[Transmission routes of neuropathogenic pathogens-Possible mechanisms of neuroinvasion]

Nervenarzt. 2023 Jan 23;1-10. doi: 10.1007/s00115-022-01428-6. Online ahead of print.
[Article in German]

Abstract

Despite natural protective barriers, many human pathogens can penetrate the nervous system. The pathogens have developed sophisticated mechanisms to overturn the privileged immune status of the nervous system. The central nervous system (CNS) has natural barriers and immunological protective mechanisms, such as the blood-brain barrier (BBB) and the blood-cerebrospinal fluid barrier (BCSFB), that prevent the invasion of pathogens. Bacteria enter the CNS, for example, through transcellular penetration, paracellular entry or via infected leucocytes from the peripheral circulation. Viruses can enter the CNS by hematogenous routes, by direct infection of endothelial cells or by paracellular passage between disrupted endothelial cells (cribriform plate). Also, a few "enhanced barriers", such as the cribriform plate and circumventricular organs (CVO) can serve as entry points for viruses. Viruses can also gain access to the CNS by infection of peripheral nerves. Importantly, most successful neurotropic pathogens are not necessarily restricted to a CNS entry portal. The majority of viral pathogens are of animal origin. Through sometimes sophisticated immune mechanisms for example in bats, highly pathogenic pathogens arose through cross-species transmission. In the last 50 years, various viruses, such as West Nile, Ebola, Marburg, Zika, Nipah and Hendra viruses have also been transmitted from animals to humans. Knowledge of these biological strategies is crucial to hinder, contain or prevent CNS infections.

Trotz natürlicher Schutzbarrieren können viele humanpathogene Erreger in das Nervensystem eindringen. Krankheitserreger haben ausgefeilte Mechanismen entwickelt, um die privilegierte Immunstellung des Nervensystems auszuhebeln. Das Zentralnervensystem (ZNS) besitzt natürliche Barrieren und immunologische Schutzmechanismen, wie die Blut-Hirn- oder die Blut-Liquor-Schranke, die das Eindringen von Pathogenen verhindern. Bakterien gelangen bspw. durch transzelluläre Penetration, parazellulären Eintritt oder über infizierte Leukozyten aus dem peripheren Kreislauf in das ZNS. Viren können auf hämatogenen Wegen, durch direkte Infektion der Endothelzellen oder durch eine parazelluläre Passage zwischen gestörten Endothelialzellen (kribiforme Platte) in das ZNS gelangen. Aber auch „verstärkte Barrieren“ wie die Lamina cribrosa und zirkumventrikuläre Organe (CVO) können dem Virus als Eintritt dienen. Auch können Viren durch Infektion peripherer Nerven Zugang zum ZNS erhalten. Wichtig ist, dass die meisten erfolgreichen neurotropen Erreger nicht unbedingt auf ein ZNS-Eintrittsportal beschränkt sind. Ein Großteil viraler Erreger sind tierischen Ursprungs. Durch zum Teil ausgefeilte Immunmechanismen, bspw. in Fledermäusen, entstanden hochpathogene Krankheitserreger durch sog. artübergreifende Übertragung („cross-species transmission“). In den letzten 50 Jahren wurden verschiedene Viren wie u. a. West-Nile‑, Ebola‑, Marburg‑, Zika‑, Nipah‑, Hendra-Viren von Tieren auf Menschen übertragen. Zur Verhinderung, Eindämmung oder Prävention von ZNS-Infektionen ist die Kenntnis dieser biologischen Strategien von entscheidender Bedeutung.

Keywords: Bacteria; Blood-brain barrier; Fungi; Interspecies transmission; Viruses.

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