aandoeningen zoals fibromyalgie of het chronisch vermoeidheidssyndroom. We weten ook niet hoe een verminderde energieproductie in de spieren correleert met een verminderde energieproductie in de hersenen.
Bovendien werkt de hersen-spier-as via een reeks onderling verbonden stappen. Het precieze mechanisme van deze communicatie en de mogelijke betrokkenheid van andere cytokinen zijn echter onbekend.
Spiervermoeidheid komt vaak voor bij ziekten
Spierzwakte en vermoeidheid zijn dat wel voorkomende symptomen bij meerdere ziektenvariërend van bacteriële en virale infecties tot chronische aandoeningen en neurodegeneratieve aandoeningen. Deze symptomen zijn schrijnend en verminderen de levenskwaliteit van miljoenen mensen wereldwijd.
Zo worstelen de meeste van de 65 miljoen mensen over de hele wereld ermee lange COVID-19 ervaring vermoeidheid uitschakelen van maanden tot jaren duren.
Op dezelfde manier is verminderde spierkracht een veel voorkomend symptoom de ziekte van Alzheimer in een vroeg stadiumeen aandoening die op zijn minst invloed heeft 50 miljoen mensen wereldwijd.
Een beter begrip van hoe neuro-inflammatie spiervermoeidheid veroorzaakt, kan leiden tot mogelijke behandelingen die de spierfunctie verbeteren.
Nieuwe behandelingen aan de horizon
Ons werk suggereert dat het richten op de hersen-spier-as nieuwe behandelingsstrategieën voor spiervermoeidheid zou kunnen bieden.
Momenteel zijn we aan het testen neutraliserende antilichamen – eiwitten die zich binden aan en de functie van cytokines remmen – bij muizen met neuro-inflammatie. Deze door de FDA goedgekeurde behandelingen richten zich specifiek op cytokines die door de hersenen worden uitgescheiden en voorkomen signaaloverdracht naar de spieren. Wij zijn geïnteresseerd in het identificeren welke neutraliserende antilichamen, of combinaties van antilichamen, spiervermoeidheid bij muizen voorkomen.
We plannen ook een lange klinische studie naar COVID om de cytokineniveaus bij patiënten in kaart te brengen. Het is onduidelijk of andere COVID-19-eiwitten ook neuro-ontstekingen en spiervermoeidheid kunnen veroorzaken. Recent bewijs suggereert dat lange COVID-19 mogelijk verband houdt met achtergebleven virusdeeltjes in verschillende organen, waaronder de hersenen, zelfs maanden na infectie. Het is echter onzeker of en hoe dit verband kan houden met de hoge niveaus van cytokines gezien bij lange COVID.
Bij verdere ontwikkeling zou het richten op de hersen-spier-as een nuttige behandeling kunnen zijn voor mensen die langdurig lijden aan COVID-19 en andere ziekten die hersenontsteking veroorzaken.
Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd op Het gesprek door Diego E. Rincon-Limas aan de Universiteit van Florida en Aaron N. Johnson aan Arts & Sciences aan de Washington University in St. Louis. Lees de origineel artikel hier.
