朊病毒病与感染性蛋白质

朊病毒病与感染性蛋白质
世人对朊病毒病的了解，大多源于1996年疯牛病在英国乃至全世界范围内引起的空前恐慌。

在这期间，人人惶惶不安，谈“牛”色变，数以千万头牛被扑杀火化，给全球特别是英国造成了巨大的经济损失。

事实上，疯牛病也称为牛海绵状脑病，只是朊病毒病的一种。

除此之外，目前已知的朊病毒病还包括羊瘙痒症、水貂软化病、鹿慢性消耗症以及人库鲁症、克雅氏症、GSS综合症及家族性失眠症等等。

最初，当Gajdusek发现库鲁症与新几内亚原始部落食人尸的宗教习俗有关（后因此获得1976年诺贝尔生理学或医学奖）时，他们还不清楚这种病原的本质。

1939年，英国的Cuille和Chelle医生发现羊瘙痒症可以通过脑组织提取物感染实验动物，且这种病原对常规的灭活方法均有较强抵抗能力，由此展开了朊病毒的发现历程。

1967年，Alper发现其具有异于核酸的紫外谱且对紫外照射不敏感，因而推断其可能是一种蛋白质成分。

在此基础上，Griffith总结出所谓的protein-only假说：蛋白是朊病毒病的唯一感染因子，与核酸无关。

1982年，美国神经生化学家Stanley B. Prusiner首次从患有羊瘙痒症的羊脑中分离得到可接种感染小鼠并使之发病的感染因子，确认其为不含有核酸而具有感染性的蛋白质成分，并将之命名为Prion（即蛋白质感染颗粒），中文通常称之为朊病毒蛋白。

Prusiner也因此获得1997年诺贝尔生理学或医学奖。

事实上，因与普世观念相悖且实验证据有限，protein-only假说提出之初信者寥寥。

随着研究的不断深入，研究人员发现朊病毒的主要成分确实为错误折叠的朊病毒蛋白，同时核酸、脂质等成分作为其辅助因子（Cofactor）也有着重要作用。

时至今日protein-only假说依然存在一些争议，但更多科学家已然乐于接受并热衷于寻找除了朊病毒蛋白之外新的具有感染能力的蛋白质。

显然，相对于绝大多数以核酸作为重要组成部分的病毒来说，蛋白质感染颗粒有异于常规认知，因而更具有科学吸引力。

此外，朊病毒蛋白的发现打破了蛋白质一级结构决定高级结构的定律并对中心法则发起了挑战；朊病毒蛋白作为一种具有感染性的蛋白质颗粒，显然不属于细菌，而其是否属于病毒也莫衷一是。

这些都是朊病毒蛋白成为研究热点的重要原因。

朊病毒蛋白是首个被科学界承认的蛋白质感染因子，而朊病毒蛋
白本身却是广泛存在于机体多种细胞中的具有众多功能的活性蛋白质分子。

朊病毒蛋白的两种形式的一级结构即氨基酸序列完全一样，仅三维构象的变化使其从天然活性构象PrP C错误折叠形成一种具有神经毒性的异常构象形式PrP Sc。

而这种异常构型的朊病毒蛋白又可以诱导正常构型的朊病毒蛋白发生结构转换从而在脑部积累并致病。

作为一种特殊的感染性疾病，朊病毒病同时也是一种较为低发的神经退行性疾病。

由此及彼，很多科学家意识到老年痴呆症相关的Aβ蛋白、帕金森症相关的Tau蛋白聚集等也可能具有潜在的感染能力。

同时，体外生化研究早已发现包括上述三种蛋白在内的多种淀粉样蛋白（amyloidogenic protein）形成之淀粉样纤维聚集均能够作为模板诱导天然构象的同种乃至异种蛋白质发生类似构象转变，并形成以反平行β-折叠片层为代表的淀粉样纤维结构。

然而，是否诸如老年痴呆症、帕金森症之类的神经退行性疾病亦如同朊病毒病一样具有潜在的未被发现的感染性一直未有定论。

2010年，Eisele等人发现老年痴呆症病患脑组织提取物通过颅内注射能够传播至易感的转基因模型老鼠脑中，形成Aβ蛋白形成的淀粉样纤维聚集及相关神经病理学表征。

而腹腔注射也能够引起脑部病变，只是需要相对更长的潜伏期。

2012年，Luk等人发现在野生型老鼠通过纹状体内注射α-synuclein形成的淀粉样纤维即可导致其在脑部神经元传播形成病理性α-synuclein聚集并出现类似于帕金森症的病理学症
状。

虽然这些实验结果还无法直接证明上述神经退行性疾病相关淀粉样蛋白也具有感染性，但至少表明这些淀粉样蛋白的病理型聚集可能在细胞之间传递并能够在脑部导致相应的神经病变。

自朊病毒蛋白发现以来，寻找新的具有感染能力的蛋白质一直是一个重要的研究课题，而在蛋白质错误折叠相关的神经退行性疾病中寻找线索也是最容易想到的方向。

多系统萎缩（Multiple System Atrophy, MSA）早在1960年就已报道，是一组原因不明的神经系统多部位的进行性萎缩综合症，其早期症状类似于帕金森症。

最近有研究发现该疾病与α-synuclein蛋白的一种突变体直接相关。

Prusiner团队的研究人员利用带有该α-synuclein突变体蛋白的转基因小鼠为实验对象，携带这一突变的纯合小鼠能自发罹患多系统萎缩，而杂合子则不会。

接种来自14名死于多系统萎缩病患的大脑组织提取物均能导致这些转基因小鼠发生多系统萎缩。

几乎所有的小鼠在约120天之内出现了神经性病变并伴随有α-synuclein突变体蛋白在神经元的聚集。

而且，以感染导致多系统萎缩的小鼠大脑组织提取物再次感染也能引起转基因小鼠发生多系统萎缩。

然而，尽管帕金森症患者的大脑组织提取物也含有α-synuclein蛋白聚集（非突变体形式），接种至转基因老鼠却均无法导致多系统萎缩。

由此，Prusiner认为其工作团队在朊病毒蛋白发现五十年之后再次发现一种新的具有感染能力的蛋白质感染因子，即α-synuclein prion。

尽管关于α-synuclein prion是一种新的感染性蛋白质的证据还比较充分，但并不足以说明这种病原及其它类似的神经退行性疾病能够在人群中传播。

然而，关于神经临床诊疗中诸如脑深部电击等设备可能存在的交叉污染的问题已经提上日程。

类似的隐患在老年痴呆症、帕金森症等神经退行性疾病的治疗中已经急需引起足够的重视。

参考文献：
Alper, T., W. A. Cramp, D. A. Haig and M. C. Clarke (1967). "Does the agent of scrapie replicate without nucleic acid?" Nature 214(5090): 764-766.
Griffith, J. S. (1967). "Self-replication and scrapie." Nature 215(5105): 1043-1044.
Prusiner, S. B. (1982). "Novel proteinaceous infectious particles cause scrapie." Science 216(4542): 136-144.
Eisele, Y. S., U. Obermuller, G. Heilbronner, F. Baumann, S. A. Kaeser, H. Wolburg, L. C. Walker, M. Staufenbiel, M. Heikenwalder and M. Jucker (2010). "Peripherally applied Abeta-containing inoculates induce cerebral beta-amyloidosis." Science 330(6006): 980-982.
Luk, K. C., V. Kehm, J. Carroll, B. Zhang, P. O'Brien, J. Q. Trojanowski and V. M. Lee (2012). "Pathological alpha-synuclein transmission initiates Parkinson-like neurodegeneration in nontransgenic mice." Science 338(6109): 949-953.
Prusiner, S. B., A. L. Woerman, D. A. Mordes, J. C. Watts, R. Rampersaud, D. B. Berry, S. Patel, A. Oehler, J. K. Lowe, S. N. Kravitz, D. H. Geschwind, D. V. Glidden, G. M. Halliday, L. T. Middleton, S. M. Gentleman, L. T. Grinberg and K. Giles (2015). "Evidence for alpha-synuclein prions causing multiple system atrophy in humans with parkinsonism." Proc Natl Acad Sci U S A 112(38): E5308-5317.。