Abstract A wide range of neurological manifestations have been associated with the development of COVID-19 following SARS-CoV-2 infection. However, the etiology of the neurological symptomatology is still largely unexplored. Here, we used state-of-the-art multiplexed immunostaining of human brains ( n = 6 COVID-19, median age = 69,5 years; and n = 7 control, median age = 68 years), and demonstrated that expression of the SARS-CoV-2 receptor ACE2 is restricted to a subset of neurovascular pericytes. Strikingly, neurological symptoms were exclusive to, and ubiquitous in, patients that exhibited moderate to high ACE2 expression in peri-vascular cells. Viral particles were identified in the vascular wall and paralleled by peri-vascular inflammation, as signified by T cell and macrophage infiltration. Furthermore, fibrinogen leakage indicated compromised integrity of the blood-brain barrier. Notably, cerebrospinal fluid from an additional 16 individuals ( n = 8 COVID-19, median age = 67 years; and n = 8 control, median age = 69,5 years) exhibited significantly lower levels of the pericyte marker PDGFRβ in SARS-CoV-2-infected cases, indicative of disrupted pericyte homeostasis. We conclude that pericyte infection by SARS-CoV-2 underlies virus entry into the privileged central nervous system space, as well as neurological symptomatology due to peri-vascular inflammation and a locally compromised blood-brain barrier.

Abstract Glioblastoma (GBM) is the most aggressive form of glioma with a high rate of relapse despite intensive treatment. Tumor recurrence is tightly linked to radio-resistance, which in turn is associated with hypoxia. Here, we discovered a strong link between hypoxia and local complement signaling using publicly available bulk, single cell, and spatially resolved transcriptomic data from human GBM patients. Complement component 3 ( C3 ) and the receptor C3AR1 were both associated with aggressive disease and shorter survival in human glioma. In a genetically engineered mouse model of GBM, we found C3 specifically in hypoxic tumor areas. In vitro, we found an oxygen level-dependent increase in C3 and C3AR1 expression in response to hypoxia in several GBM and stromal cell types. Presence of C3 increased proliferation of GBM cells under hypoxic conditions, as well as clonal survival of GBM cells following radiation. Targeting C3aR using the antagonist SB290157 decreased GBM cell self-renewal in vitro, and prolonged survival of glioma bearing mice both alone and in combination with radiotherapy while reducing the number of M2-polarized macrophages. Our findings establish a strong link between hypoxia and complement pathways in GBM, and support a role of hypoxia-induced C3a-C3aR signaling as a contributor to glioma aggressiveness.