朊病毒特性与致病机理研究进展

朊病毒特性与致病机理研究进展

刁小龙，徐志良，边静静，施福明，杨飞宇，胡鹏年，陈扶香

甘肃农业大学生命科学技术学院，甘肃兰州（730070）

E-mail：dxl841016@

摘要:朊病毒病是人和动物的一种退行性脑病，主要包括羊骚痒病，疯牛病，以及人的克——雅氏综合症。其致病因子被认为是一种由正常细胞PrP蛋白经非正常折叠所形成的蛋白质（PrP sc）。PrP sc和PrP c来自于同一基因具有相同的氨基酸序列，但在二级结构和三级结构上有很大的不同。因为PrP sc是一种不含有核酸的蛋白质感染因子，所以关于朊病毒的致病机理至今还没有完全弄清楚。但有关研究表明该病是由于PrP sc或ctm PrP在大脑中积累所致。

关键词；朊病毒，PrP，PrP sc

引言

朊病毒,也称为朊粒，是一种只有蛋白质而没有核酸的传染因子。它是动物和人传染性海绵状脑病（Transmissible Spongiform Encephloathy, TSE）的主要致病因子。Prusiner的“唯蛋白”假说认为：TSE是哺乳动物细胞中普遍存在的正常细胞型PrP(Cellular Isoform Of Prion Protein, PrP c)转变为致病性的异常痒病型PrP(Scrapie Isoform Of Prion Protein, PrP sc)所致。PrP sc在感染动物脑内形成不溶性的、抗蛋白酶的积聚物而引起动物发病，1985年英国爆发疯牛病后，朊病毒引起了人们的极大关注。而且随着时间的推移和科研水平的提高，朊病毒蛋白的结构特征、生化特性及致病机理的研究取得了显著进展。

1 朊病毒病

1.1羊搔痒病（Scrapie）

早在1730年就有了关于羊搔痒病的记载。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。但直到1936年，Cuill和Celle才通过试验证实其具有传染性。20世纪60年代，英国生物学家，阿尔卑斯用放射性物质处理破坏DNA和RNA后，其病变组织仍具有传染性，因而他认为羊搔痒病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，也缺乏有力的室验支持，因此没有得到认同。

1.2克—雅氏病（Creutzfeldt-jakob Disease,CJD）

1920年，发现克—雅氏病。由Creutzfeldt 和jakob 两位神经病理学家首先描述报道，因而被命名为克—雅氏病（CJD）。其经典病例特征是：脑组织出现明显海绵样病变，星状细胞增生及淀粉斑块，与羊搔痒病病理特征相似。

1.3库鲁病（Kuru）

19世纪50年代，在大洋洲巴布亚新几内亚东部海拔1000-2000米高地土著Fore居民中流行着原因不明的库鲁病。临床症状为：战栗性震颤并发展成为发音障碍，失语直至完全不能运动，一年内即死亡。此病受到人们的极大重视，后经检测发现库鲁病病理变化、临床经过、流行病学与痒病相似。

-1-

1.4疯牛病（Mad Cow Diease）

牛海绵样脑病（Bvine Sopngiform Encephal,BSE）俗称疯牛病（Mad Cow Diease），是成年牛的一种亚急性、进行性、神经系统疾病。TSE病例均有神经组织空泡化、没有疫苗预防，潜伏期最短数月，一般最终导致死亡。经调查研究，BSE可通过使用病牛的脑、脊髓、血液、骨骼制成的饲料和药品而感染。

1947年发现水貂脑软病，以后又陆续发现鹿的慢性消耗病（萎缩病），猫的海绵状脑病。所有的这些疾病都是神经系统疾病，不仅临床表现、神经病理学相似，而且都可以人工感染实验动物。被感染动物和自然病理一样潜伏期都很长，为同一类型疾病。根据它们的可传染性和特征性病理变化把它们命名为传染性海绵状脑病（TSE）。

2 朊病毒的结构特征

朊病毒（Prion Protein , PrP）是由动物机体中高度保守的朊病毒蛋白基因编码的蛋白质。能在机体的多种细胞中表达，在中枢神经系统及神经元细胞中表达量最高。它具有两种不同的分子构象：一种是存在于正常机体或感染动物的细胞中，没有致病作用,称为细胞朊蛋白（Cellular PrP, PrP c）,另一种是仅存在于感染动物的细胞中，称为朊病毒蛋白（Scrapre PrP,PrP sc）[1]。两种蛋白的一级结构完全相同，但二极结构及高级结构则有着显著差异。

2.1朊病毒的一级结构（图1）

-2-

图1 朊病毒的一级结构示意图[18]

PrP前体全长为253个（人）～264个（牛）氨基酸，分子质量为33～35KD[2]。 PrP前体的N-端的22个疏水氨基酸残基为信号肽序列。C-端的23个（人为22个）疏水氨基酸残基是糖基磷酸肌醇结合位点（GPI）。这两部分将通过翻译后修饰水解除去，因此人的成熟PrP仅为中间的第23位～第231位氨基酸共209个残基组成的序列。N-端的23～95位氨基酸残基之间有一个富含组氨酸和甘氨酸的八肽重复区（PHGGGWGO）（51～91位氨基酸），第96～112位氨基酸序列是PrP的结构控制区，113～135位有一段跨膜区，135～231位之间是3个束状螺旋区域[3]。

成熟的PrP分子有两个N型糖基化位点，分别为第181位和第197位的两个天冬酰胺（Asn）残基，在第179位和第214位的两个半胱氨酸（Cys）残基之间有一个二硫键，第183位和第192位的2个苏氨酸（Thr）磷酸化序列一致，第145位的酪氨酸（Tyr）被硫化，第155位的酪氨酸是其磷酸化位点之一（除灵长类及啮齿类动物之外），第147位～第163位的氨基酸之间有一芳烃回文序列。

PrP含有3组不同的短肽重复，第一组为6肽重复结构；第二组为8肽重复结构（PHGGGWGQ）（其中第一个重复是9肽：PQGGGGWGQ）；第三组是2个肽的串联重复，与前面所提到的芳烃回文序列部分重合[4]，所有这些重复似乎为PrP独有。

PrP的核酸序列及其氨基酸序列高度保守，其不同物种间的同源性也很高（表1）。[18]

-3-