Forscher entschlüsseln Pathomechanismen der kardialen Beteiligung bei COVID-19

Während die Pathophysiologie der pulmonalen COVID-Manifestation weitgehend entschlüsselt wurde, sind die zugrunde liegenden Pathomechanismen der kardialen Beteiligung weitgehend unbekannt. Dabei klagt etwa jeder Dritte nach einer schweren COVID-Erkrankung über Beschwerden und Funktionseinschränkungen des Herzens. Das Spektrum reicht von einer Myokarditis bis zu einer chronischen Einschränkung der Pumpfunktion des Herzens.

Jetzt hat ein interdisziplinäres Forschungsteam um Prof. Dr. Danny Jonigk, Christopher Werlein und PD Dr. Mark Kühnel vom Institut für Pathologie der Medizinischen Hochschule Hannover (MHH) mit Hilfe molekularer Verfahren und eines Mikroskopieverfahrens gezeigt, wie die andauernde Entzündung bei COVID-19 das Herzgewebe angreift. Die Studie wurde im Fachjournal Angiogenesis publiziert.

Die Forscher haben das Herzgewebe aus 24 Autopsien mit bestätigter SARS-CoV-2-Infektion untersucht und diese mit Gewebeproben nach schweren Grippe-Infektionen durch das Influenzavirus H1N1 A (n=16) sowie nach schweren, durch andere Viren verursachte Herzmuskelentzündungen verglichen (lymphozytären Nicht-Influenza-Myokarditis-Fällen (n=8) und nicht entzündetem Herzgewebe (n=9)). Die Forscher verwendeten dabei konventionelle Histopathologie, Multiplex-Immunhistochemie (MPX), mikrovaskulären Korrosionsabguss, Rasterelektronenmikroskopie, Röntgen-Phasenkontrasttomographie mit Synchrotronstrahlung und direkte Multiplex-Messungen der Genexpression, um morphologische und molekulare Veränderungen ganzheitlich zu bewerten.

Auf der Grundlage der Histopathologie erfüllte keine der COVID-19-Proben die etablierten Diagnosekriterien einer viralen Myokarditis. Die Quantifizierung mittels MPX zeigte jedoch – anders als bei den Vergleichsproben – eine große Ansammlung von fehlaktivierten Entzündungszellen, sogenannte CD11b+/TIE2+-Makrophagen, und ihre Vorläuferzellen, die Monozyten. „Diese Monozyten haben eine herausragende Bedeutung als Vorläuferzellen der Blutgefäßneubildung und können in kürzester Zeit das Blutgefäßsystem umbauen“, erklärt Christopher Werlein, Erstautor der Studie.

Ultrastrukturell konnten zudem multifokale Thromben, die in der konventionellen morphologischen Analyse nicht sichtbar waren, nachgewiesen werden. „Diese Ultrathromben verändern den Blutstrom erheblich und damit auch die Sauerstoffversorgung“, betont PD Dr. Kühnel. Das ruft die Monozyten auf den Plan, die sich an die inneren Gefäßwände heften und dort neue Verzweigungen ausbilden. Diesen Gefäßumbau – intussuszeptive Angiogenese genannt – hat das Team bereits zuvor in anderen Organen von COVID-Betroffenen als charakteristisches Schädigungsmuster beschrieben.

Was möglicherweise als kurzfristige Rettungsreaktion des Körpers gedacht ist, um den verminderten Blutfluss und die Unterversorgung mit Sauerstoff auszugleichen, könnte zur chronischen Schädigung des Herzens und zu Long COVID führen, vermuten die Forschenden. „Wir kommen zu dem Schluss, dass es sich bei der Herzbeteiligung bei COVID-19 um einen angiozentrischen, von Makrophagen gesteuerten Entzündungsprozess handelt, der sich von den klassischen antiviralen Entzündungsreaktionen unterscheidet und durch konventionelle histopathologische Analysen erheblich unterschätzt wird", betont Jonigk.

„Zum ersten Mal haben wir die intussuszeptive Angiogenese im Herzgewebe, die wir zuvor als Dreh- und Angelpunkt des vaskulären Remodelings bei COVID-19-Pneumonie identifiziert hatten, als pathognomisches Zeichen in betroffenen Herzen beobachtet. Darüber hinaus haben wir CD11b+/TIE2+-Makrophagen als treibende Kraft der intussuszeptiven Angiogenese identifiziert und ein mögliches Modell für die molekulare Regulierung der vaskulären Veränderungen vorgestellt. Auf jeden Fall bestätigen die neuesten Untersuchungen unsere frühere Annahme, dass SARS-CoV-2 systemisch alle Gefäße im Körper angreift und diese langfristig umbaut“, so Jonigk weiter. Die Arbeit ist in Kooperation mit dem Deutschen Zentrum für Lungenforschung (DZL) am Standort Hannover, der Universitätsklinik Aachen, der Universitätsmedizin Mainz und der Georg-August-Universität Göttingen entstanden.