朊病毒及朊病毒病的研究进展

朊病毒及朊病毒病的研究进展

1982年，美国生理学家Prusiner及其同事，在大量实验的基础上，突破经典病毒学理论而提出朊病毒（prion）的概念，认为绵羊瘙痒病的病原体是一种尚未证实有核酸结构的蛋白质侵染颗粒（proteinaceous infectious particles），并将其称为朊病毒蛋白（Prion protein），简称为PrP。朊病毒是医学生物学领域中至今尚未彻底弄清，与病毒和类病毒都很不相同的一种蛋白质传染病原体。它是一组至今不能查到任何核酸、对各种理化作用具有很强抵抗力、传染性甚强、分子重量在27000～30000道尔顿的蛋白质颗粒，它们是在人和动物中引起可传递的海绵脑病的特殊病因。

朊病毒是一个超出经典病毒学和生物学的全新概念，蛋白质在特定条件下发生突变或构型上的变化由良性变为恶性，即变为具有传染性的侵染颗粒，可引起人和动物脑内神经元空泡变性（即海绵状变性），所以这类病毒引起的疾病被称为传染性海绵状脑病

（ Transmissible Spongiform Encephalopathy，TSE），又称为朊病毒病。

一、朊病毒引起的相关疾病

朊病毒都是致死性中枢神经系统的慢性退化性疾病，病理学上的特点是大脑皮层的神经元细胞退化、空泡变性、死亡、消失，最终被星状细胞取代，因而造成海绵状态。患者具有痴呆、共济失调、震颤等症状。已知人和动物朊病毒有以下几种：人的库鲁氏病，又称新几内亚震颤病（Kuru）；克－雅氏病（Creutzfeldt－Jakob disease，CJD），又称皮质－基底节－脊椎变性综合征，也有人称其为人类海绵状脑病和早老性痴呆症（Presenile Dementia）；致死性睡眠综合症（Fatal Familial Insomnia，FFI）；吉斯综合症，又称脑软化病（Gersrmann -Straussler-Scheikerg disease，Gss）;疯牛病（ Mad Cow Disease，MCD），即牛海绵状脑病（ Bovine Spongiform EncePhalopathy，BSE）；传染性紫貂脑病（TME）；猫海绵状脑病（ Feline Spongiform Encephalopathy， FSE）；羊瘙痒症（Sctapie），有绵羊瘙痒（Scrapie of sheep）和山羊瘙痒症（scrapie of gaats）两种；大耳鹿慢性消耗病（Chronic Wasting Disease of Mule Deer，CWD）；传染性雪貂白质脑病（Transmissible Mink Encepholopathy，TME）。

这些疾病有些在二百年前就已发现，如人们在羊群中发现一种传染病，其主要表现为兴奋、瘙痒、瘫痪等症状，最后死亡，称之为羊瘙痒病（Sctaple in sheep and goat）。1985年英国暴发疯牛病事件，人们注意到疯牛病的症状及脑部病理变化与羊瘙痒症类似，同属于海绵状脑病，多有食用病羊和病牛内脏或骨粉饲料的病史，于是人们才认识到种间传播的可能性，并将它们和人类的某些中枢神经疾病相联系，同时开始怀疑疯牛病会传染给人，至此，对此类疾病的研究达到高潮。

二、朊病毒病原学特征及分子机制

羊瘙痒病是最早发现的传染性脑病，其病原体也是研究最早和最多的病原体。1961年Chandler通过实验成功地把羊瘙痒病传染给小鼠，随后其他实验室的动物模型如白鼠、豚鼠、大鼠等相继获得成功，羊瘙痒病伴随纤维（Scrapie Associated Fibrile，SAF）是在Scrapie感染的小鼠脑组织用去污剂处理提取的膜性部分中观察到的一种特殊纤维结构。它有两个类型：Ⅰ型纤维，直径为11～14nm，由两根直径为4～6nm的原纤维相互盘绕而成，螺距为40～ 80nm不等；Ⅱ型纤维，直径为34nm，有四根相同的原纤维组成，每两根之间间隙为3～4nm。Ⅱ型纤维每100～120nm即出现一个狭窄区，狭窄区的直径约为9～11mn。进一步研究表明，无论是自然发生朊病毒病的动物还是人工感染朊病毒病的实验室动物，在脑组织的提取物中均观察到SAF，而对照组均为阴性。

1982年，Prusiner等人发现羊瘙痒因子感染的仓鼠脑组织中部分纯化的Scrapie病原的片段，经过了修饰或者蛋白酶水解后能够减弱其抗原性，同时发现寻求Scrapie特异性核酸所作的试验不能证实它有独立的传染性，他将分离出的这一特殊的蛋白质——蛋白酶抗性蛋白称之为朊病毒蛋白（PrP）。PrP是一种膜蛋白，存在于大部分组织细胞中，其正常功能尚不十分清楚，可能与细胞表面的信号识别和粘着有关；在淋巴细胞中，PrP可能与激活有关；在神经系统中，PrP可能与突触功能及调节生物钟节律有关。随着实验的进展，Prusiner又把朊病毒（PrP）称作传染性蛋白颗粒（proteineceous infectious particle）。该蛋白能够抵抗蛋白酶K的消化作用，分子质量为27000～30000道尔顿，故又称作PrP27－30，用免疫亲和层析纯化去污剂溶解的病脑提取物时，PrP27－30浓度与朊病毒滴度成正

比，这说明感染与PrP蛋白的某种形式密切相关。PrP属于糖蛋白，在一定条件又可以形成杆状结构或纤维状结构，因此人们把它和羊瘙痒病相关纤维SAF联系起来。

SAF和PrP的发现者都各自认为他们所发现的蛋白性结构就是致病因子朊病毒的主要组成部分，在这场没有结果的争论中，较普遍认同的观点是： PrP27－30是SAF的组成部分，蛋白印迹显示SAF含有PrP27－30成分，抗PrP27－30抗体能修饰不同毒株的SAF，说明羊瘙痒相关纤维和PrP27－30有共同的抗原性。但也有观点认为和PrP27－30抗体发生反应的是围绕在SAF周围的物质而不是SAF本身，因此，两者的关系还有待研究。

正常人和动物细胞中朊蛋白称为PrPC，其分子量为33～35KD，致病性朊病毒蛋白为称PrPSC，PrP27～30是PrPSC部分酶解后除去N端66个氨基酸形成的。PrPC和PrPSC 两者是由同一基因PRNP编码的，其氨基酸序列完全一致，质谱和气相测序以及别的生化研究发现共价键也无变化，两者是异构体，本质差别在于它们构象上的差异， PrPC的α－螺旋为 42％，β－折叠仅为 3 ％，而 PrPSC的α－螺旋为 30％，β－折叠反而高达

43 ％。 PrPSC是由于 PrPC发生蛋白质错误折叠，一些α－螺旋变构为β－折叠，三维构象发生变化而产生的，其形成发生在翻译后的加工过程。

PrP通常不易被蛋白水解酶水解，外来性PrPSC循环于血液之中并可通过血脑屏障进入脑内，于是干扰PrPC的合成与功能，导致朊病毒病的发生。PrPSC的增殖是一个指数式的增长过程，其复制较合理的解释是：一个PrPSC先于一个PrPC结合，形成杂合二聚体，然后PrPSC以自身为模板，将PrPC转变成PrPSC，再释放出两个PrPSC，产生的2个PrPSC又可以去结合2个PrPC，释放出4个PrPSC。这是一个周而复始的循环过程。PrPC和 PrPSC的主要区别在于： PrPC可溶于非变性洗涤剂而 PrPSC不溶； PrPC可被蛋白酶K完全消化而PrPSC则有抵抗蛋白酶K消化的能力。此外，朊病毒还具有以下特点：可被胰蛋白酶降解，被一些蛋白质变性剂或氨基酸化学修饰剂灭活或抑制，但对作用于核酸的酶或化学物质有很强的抵抗能力，对一般的理化因子具有高度的抵抗力，目前常用的理化消毒、灭菌方法往往不能完全灭活院病毒。

PrP基因为单一基因，人的PrP基因（PRNP）位于第20号染色体的短臂，而小鼠的PrP基因（Prn－p）位于第二号染色体，这提示PrP基因在哺乳动物种系分化以前就已存在。利用核酸杂交及核酸序列分析表明。在多种脊椎动物和无脊动物的基因组中均存在PrP基因。其中脊椎动物有人、绵羊、山羊、家兔、小鼠和大鼠，无脊椎动物有线虫、果蝇和酵母。这说明PrP基因在进化过程中表现出高度的保守性。

三、常见的几种朊病毒病

朊病毒病可以是遗传性的，也可以是传染性的。

1．Kuru病Kuru病发生在大洋洲巴布亚新几内亚高原的一个叫Fore的部落里，Kuru在当地的土语中就是震颤的意思。20世纪50年代，美国国立卫生研究院的Gajdusek、Zigas和Gibbs等人首先发现此病。当时这个部落还生活在原始的生活方式中，他们演习着一种宗教性食尸习惯，在食尸仪式上，主妇剖尸，将死者的脑汁捧在手里供家庭成员吮食。5～30年后，食尸者中不少人出现了颤栗性震颤并发展成发音障碍、失语直至完全不能运动，不到一年即死亡。Fore部落原有 35000左右的人口，疾病流行期间80％的人患此病。Gajdusek等人发现震颤病并证明在食尸过程中死者体内的病原经破裂的皮肤、粘膜而传染。1959年禁止食尸习惯后，该部落Kuru病发病率逐年下降，1988年死于此病的仅6人，近10多年来，此病在12岁以下儿童中基本消失。

Gajdusek和Gibbs等人1960年将震报病死者的脑组织滤液接种于黑猩猩和各种猴类，成功地获得连续传代，证实震颤病与羊瘙痒病。人克－雅氏病属同一种病原（非寻常病毒）感染，1976年，鉴于Gajdusek的贡献，他被授予诺贝尔生理学或医学奖。

2．克－雅氏病（CJD）克－雅氏病是上世20年代，由Creutzfeldt、Jokob两位神经病理学家首先描述和报道的，因而被命名为克－雅氏病（CJD），此病又被称为早老性痴呆症。后来发现该病可经外科、牙科手术传染，因而也有人将此病称为传染性痴呆症。其典型的临床包括肌震颤、广泛的大脑机能障碍，与震颤病十分相似，其潜伏期可长达几十年，发病后期毁坏人的大脑，最后昏迷致死。本病病理学特征是脑组织出现明显的海绵样病变、星状细胞增生及淀粉斑块。

克－雅氏病的发病可分为传染性和遗传性两种，约有10％～15％的病人具有家族性常染色体型的遗传缺损，传染性的仅见于医院性感染。CJD常传播扩散而遍及世界各地，发