朊病毒

朊病毒
简介
朊病毒又称蛋白质侵染因子（又称毒阮）。

朊病毒是一类能侵染动物并在宿主细胞内复制的小分子无免疫性疏水蛋白质。

朊是蛋白质的旧称，朊病毒意思就是蛋白质病毒，是唯一不用DNA，RNA作遗传物质的病毒。

朊病毒是一类能引起哺乳动物和人的中枢神经系统病变的传染性的病变因子，美国生物学家斯垣利·普鲁辛纳（Prusiner）认为它是一种蛋白质侵染颗粒。

病毒概述
严格意义上讲，病毒为非生物。

它们无细胞结构且个体积微小，其构成很特别，仅由核酸和蛋白质构成。

核酸（DNA或RNA）在病毒的遗传上起着重要作用，而蛋白质外壳只对核酸起保护作用，本身并没有遗传性。

这是人们对病毒的基本认识。

然而，随着人们对一些疾病的深入研究，科学家们发现，还有一类物质与一般病毒不一样，它只有蛋白质而无核酸，但却既有感染性，又有遗传性，并且具有和一切已知传统病原体不同的异常特性。

它就是朊病毒。

病毒研究
用朊病毒命名朊粒（prion)不大恰当，朊粒的生物性状与病毒差异很大，它的发现，提示在传统的传染病病原微生物及寄生虫之外，又增加了一种全新类型的病原因子，其生物学位置还未确定。

朊病毒就是蛋白质病毒，是只有蛋白质而没有核酸的病毒。

1997年诺贝尔医学或生理学奖的获得者美国生物学家斯垣利·普鲁辛纳（S. B. Prusiner）就是由于研究朊病毒作出卓越贡献而获此殊荣的。

朊病毒不仅与人类健康、家畜饲养关系密切，而且可
为研究与痴呆有关的其他疾病提供重要信息。

就生物理论而言，朊病毒的复制并非以核酸为模板，而是以蛋白质为模板，这必将对探索生命的起源与生命现象的本质产生重大的影响。

病毒特性
朊病毒与常规病毒一样，有可滤过性、传染性、致病性、对宿主范围的特异性，但它比已知的最小的常规病毒还小得多（约30～50nm）。

电镜下观察不到病毒粒子的结构，且不呈现免疫效应，不诱发干扰素产生，也不受干扰作用。

朊病毒对人类最大的威胁是可以导致人类和家畜患中枢神经系统退化性病变，最终不治而亡。

因此世界卫生组织将朊病毒病和艾滋病并立为世纪之交危害人体健康的顽疾。

传播史
早在三百年前，人类在绵羊和小山羊中首次发现了感染朊病毒病的患病动物。

因患病动物的奇痒难熬，常在粗糙的树干和石头表面不停摩擦，以致身上的毛都被磨脱，而被称为“羊瘙痒症”。

该病广泛传播于欧洲和澳洲，潜伏期为18到26个月，患病动物兴奋、瘙痒、瘫痪直至死亡。

后来又相继发现了传染性水貂脑软化病、马鹿和鹿的慢性消瘦病、猫的海绵状脑病等等。

经病理性研究表明，这些病都侵犯动物中枢神经系统，随病程进展，在神经元树突和细胞本身，特别是在小脑区星形细胞和树枝状细胞内发生进行性空泡化，星形细胞胶质增生，灰质中出现海绵状病变。

这些病均以潜伏期长、病程缓慢、进行性脑功能紊乱、无缓解康复、终至死亡为主要特征。

朊病毒
成为人类关注焦点的家畜朊病毒当推1996年春天英国蔓延的“疯牛病”，它不仅引起英国一场空前的经济和政治动荡，而且也波及了整个欧洲，加上法国克罗伊茨菲尔德—雅各布氏症（简称克雅氏综合症，人类的一种朊病毒病）患者增多，人们很自然与食用来自英国的进口牛肉相联系，因而引起极大恐慌。

尽管后来找出了法国克
雅氏综合症的主要原因是医源性传染，但其它一些例证却又排除不了疯牛病与人类朊病毒病的关联性。

病毒种类
人类朊病毒现已发现以下四种，即库鲁病、克雅氏病、格斯特曼综合症和致死性家族性失眠症，其病症与病理变化的主要特征与患病动物十分相似。

其中库鲁病的研究最早。

库鲁病（Kuru病）是20世纪上半世纪大西洋的巴布亚—新几内亚东部福雷族高地居民中的一种局部流行病，其主要症状为震颤、共济失调、脑退化痴呆，渐至完全丧失运动能力，3～6个月内因衰竭而死亡。

“Kuru”在该部落意为“恐惧”或“寒颤”，故称该病为库鲁病，患者总数约为3万，以女性和未成年儿童居多。

美国医学家盖杜赛克曾在该地区进行20年研究，探明该病的发生与当地人食用人肉的祭祀方式密切关联，并提出了预防措施。

1968年停止该仪式后该病得到控制，从而拯救了一个部落的人群，盖杜赛克为此获得了1976年诺贝尔医学奖。

发现
早在300年前，人们已经注意到在绵羊和山羊身上患的“羊瘙痒症”。

朊病毒
其症状表现为：丧失协调性、站立不稳、烦躁不安、奇痒难熬，直至瘫痪死亡。

20世纪60年代，英国生物学家阿尔卑斯用放射处理破坏DNA和RNA后，其组织仍具感染性，因而认为“羊瘙痒症”的致病因子并非核酸，而可能是蛋白质。

由于这种推断不符合当时的一般认识，也缺乏有力的实验支持，因而没有得到认同，甚至被视为异端邪说。

1947年发现水貂脑软化病，其症状与“羊搔痒症”相似。

以后又陆续发现了马鹿和鹿的慢性消瘦病（萎缩病）、猫的海绵状脑病。

最为震惊的当首推1996年春天“疯牛病”在英国以至于全世界引起的一场空前的恐慌，甚至引发了政治与经济的动荡，一时间人们“谈牛色变”。

1997年，诺贝尔生理医学奖授予了美国生物化学家斯坦利·普鲁辛纳（Stanley B.P Prusiner），因为他发现了一种新型的生物——朊病毒（Prion）。

“朊病毒”最早是由美国加州大学旧金山分校动物病毒学家Prusiner等提出的，在此之前，它曾经有许多不同的名称，如非寻常病毒、慢病毒、传染性大脑样变等，多年来的大量实验研究表明，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，传染性极强，分子量在2.7万～3万的蛋白质颗粒，它是能在人和动物中引起可传染性脑病(TSE)的一个特殊的病因。

认识朊病毒的过程
朊毒体具体的活动和复制机制还不是很清楚，但是它们通常被认为是引起先前一系列人们了解甚少的传染性海绵状脑病的原因，这些脑病包括羊瘙痒症和牛海绵状脑病（也叫「狂牛症」）。

这些疾病对脑组织结构的影响都是致命的和不可医治的。

朊病毒(prion)的检测
朊毒体最早由美国加利福尼亚大学的斯坦利·B·布鲁辛纳（Stanley B. Prusiner）于1982年发现的。

推测朊毒体仅由蛋白质组成，没有核酸。

在这之前，科学家认为所有的病原体都有可复制的核酸（细菌、病毒等等）。

研究人员发现了一个突破口：这种具有感染性的因子主要由被称为PrP的蛋白质组成的。

这种蛋白质可以在细胞的质膜上找到（具体功能还不了解），但是与具有感染性的因子PrpSC与正常因子PrPC在形状上有一点不同。

科学家推测这种变形的蛋白质会引起正常的PrPC转变成具有感染性的蛋白质，这种连锁反应使得正常的蛋白质和致病的蛋白质因子都成为新病毒的材料。

在这个假说被提出来以后，产生PrP的基因被抽离出来，产生不同形状的突变基因被成功的定义和复制，研究实验鼠的结果为这个假说提供了支持，这些证据现在是强有力的，但并不是无可争议的。

朊毒体似乎在直接与受感染的组织接触时感染性很强。

例如，人们可能会因为注射直接来源于人类脑下垂体的生长激素而感染Creutzfeldt-Jakob疾病或变异性克雅氏病(nvCJD)，或通过脑部外科手术的仪器传染（朊毒体可以幸存于通常为外科器械消毒的高压灭菌器）。

通常也认为，食用受感染的动物可以通过积累缓慢地引起疾病，特别是可以引起朊毒体在世代间积累的同类相食或类似的行为，例如太平洋一个小岛上发生的库鲁病。

虽然这种风险没有被证明，但是现代农场不接受给反刍动物喂养反刍动物蛋白质粉末就是一个警惕。

朊毒体没有引起免疫系统察觉的原因是，它们的「安全形式」从个体出生的一刻起就存在于体内。

「危险」朊毒体与之的差别只是它们的折叠结构有差别。

朊毒体通
过不断聚合，形成自聚集纤维，然后在中枢神经细胞中堆积，最终破坏神经细胞。

根据脑部受破坏的区域不同，发病的症状也不同，如果感染小脑，则会引起运\动机能的损害，导致共济失调；如果感染大脑皮层，则会引起记忆下降。

变异性克雅氏病的致死率较高。

性质与结构
期但利·普鲁辛纳经过多年的研究，终于初步搞清了引起瘙痒病的病原体即朊病毒的一些特点。

朊病毒
他发现朊病毒大小只有30一50纳米，电镜下见不到病毒粒子的结构；经负染后才见到聚集而成的棒状体，其大小约为10～250 x 100～200纳米。

通过研究还发现，朊病毒对多种因素的灭活作用表现出惊人的抗性。

对物理因素，如紫外线照射、电离辐射、超声波以及80～100℃高温，均有相当的耐受能力。

对化学试剂与生化试剂，如甲醛、羟胺、核酸酶类等表现出强抗性。

能抵抗蛋白酶K的消化。

在生物学特性上，朊病毒能造成慢病毒性感染而不表现出免疫原性，巨噬细胞能降低甚至灭活朊病毒的感染性，但使用免疫学技术又不能检测出有特异性抗体存在，不诱发干扰素的产生，也不受干扰素作用。

总体上说，凡能使蛋白质消化、变性、修饰而失活的方法，均可能使朊病毒失活；凡能作用于核酸并使之失活的方法，均不能导致朊病毒失活。

由此可见，朊病毒本质上是具有感染性的蛋白质。

普鲁辛纳将此种蛋白质单体称为朊病毒蛋白（PrP）。

朊病毒已经超出了经典病毒学的生物学概念，研究表明，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蛋白质颗粒，这一观点向传统观点提出了强有力的挑战。

由朊病毒引起的疾病近年来不断被发现并相继被确认，不论在人群中还是在动物群中的发病率在全球范围内呈上升趋势，因而对朊病毒的研究不仅有重大的理论意义，同时还有迫切的现实意义。

它的理论意义在于开辟了生物医学研究的一个新领域，要求细胞生物学、分子生物学、分子遗传学、蛋白质
化学、分子病毒学、神经病理学等多学科的紧密合作来回答朊病毒带来的一系列问题；它的现实意义在于发展准确可靠的诊断技术，全面监测、检测朊病毒病，特别是做到对疯牛病和医源性感染的早期预防。

朊病毒病
除上文提到的几种由朊病毒引起的疾病均发生在动物身上外，人的朊病毒病已发现有4种：库鲁病（Ku-rmm）、克——雅氏综合症（CJD）、格斯特曼综合症（GSS）及致死性家庭性失眠症（FFI）。

临床变化都局限于人和动物的中枢神经系统。

病理研究表明，随着阮病毒的侵入、复制，在神经元树突和细胞本身，尤其是小脑星状细胞和树枝状细胞内发生进行性空泡化，星状细胞胶质增生，灰质中出现海绵状病变。

朊病毒病属慢病毒性感染，皆以潜伏期长，病程缓慢，进行性脑功能紊乱，无缓解康复，终至死亡为特征。

朊病毒
对于人类而言，朊病毒病的传染有两种方式。

其一为遗传性的，即人家族性朊病毒传染；其二为医源性的，如角膜移植、脑电图电极的植入、不慎使用污染的外科器械以及注射取自人垂体的生长激素等。

至于人和动物问是否有传染，目前尚无定论。

但有消息说，英国已有两位拥有“疯牛病”牛的农场主死于克—雅氏综合症，预示着人和动物间有相互传染的可能性，这有待于科学家的进一步研究证实。

由于朊病毒病目前尚无有效的治疗方法，因此只能积极预防。

其方法主要有：
①消灭已知的感染牲口，对病人进行适当的隔离
②禁止食用污染的食物，对神经外科的操作及器械进行消毒要严格规范化，对角膜及硬脑膜的移植要排除供者患病的可能
③对有家庭性疾病的家属更应注意防止其接触该病。

致病机制
最引起当今科学家兴趣和关注的是朊病毒的复制机理。

由于朊病毒是一种只含有蛋白质而不含核酸的分子生物并且只能在寄生宿主细胞内生存。

因此，合成朊病毒所
需的信息，有可能是存在于寄主细胞之中的，而朊病毒的作用，仅在于激活在寄主细胞中为朊病毒的编码的基因，使得朊病毒得以复制繁殖。

另一种学说认为朊病毒的蛋白质能为自己编码遗传信息。

这种假说与传统的分子生物学中的“中心法则”是相违背的，因为朊病毒没有核酸。

于是人们假设朊病毒的复制可能的方法，一认为是通过逆转译过程产生为朊病毒编码的DNA或RNA（如后者情况还需要逆转录）必须存在逆转译酶，甚至还要有逆转录酶。

二为蛋白质指导下的蛋白质合成，即蛋白质本身可作为遗传信息。

1982年普鲁宰纳提出了朊病毒致病的“蛋白质构象致病假说”，以后魏斯曼等人对其逐步完善。

其要点如下：①朊病毒蛋白有两种构象：细胞型（正常型PrPc）和瘙痒型（致病型PrPsc）。

两者的主要区别在于其空间构象上的差异。

PrPc仅存在a螺旋，而PrPsc有多个β折叠存在，后者溶解度低，且抗蛋白酶解；②Prpsc可胁迫PrPc转化为Prpsc，实现自我复制，并产生病理效应；③基因突变可导致细胞型PrPc 中的α螺旋结构不稳定，至一定量时产生自发性转化，β片层增加，最终变为Prpsc 型，并通过多米诺效应倍增致病。

朊病毒病的病原体究竟是什么
盖杜赛克等曾将库鲁病死者脑组织制成无菌、无原虫的悬浮液，注入黑猩猩的颅腔，20个月时，黑猩猩发病，其症状与人相似，提示病原体不是细菌或原虫。

20世纪60年代，英国放射生物学家阿普（T. Alper）将羊搔痒症致病组织用会导致核酸失活的放射线辐射，发现处理过的致病组织仍有传染性，提出羊搔痒症的病因可能是不含核酸的蛋白质，但这样的观点有悖于“核酸为中心”的观念，因而当时未得到人们的重视。

直至1982年，美国神经学与生物化学家鲁辛纳在致病因子的探寻方面作了8年研究之后，基于所有实验结果表明，瘙痒病致病因子用灭活核酸的方法不能明显降低致病性，但蛋白质变性剂却能使致病力消失，因而提出该致病因子确实不含核酸，而是蛋白质，相应疾病为朊病毒病。

为了能把他与细菌、真菌、病毒及其他已知病原体相区别，他将这种蛋白质致病因子定名为朊病毒（Prion），对应的蛋白质单体称为朊病毒蛋白，相应疾病称为朊病毒病。

进一步研究发现，朊病毒蛋白是人和动物正常细胞基因的编码产物（人的该基因位于第20号染色体短臂）。

为什么朊病毒并不引起全部动物致病
这是由于朊病毒蛋白分子本身不能致病，而必须发生空间结构上的变化转化为朊病毒才会损害神经元。

这一变化恰恰是朊病毒胁迫所致的。

古人云：“近墨者黑”用来描述这一变化还是比较合适的。

即一个致病分子先与一个正常分子结合，在致病分
子的作用下，正常分子转变为致病分子，然后这两个致病分子分别与两个正常分子结合，再使后者转变为致病分子。

周而复始，通过多米诺效应倍增致病。

由此可见，致病的基本条件有二，一是具有朊病毒，二是具有朊病毒蛋白。

上述推测是否有根据？答案是肯定的。

动物实验证明，接种朊病毒可使动物患病。

应用基因操作方法去除朊病毒基因的小鼠，即使导入朊病毒也不会感染。

人类格斯特曼综合症和致死性的家族性失眠症已被确定是由于编码该蛋白的基因发生了突变，因此具有遗传性，这些突变致使所编码的蛋白质结构不稳定，易于转变为朊病毒。

近年来已鉴定到数十个传播的家族。

克雅氏综合症中10－15%由基因突变所致，现已鉴定到百来个传播的家族。

库鲁病则被确定为传染性的疾病。

疯牛病能否传染给人
至今还没有明确的答案。

因为已经证明，不同的动物之间，朊病毒病的传染是与朊病毒蛋白氨基酸差别程度有关的。

前年疯牛病的高发是与牛饲料添加剂中存在携带朊病毒的绵羊组织密切相关的。

牛和羊的朊病毒蛋白有7个氨基酸的差别，而仓鼠与小鼠有16个氨基酸的不同，致使小鼠难于被仓鼠朊病毒感染。

牛和人之间有30多个氨基酸的差别，远远大于仓鼠与小鼠之间的差别，似乎疯牛病不可能传染给人。

然而，英国已有两位拥有“疯牛病”牛的农场主死于克雅氏综合症。

英国4例新发现患者中，其中3位生活在10年前疯牛病频发区。

因而不能排除疯牛病传播给人的可能性。

朊病毒是蛋白质，它对蛋白质强变性剂如苯酚、尿素等的处理无耐受性，但却有不同于一般蛋白质的特征，即耐高温性和抗蛋白酶性。

朊病毒目前尚未有有效的治疗方法，因此属“不治之症。

”人们只能采取相应措施预防，如消灭染病牲畜，对病人进行适当隔离；禁止食用可能传染的食物，禁止使用可能污染的药物（法国近年克雅氏综合症部分患者是由于使用了携带朊病毒的生长激素制剂）；对神经外科的操作器械进行严格处理，对角膜及硬脑膜的移植应排除供者患朊病者的可能；家族性疾病的未患病成员更应注意预防。

研究进展及有待解决的问题
目前对朊病毒的研究侧重两个方面。

其一，朊病病毒本身的分子结构、遗传机制、增殖方式、传递的种间屏障、毒株的多样性等
其二，朊病病毒的致病机理及治疗方法等。

其中对有些问题已有了实质性的进展。

如测定了一些朊病毒蛋白分子结构，建立了分子模型；测定了PrP基因的结构及
编码蛋白的序列，并比较了人、仓鼠、小鼠、绵羊、牛、水貂之间PrP的同源性均高于80%；已测定的25种非人灵长类动物和人PrP序列的同源性为92.9%~99.6%；建立了朊病毒的疾病谱；1994年又发现了新型克一雅氏综合症（vCJD）；1997年WHO TSEs专家会议提出了各种人朊病毒的诊断标准，诊断方法也时有报道，如生物测定法、单克隆抗体法等；2000年2月，美国政府宣布，在用老鼠做实验后发现，环四吡咯（cyclic tetrapyrrole）可用于治疗和预防“疯牛病”及相关疾病。

尽管朊病毒的研究取得了许多成绩，但目前还有许多问题尚待解决。

例如，朊病毒一个感染单位是许多PrPsc分子的聚合物还是若干个PrPsc分子混合物中为数不多的某种特殊分子；PrPc和PrPsc的精确结构及其在转变中产生的结构变化；体外试验产主的PrPc有无感染性；毒株多样性形成的机制；PrP的生理机能；朊病毒进入脑的通路和其与脑病变的关系；朊病毒病的诊断标准、防治药物、流行趋势预测等。

朊病毒发现的意义
从理论上讲，“中心法则”认为DNA复制是“自我复制”，即DNA～DNA，而朊病毒蛋白是PrP→PrP，是为“自他复制”。

这对遗传学理论有一定的补充作用。

但也有矛盾，即“DNA→蛋白质”与“蛋白质→蛋白质”之间的矛盾。

对这一问题的研究会丰富生物学有关领域的内容；对病理学、分子生物学、分子病毒学、分子遗传学等学科的发展至关重要，对探索生命起源与生命现象的本质有重要意义。

从实践上讲，其对人畜健康；为揭示与痴呆有关的疾病（如老年性痴呆症、帕金森病）的生物学机制、诊断与防治提供了信息，并为今后的药物开发和新的治疗方法的研究奠定了基础
朊病毒研究两获殊荣
有关朊病毒的研究在过去的诺贝尔奖百年中曾分别于1976年和1997年两次获得诺贝尔生理学和医学奖。

20世纪50年代初，居住在大洋洲巴布亚新几内亚高原的一个叫Fore的部落还处在原始社会，他们一直沿袭着一种宗教性食尸习惯，若干年后(一般5～30年)食尸者中不少人会出现震颤病最终发展成失语直至完全不能运动，不出一年被染者全部死亡。

这种现代医学所说的震颤病，当地土语称之为“Kuru”。

Fore部落原有160个村落、35000人，疾病流行期间80%的人皆患此病，整个民族陷入危亡。

50年代后期，在世界卫生组织和澳大利亚政府的干预下禁止了这种人吃人的陋习，发病率逐渐下降。

美国国立卫生研究院的Gajdusek和Gibbs与澳大利亚Zigas等人合作共同研究这种震颤性疾病，并通过一系列的实验证实震颤病与羊瘙痒症、人早老性痴呆属于同
一病原感染，Gajdusek由此获得1976年诺贝尔生理学和医学奖。

之后，各国科学家在震颤病方面又做了大量的研究工作，发现震颤病是一种神经系统慢性退化性疾病，其病理变化与动物的海绵状脑病很相似，并成功地构建了动物模型。

美国加州大学神经病学专家StanleyB?Prusiner等提出，朊病毒是一种传染性蛋白质颗粒，不含有核酸，可自身复制，Prusiner凭借对朊病毒的研究获得1997年诺贝尔生理学和医学奖。

疯牛病扯出朊病毒
朊病毒研究为什么会引起这么多科学家的热情呢？除了它有可能为研究者带来更多的成果和殊荣外，还有一个重要的原因是朊病毒是唯一缺乏核酸的传染性因子，特别是科学家在研究震颤病(Kuru)的过程中发现震惊世界的疯牛病(BSE)和克—雅氏病与朊病毒有着千丝万缕的联系。

最近，美国Prusiner等已用转基因技术在地鼠身上证明，只要一个氨基酸位点突变，就可以使正常动物和人脑组织内的朊蛋白异构体变成传染性朊蛋白。

此外国外已有反复的报道称，生物制品中尤其是人源性脑下垂体生长激素等制品一旦被朊病毒感染，将会造成不可挽救的医源性传播。

1986年11月至1995年5月，英国饲养的大约15万头牛感染了一种新的神经疾病，病牛从发病到死亡仅数周到数月的时间，这种病被称为疯牛病。

通过流行病学研究发现，疯牛病的起病原因既不是传染性病毒，也不是细菌，更不是真菌或寄生虫。

它是一种能起传播作用的物质，这种物质影响牛脑和脊髓，用普通显微镜即可观察到脑部的海绵状变化。

这一物质较一般病毒蛋白质稳定，用低于400度的加热方式无法将其完全灭活，普通的理化消毒、灭菌方法都难以做到灭活，冷冻和干燥也无法将其消灭（可用5%次氯酸钙或1mol/LNaOH溶液浸泡60min处理），它就是朊病毒。

目前，除英国外，法国、葡萄牙等20多个国家和地区相继也发现了疯牛病，并有足够的证据证明其与使用牛骨肉粉饲料密切相关。

联合国粮农组织郑重宣布：疯牛病正在走向全球化！
克—雅氏病是20世纪20年代由两位德国病理学家首次描述和报道的，后来发现该病可经外科、牙科等手术传染。

克—雅氏病是罕见的早老性痴呆病，其潜伏期可长达十年，发病后期人的大脑被毁损，最后昏迷死亡。

在欧洲、美洲、大洋洲等各地的发病率约为百万分之一。

有报告称，近年来此病在欧洲发病率比过去几十年增长了10倍以上，这很可能与疯牛病有关。

世界卫生组织一直关注着疯牛病是否会传染给人，并多次召开专题会议，现已证明朊病毒可以发生突变，而突变后的病原能突破种族界限，由动物传染给人，英国新近发现的人的疯牛病与疯牛病关系密切。

科学家高度怀疑，人吃了疯牛病病牛的内脏可能是造成人畜共患的原因。

据科学推测，疯牛病的发源国——英国已约有50万人潜在感染疯牛病，这些人都应处于长短不同的潜伏期。