摘要
尽管已有报道指出新冠病毒急性期后遗症(PASC)患者存在大脑改变，但其普遍性及其与神经退行性的关系仍不明确。本研究分析了约感染新冠一年后个体的血液蛋白质和脑部MRI数据，将其分为三组：伴有认知障碍的PASC(Cog-PASC)、无认知障碍的PASC(Other-PASC)以及无显著PASC对照组，包括探索队列、协变量匹配队列和独立验证队列。在探索队列中，Cog-PASC组表现出升高的星形胶质细胞损伤相关蛋白水平，以及多个皮层和皮层下区域的结构和微结构改变，包括扣带回和脑岛皮层变薄、海马顺磁性敏感性增加以及脉络丛体积增大。在年龄、性别和教育程度匹配的队列中，扣带回的皮层变薄和敏感性增加仍具有显著性。血液蛋白质组学分析揭示Cog-PASC中涉及氧化应激反应和突触功能的更广泛改变，与神经退行性通路相关。在验证队列中，神经元和星形胶质细胞损伤相关蛋白水平升高、扣带回和脑岛皮层变薄、海马敏感性增加以及脉络丛体积增大得到证实，确认了这些与神经退行性相关的改变的可重复性。这些发现表明，即使在轻度新冠感染后，Cog-PASC中存在Other-PASC亚型中未观察到的独特神经退行性过程。
引言
严重急性呼吸综合征冠状病毒2(SARS-CoV-2)现已成为地方性流行病，导致长期冠状病毒病(长新冠)或新冠病毒感染后急性期后遗症(PASC)，已成为重大的医疗负担。长新冠表现为多种症状，包括呼吸系统、神经系统、心血管系统、胃肠道、肌肉骨骼和心理问题，这些症状在住院和非住院患者中均可持续超过1年。其发病机制可能涉及多种机制，包括组织损伤、病毒储存库、自身免疫以及与血栓炎症相关的持续补体介导的免疫病理。
新冠感染后可能出现大脑改变。英国生物银行磁共振成像(MRI)研究显示，无论是否存在认知功能障碍，边缘区域和纹状体的弥散指数增加，眶额叶和海马旁区域的皮层厚度减少。近期影像学研究指出长新冠中存在独特的微结构改变，不同症状类型(如认知障碍、嗅觉功能障碍和疲劳)的网络中断各不相同。大脑变化在认知障碍患者中可能更为明显，表现为血脑屏障(BBB)破坏、脑损伤标志物升高和灰质体积减少，即使在感染1年后也是如此。然而，这些大脑变化是代表先前损伤，还是伴有持续的神经退行性过程，以及这些过程是否在所有PASC患者中普遍存在，特别是在经历轻度新冠感染的个体中，尚不清楚。
先进的磁共振成像技术可能提供超越灰质测量的神经退行性见解。铁对代谢、髓鞘合成和神经递质产生至关重要，但过量积累可促进神经退行性。顺磁性敏感性MRI通过检测更快的T2*加权信号衰减来评估脑铁水平，阿尔茨海默病(AD)等疾病中观察到铁沉积增加。脉络丛(CP)形成血-脑脊液屏障并产生脑脊液，在废物清除和调节免疫细胞进入中发挥作用。血-脑脊液屏障破坏可能损害清除功能，导致神经炎症和神经退行性。在神经退行性疾病中观察到脉络丛的结构变化，如体积增大。负责通过脑脊液清除大脑废物的类淋巴系统，可能因神经炎症而受损，导致异常蛋白质聚集——神经退行性的标志。沿血管周围间隙的弥散张量成像分析(DTI-ALPS)通过测量侧脑室的径向水弥散，当类淋巴功能受损时指数降低，这在各种神经退行性疾病中均有观察。除ALPS指数外，其他DTI衍生指标如平均弥散率(MD)、径向弥散率(RD)和分数各向异性(FA)可提供补充见解：MD增加反映整体微结构损伤和水弥散增加，RD升高通常与脱髓鞘相关，FA降低表明轴突完整性和纤维组织丧失。评估铁沉积、CP改变和这些DTI参数的脑成像研究可能有助于阐明SARS-CoV-2感染后大脑中的神经退行性过程。
超灵敏或高通量蛋白质分析可提供对长新冠认知障碍发病机制的关键理解。神经元和胶质细胞释放的重要蛋白质可通过类淋巴系统排入脑脊液，随后进入全身循环，即使在没有血脑屏障破坏的情况下也是如此。随着脑损伤，尤其是血脑屏障受损时，这种释放会增加，为损伤程度和持续病理提供线索。例如，神经丝轻链(NfL)和胶质纤维酸性蛋白(GFAP)水平升高反映神经元和星形胶质细胞损伤，而Aβ42/Aβ40比值改变和磷酸化tau水平升高提示AD病理。除了脑特异性蛋白质外，血液还含有全身炎症和代谢标志物。虽然先前关于长新冠认知障碍的研究已确定了独特的蛋白质组特征，但主要集中在炎症和血管蛋白质上。更全面的蛋白质组分析，纳入多样化的生物通路，可提供对长新冠变化机制的更深入见解。
因此，我们在至少感染新冠3个月后(主要是感染新冠1年后)的个体中采用了先进的脑部MRI和高通量蛋白质组学分析，其中大多数为非住院的轻度新冠感染。参与者分为三组：伴有认知障碍的PASC(Cog-PASC)、无认知障碍的PASC(Other-PASC)和无显著PASC(NS-PASC)。我们假设长新冠中的认知功能障碍会显示独特的神经退行性变化。为此，我们分析了LOCOMOTIVE研究(长新冠结果监测与血液和神经影像学转化研究；cris.nih.go.kr，KCT0007848)的横断面数据，这是一项正在进行的长新冠前瞻性纵向研究。在探索队列中，Cog-PASC组显示出升高的星形胶质细胞损伤相关蛋白、扣带回和脑岛皮层变薄、海马顺磁性敏感性增加以及脉络丛体积增大。在基于年龄、性别和教育程度的协变量匹配队列中，扣带回的皮层变薄和敏感性持续存在。蛋白质组分析揭示了氧化应激反应和突触功能的额外改变，与神经退行性通路一致。在独立验证队列中，神经元和星形胶质细胞损伤相关蛋白升高、扣带回和脑岛皮层变薄以及海马敏感性增加得到重复，确认了这些改变的稳健性。综合而言，这些发现表明，即使在轻度新冠感染后，Cog-PASC中存在Other-PASC患者中不明显的独特神经退行性过程。
结果
人口统计学和特征
LOCOMOTIVE队列由根据入组日期划分的两个独立组组成：探索队列和验证队列(图1a)。在这项初步横断面研究中，确诊为新冠感染且SARS-CoV-2抗体检测呈阳性的参与者被分为三组：Cog-PASC(伴有认知障碍)、Other-PASC(无认知障碍但有其他PASC症状)和无显著PASC(NS-PASC)。在探索队列中进行脑部MRI和血液生物标志物评估，并在验证队列中进行确认性分析。
在探索队列中，前瞻性招募了169名参与者，其中160名纳入分析。在纳入的患者中，28名被归类为Cog-PASC，55名为Other-PASC，77名为NS-PASC(表1)。其中107/160(66.9%)为女性。参与者在感染后中位数12.0个月[IQR 7.0-14.0]入组，MRI在感染后中位数13.0个月[IQR 8.0-15.0]进行，各组间无显著差异。大多数参与者在Omicron流行期间感染。
Cog-PASC组年龄较大，女性比例高于NS-PASC组，但低于Other-PASC组(表1)。Cog-PASC组参与者的教育年限也最少。鉴于各组间年龄、性别和教育程度分布不均，这些变量在所有后续比较分析中进行了调整。大多数参与者经历了轻度新冠感染，不需要住院。Cog-PASC组的蒙特利尔认知评估(MoCA)评分显著低于Other-PASC组和NS-PASC组，中位MoCA评分为24。而疲劳评估量表(FAS)评分(值越高表示疲劳越严重)在Other-PASC组高于Cog-PASC组。然而，PASC评分在两组间相似，均显示轻度症状(中位评分：11，显著症状阈值为12)。与NS-PASC相比，Cog-PASC组和Other-PASC组的症状患病率均较高，两组PASC组之间的症状模式相似，只是Other-PASC组中运动后不适更为频繁(图1b，c)。值得注意的是，脑雾在两组中报告率相当，这与先前发现一致，即自我报告的脑雾不能可靠地反映客观认知障碍。这些发现表明，Cog-PASC个体的其他PASC症状水平通常与Other-PASC组相似。
Cog-PASC组显示脑损伤和神经退行性变化
我们分析了血液样本，使用超灵敏单分子阵列(Simoa)技术测量星形胶质细胞(GFAP)和神经元(NfL)损伤的生物标志物，以及β-淀粉样蛋白(Aβ42/Aβ40比值)和tau(p-Tau181)等AD相关标志物，以研究Cog-PASC组中潜在的脑损伤。Cog-PASC组的GFAP水平显著高于其他组，但NfL、Aβ42/Aβ40比值和p-Tau181水平相当(图2a-d)。GFAP和NfL与MoCA评分测量的认知功能障碍显著相关，而AD相关生物标志物则不然；然而，在调整年龄、性别和教育程度后，这些相关性变得不显著(补充图1a-d)。值得注意的是，GFAP和NfL与疲劳(FAS评分)或其他长新冠症状(PASC评分)均无相关性，即使在未调整的分析中也是如此，表明它们与认知功能的关联比与一般PASC症状的关联更特异(补充图1e-h)。
我们使用自动MRI处理(包括分割和基于表面的形态测量)评估皮层灰质厚度和体积(图2e，f)。大多数区域的皮层厚度总体相当，但与Other-PASC组相比，Cog-PASC组的扣带回、脑岛皮层和海马旁回较薄(表2和图2g)。回归分析显示，脑岛皮层厚度与总MoCA评分显著相关，调整了年龄、性别和教育程度(图2h)。同时，皮层和皮层下区域的体积比较显示无组间差异(表2)。
我们使用χ分离法评估了皮层和深部灰质中的铁沉积，该方法可绘制顺磁性敏感性图(图2e，i)。敏感性通常与皮层厚度呈负相关，在颞叶皮层中尤其显著(图2j)。与NS-PASC组和Other-PASC组相比，Cog-PASC组在扣带回和枕叶皮层以及海马中表现出更高的顺磁性敏感性，表明铁沉积增加(表2和图2k)。在这些区域中，枕叶皮层和海马的敏感性与总MoCA评分显著相关(图2l)。当我们评估这些脑部变化(全皮层厚度或顺磁性敏感性)与疲劳或其他长新冠症状之间的关联时，未发现显著相关性(补充图2a-d)。
接下来，我们使用3D T1加权图像的分割评估了脉络丛体积分数(CPV分数)，并评估了来自弥散张量成像(DTI)的各种MRI参数，包括DTI-ALPS指数(图2m)。与Other-PASC组相比，Cog-PASC组的CPV分数显著更高。Cog-PASC组的DTI-ALPS指数较低，基于纤维束的空间统计(TBSS)显示主要白质束中FA降低，MD和RD升高。然而，这些差异均未达到统计学显著性(表2，图2n，补充图3a，b)。回归分析显示CPV分数或DTI-ALPS指数与MoCA评分无显著关联(图2o)，表明这些脑部测量可能不能直接反映认知功能。同样，这两个指标与包括FAS和PASC评分在内的其他症状评分均无显著相关性(补充图2e-h)。
综合而言，这些发现表明，Cog-PASC组表现出脑损伤和神经退行性变化的证据，其特征是星形胶质细胞损伤标志物升高、皮层变薄、铁积累和脉络丛体积增大，而AD相关生物标志物无明显改变。
协变量匹配确认Cog-PASC中的脑部改变
由于PASC组间年龄、性别和教育程度存在显著差异，我们进一步进行了协变量匹配分析以调整这些变量。参与者使用最近邻匹配法进行1:1匹配，基于包含年龄、性别和教育程度作为协变量的逻辑回归模型。匹配后，PASC组间的基线特征达到平衡，MoCA、FAS和PASC评分除外(表3)。Cog-PASC组表现出更大的认知障碍，Other-PASC组显示更高的疲劳评分，而PASC评分在各组间保持可比性，与原始队列发现一致(表1)。
在星形胶质细胞/神经元损伤和AD相关血液生物标志物分析中，Cog-PASC组GFAP水平有升高趋势，但未达到统计学显著性。各组间其他血液生物标志物无显著差异(补充图4a-d)。关于脑部MRI生物标志物，Cog-PASC组在扣带回皮层显示出显著更薄的皮层和增加的顺磁性敏感性(表4)。在枕叶和脑岛皮层以及海马中也观察到顺磁性敏感性增加的类似趋势，但未达到统计学显著性。CPV分数和DTI-ALPS指数在组间无显著差异。
综上所述，这些发现表明，即使在协变量匹配后，脑损伤和神经退行性变化的MRI证据仍然存在，复制了原始组比较的结果。
Cog-PASC组具有与神经退行性相关的独特血液蛋白质组特征
为探索Cog-PASC的潜在机制，我们应用高通量Olink蛋白质组学技术测量了3072种血清蛋白质。虽然进行了主成分分析以区分三组，但分离并不明显，除了Cog-PASC组显示出非重叠区域(图3a)。PASC(Cog-PASC和Other-PASC)与NS-PASC组之间未观察到显著差异，这反映了该队列中PASC症状的慢性性质和轻度特征(补充图5a)。
Cog-PASC与NS-PASC组之间的比较揭示了44种差异表达蛋白(DEPs)，包括43种下调DEPs和1种上调DEPs(图3b和补充表1)。下调DEPs在功能上与突触调节和神经传递(如WASF3、ARHGAP1、ADD1、EIF4B、SH3GLB2)、氧化应激反应(SOD1、CCS)、去泛素化(YOD1、STAMBP)和凋亡信号(CRADD)相关。下调最明显的五种蛋白质是WASF3、YOD1、ARHGAP1、CA2和CRADD。CASQ2是唯一与钙离子调节相关的上调蛋白。Cog-PASC与Other-PASC组之间或Other-PASC与NS-PASC组之间未观察到显著的蛋白质表达差异(图3c和补充图5b)。
DEPs的基因本体论(GO)分析突出了与氧化应激和突触功能相关的通路，而京都基因与基因组百科全书(KEGG)分析确定神经退行性为最显著通路(图3d，e)。蛋白质-蛋白质相互作用分析揭示了以SOD1、STAMBP、MRI1和EIF4B为中心的四个主要簇(图3f)。回归分析显示MoCA评分与44种DEPs中的24种(54.5%)显著相关，而与FAS或PASC评分无相关性(图3g)，表明这些蛋白质与认知功能存在特异性关系。
然后，我们检查了各种蛋白质，包括免疫和血管调节蛋白，特别是最近报道的长新冠症状和神经退行性的关键贡献者。以NS-PASC组为参考，六种DEPs(TREM2、C1QA、SPON-1、CXCL10、IL-4和VCAM-1)在Cog-PASC组中显示显著差异，而四种DEPs(C2、CD33、PDGF-β和TNF)在Other-PASC组中显著不同(图3h)。其中，TREM2、CXCL10、IL-4、VCAM-1、CD33和TNF是炎症蛋白。C2和C1QA是补体系统的一部分，PDGF-β调节周细胞，维持包括BBB在内的血管功能。SPON-1参与神经元调节和细胞粘附。除IL-4和PDGF-β外，这些蛋白质在Cog-PASC组中均上调。IL-4和PDGF-β的下调可能反映抗炎和血管稳态过程受损(图3h)。功能上，这些蛋白质也与认知功能相关。回归分析显示MoCA评分与IL-4水平呈正相关(图3i)，而更高的FAS评分与CD33升高和PDGF-β降低相关，TNF水平升高与更高的PASC评分相关。
使用最小绝对收缩和选择算子(LASSO)方法对54种DEPs(44种与Cog-PASC相关和10种免疫/血管调节蛋白)进行的多变量逻辑模型将CASQ2、ARHGAP1和TREM2确定为关键预测因子(图3j，k)，在受试者工作特征分析中曲线下面积达到0.889。这些发现表明，仅这些蛋白质就能有效识别Cog-PASC风险个体，突显其潜在的致病相关性。
综合而言，Cog-PASC组表现出与氧化应激和突触功能障碍相关的独特DEPs，以及免疫和血管调节蛋白的改变。这些蛋白质中的许多与认知表现显著相关，其中几种(CASQ2、ARHGAP1和TREM2)在多变量建模中成为Cog-PASC的独立预测因子。这些发现表明，涉及突触调节、氧化应激反应以及免疫和血管相互作用的通路可能促成Cog-PASC的发病机制，并有助于识别风险个体。
Cog-PASC中的脑部改变在独立队列中得到复制
我们使用验证队列(图1)作为独立数据集来复制探索队列的重要发现。共纳入109名患者：16名Cog-PASC、47名Other-PASC和46名NS-PASC(表5)。队列包括72名女性(66.1%)。参与者在感染后中位数16.0个月[IQR 10.0-22.0]入组，MRI在感染后中位数18.0个月[IQR 11.0-23.0]进行，两者均显著长于探索队列(p<0.001)。与探索队列一样，大多数参与者在Omicron流行期间感染。
Cog-PASC组年龄较大、教育程度较低、女性比例较低；在后续分析中对这些变量进行了调整。该组表现出更严重的认知障碍，而Other-PASC组疲劳评分更高。总体而言，Cog-PASC组和Other-PASC组之间的PASC评分和症状患病率相当(表5和补充图6a，b)。
使用Simoa技术进行的血液生物标志物分析复制了Cog-PASC组中脑损伤相关蛋白升高的发现；GFAP和NfL水平均显著高于其他组，表明神经元和胶质细胞损伤更为明显(图4a，b)。MRI分析确认了Cog-PASC组中广泛的皮层变薄，特别是在额叶、扣带回、脑岛和顶叶皮层(表6和图4c)。扣带回皮层厚度与MoCA评分呈正相关，独立于人口统计学协变量(图4d)。体积分析显示全皮层和顶叶皮层体积显著减少。
Cog-PASC组在枕叶皮层、尾状核、壳核和海马中也显示出增加的顺磁性敏感性，与探索队列一致(图4e)，尽管敏感性值与MoCA评分无相关性(图4f)。其他结构测量显示Cog-PASC组的脉络丛体积显著更大，DTI-ALPS指数降低(图4g)，尽管脉络丛体积或DTI-ALPS指数与MoCA评分之间未观察到显著相关性(图4h)。在基于DTI的TBSS分析中，与NS-PASC和Other-PASC组相比，Cog-PASC组在双侧白质区域显示出升高的MD和RD以及降低的FA(P_FWE<0.05)，这种模式提示微结构白质损伤和潜在脱髓鞘(表6)。
综合而言，验证队列复制了探索队列的关键发现，确认了有轻度新冠感染史且出现认知症状的个体表现出提示神经退行性的结构性脑部变化，包括皮层变薄、体积减少、铁积累、CP增大和微结构白质损伤。
讨论
本研究在Cog-PASC个体中识别出与其他PASC组(其中大多数在急性期未住院)中未见的独特结构性和神经退行性脑部变化。这些结果在一个独立的验证队列中得到了独立复制，表明Cog-PASC可能涉及独特的神经病理过程，并强调需要对受影响个体采取针对性监测策略。
尽管在中重度急性新冠病例中已报道脑损伤，但这种损伤是否持续并导致慢性神经退行性尚不清楚。最近主要针对住院后个体的生物标志物研究表明慢性期脑损伤增加。然而，其他研究，特别是涉及非住院个体的研究，未证实持续性脑损伤，表明持续性损伤有限。在本研究中，我们纳入了一个主要由非住院个体组成的大队列，发现Cog-PASC组在探索队列和验证队列中均存在慢性脑损伤和神经退行性变化的证据。具体而言，观察到GFAP和/或NfL水平升高，而β-淀粉样蛋白或磷酸化tau蛋白无相应改变。值得注意的是，SARS-CoV-2感染与AD发病机制相关，病毒蛋白可能形成可能驱动淀粉样蛋白形成的结构，并且体外数据显示SARS-CoV-2导致tau磷酸化和聚集增加。在感染后约一年的这一人群中观察到的脑损伤可能代表与经典AD不同的过程，在AD中，轻度认知障碍通常涉及β-淀粉样蛋白和tau异常。这些结果需要进一步的神经病理学研究。
与探索队列中的Other-PASC组相比，Cog-PASC组的扣带回皮层、海马旁回和脑岛皮层的皮层厚度显著减少，而与NS-PASC组相比差异较小。在协变量匹配队列中，Cog-PASC组的扣带回皮层厚度仍显著较低。这些发现在验证队列中得到确认，其中Cog-PASC组在扣带回和脑岛皮层以及额叶和顶叶皮层显示出最大的皮层变薄。受影响区域与先前新冠后脑部研究报道的区域一致。同时，探索队列中的脑体积分析显示PASC组间无显著差异，而在验证队列中，Cog-PASC组显示出全皮层和顶叶皮层的体积减少。这些不一致的结果表明，脑体积可能对检测新冠后结构变化的敏感性较低。这与先前报告一致，表明皮层厚度受颅内体积和种族影响较小，并且对病理性衰老比体积测量更敏感，从而提供更可靠的细微神经解剖变化标志。Cog-PASC组与Other-PASC组之间皮层变薄的更大差异值得进一步讨论。Cog-PASC组中的皮层变薄可能反映脑功能储备减少，表明对认知障碍的易感性，而不是显著脑损伤的结果。Other-PASC组中皮层增大的另一种可能性，可能是由于神经发生或代偿机制，特别是在轻度新冠病例中报道的。神经发生可能通过增强CP功能得到支持，从而增加灰质，而代偿机制可能导致皮层肥大。尽管皮层变薄程度较轻，但Cog-PASC组显示出升高的脑损伤相关蛋白、降低的氧化应激相关蛋白和增加的炎症标志物，这些是与灰质丢失和潜在长期结构易感性相关的分子特征。
使用χ分离法分离顺磁性铁敏感性，我们观察到探索队列中Cog-PASC组的皮层铁沉积增加，特别是在扣带回、枕叶皮层和海马中，与NS-PASC组和Other-PASC组相比。在协变量匹配队列中，铁积累在扣带回中最为明显。验证队列的分析进一步确认了铁水平升高，特别是在枕叶皮层、海马、尾状核和壳核中。铁积累可能通过两种关键机制促进神经退行性：(1)产生活性氧物质，诱导氧化损伤和铁死亡；(2)促进神经退行性蛋白的聚集。过量铁还可能通过诱导氧化应激和神经炎症加剧BBB破坏，导致小胶质细胞活化和细胞因子及基质金属蛋白酶的释放，降解紧密连接和基底膜。慢性铁过载进一步促进内皮铁死亡和血管重塑，可能放大由SARS-CoV-2与脑微血管内皮细胞上ACE2受体结合引发的血管损伤。
值得注意的是，协变量匹配队列(最小化年龄、性别和教育程度的混杂因素)揭示了Cog-PASC个体扣带回中结构和代谢改变的收敛，包括显著的皮层变薄和铁沉积。这种双重负担表明，扣带回可能作为长新冠中持续认知障碍的关键基础。扣带回皮层对注意力控制、情绪调节和认知整合至关重要，特别容易受到神经炎症和氧化应激介导的损伤。铁积累可能通过促进小胶质细胞活化和突触功能障碍进一步加剧区域易感性，而皮层变薄可能反映神经元或胶质细胞丢失。这些发现与先前关于新冠后患者前扣带回变薄的报道以及将扣带回与各种神经精神疾病中的认知障碍联系起来的更广泛文献一致。
Cog-PASC组的CP体积大于Other-PASC组，表明CP的结构改变可能促成PASC的认知表现。作为多功能结构，CP形成血-脑脊液屏障，产生脑脊液，供应营养，并支持废物清除和免疫监测。在衰老以及AD患者中观察到CP的结构改变，如上皮扁平化和血管壁增厚。MRI研究还报道了轻度认知障碍、AD和帕金森病(PD)患者中CP体积增加，表明CP增大可能作为CP功能障碍的生物标志物。
DTI-ALPS和其他弥散度量(MD、RD和FA)在探索队列中无统计学显著差异，但Cog-PASC组的变化方向(更高的MD和RD，更低的FA)与我们的假设一致。然而，在验证队列中，DTI-ALPS指数显著降低，而MD和RD增加，FA降低，表明微结构改变更为明显。较低的DTI-ALPS指数表明类淋巴功能受损和间质液清除减少，而MD和RD增加与FA降低一致，符合白质损伤，涉及脱髓鞘或轴突变性。在感染新冠三个月后的患者中也观察到类似的减少。这些发现支持长新冠可能涉及类淋巴功能的功能性破坏和白质完整性结构损害的观点，值得在更大的长新冠队列中进一步研究。
血液蛋白质组分析揭示了参与氧化应激和突触功能的蛋白质发生显著改变，这些都与神经退行性相关。多变量模型确定TREM2、ARHGAP1和CASQ2为与认知障碍独立相关的关键DEPs。TREM2是一种小胶质细胞受体，负责清除病理蛋白并促进神经保护，在重度新冠中显著上调，特别是在T细胞和单核细胞中，它通过与SARS-CoV-2膜蛋白的相互作用增强免疫激活和促炎信号传导。这种上调可能促进持续性神经炎症和免疫失调，可能加速神经退行性过程。ARHGAP1调节Rho GTP酶活性，影响细胞骨架重塑和细胞极性。尽管其在神经退行性中的直接作用尚不清楚，但Rho/ROCK信号传导的失调可能影响小胶质细胞功能和突触修剪。CASQ2是一种钙结合蛋白，主要在心肌中调节钙储存，是海马中的主要亚型，在那里它支持神经元钙平衡和突触可塑性。CASQ2的破坏可能损害钙稳态并促进神经炎症和神经退行性。
Cog-PASC组中结构MRI发现和蛋白质组改变的收敛为潜在的病理生理机制提供了见解。皮层变薄，特别是扣带回和脑岛皮层，可能与观察到的突触调节蛋白下调相关，反映突触维持和神经元连接受损。同样，皮层和皮层下铁沉积增加可能加剧氧化应激，与蛋白质组分析中检测到的抗氧化酶(如SOD1和CCS)丰度减少一致。MRI上观察到的CP增大也可能通过损害废物清除和慢性神经炎症促成，可能维持包括TREM2、CXCL10和VCAM-1在内的炎症蛋白的上调。综合而言，这些发现表明，结构性脑部改变和分子特征是涉及突触功能障碍、氧化应激和免疫失调的汇聚级联的一部分，这可能是Cog-PASC中持续认知缺陷的基础。
除认知功能障碍外，长新冠症状在Other-PASC组和Cog-PASC组之间无显著差异。值得注意的是，FAS和PASC评分与血液脑损伤标志物或结构改变无显著相关性，而是与几种免疫和血管调节蛋白相关。具体而言，更高的FAS评分与CD33升高和PDGF-β降低相关，而更高的PASC评分与TNF水平升高相关。重度新冠中CD33表达升高与免疫抑制性髓系反应相关，可能间接抑制T细胞活性，损害抗病毒防御，并促进慢性炎症和疲劳。PDGF-β水平降低可能通过破坏周细胞募集和内皮稳定性损害血管修复，从而加重缺氧和组织应激。PASC中TNF水平升高可能通过持续激活TNF产生T细胞和巨噬细胞驱动持续性炎症，导致组织损伤和疲劳。TNF还与IL-1β和IL-6协同作用，放大NF-κB信号传导并加剧内皮功能障碍。值得注意的是，我们之前的研究表明，具有包括疲劳和运动后不适在内的PASC症状簇的患者与具有包括认知功能障碍在内的PASC症状簇的患者相比，血液细胞因子谱不同。长新冠症状的过程，特别是认知障碍，可能受患者特异性因素(如脑功能储备和CP体积)影响，导致分化为Cog-PASC组和Other-PASC组。因此，我们的发现表明，认知症状可能具有与非认知PASC症状不同的病理生理机制。需要进一步研究这些独特的Cog-PASC患者，以阐明诊断生物标志物和潜在治疗靶点。
我们的研究有几个局限性。首先，它采用了横断面设计，确定了关联但未确定因果关系。作为一项纵向研究的初步报告，未来报告将提供更多关于MRI发现和血液蛋白质组特征的临床过程和长期后果的细节。其次，本研究缺乏按病例严重程度分层，因为大多数(~98%)参与者是仅有轻度急性症状的非住院患者。因此，我们的结果可能不适用于经历更严重新冠症状的患者。第三，基线特征如年龄、性别和教育程度在各组间分布不均。尽管对这些变量进行了调整，但结果应谨慎解释。第四，探索队列和验证队列不完全可比，存在入组和MRI时间等差异。这可能限制可比性，相对较小的样本量进一步增加了对随机变异的敏感性，可能导致队列之间(特别是在体积和DTI分析中)的差异。尽管如此，队列间变化方向的一致性支持了发现的生物学相关性。最后，本研究在韩国单一三级医疗中心的单一民族群体中进行，限制了研究结果的普遍性。
总之，我们的研究表明，认知功能障碍个体中存在独特的脑结构改变和持续的神经退行性过程，这些在PASC中其他症状患者中并不明显。因此，长新冠中认知功能障碍的发病机制与非认知症状不同，而其长期过程和临床意义应在未来的纵向研究中得到确认。
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