蛋白粒子病病原体—朊病毒

    关键词：朊病毒 基因结构 致病机制

    1997年10月6日，瑞典卡罗林斯卡研究所宣布将97年诺贝尔生理学或医学奖授予美国加州大学旧金山分校神经生物学教授S.B.Prusiner，奖励他发现了一种全新的生物感染机制---朊病毒。

一、朊病毒的发现

    朊病毒蛋白是一种未知功能的糖蛋白，可在神经元和胶质细胞表面找到。它是一种极罕见的传染性致病因子，引起的病变主要是蛋白质淀粉样变性，可导致神经元进行性退化变性、胶质细胞增生及细胞内朊病毒的自身累积等。研究发现疯牛病（BSE）、羊痒病（SC）及人的纹状体脊髓变性病（CJD），脑软化病（GSS）等均属于这种蛋白粒子病类。

    为了探究这种致病原的性质，研究人员检测了羊痒病病脑匀浆对动物的致病能力。发现感染因子可以通过滤器，有点象病毒，但与病毒不同，用福尔马林处理不能使之完全失活。1966年，英国放射生物学家Alper发现，这种物质对254nm的紫外线照射不敏感，而对237nm的紫外线敏感。这表明这种感染有可能并不涉及核酸。

    1972年，由于Prusiner的一位病人死于克雅氏病，促使他开始研究这类疾病。经过10年努力，Prusiner与其同事终于在1982年从仓鼠脑中浓缩了羊痒病病原成分。其浓缩成分的活性可被蛋白酶K，二乙酰焦碳酸、尿素、酚和SDS等失活，但不能被核酸酶E或紫外线照射破坏，这些均是蛋白质的典型特征。所以Prusiner称之为Prion,意为蛋白性感染颗粒（Proteinaceous infectious particle）。这个成份中只含一种蛋白质，称为朊病毒蛋白（ prion protein, PrP）。

二、朊病毒蛋白的基因结构

    PrP基因位于人20号染色体短臂上，编码253个氨基酸；小鼠PrP基因位于2号染色体的同源区域，编码254个氨基酸。这说明PrP基因在哺乳动物分化之前已存在。序列比较发现，人PrP基因中有5个8重复体插入[P(Q/H)GGG(G/?)WGQ],并有4个保守区域（H1-H4），A、B、C三个a ---螺旋结构。不同种类动物PrP基因只是某些密码子不同。如Phe108在小鼠中为leu；Gln171在绵羊中为Arg。病人的PrP基因常发生突变，如家族性CJD病人的Asp178密码子变为Asn，Glu200密码子变为lys；家族性Gss病人PrP基因中的Pro102、Ala117和Phe198的密码子分别变为leu、val及ser。

    PrP可分正常型、疾病型两种，PrP基因表达的正常产物为33~35KD的蛋白质，对蛋白酶敏感，称 PrPc。疾病型PrP是形态改变的PrPc异构体，只27-30KD，称PrPsc,即朊病毒。PrPsc具很强的抗蛋白水解酶的特性，且高度热稳定，无论紫外、离子辐射、羟胺或Zn2+均不能使其丧失侵染能力。

    研究发现，金黄仓鼠成熟的PrPc由*近N末端的67个氨基酸及组成蛋白酶抗性中心的141个氨基酸组成，而PrPsc却只由组成蛋白酶抗性中心的141个氨基酸构成。所以可能是PrP基因表达的翻译后加工出错而造成了结构缺失，导致PrPsc分子量只27~30KD。

三、朊病毒的致病机制

    朊病毒本身不能繁殖，它是通过胁迫PrPc畸变进行自我复制的。其复制途径大致如下：一个PrPsc分子击中一个PrPc分子，PrPc在PrPsc的胁迫下结构发生转化，形成PrPsc二聚体；接着2个PrPsc分子再分别击中2个PrPc产生4个PrPsc分子。如此循环，当PrPsc累积到一定浓度后就会损坏神经元。由此可见，蛋白粒子病的发病机制是正常型的PrPc构向转变为致病型的PrPsc 形式，而PrP基因的突变是导致这种转变的主要原因。Prusiner证实，PrPc呈a -螺旋的部分肽链在PrPsc的类似区域中为β—折叠结构。现已有两种模型解释这一过程。一种为“催化”模型，认为正常PrPc遭遇PrPsc单体后会形成一种亚稳定的寡聚复合物，进而诱导正常的PrPc变构为PrPsc，该复合物最终形成淀粉样纤维结构的蛋白聚合物；另一种为“结晶”模型，认为正常的PrPc会瞬间自发地变构为PrPsc形式，但仅在致病的PrPsc作为“晶种”时形成聚合物，从而导致脑神经损伤。

    一般认为，动物之间有种间屏障，即一种动物的蛋白粒子病很难使另一种动物得病。这种屏障存在于PrP的氨基酸序列中，研究发展，羊痒病的PrPsc分子的氨基酸序列与牛的PrP序列很相似，它们只有7个位置上有差异。这就不难理解为什么英国的牧场通过给牛饲喂含羊痒致病因子的羊脑、内脏、骨粉等，而使传染因子克服了羊—牛之间的种系屏障，使羊痒病的传染因子发生突变适应牛体内的生存环境得以大量增殖、致病。同样的原因，库鲁病高发区的巴比亚新几内亚福雷族的高地居民通过食葬仪式吃掉死者的脑子而使库鲁病在本族内广为蔓延。但是“疯牛病”是如何传染给人的，一直是人们关注的热点，因人的PrP与牛的PrP之间的氨基酸顺序差异极大，两类分子在30多个位置上有差异，看来似乎疯牛病不大容易传染给人。但1996年英国连续发现的数例新型克雅氏征患者，似乎多与“疯牛病”有染，他们或是拥有“疯牛病”牛的农场主或曾生活于“疯牛病”高发区。由此人们相信，可能有某种机制打破了牛—人之间的种系屏障。当然，详细机制仍需进一步探讨。

    羊痒病及相关疾病是一类严重危害人类及动物健康的传染病，特别是“疯牛病”曾以非常恐怖的态势流行于西方国家，以致于人们谈“牛”色变。随着人们对朊病毒来源、传播方式、增殖及遗传方式、致病机理等方面的研究，不仅可以阻止朊病毒疾病的病理发生，而且为其它常见的退行性神经系统疾病如阿尔茨海默病、帕金森氏病和肌萎缩性旁侧硬化的起因和治疗提供了新方法。