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The landscape of cognitive function in recovered COVID-19 patients
www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0022395620308542
要旨
本研究は，COVID-19から回復した患者の認知機能に及ぼす影響，および炎症プロファイルとの関係を評価することを目的としている。
2回連続で核酸検査陰性が確認されたCOVID-19回復患者29名を募集した。また、年齢、性別、学歴をマッチさせた健康な対照者29名を募集した。全被験者の認知機能は、Trail Making Test（TMT）、Sign Coding Test（SCT）、Continuous Performance Test（CPT）、Digital Span Test（DST）を含むiPadベースのオンライン神経心理学的検査で評価した。
インターロイキン-2（IL-2）、IL-4、IL-6、IL-10、腫瘍壊死因子α（TNF-α）、インターフェロン-γ（IFN-γ）、およびC反応性蛋白（CRP）を含む炎症性プロファイルを調べるために、全患者から血液サンプルを採取した。認知機能と炎症性プロファイルの関係をピアソン相関法で解析した。
その結果、TMT、SCT、DSTは両群間で有意差は認められなかったが、COVID-19患者ではCPTの第2部と第3部の正解数のスコアが低く、第3部の欠落数のスコアも高かった（いずれもP＜0.05）。
COVID-19の患者では、CPTの第1部と第2部の正解数が低いほど反応時間が低く（それぞれP=0.050、0.051）、CPTの第2部の正解数が低いほど反応時間が低い（P=0.050）という有意差の傾向がみられた。相関分析の結果、CPTの第1部および第2部の反応時間はCRP値と正の相関を示した（r = 0.557および0.410、P < 0.05）。
結論として、我々の知見は、COVID-19から回復した患者でも認知障害が存在し、その背景にある炎症過程と関連している可能性があることを示した。
1. 序論
2019年12月以降、中国湖北省武漢市で新型コロナウイルス「重症急性呼吸器症候群コロナウイルス2（SARS-CoV-2）」が出現した。SARS-CoV-2によるこの感染症の発生は、世界保健機関（WHO）によって正式に「コロナウイルス病2019（COVID-19）」と命名された（Lai er al)。 多数の研究が、飛沫または直接接触を介したSARS-CoV-2のヒトからヒトへの感染を示唆している（Carlos et al 2020年;Chang et al 2020年;Wang et al 2020）。
SARS-CoV-2のヒトへの感染急増とそれに伴う世界的な実質的な負担のために、WHOは世界的な公衆衛生の緊急事態を宣言した（Liu er al)。 中国では、ほぼすべての医療・社会資源が公衆衛生危機の緩和に費やされた。COVID-19患者の疫学的および臨床的特徴は現在よく特徴づけられているが、SARS-CoV-2の認知機能などの心理的影響についてはほとんど注目されていない。
インフルエンザA（H1N1）、重症急性呼吸器症候群（SARS）、中東呼吸器症候群（MERS）などの公衆衛生上の緊急事態は、神経精神医学的に悪影響を及ぼす可能性が高い。SARS患者の多くは、集中力低下、記憶力低下、不眠などの一般的な訴えに加えて、不安や抑うつ症状を呈しており、SARS感染後の認知障害を示唆していると報告されている（Sheng et al 2005a）。これらの精神疾患は、SARSに感染した患者が身体的に回復した場合でも、依然として重大なものである可能性がある（Tsang et al 2004）。
COVID-19患者のいくつかの臨床症状は、SARSおよびMERSと類似していた（Yap et al 2018）。興味深いことに、最近の研究では、COVID-19患者もまた、不安、恐怖、および他の精神衛生上の問題に苦しむ可能性があることが報告されている（Xu et al 2020）。さらに、発熱、咳、倦怠感、胃腸症状は、同様に精神的苦痛を悪化させる可能性がある（Zhang er al)。 うつ病や不安障害の患者では、臨床症状は認知障害とも関連していた（Culpepper et al 2017）。しかし、SARS-CoV-2感染が認知機能障害と関連しているかどうかは不明のままである。
炎症性サイトカインおよびCRPが、SARS症状の発現に重要な役割を果たしていることが明らかにされている（Sheng et al 2005b）。さらに、炎症はウイルスクリアランス後も持続的に存在する可能性がある（Peiris et al 2003）。予想されるように、SARS-CoV-2粒子は、呼吸器粘膜および感染した他の細胞を介して広がり、末梢免疫細胞の変化を引き起こし、免疫応答のカスケードを誘発し、最終的に有害なサイトカインストームをもたらす(Chen et al 2020)。
最近の証拠は、臨床症状がCOVID-19患者における炎症性因子ストームおよびCRPレベルの上昇と関連していることを示唆している(Huang et al 2020)。多くの研究はまた、炎症活性化が認知機能障害と表裏一体で関連していることを示唆している（Chakrabarty et al 2019）。
Paulo de O. Duarte（2017）が行った先行研究では、より高いレベルの炎症が認知機能の悪化した痴呆性高齢者によく見られることが示された（Duarte et al 2017）。さらに、認知発達における炎症性分子の関与は以前に実証されている（Magalhaes et al 2018）
。いくつかの研究では、炎症の重要な役割が軽度認知障害の病理学的プロセスに関与していることが示されている（Shen et al 2019）。したがって、COVID-19を有する患者における炎症状態と認知機能との間の潜在的な関連性は、調査する価値がある。
この文脈で、本研究の目的は、回復したCOVID-19患者の認知機能を評価し、炎症性因子およびCRPの血清レベルと認知機能との潜在的な関連を調査することであった。認知機能の長所と短所を特徴づけるためには完全な神経心理学的評価が必要であるにもかかわらず、認知機能の低下を検出するためには、より単純なアプローチでも十分な場合がある（Brouillette et al 2019）。
インターネット技術の最近の進歩により、有効なウェブベースの認知評価ツールは、臨床現場で認知機能障害を効果的にスクリーニングするためにわずかに修正され、検証され得る（Hafiz et al 2019）。SARS-CoV-2のヒトからヒトへの感染が確認されていることを考えると、医療スタッフとCOVID-19の患者との接触を最小限に抑えるために、iPadベースのオンライン神経心理学的テストを実施した。
テストでは、注意力、記憶力、実行機能、情報処理速度、視覚空間処理、精神運動機能を評価した。通常の治療過程での認知機能への悪影響を軽減するために、最近回復した患者を被験者に選んだ。また、重度の治療を受けた患者は、この認知機能評価を終了することができなかった。
2. 方法
2.1. 参加者
本研究では，浙江大学医学部第一附属病院で診断基準を満たした COVID-19 患者を対象とした．30 歳から 64 歳までの患者 29 名（男性 18 名、女性 11 名）を募集した。包摂基準は以下の通りとした。1）COVID-19の設定診断基準である核酸検査陰性が2回以上、2）教育レベル9年以上（中学教育修了以上）、3）漢民族、4）右利き、5）独立して検査内容を完遂できる、などの条件を満たしている。北京大学第六病院から年齢、性別、学歴をマッチさせた29名の健康なボランティアを募集した。
すべての参加者の一般的な除外基準は以下の通りであった。1）抗精神病薬、抗うつ薬、気分安定剤、抗てんかん薬、ベンゾジアゼピン系薬剤、その他評価に支障をきたす可能性のある薬剤の服用など、精神疾患の既往歴または現在の治療歴、2）評価に支障をきたす可能性のある重度の身体疾患、3）薬物乱用または薬物依存の既往歴、4）重度の自殺願望がある、5）妊娠中または授乳中の女性、および6）聴覚または視覚障害を有すること。
本研究は浙江大学医学部第一附属病院の倫理委員会の承認を得た。すべての被験者は自発的に研究に参加し、目的、方法、潜在的なリスクについて説明を受けた。さらに、被験者はいつでも追加検査を受けて研究を辞めることができることを知らされていた。
2.2. 人口統計学的および臨床的評価
テストは、浙江大学医学部第一附属病院で一貫した訓練を受けた完全に訓練を受けた精神科医が全被験者に対して実施した。人口統計学的および臨床的データは、すべての参加者を対象に作成された質問票を用いて収集した。不安および抑うつ症状の重症度は、Anxiety Screening Scale（GAD-7）およびPatient Health Questionnaire-9（PHQ-9）を用いてそれぞれ自己申告した。
2.3. 神経心理学的検査
ほとんどの神経心理学的評価では、注意・記憶機能、処理速度、実行機能、知覚能力など、いくつかの認知領域における機能の測定が行われる。本研究で使用されたiPadベースのオンラインツールには、Trail Making Test（TMT）、Sign Coding Test（SCT）、Continuous Performance Test（CPT）、Digital Span Test（DST）が含まれていた。このツールは北京大学第六病院が開発したもので、そこに含まれるテストは中国人集団における信頼性が検証されている（Shi er al)。 患者と健常対照者は、他のすべての項目を終えた後、最後に神経心理学的検査を受けた。
1.TMTは、被験者の情報処理速度を反映して、視覚走査と視覚運動の軌跡を調べる。参加者は、連続した番号の円を昇順に結ぶ線を素早く引くことを求められた。タスクの完了は秒単位で測定された。iPadで。試験時間を300秒に設定し、ミスの回数と試験終了までの時間を記録。途中で中断した被験者は、試験時間の残りの時間、試験を継続するように要求される。制限時間内に完了しなかった場合は、エラーとして記録される。
2. SCT は、視覚知覚、視覚走査、眼球運動、記憶を調査するために使用される。このテストでは、参加者は標準テンプレートを比較し、異なる記号とペアになっている数字を選択し、スペースを埋めることを要求される。テストのスコアは、90秒以内に記入された正解数からエラー数を差し引くことで計算される。正解するごとに1点が与えられ、最高得点は110点である。
3.CPTは、連続的・選択的注意力、衝動性を測定する。3つのパートに分かれている。第1部(CPT1)では、被験者は一連の動物の写真を見せられ、連続する2つの画像が類似している場合には「同じ」ボタンをクリックすることを期待される。第2部（CPT2）では、1組の動物の写真が表示され、2組の画像が類似していれば「同じ」ボタンをクリックする。第3部(CPT 3)では、1ビューあたりに表示される動物画像の数は3枚であり、テストの指示は前の部と同様である。このテストでは、3つのパートの正解率、エラー検出率、ミス検出率、平均応答時間を測定する。結果はiPadに記録される。
4.DSTでは、集中力、瞬間記憶力、情報干渉への耐性を重視している。これらには、iPadが被験者に一連の数字を読み上げる前方カウントテストと後方カウントテストが含まれている。参加者は、これらの数字を同じ順番または逆の順番で繰り返すことが求められる。テストに合格した場合は1点、不合格の場合は0点となる。前方カウントテストと後方カウントテストの最高得点は、それぞれ16点と14点である。したがって、合計点の最高点は30点となる。
2.4. 血清サンプルの採取と分析
入院の翌朝、各患者から静脈血液サンプル（3mL）を採取した。得られた血液サンプルを3500r/minで15分間遠心分離し、血清を抽出して分析に供した。血液サンプル中のサイトカインの発現を検出するために、ACEA社製のIL-2/IL-4/IL-6/IL-10/TNF-α/IFN-γ検出キットを用いた。キットには、蛍光強度の異なるキャプチャー微小球が含まれている。ヒトのサイトカインと特異的に組み合わせることができ、フローサイトメータープラットフォームを用いてキャプチャー微小球の蛍光強度を分析することで、サイトカインを識別することができる。同時に、各サイトカイン複合体の蛍光強度を個別に分析して、被検試料中の各サイトカインの含有量を得ることができる。CRPの決定は、ロシュcobasc701自動生化学分析装置、またはCRP検出キット（ラテックス強化濁度法、バッチ番号：201502400432）のいずれかを使用して行った。このキットは、ラテックスを使用して免疫タービディメトリーを強化した。
2.5. 統計情報
すべての分析は、Statistical Package for the Social Sciences (SPSS) バージョン 24 (IBM Corp. Armonk, NY) を使用して行われた。すべてのデータは平均値±標準偏差で示されている。人口統計学的データおよび神経心理学的変数における群間差は、独立標本のt検定を用いて評価した。Mann-Whitney U 検定は、非正規分布データに対するStudentのt検定のノンパラメトリック等価物として使用された。炎症性レベルと臨床的特徴との間の相関は、ピアソン相関分析を用いて評価した。すべての結果は、統計的有意性をP < 0.05とし、2-tailed P値として引用した。
3. 結果
3.1. 人口統計学的特徴
患者29人（47.00±10.54歳、男性18人、女性11人）と健常対照29人（42.48±6.94歳、男性12人、女性17人）の人口統計学的および臨床的特徴を表1に示した。年齢、性別、教育レベルに関しては、両群間に有意差はなかった。患者群では、PHQ-9およびGAD-7で評価されたうつ病および不安の自己申告重症度は、それぞれ4.20±3.98および4.28±4.05であった。
表 1. 人口統計学的特徴およびベースラインの臨床的特徴。
COVID-19患者（N = 29） 対照（N = 29） t/χ2 p
年齢（） 47.00 ± 10.54 42.48 ± 6.94 1.927 0.060a
性別（男・女） 18/11 12/17 2.486 0.115b
学歴（） 12.59±2.78 12.38±3.14 0.265 0.792a
PHQ-9 4.20 ± 3.98
GAD-7 4.28 ± 4.05
CRP 19.98 ± 25.29
aP値は2標本のt検定により求めた。
bP値はカイ二乗検定により求めた。
*P < 0.05.
3.2. 神経心理学的検査結果
結果は、TMT、SCT、CPT、DSTの4つのモジュールに基づいていた。CPTについては、COVID-19患者群は対照群と比較してCPT 2とCPT 3の正答数が低かった（9.83±1.93 vs 8.21±1.90、P = 0.002）。また、CPT 2とCPT 3は、患者群では対照群に比べて欠番が多かった（41.55±2.90 vs 39.59±2.31、P=0.028、40.38±3.10 vs 38.45±2.13、P=0.002）。また、CPT1とCPT2の反応時間（774.59±119.33 vs 843.22±140.97、P=0.050、817.06±114.53 vs 879.59±123.87、P=0.051）とCPT2の正解数（7.07±2.4 vs 8.72±1.79、P=0.050）には有意差がある傾向が見られた。ただし、TMT、SCT、DSTでは両群間に有意差はなかった。詳細を表2に示す。
表2. 全参加者における神経心理学的検査の結果
原文参照
3.3. 炎症性レベルと神経心理学的検査との関連性
CRPの平均血清濃度は、患者群で19.98±25.29mg/Lであった。さらなる統計的検定の結果、IL-6、IL-10、TNF-α、INF-γとCPT検査との間には統計的に有意な相関は認められなかった。それにもかかわらず、相関分析の結果、CPT 1およびCPT 2の反応時間はCRP値と正の相関を示した（図1）。
図1
図1. 相関分析の結果、血清CRP値はCPT 1（A）、CPT 2（B）の反応時間とそれぞれ関連していることが明らかになった。
4. 考察
我々の知る限りでは、本研究はCOVID-19患者の認知的側面に関する最初の研究である。本研究で得られた主な知見は、COVID-19患者ではCPTにより持続的注意領域の認知機能障害が認められたことであった。また、血清CRP値とCPTにおける反応時間との間に潜在的な相関関係があることも報告された。
今回の結果は、現在入手可能なウイルス感染症患者のデータと一致している。ウイルス感染患者における認知機能障害は、先行研究でよく報告されている。例えば、ヒト免疫不全ウイルス（HIV）陽性347人と血清陰性成人カメルーン人395人の神経認知パフォーマンスに対するウイルス因子の影響を評価した研究では、HIVに感染した個体は注意力、学習機能、記憶機能に障害があることが分かった（Kanmogne et al 2020）。
同様に、別の研究では、ジカウイルス（ZIKV）感染は、認知障害を誘発し、長期にわたる神経発達の結果に深い影響を与えたことが示された（Raper et al 2020）。さらに、中枢神経系（中枢神経系）や心肺障害を伴うウイルス感染は、神経学的後遺症、神経発達の遅延、および認知機能の低下と関連している可能性がある（Chang et al 2007）。
本研究では、CPT検査の一部で有意な群間差が認められただけで、SARS-CoV-2感染症患者の認知機能障害は軽度で、主に持続的注意領域に位置していることが示唆された。しかし、本研究では、COVID-19患者が回復した後の短期間（通常は感染後2～3週間）に神経心理学的評価を行っているため、SARS-CoV-2感染が認知機能に及ぼす影響を評価していないことが明らかになった。したがって，SARS-CoV-2感染が認知機能に及ぼす長期的な影響を評価するためには，この分野の縦断的研究が必要である。
さらに、COVID-19患者の連続注意機能の変化と入院時のCRP値との間には有意な相関関係があることを示した。この知見は、英国高齢化縦断研究の第7波（2014～2015）の大規模サンプルにおいて、hs-CRP濃度と長期的な認知機能低下との間に有意な関連があることを報告した先行研究の結果と一致していた（Zheng and Xie, 2018）。
CRPレベルと言語流暢性および実行機能との有意な相関を示す研究（Vintimilla et al 2019）に照らして、我々の現在の知見は興味深いものである。その上、別の研究では、血清CRP値の高さが慢性閉塞性肺疾患（COPD）に関連するうつ病の危険因子として同定されている（Xu and Li, 2018）。
これらの知見をまとめると、認知障害のいくつかの側面がCRPと関連している可能性を示唆している。CRPと認知機能障害の関連の根底にあるメカニズムは明らかにされていないが、CRPは炎症過程と関連している。
さらに、以前の研究では、CRPが持続的注意力などの前頭葉機能に早期に影響を及ぼすことが示唆された（Vintimilla et al 2019）（Han et al 2019年;Mitko et al 2019）。これらの知見は、CRPレベルを測定することによってCOVID-19患者の認知機能を予測しようとする他の研究に情報を与えうる。しかしながら、COVID-19患者の認知機能に対するSARS-Cov-2の長期的な影響を評価するためには、さらなる研究が必要である。
本研究は、COVID-19患者の認知機能および炎症性プロファイルとの関係を評価した観察的横断的研究である。しかし、本研究の結果を解釈する際には、以下のような制限があることを考慮に入れる必要がある。第一に、本研究のサンプルサイズが比較的小さいため、認知機能の微妙な機能変化を見逃している可能性がある。
第二に、参加者の9年以上の教育経験が必要であることから、教育レベルが認知機能と密接に関連していることから、選択バイアスがかかっている可能性がある。第三に、CRPのレベルが認知機能の低下と常に相関しているかどうかを判断することができなかった。したがって、認知機能と炎症性プロファイルの変化を縦断的に観察する必要がある。第四に、健常対照者の情緒的状態と炎症性指標は調査されなかった。最後に、抗ウイルス療法が認知機能に及ぼす影響は評価しなかった。
5. 結論
我々の所見は、COVID-19患者における潜在的な認知機能障害を示唆している。特に、持続的な注意力は、CRPによって示されるように、炎症性レベルと相関している。したがって、さらなる研究では、COVID-19患者における長期的な認知機能の動態や炎症性プロファイルとの関係を調査すべきである。