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朊毒體

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朊毒体疾病
Prion Diseases (TSEs)
Histology bse.jpg
微觀的“空洞化”是在受朊病毒影響的組織切片的特性,導致組織中發展“海綿狀”的結構。
分类和外部资源
醫學專科 感染科
ICD-10 A81
ICD-9-CM 046

朊毒体英语:prion,发音为/ˈpriː.ɒn/;又譯為普利昂蛋白蛋白质侵染因子毒朊感染性蛋白质普恩蛋白等)是一类具感染性的致病因子,并能引发人及哺乳动物的传染性海绵状脑病(Transmissible spongiform encephalopathies, TSEs) 。朊毒体在过去有时也被称为朊病毒。但它严格来说不是病毒,而是一类不含核酸,仅由蛋白质构成的致病因子,但可自我复制并具感染性。

错误结构的普利昂蛋白(prion protein, PrP)能够诱导在神经细胞上原本是正常结构的普利昂蛋白转变为错误结构并进行聚集反应,藉由这个机制引入新的普利昂蛋白,不断自我复制并传递至邻近细胞,最终扩散至整个脑部。由组织染色法发现。聚集的普利昂蛋白会于神经细胞外形成类淀粉沉淀,并伴随神经细胞死亡,造成脑组织空洞化。朊毒体虽然是蛋白质,但相较于普通蛋白质更为稳定,无法以一般物理或化學消毒法去除感染性。以120 ~ 130℃加热4小时、紫外线照射、甲醛均不能将这种蛋白质变性。它对蛋白酶有抗性[1],但不能抵抗高浓度的蛋白质强变性剂,如苯酚尿酸[2]

朊毒体最早发现于哺乳动物的传染性海绵状脑病,包括羊瘙痒症狂牛症慢性消耗病。人类的传染性海绵状脑病包含庫賈氏症(自发性、遗传性、与变种庫賈氏症),致死性家族失眠症,和于食人部落发现的库鲁病。目前均無法医治。变种庫賈氏症为由牛传染人的跨物种疾病,透过食用已感染狂牛症的牛只的肉或其内脏制品感染。该病原體由饮食摄入后能够穿越血脑屏障,缓慢破坏组织结构,最终导致患者死亡。

名稱[编辑]

史坦利·布魯希納于1982年提出了prion一词,以代表其自我复制能力,并能够传递本身错误结构给其它普利昂蛋白[3]。英语中的prion是由protein and infection拼接而成的混成词,全称是proteinaceous infectious particle[4],为「蛋白質感染颗粒」之意。中文的“朊”(ㄖㄨㄢˇ/ruǎn)为蛋白质的别称。

历史[编辑]

在发现普利昂蛋白之前,科学家认为所有传染病的病原体都是微生物,都有可复制的核酸,如细菌病毒、真菌、原生动物等。Tikvah Alper于1960年,与John Stanley Griffith于1967年分别提出了感染性海绵状脑病的感染因子可能只由蛋白质所组成[5][6],但并未得到重视。

美国加州大學舊金山分校史坦利·布魯希納英语:Stanley B. Prusiner)于1982年从感染羊瘙痒症的羊脑样品純化感染因子。将细菌、病毒、与核酸等细胞成分去除之后,发现余下的蛋白质仍具有感染性。他提出这种蛋白质就是该病的病原,并称其为普利昂蛋白(prion protein, PrP)。当时有许多质疑者认为传染源于蛋白质中残留的病毒,但他们重复的实验证实了布魯希納的结论。布魯希納的后续研究表明,错误结构的普利昂蛋白(PrPSc)和正常结构的PrPC有相同的一级结构(氨基酸序列),但三级结构(构象)不同,打破了之前人们认为的“蛋白质的一级结构决定高级结构”(一条序列一种结构)的定律。

凭借着对普利昂蛋白的研究,布魯希納获得了1997年的諾貝爾生理學或醫學獎[7]

致病机理[编辑]

对普利昂蛋白的研究尚有许多未知领域,目前被普遍接受的理论如下:

PrPSc蛋白和神经细胞细胞膜上正常结构的PrPC蛋白质(具体功能还不了解)有相同的一级结构——氨基酸序列,但它们的三级结构——折叠方式不同。因具有對蛋白酶的抗性,普利昂蛋白被攝入體內之后不會被消化降解;同时因具有与体内的蛋白质有相同的一级结构,它也不会被免疫系统清除。于是普里昂蛋白得以积累。

该蛋白与体内的正常蛋白接触时,会诱导后者转化为普利昂蛋白(详细机理尚不清楚)。该蛋白不能被酶分解,于是在脑部形成斑块,最终导致中枢神经细胞死亡,脑组织被破坏。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,则会引起語言、记忆力及行為能力的下降。变异性庫賈氏病的致死率较高。[7]

普利昂蛋白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生长激素而感染庫賈氏症,或通过脑部外科手术的仪器传染(普利昂蛋白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,特别是可以引起普利昂蛋白在世代间积累的同类相食或类似的行为,例如巴布亞紐新幾內亞上发生的库鲁病。而狂牛病的病因源于用动物骨粉做饲料,如果死去的动物体内含有普利昂蛋白,因为该致病原无法通过常见的消毒手段清除,会通过饲料传染给健康的牛。[7]

最近的研究发现普利昂蛋白虽然没有遗传物质,但是在生物体内会进化得更加致命。[8]

普利昂蛋白疾病[编辑]

在研究室中,人们研究了牛脑组织上的微小“洞”

普利昂蛋白导致神经退化性疾病,由淀粉样蛋白聚集在中枢神经系统的细胞外,形成扰乱正常组织结构的斑块。其他组织学改变包括:星形胶质细胞增生;發炎反应的情况下产生的海绵状结构在组织上形成微小的“空洞”。普利昂蛋白疾病的潜伏期一般是相当长,但是一旦出现不适症状,病情进展迅速,导致脑损伤和死亡。症状包括神经症状,抽搐,痴呆,共济失调(平衡和协调功能障碍),行为或人格改变。所有已知的普利昂蛋白疾病,统称为传染性海绵状脑病英语:transmissible spongiform encephalopathies),目前无法治愈。攝食或在饲料中加入患普利昂蛋白疾病动物的肉或内脏,可使动物感染。人類普利昂蛋白疾病的传染途径包括:与病牛的接触,攝食受狂牛症感染的牛隻,医源性传染,还有大约有15%的患者为家族遗传。[9] [10] [11][12]

普利昂蛋白疾病
患病动物 疾病
绵羊山羊 羊瘙痒症[13]
牛海綿狀腦病BSE,即疯牛病)[13]
骆驼[14] 骆驼普利昂蛋白疾病(CPD
水貂[13] 傳染性貂腦病TME
白尾鹿、麋鹿、 慢性消耗病CWD
猫科动物[13] 貓科海綿狀腦病FSE
薮羚劍羚

扭角林羚

外來偶蹄類腦病EUE
鸵鸟 海綿狀腦病(传染性未被证实)
人类 传统克雅二氏病CJD
医源性克雅二氏病(iCJD
传播性克雅二氏病(sCJD
家族性克雅二氏病(fCJD
变异性克雅二氏病英语Variant Creutzfeldt–Jakob diseasevCJD
格斯特曼综合征英语Gerstmann–Sträussler–Scheinker syndromeGSS[13]
传播性致死失眠症英语Sporadic fatal insomniaSFI
致死性家族失眠症FFI
庫魯病
家族性海綿狀腦病
多系统萎缩症英语Multiple system atrophyMSA):

不属于传染性海绵状脑病; 致病因子不是典型普里昂蛋白Prp/PrPSc, 而是错误折叠的α-突触核蛋白。

普利昂蛋白的其他研究成果[编辑]

通过对普利昂蛋白的研究,科学家发现了一些具有β折叠结构的多肽具有自聚集的性质,可以自聚集形成纤维,为纳米材料提供了新的研究思路。多肽的β片层之间可以形成氢键,将一个一个多肽单体按照特定的结构连接在一起,形成纤维。世界上许多实验室正在人工合成一些可以自聚集形成纤维的多肽,希望能够控制纤维的生长,找到新的功能材料。

并不是所有的普利昂蛋白都是危险的,事实上,它们存在于很多植物和动物中。正因为如此,科学家认为这些变形的蛋白质一定为它们的宿主带来了一些好处。这个假设在对一种特定的藓类植物进行研究的时候被证实。正常情况下,当一个地方的藓与另一个地方的藓长得足够它们的外层细胞相接触时,病毒会从一个受感染的藓的部分传播到另一个没有受感染的藓的部分。但是,普利昂蛋白似乎会绕到被感染的藓的边缘部分。这可以引起藓边缘部分的细胞死亡,从而形成一个屏障,阻止病毒穿过,从而避免受到感染。

1965年,研究人员在布赖恩·科克斯(Brian Cox)的指导下,在酵母菌发现了一种奇怪的遗传,他们把它称为[PSI+]因子([PSI+] element)。1994年,里德·维克尼(Reed Wickner)提出假说,认为[PSI+]和另一个遗传因子[URE3]是分别由Sup35p和Ure2p蛋白引起,并具有类似普利昂蛋白的特性,因此目前被廣泛稱為酵母普利昂蛋白(yeast prions)[1]。很快人们就注意到热休克蛋白(heat shock proteins,可以帮助其它蛋白质正确折叠的蛋白质)可以减少[PSI+]的影响。研究人员的研究显示出了氨基酸序列如何帮助PSI蛋白质(Sup35p)在普利昂蛋白和非普利昂蛋白状态间转化。这个研究使得Susan Lindquist认为,普利昂蛋白转换在某种情况可能是有利的,使得它们在进化中得以保留。

有人[谁?]推测普利昂蛋白与细胞分化有关,它们能够刺激幹细胞的功能分化(例如形成肌肉细胞和血细胞)。

注釋[编辑]

參考文獻[编辑]

  1. ^ 李梦东. 朊病毒及海绵状脑病的研究进展. 中华医学会感染病学会分会. 2009-06-22. (原始内容存档于2013-12-12) (中文(中国大陆)‎). 
  2. ^ 存档副本. [2010-02-08]. (原始内容存档于2013-12-13).  普里朊感染
  3. ^ Stanley B. Prusiner - Biographical. nobelprize.org. [2018-06-01]. 
  4. ^ Prusiner, Stanley B.; Woerman, Amanda L.; Mordes, Daniel A.; Watts, Joel C.; Rampersaud, Ryan; Berry, David B.; Patel, Smita; Oehler, Abby; Lowe, Jennifer K. Evidence for α-synuclein prions causing multiple system atrophy in humans with parkinsonism. Proceedings of the National Academy of Sciences. 2015-09-22, 112 (38): E5308–E5317. ISSN 0027-8424. PMC PMC4586853 请检查|pmc=值 (帮助). PMID 26324905. doi:10.1073/pnas.1514475112 (英语). 
  5. ^ Alper T, Cramp W, Haig D, Clarke M. Does the agent of scrapie replicate without nucleic acid?. Nature. 1967, 214 (5090): 764–6. PMID 4963878. doi:10.1038/214764a0. 
  6. ^ Griffith J. Self-replication and scrapie. Nature. 1967, 215 (5105): 1043–4. PMID 4964084. doi:10.1038/2151043a0. 
  7. ^ 7.0 7.1 7.2 L.G.Wade Jr. Organic Chemistry, 8th Edition. PEARSON. 2013: 第1194–1195頁. 
  8. ^ http://www.solidot.org/story?sid=15687 没有DNA的朊毒体也会进化
  9. ^ 引用错误:没有为名为朊毒体及海绵状脑病的研究进展的参考文献提供内容
  10. ^ 90. Prions. ICTVdB Index of Viruses. U.S. National Institutes of Health website. 2002-02-14 [2010-02-28]. 
  11. ^ Hussein MF, Al-Mufarrej SI. Prion Diseases: A Review; II. Prion Diseases in Man and Animals (PDF). Scientific Journal of King Faisal University (Basic and Applied Sciences). 2004, 5 (2): 139 [2010-02-28]. [失效連結]
  12. ^ BSE proteins may cause fatal insomnia.. BBC News. 1999-05-28 [2010-02-28]. 
  13. ^ 13.0 13.1 13.2 13.3 13.4 International Committee on Taxonomy of Viruses (ICTV). International Committee on Taxonomy of Viruses (ICTV). [2018-06-01] (英语). 
  14. ^ Babelhadj, Baaissa; Di Bari, Michele Angelo; Pirisinu, Laura; Chiappini, Barbara; Gaouar, Semir Bechir Suheil; Riccardi, Geraldina; Marcon, Stefano; Agrimi, Umberto; Nonno, Romolo. Prion Disease in Dromedary Camels, Algeria. Emerging Infectious Diseases. 2018-6, 24 (6): 1029–1036. ISSN 1080-6059. PMID 29652245. doi:10.3201/eid2406.172007. 

外部連結[编辑]