朊病毒长什么样？

李孟东聂清河

以慢性海绵状变性为特征的人类中枢神经系统的传染性和家族性疾病，如克-雅二氏病(CJD)、格-斯综合征、GSS病原体、致死性家族性失眠(FFI)和库鲁病，被认为是由慢性病毒感染引起的，但从未分离出病毒。在1982中，Prusiner等人【1】正式提出这类疾病的病原体可能是一种感染性蛋白质颗粒，而朊病毒蛋白(PrP)一词就代表了这种因子。有人曾经把它翻译成朊病毒或者saw蛋白，但是既然因为缺少核酸而叫病毒似乎不太合适，那么把它翻译成朊病毒似乎更合适。虽然关于这类疾病的病原体有很多假说，但是朊病毒理论已经被深入研究并逐渐认识。

蛋白质也是许多动物类似疾病的病原体，如牛海绵状脑病(BSE)、羊、猫或其他动物的痒病、传染性水貂脑病、北美黑尾鹿和大角鹿的慢性消耗性疾病等。许多学者认为，食用或在饲料添加剂中添加患有瘙痒症的动物的肉或内脏，可以使动物感染并患病，就像在巴布亚新几内亚高原食用死人的大脑表示牺牲，从而感染库鲁病一样。疯牛病也被称为疯牛病。自1986以来，英国至少有150000头牛患此病，28500多头牛死于疯牛病，给英国牛肉出口及相关牛生物和医疗产品造成了巨大损失[2]。怀疑疯牛病可能传染给人类，对人类造成了极大的威胁和恐惧。英国政府不得不以每周3万头的速度宰杀所有30个月以上的牛。

首先，朊病毒理论的形成

早在20世纪50年代，Alper等人就提出动物瘙痒的感染因子可能缺乏核酸。到1967，Griffith等人[3]再次强调这种致病因子的复制可能不需要核酸模板。在此期间，多次实验证明，刺痒病羊脑提取液的传染性可以通过细菌过滤，因此怀疑是病毒引起的。然而，该提取物通过灭活核酸的方式进行处理，例如煮沸、紫外线或离子辐射，并且特异性改变或破坏核酸的制剂，例如核酸酶、补骨脂素、羟胺或锌离子，被用于处理瘙痒性动物的脑匀浆、微粒体组分和纯化的朊病毒制剂柱。无法改变其传染性，于是Prusiner等人[1，2]着手进行深入研究，对叙利亚金田鼠做了大量实验，获得了许多重要数据。

将瘙痒动物的纯化PrP接种到田鼠体内，从富含感染因子的田鼠脑组织(Ha)中获得的亚细胞组分证明存在一种蛋白酶敏感蛋白PrPC，相对分子质量为33 000 ~ 35 000，而对蛋白酶具有抗性的蛋白PrPSC，相对分子质量为27 000 ~ 30 000。后者是前者致病特异性的重要组成部分。PrP 27 000 ~ 30 000进一步纯化成单一组分后，感染田鼠和小鼠(Mo)，然后从感染动物脑中分离PrP的mRNA，构建cDNA文库。对该cDNA表达产物的测序表明，Ha和Mo PrP的cDNA编码蛋白质为254个氨基酸，而人PrP的cDNA编码蛋白质为253个氨基酸，信号肽(SP)位于NH2末端。有22种氨基酸。PrPC在粗面内质网合成时，经过高尔基体的修饰，然后转运到细胞膜的内表面，在那里与作为支撑点的糖磷脂酰肌醇(GPI)结合。此时，PrP的COOH末端可缺失23个氨基酸，信号肽被切割[1，4]。对朊病毒分子生物学和结构的深入研究，可能会在细胞自我调节和内环境稳定的机制方面开辟一个全新的领域。

二、朊病毒的结构和特征

通过分子探针技术证明正常人PrP基因位于20号染色体短臂上，PrPC是人和动物细胞中的正常成分。序列分析表明，PrPC和PrPSC没有区别，它们属于同一种蛋白但有两种构型。两种异构体都没有变性就被纯化了，它们的二级结构已经通过傅里叶变换红外光谱和圆二色光谱确定。发现PRPC的α螺旋高达42%，β折叠只有3%，而PrPSC的蛋白质骨架完全伸展，形成的β折叠高达43%，α螺旋只有30% [5]。

在培养的细胞中，从PrPC到PrPSC的转化发生在神经元内部，然后PrPSC沉积在溶酶体中。大脑中充满PrPSC和伴随的淀粉样颗粒的溶酶体会突然爆炸，损伤细胞。当宿主的神经细胞死亡后，会在脑组织中留下许多孔隙，如海绵状，释放的PrPSC会攻击其他细胞，这是朊病毒的重要特征[5，6]。

人朊病毒病患者中约15%为遗传性，均为常染色体显性，其余为包括医源性和散发性在内的感染性病例。已经证明在遗传性患者(人类命名为PRNP)的家族中存在PrP基因的突变[7]。PrP基因突变的个体对从α-螺旋到β-片层的转变特别敏感。当遇到外源致病因子(如PrPSC)时，约有一半成员会发病，潜伏期与暴露剂量和应变密切相关。由于PrP缺少核酸，所以株型的不同在于构型的不同。一种PrP可以将PrPC折叠成致病性，潜伏期短，而另一种折叠方法可能无效，但潜伏期长。即使相同的配置也可能沉积在大脑中不同的神经元群中，从而导致不同的临床表现。

第三，朊病毒的复制

瘙痒感染因子感染培养细胞的脉冲追踪实验表明，PrPC的转化为翻译后反应[1]。瘙痒蛋白与PrPC分子接触后，会使PrPC发生构型变化，成为致病性PrPSC。这个反应类似瀑布，转化的分子可以转化其他正常分子。在具有PrP基因点突变或插入突变的个体中，突变的PrPC分子可以自发转化为PrPSC。虽然随机反应一开始可能达不到致病效果，但一旦发生这样的转化，就会发生自催化事件，使得PrPSC呈指数级增加。这种机制可以解释，有些人在有胚胎的时候隐藏了突变，但是中枢神经系统的退化几十年都不会发生，因为PrPSC在大脑中的积累是缓慢的[1，5]。PrPC在脑内已经积累，但PrPC的mRNA保持不变，这也说明这种转化是蛋白质的翻译后反应。

朊病毒从PrPC或其前体到PrPSC的转化和复制似乎不需要任何化学修饰。PrPC分子与PrPSC分子结合形成异二聚体或可能的三聚体，异二聚体或三聚体将转化为两个PrPSC分子，然后呈指数增殖。这种二聚体是复制的中间产物。这些结果已经在转基因小鼠中得到证实。

Brown等[6]和Goldfarb等[7]均表明人类PrP基因的密码子129具有多态性。在白种人中，大约38%是纯合的M(蛋氨酸)等位基因，51%是杂合的，11%是纯合的V(缬氨酸)。大多数散发性CJD发生在这个纯合子个体中，那些在密码子129杂合的个体发生朊病毒疾病的风险最低[7，8]。家族性CJD和FFI在临床和病理上是明显不同的亚型，但两者都存在PrP基因中从178密码子天冬氨酸(ASP178)到天冬酰胺(ASN178)的突变，只有129密码子的多态性不同。5个家系的15 FFI患者全部为ASN178等位基因和M129等位基因，而6个家系的15 CJD亚型患者全部为ASN178等位基因和V129等位基因[6]。朊病毒病患者的其他基因突变也见于密码子102、200、117、198等。

四。朊病毒传播和物种屏障

Brown等[9]从美国(主要是美国和欧洲)国立卫生研究院(NIH)收集1963 ~ 1993，用脑组织输注法接种灵长类动物各种神经病300例。300例海绵状脑病中包括278例CJD，其中散发性234例，家族性36例，医源性8例(如角膜移植或其他手术)；库鲁病65438±08例，GSS综合征4例。结果显示，医源性克雅氏病的传播率最高(100%)，其次是库鲁病(95%)，散发性克雅氏病也较高(90%)，大多数家族性疾病的传播率较低(68%)。

目前，人们普遍关心疯牛病是否会传染给人。这个问题很难直接回答，因为不可能用动物脑输液给人接种，观察的潜伏期很长，才可能得出结论。有很多关于物种屏障的研究资料。实验结果表明，小鼠PrP基因的254个氨基酸中有16个与田鼠基因不同。转基因鼠接种鼠PrPSC，会产生更多的鼠PrPSC，接种田鼠PrPSC，也会产生田鼠PrPSC。但优选与同种或相似序列的PrPC相互作用，说明物种屏障不严密[2]羊和牛PrP基因只有7个密码子差异，所以羊瘙痒病容易传播给牛，而人和牛PrP基因有30多个密码子差异，所以有学者认为牛传播给人的可能性较小，但已证实人PrPSC可以传播给田鼠[2]。人和小鼠PrP基因之间有28个密码子的差异。当将克雅氏病或GSS综合征患者的脑组织接种到具有部分人类PrP基因的小鼠中时，发现该病比具有全部人类PrP基因的小鼠发病更快、更频繁，表明PrP分子核心成分的相似性在促进该病中更重要[2]。

过去，人们认为朊病毒疾病大多发生在60岁以上。在英国报告的散发性克雅氏病患者中，只有两个年轻人(16和18岁)[10，11]。最近，Howard等[8]报道了1例28岁女性非典型CJD，经额叶活检和尸检证实。继Will等人[12]报道了10例英国青年变异型克雅氏病后，Chazot等人[13]报道了1例26岁法国男性患克雅氏病。他们认为，虽然这些患者没有与牛的接触史，但他们与牛肉的接触或食用疯牛肉可能是疾病的原因。认为即使牛与人之间存在高效的种属屏障，也不能排除大量接触过疯牛病的人群中有少数易感人群被感染的可能性[8]。最近，英国患有疯牛病的牛群中有两名饲养者死于克雅氏病的事实引起了人们的关注[2]。

到2月底，1997，至少有17名新变异型克雅氏病(简称nvCJD)患者被确诊[14]。

Collinge等人[15，16]的研究不仅证明了表达人PrP的转基因小鼠也能产生人PrPSC并发生朊病毒病，而且发现从各种CJD病例中获得的PRP经蛋白酶k处理后，经western blot检测可分为4型(株)，只有nvCJD患者(4型)的PrPSC的电泳带与自然传播的BSE的电泳带非常相似，因此认为疯牛病可能是人nvCJD的传染源。

在过去，朊病毒疾病的诊断主要依靠脑活检或尸检。目前可以使用针对蛋白14-3-3的单克隆抗体对患者脑脊液进行免疫学筛查和初步诊断[17]，或者通过扁桃体活检确诊[18]。对朊病毒的研究已经取得了许多重要进展。除了传统的传染病病原微生物和寄生虫外，又增加了一种新的致病因素。这项研究获得了1997诺贝尔医学奖。

作者:重庆400038，第三军医大学西南医院感染性疾病专科中心。

参考

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3格里菲斯JS。自我复制和瘙痒病。自然，1967，215:1043-1044。

4希望J .老鼠和牛肉与脑疾病。自然，1995，378:761-762。

5 Cohen FF，Pan KM，Huang Z，等。朊病毒复制的结构线索。理科，1994，264:530-531。

6 Brown P，Kenney K，Little B，等。传染性淀粉样蛋白在海绵状脑病中的脑内分布。Ann Neurol，1995，38:245-253。

7 Goldfarb LG，Petersen RB，Tabaton M，等.致死性家族性失眠和家族性克-雅病。由DNA多态性决定的疾病表型。理科，1992，258:806-808。

8 Howard RS，Collinge J，Rossor MN，等.年轻女性克雅氏病。柳叶刀，1996，347:945-948。

9 Brown P，Gibbs CJ，Rodgers-Johnson P，等,《人类海绵状脑病:美国国立卫生研究院300例实验性传播疾病系列》。Ann Neurol，1994，35:513-529。

10 Bateman D，Hilton D，Love S，等。英国一名18岁老人的散发性克雅氏病。柳叶刀，1995，346:1155-1156。

11 Britton TC，Al-Sarraj S，Shaw C，等.英国一名16岁老人的克雅氏病。柳叶刀，1995，346:1155。

12将RG，伊隆塞德JW，宰德勒M，等一个新的变种

英国的克雅氏病。柳叶刀，1996，347:921-925。

13查索特G，布鲁索莱E，乘龙CI，等

一名26岁法国男子患克雅氏病。柳叶刀，1996，347:1181。

14 Connor S .在非专业出版社报道非CJD病例。柳叶刀，1997，349:1704。

15 Collinge J，Palmer MS，Sidle KCL，等。致命性家族性失眠向实验动物的传播。柳叶刀，1995，346:569-570。

朊病毒株变异的分子分析和“新变异”CJD的病因学。自然，1996，383:685-690。

脑蛋白与可传播的海绵状脑病。新英格兰医学杂志，1997，336:873-874。

18希尔AF，泽德尔M，伊隆塞德J，等。通过扁桃体活检诊断新型变异型克雅氏病。柳叶刀，1997，349:99-100。

(本文由李欣编辑)

(已收:1997-11-14修改:1998-06-30)