冠状病毒神经损伤1人类冠状病毒具有神

医院神经内科刘韬冯国栋译

Humancoronavirus:respiratorypathogensrevisitedasinfectiousneuroinvasive,neurotropic,andneurovirulentagents

1.背景

中枢神经系统是一个高度复杂的生物系统，它使得生命得以延续并确保其生活质量。然而，就像生物体的其他部分一样，它对大多数感染并不具有免疫功能，尤其是对病毒性感染。穿透中枢神经系统并呈现出神经侵袭性的病毒通常也是嗜神经的，这意味着它们感染神经细胞（神经元和胶质细胞）从而产生神经毒性，从而参与神经系统疾病的发展。

神经系统疾病种类繁复且大多仍未被很好地了解，但一个不变的事实是它们通常以神经细胞丢失而告终，而造成细胞死亡的机制各不相同。这些病理情形可能是由遗传因素、环境因素或二者结合而被引起或延续。具有潜在神经致病性的病毒是推测或已知的与此有关的几个环境因素之一。事实上，一个病毒源性的神经系统疾病常被纳入可能诊断中，但引起病毒性神经系统综合征的病毒来源往往难以鉴别，因为中枢神经系统病毒感染常被认为是全身性病毒性疾病的并发症。一些具有神经毒性的病毒能够感染神经元和/或神经胶质细胞，导致急性疾病（例如，由狂犬病引起的死亡；和/或慢性疾病（如麻疹病毒相关的亚急性硬化）全脑炎（SSPE）。其中某些疾病一度被描述为退行性，如SSPE，实际上是在临床症状出现前具有长时间无症状潜伏期的慢病毒感染。神经病理学可表现为感染直接改变细胞功能的结果，也可能是感染间接地改变细胞功能的结果：例如产生的促炎介质（神经炎症）对神经细胞产生有害影响，或将白细胞吸引到的感染部位，或两者兼而有之。

在一长串具有神经侵袭性、嗜神经性和神经毒性的病毒中，属于巢病毒目的冠状病毒被认为与包括MS、PD、AD在内的多种神经退行性疾病相关。对大多数而言。冠状病毒主要和上呼吸道感染相关，但在婴幼儿、老年人或免疫缺陷等易感人群中，其也和肺炎、哮喘急性加重等下呼吸道感染有关。与SARS-CoV不同的是，其他人类冠状病毒（HCoVs）在季节性暴发中呈现出共同流行的特点，而SARS-CoV则在年后再未在人类中被发现。近年来，数种冠状病毒被发现可引起动物的神经系统症状，而在5种已知可以感染人类的冠状病毒中，至少有3中具有神经侵袭性和嗜神经性。

2.病毒与人类神经系统疾病

人类中枢神经系统的病毒感染确实会发生，并常常引发急性脑炎，由于不同的病毒具有不同的亲嗜性，其在某些病例甚至会导致死亡。狂犬病毒，单纯疱疹病毒（HSV），以及节肢动物来源的的黄病毒：包括西尼罗河病毒（WNV）、日本脑炎病毒（JEV）和登革热病毒，都是可诱发人类脑炎的病毒的典型代表。某些病程较长的人类神经系统疾病也可能与病毒感染有关。在艾滋病性痴呆中，人类免疫缺陷病毒（HIV）诱导海马区神经元变性，进而导致运动功能障碍和认知障碍。进行性多灶性白质脑病（PML）是一种严重的脱髓鞘疾病，长时间的免疫抑制导致潜伏的多瘤JC病毒活化。亚急性硬化性全脑炎（SSPE）是一种进行性的致命神经系统疾病，其也有明显的病毒性起源：即在中枢神经系统中持续存在的麻疹病毒。然而，在另一些慢性的人类神经系统疾病中，由于难以确定病毒性因素的介入的时间点确定某一特定病毒的作用往往非常困难。在这方面，Giovannoni等人（年）通过改编SirAustinBradfordHill的《forcausation》（Hill）制定了一系列新的标准。根据这些作者的观点，当我们想要评估任何特定病毒与多发性硬化病因学的相关性时，这些“新”标准应该取代科赫的假设。很明显，这些标准也可以更有效地满足其他可能与病毒感染有关的长病程人类神经系统疾病的诊断的相关要求。此外，HSV-1和HHV-6被认为是潜在的引起或加重AD的感染性因素。甲型流感病毒被认为是一个可能增加PD风险的因素，而病毒性呼吸道感染也被描述为一种促进PD进展的可能原因。流行病学研究也揭示了肌萎缩性脊髓侧索硬化症和疱疹病毒、埃可病毒之间的联系。最后，某些精神性疾病也被提出可能是博尔纳病病毒（BDV）感染的后续病变所致。

3.冠状病毒：概述

冠状病毒属于冠状病毒科，它们分属于三个不同的属，即α-、β-、γ-冠状病毒属，主要分布在呼吸道和肠道。它们在人、猫、猪和啮齿类动物等宿主身上表现出嗜神经性和神经侵袭性。冠状病毒是所有RNA病毒中基因组最大者，同时其还形成包膜。冠状病毒的遗传物质大小约为30kb，为一多聚腺苷酸化的正义RNA单链，其上有4或5个编码结构蛋白（S，E，M，N；β-冠状病毒属还有HE蛋白）的基因，还有一些编码非结构蛋白的基因。

突刺蛋白（S）是一种大型的1型跨膜糖基化蛋白，其负责识别介导病毒感染细胞的膜受体。S蛋白大部分暴露在病毒包膜外，在电子显微镜下可以看到它形成一种同源三聚体，这使得病毒具有“王冠”样结构特征，也是其名字的来源。包膜（E）蛋白是一种固定在病毒包膜中的小型结构蛋白，其在病毒粒子的装备和病毒包膜的适度弯曲中起作用。膜（M）蛋白具有三个跨膜结构域，并与其他所有结构蛋白相互作用，从而有助于形成和维持病毒粒子的结构。核衣壳蛋白（N）与病毒基因组相关，并在将病毒粒子的包装螺旋形核衣壳中起重要作用。血凝素酯酶（HE）仅存在在大多数β-冠状病毒属的毒株中，和S蛋白一样，它也是1型跨膜蛋白，并形成同源二聚体。其与不同类型的唾液酸相互作用，在红细胞凝集中起明显作用。HE蛋白还具有乙酰酯酶的功能，其在感染早期，或在β-冠状病毒复制周期结束，病毒颗粒从被感染的细胞中被释放时发挥作用。ORF1a和1b占据了病毒基因组的大部分，它们编码两种多聚蛋白（pp1a和pp1ab），多聚蛋白被两个病毒蛋白酶裂解产生15-16个非结构蛋白（nsp），后者都在病毒的复制过程中起作用。其他非结构蛋白（ns）是附属蛋白，可能主要在发病机制和病毒-宿主相互作用中起作用。

4.可侵入中枢神经系统的非人类冠状病毒

4.1小鼠肝炎病毒

第一个嗜神经型冠状病毒是小鼠肝炎病毒（MHV），它β-coronavirus属的成员。它是在年JHM毒株从伴有广泛的脱髓鞘改变的播散性脑脊髓炎的小鼠体内分离出时被发现的。

MHV是最典型的冠状病毒之一。它感染小鼠和大鼠，且一些菌株是具有嗜神经性和神经侵袭性的，导致从肝炎到脑炎和慢性脱髓鞘的一系列疾病。它是一些很好的综述的主题，这些综述描述了它在神经系统疾病中的各个方面的含义，并强调了病毒和宿主因素在神经系统疾病中的重要性。简单地说，MHV可以经由嗅神经，并以通过跨神经元途径侵入中枢神经系统。在中枢神经系统感染的急性期，MHV可诱发脑炎，并可感染不同类型的细胞。病毒在脑内广泛播散并迅速到达脊髓，同时诱发以细胞因子、趋化因子和基质金属蛋白酶（MMP）上调为主的抗病毒固有免疫反应。MHV也可以持续存在于中枢神经系统，并诱发慢性脱髓鞘疾病，这类似于在人类多发性硬化中观察到的情况，均有免疫诱导的部分。此外，在C57BL/6小鼠模型中研究者发现，具有中度神经毒性的MHV-A59毒株可调节中枢神经系统多个基因的表达水平，包括几个免疫相关基因。这种调节在转录组水平伴随着自身髓磷脂碱性蛋白反应性T细胞的激活。

4.2猪冠状病毒

猪血凝性脑炎病毒（PHEV）在仔猪中被证实可引起从肠胃炎到脑脊髓炎等多种疾病。该病毒是从几年前患脑脊髓炎的乳猪的大脑中分离出来的，而这种疾病可以通过鼻腔接种在仔猪身上进行实验复制。此外，在小鼠模型上证实了病毒的神经侵袭性和神经趋向性。PHEV在中枢神经系统诱发炎症反应的能力较弱，被其感染的细胞也无细胞病理学改变

4.3猫冠状病毒

猫感染性腹膜炎（FIP）是一种由猫冠状病毒高毒性变体（FIPV）引起的常导致猫死亡的疾病。这种变体可能是天然存在的，也可能是由毒性稍弱的猫肠道冠状病毒（FECV）获得突变后产生的结果。肠道被认为是病毒持续存在的主要部位，但病毒也存在于健康猫的巨噬细胞中。这些被感染的巨噬细胞播散至全身并触发免疫反应，导致微肉芽肿形成、血管炎、器官衰竭和死亡。每3只患有FIP的猫中就有1只患有神经性FIP。

神经性FIP表现为部分免疫介导，可在脑内不同部位产生无法控制的炎症，导致包括脑膜炎甚至脊髓受累在内的多种病理表现。在神经性FIP中，受FIP影响的脑组织中通常仅存在少量的病毒，但是炎症细胞仍然被募集至脑组织，并且似乎通过不受控制地分泌细胞因子而导致疾病

5.可侵入中枢神经系统的人类冠状病毒

各类冠状病毒的结构和复制方式在分子水平上都是相关的。因此，从历史上看，HCoV可能参与神经疾病的推测源于HCoV与嗜神经动物冠状病毒在结构和生物学上的密切联系。但直到今天，这一推测还没有从任何已知的人类神经病理学改变上得到验证。然而，HCoV-E和HCoV-OC43被证明是具有神经侵袭性和嗜神经性的。人类中枢神经系统中HCoV存在的意义以及可能对神经系统疾病的相关影响将在下一节中讨论。

6.人类冠状病毒：呼吸道病原体的流行病学

HCoV在20世纪60年代中期首次从上呼吸道疾病患者中分离出来。直到年秋季，仅有的两个已知的血清型，即菌株OC43和E，它们是导致10-35%的普通感冒的呼吸道病原体。在过去十年中，发现了几种新的冠状病毒，包括人类HCoV-NL63、HKU1和SARS-cov（SARS的病原体）。

因此，HCoVs现在有五种不同的毒株：HCoV-E，-OC43，-NL63，-HKU1，和SARS-CoV。除了SARS-CoV外，HCoV主要与全球上、下呼吸道疾病有关。然而，即使在年SARS流行之前，HCoV也经常与新生儿严重的呼吸窘迫有关，同时其也是哮喘急性加重的重要诱因。最近，HCoV被认为与婴儿和免疫缺陷患者的急性下呼吸道感染（包括肺炎）相关。正如Vabret及其合作者所总结的，当下有两种HCoV感染的流行病模式需要被区分。除了SARS-CoV之外的HCoV在季节性流行期间共同传播，它们分布在全世界，尽管“区域性”分布可能因地理区域和季节而有所不同。另一方面，SARS-CoV造成了21世纪第一次感染性疾病大流行。在年秋季至年夏季之间，共有SARS疑似病例被报道，病死率约为10%。而在世界各地强有力的公共卫生政策干预下，年7月时SARS已停止了大规模传播。在年秋季至年春季期间，中国和新加坡只报告了少数零星病例，其中大多数是实验室相关感染。自SARS疫情结束以来，已确认蝙蝠是SARS-CoV的天然宿主。

在5个HCoV毒株中，至少可确定HCoV-E、HCoV-OC43以及SARS-CoV具有神经侵袭性，可在人脑中检测到病毒RNA。

7.人类呼吸道冠状病毒侵入中枢神经系统

根据Talbot和他的合作者对SARS-CoV以外的HCoVs和SARS-CoV的研究，感染人类的冠状病毒主要是呼吸道病原体，它们通常首先攻击呼吸道的上皮细胞。

影响病毒引起的病理生理过程的一个因素是组织或特定器官中对这种病毒敏感的细胞类型。病毒通过受体与靶细胞结合是感染的关键的早期步骤。HCoV-E的靶点为（APN），也称为CD13；SARS-CoV和HCoV-NL63的靶点是血管紧张素转换酶2（ACE2）；SARS-CoV也可以L-SIGN（CDL）作为靶点。然而，HCoV-HKU1和HCoV-OC43的细胞靶点仍有待鉴定。以N-乙酰-9-O-乙酰神经氨酸形式存在的唾液酸被确认为是HCoV-OC43感染过程中病毒S蛋白的配体和受体决定簇，并且现在已知该特殊形式的唾液酸在病毒感染人体内易感上皮细胞和神经细胞过程中起重要作用。主要组织相容性复合体（MHC）I类C分子（HLA-C）最近被鉴定为HCoV-HKU1促进易感细胞感染的附着因子。上述所有已知受体均在呼吸道和包括中枢神经系统在内的其他组织的不同细胞类型中表达。

HCoVs是公认的呼吸道病原体，然而，在呼吸道以外的组织，包括中枢神经系统，检测到传染性颗粒、抗原或RNA。作为神经侵袭性病毒，HCoV-E和-OC43以及SARS-CoV等病毒可能从外周通过两条不同的途径传播。第一种为血源性传播，指的是血液中存在某种病毒，该病毒可以在感染血脑屏障内皮细胞（BBB）之前保持一段时间的游离状态，也可以感染白细胞并使其成为病毒的储备库。这两种情况都发生在HIV感染中枢神经系统的过程中。事实上，感染HIV的白细胞通过血脑屏障是引起中枢系统感染的途径之一，而即使病毒复制率很低，构成血脑屏障的内皮细胞也可能被病毒直接感染。病毒向中枢神经系统传播的第二种形式是通过神经元传播，即病毒感染外周神经元，并利用这些神经细胞内的轴浆运输机制进入中枢神经系统。

已有报道证明人类白细胞系和单核细胞/巨噬细胞可被HCoV-E和HCoV-OC43感染。被HCoV-E感染的腹腔内巨噬细胞和表达人类的APN的小鼠树突状细胞表明HCoV可能使用这些细胞传播到其他组织，在那里他们可能与其他病例改变相关。SARS-Co也被证明能够感染人类单核/巨噬细胞并产生少量的传染性颗粒。此外，单核细胞来源的树突状细胞也容易受到SARS-CoV的低水平产毒性感染。

冠状病毒血源性感染神经系统的机制

体外培养的人类单核细胞系THP-1和人类原生单核细胞在被HCoV-E感染后激活均可产生TNF-α和MMP-9。因为活化的单核细胞进入组织时会变成巨噬细胞，这种活化表明被HCoV-E感染的单核细胞在体内会被激活，从而促进它们向其他组织的转移，特别是在免疫缺陷的个体中，而这一情况也可在小鼠巨细胞病毒（MCMV）中观察到。HCoV-E只能感染部分免疫缺陷的转基因小鼠，提示HCoV-E可以利用免疫抑制环境，在易感个体内传播到不同器官。在人类白细胞系中持续感染的建立也与单核/巨噬细胞作为HCoV-E向其他组织（包括神经侵袭性HCoV的中枢神经系统）的储存库和载体的可能性一致。同样的情况也可能发生在感染SARS-CoV的单核-巨噬细胞上，一项小鼠模型研究表明，鼻内感染后，病毒在进入大脑之前主要在肺部复制。此外，考虑到SARS-CoV能够调节树突状细胞的固有免疫功能，我们也可以推测这些细胞也可以作为这种病毒的最终宿主，使得病毒进入并持续存在于中枢神经系统中的。我们的研究结果表明，HCoV也能感染体外培养的人血脑屏障内皮细胞（未发表的数据）；而我们推测SARS-CoV在引发病毒血症后也能感染人血脑屏障内皮细胞，因为ACE-2和CDL都在人血脑屏障内皮细胞上表达。

冠状病毒通过嗅神经跨神经侵入中枢神经系统的机制：鼻腔滴入HCoV-OC43，3天后即可在嗅球检测到冠状病毒抗原，1周后可以在皮层和脑干检测到病毒抗原，之后海马和齿状回均可检测到病毒抗原，而小脑不受累及。

另一方面，经鼻感染后，HCoV-OC43和SARS-CoV均可感染小鼠肺部且具有神经侵袭性，因为HCoV-OC43和SARS-CoV均可在易感小鼠的中枢神经系统中检测到。因此，这两种冠状病毒可能通过血行传播或经由嗅神经的跨神经元途径进入中枢神经系统。此外，HCoV-OC43一旦进入大脑，就能在皮质和髓质传播，但小脑可不受感染。海马体是大脑中另一个易受HCoV-OC43感染的结构。

7.1除SARS-CoV以外的人类冠状病毒：与人类神经系统疾病之间的联系

传统上，四项科赫法则已被应用于确定某一特定感染源是否引起特定疾病。然而，正如弗雷德里克斯和雷尔曼的工作所呈现的那样，科赫法则在某些情况下需要重新考虑。一些病毒感染，尤其是与疾病相关的慢病毒感染是一种罕见的特殊感染的表现形式，而在此种情况下科赫法则应该被取代。两个典型的例子可说明这种情况：第一，只有少数感染EBV的人将发生伯基特淋巴瘤；第二，只有约1%感染HTLV-1的患者将发展出热带进行性痉挛性截瘫。

HCoV-E和HCoV-OC43被发现与多种神经系统疾病相关。PD患者脑脊液中发现抗病毒抗体和HCoVRNA的报告提示HCoV和PD存在关联。此外，通过检测三例PD患者病毒RNA，发现三者HCoV-E均呈阳性，其中一名患者HCoV-OC43也呈阳性。与许多神经退行性疾病一样，遗传和环境因素似乎与PD的病因有关。甲型流感被描述为一个可能增加PD风险的因素，而病毒性呼吸道感染一般也被认为是和PD进展相关的一个可能的危险因素。

多发性硬化（MS）是另一种人类神经系统疾病，一种或多种感染性因素可能在本病中触发作用，而病毒最有可能是遗传易感性个体发病的罪魁祸首。有一种推测认为一些嗜神经性病毒可能参与了多发性硬化症的发病过程，但它们参与发病过程的机制可能是直接或间接的。然而，研究并没有分离出任何特定的病毒或建立任何病毒与MS的直接联系。从两名MS患者的中枢神经系统分离出冠状病毒的事实提示了该病毒可能与MS相关。其他报道包括鞘内抗体合成和超微结构观察。一份报告显示，在MS患者中，感冒与MS加重显著相关，并提示HCoV-e感染与MS显著相关；另一份探讨病毒感染和MS关联的报告评论，季节性的HCoV感染模式确实符合观察到的发生MS加重的情形。急性播散性脑脊髓炎（ADEM）是一种神经系统疾病，以髓鞘损伤引起的脑和脊髓炎症为特征，在非特异性上呼吸道感染后最常见。尽管种病因不明，但在一名患有ADEM的儿童的中枢神经系统中检测到HCoV-OC43。

如前所述，尽管HCoV-E和HCoV-OC43与人类神经病理学之间的直接相关性仍有待研究，但对人类大脑RNA的检测确实证实了它们确实具有神经侵袭性。此外，这些中枢神经系统中发现HCoV的案例可能代表了一个新的情形，此而时传统的科赫法则应该被先前引用的校正过的Hill法则所取代。

尽管HCoV-NL63和HKU1从未在人类中枢神经系统中被检测到，但最近的一份报告表明，它们可能是严重精神障碍患者的共病风险因素。这篇报告的作者对他们得出的结论很谨慎，因为基于患者血清中对这些病毒特异性的IgG高滴度，他们知道HCoV与近期发生的精神病症状之间的联系是高度间接的。然而，评估HCoV-NL63和HKU1神经侵袭性程度的研究是有必要的。

7.2SARS-CoV：与人类神经系统疾病的可能联系

年，香港一名32岁女性SARS患者的脑脊液中检测到病毒RNA，从而首次怀疑SARS-CoV具有神经侵袭性。第二年，SARS-CoV的神经侵袭性被证实。病毒从一名SARS患者的脑组织中被分离，而该患者表现出神经症状，神经病理学表现为神经细胞坏死及胶质细胞活化、胶质细胞分泌趋化因子CXCL9/Mig（由γ-干扰素诱导表达的单核因子）上调、以及T细胞和巨噬细胞的浸润。同年，另一份报告指出，在8名死于SARS的患者的大脑中也检测到SARS-CoV的RNA，其大量存在于下丘脑和皮层神经元的细胞质中。此外，在8个接受尸体解剖的大脑中有6个观察到水肿和分散的红色变性。因此，SARS-CoV具有神经侵袭性和嗜神经性，可能与神经系统疾病的发展有关。此外，利用表达人类血管紧张素转换酶2（ACE-2）这一SARS-CoV感染易感细胞时的细胞受体的转基因小鼠模型的研究结果强调了SARS-CoV在中枢神经系统感染中的作用。事实上，这些研究还表明SARS-CoV可以在鼻内感染通过嗅球侵入中枢神经系统，甚至在腹腔内感染后也可侵入中枢神经系统，并造成神经元损失。

8.人类冠状病毒的可能神经致病机制

病毒感染少突胶质细胞后，可能通过改变其正常功能或细胞溶解导致脱髓鞘疾病，如JCV的再激活可在PML的发生发展中诱导少突胶质细胞进行性溶解。髓磷脂成分的释放也可能为自身免疫攻击提供靶点。星形胶质细胞和小胶质细胞的感染或激活可能导致炎性介质的释放，从而损害少突胶质细胞。

几年前，HCoV-OC43被证明能有效感染体外培养的小鼠中枢神经系统细胞；人类胎儿神经胶质细胞也易受HCoV-OC43感染，但未检测到感染性病毒。多年来，我们的研究表明，人类中枢神经系统的代表性细胞系HCoV-E和HCoV-OC43的产毒性感染，包括病毒持续性感染都是易感的。体外培养的胎儿和成人的星形胶质细胞和成人的小胶质细胞对上述2种HCoV菌株均易感，这一结果和HCoV可感染成人少突胶质细胞和人类大脑内皮细胞的结论是一致的（未公开的数据）

此外，利用另一种小鼠模型，我们还发现HCoV-OC43可诱发急性空泡性脑炎和中枢神经系统持续性感染，并造成运动功能障碍，这表明如嗜神经性和神经侵袭性HCoVs一类的呼吸道病原体可能与易感个体的神经退行性疾病有关。小鼠冠状病毒MHV（HCoV-OC43在小鼠中的对应体）可在从发生免疫介导的急性脑炎幸存的小鼠的脑和脊髓引起以局灶性脱髓鞘为特征的白质慢性病理改变。HCoV-OC43似乎可在中枢神经系统稳定存在并参与类似MS的慢性脱髓鞘病变的发展。此外，我们已经证明MHV可以激活髓磷脂碱性蛋白反应性T细胞，并在MS患者中发现了HCoV-髓磷脂T细胞交叉反应性。此外，HCoV-OC43在持续感染人类神经细胞后可获得的突刺蛋白（S）相关的突变，能够在易感小鼠脊髓中诱发类似于在MS患者中观察到的慢性脱髓鞘性病变。这表明，持续感染神经细胞的过程中HCoV-OC43获得了突变，这些突变可能改变了病毒在中枢神经系统中传播的能力并和脊髓脱髓鞘相关，最终改变了易感宿主的神经病理学表现。

我们已经证明被HCoV-OC43感染的星形胶质细胞和小胶质细胞被激活并产生促炎介质。中枢神经系统的胶质细胞，尤其是小胶质细胞的激活现在被认为是包括MS和AD在内的神经系统疾病的一个标志。如HCoV等进入中枢神经系统的病毒被认为是造成释放促炎分子如细胞因子、趋化因子、一氧化氮（NO）和活性氧中间体，以及对浸润T细胞的局部抗原提呈等神经病理变化的主要可能因素之一。对病毒与小胶质细胞相互作用的研究可能是某些神经致病机制的关键。尽管在非常年幼的孩子身上发现艾滋病病毒感染神经元的证据，HIV并不能在成人的中枢神经系统内感染神经元，因此认为，艾滋病性痴呆中神经元的损伤可能是由被感染的巨噬细胞浸润并释放MMP等可溶性细胞介质或被感染胶质细胞释放的HIV蛋白质所致。我们的研究结果显示，HCoV-OC43在小鼠原代细胞培养和在体情况下均可诱导神经元凋亡，而这些凋亡的细胞可感染或未感染病毒。HIV病毒感时情形与之类似，可溶由神经胶质细胞释放的可溶性细胞介质可能与周围的神经元变性等神经病理学改变相关。如上所述，HCoV-E和HCoV-OC43有可能感染中枢神经系统的不同细胞。然而，我们证明神经元是HCoV-OC43易感小鼠中枢神经系统的主要靶细胞，在源于小鼠中枢神经系统的细胞原代细培养、经改良后试剂盒处理的源于人类NT2细胞系的分化后的神经元和星形胶质细胞共培养中也观察到了这一现象。

NT2细胞系也可被诱导分化为95%为神经细胞的NT2-N，它表达多种人类神经细胞具有标志物。尽管部分NT2-N细胞在HCoV-OC43感染后死亡，但大部分细胞仍能维持产毒感染至少25天。在分析NT2-N感染细胞的转录组调制的过程并用RT-PCR进行验证时发现，很明显与其他冠状病毒在不同的细胞类型中的行为类似，HCoV-OC43在NT2-N和LA-N-5细胞系中诱导与未折叠蛋白反应（UPR）相关的几个基因的表达调节。UPR与内质网应激的诱导有关，是一种作用于细胞内环境稳态的过程，但当刺激过强或持续时间过长时，内质网应激对细胞有害。此外，内质网应激和UPR受损与人类神经系统疾病有关。使用HCoV-OC43的两个不同变体，我们能够建立神经元细胞中UPR的强度和持续时间与病毒S蛋白之间的联系。事实上，与野生型HCoV-OC43病毒相比，在人类神经细胞持续感染过程中获得的S蛋白假定受体结合域两点点突变的变异株会导致更强的UPR，最终导致caspase-3的激活和神经元细胞的死亡。这是特别有趣的现象，因为我们之前的研究已经表明，在受感染小鼠的大脑和源于小鼠中枢神经系统混合原代培养的细胞中均可发现caspase-3的激活和明显的细胞凋亡。

对HCoV-OC43感染的NT2-N神经元细胞的转录组调制分析也表明，感染后可与多种代谢途径相关的不同基因家族表达水平可能出现上调或下调。例如，与UPR诱导相关的基因被归入“生物合成和降解”家族中。在HCoV-OC43感染的神经元细胞中，该家族中几个基因的表达调节与内质网应激和有效的UPR直接相关。因此，可以认为，评估感染细胞的完整转录组肯定有助于更完整地解读感染后神经元细胞反应。在这方面，我们实验室最近的研究结果清楚地表明，“凋亡/存活”和“神经信号传递/神经发生”两个基因家族在神经元对HCoV-OC43感染的反应中通过不同通路发挥重要作用。

冠状病毒主要通过兴奋性毒性作用引起神经元死亡

相邻神经元之间的神经信号传递是中枢神经系统的一个重要过程，其中谷氨酸是参与多种功能的主要兴奋性神经递质。在生理条件下，谷氨酸由神经元合成并在突触间隙释放。在中枢神经系统中存在两种介导突触传递的谷氨酸跨膜离子受体。第一个叫AMPA受体，第二个叫NMDA受体。下游AMPA受体的激活使钠离子进入突触后神经元，介导神经元膜的去极化。星形胶质细胞使用另一种类型的谷氨酸受体，称为谷氨酸转运蛋白1（GLT-1）并通过该受体摄取谷氨酸，清除突触间隙中多余的细胞外谷氨酸。谷氨酸稳态的破坏可能导致神经元变性和最终由兴奋毒性导致细胞死亡的过程，这是由于质谷氨酸的过度刺激其特定的受体（AMPAR和NMDAR）造成的。有趣的是谷氨酸的兴奋毒性被证明在如WNV，Sindbis病毒，JEV，HIV和HSV等病毒感染中起作用。在艾滋病性痴呆期间，大脑神经元亚群的丢失也与神经胶质细胞激活、细胞因子释放和兴奋性毒性的传递等间接机制有关。我们最近在小鼠模型中发现，在HCoV-OC43感染期间，海马神经元的死因可被部分归咎于这种谷氨酸带来的兴奋毒性，因为在使用AMPA受体拮抗剂（GYKI-）治疗的小鼠中，海马神经元受到部分的保护作用并免于退化。因此，中枢神经系统的HCoV感染也可能涉及兴奋毒性，且可能是与此类感染相关的神经系统疾病的病因。从科学的角度来看可以发现这一过程还与多种人类神经系统疾病相关，如亨廷顿病，AD，PD，ALS以及MS。

关于其他可能感染人类的冠状病毒的潜在神经毒性的研究较少。然而，研究者已经收集了一些与SARS-CoV潜在神经毒性机制相关的有趣的数据。小鼠中枢神经系统被SARS-CoV感染后，嗅球和小脑几乎没有受累，但在大脑、丘脑和脑干的大量神经元中科检测到SARS-CoV。小鼠的死亡发生在免疫细胞显著浸润中枢神经系统之前，提示在脑炎尚未发生时神经元的快速感染是致死的原因。此外，研究还表明直到次年SARS-CoV才能够通过嗅球进入大脑，并且能够通过跨神经元途径迅速扩散到与嗅球相连的大脑区域。此外，感染SARS-CoV的小鼠可能由于大脑特定区域神经元感染的而死亡或遗留功能障碍，包括位于延髓的心血管-呼吸中枢。这一事实引起了人们的高度