朊病毒致病机理研究进展

朊病毒致病机理研究进展

杨建民,郝永新,宁章勇,赵德明

(中国农业大学动物医学院国家动物海绵状脑病实验室,北京　100094)

摘要:朊病毒病是由一种新型蛋白感染因子引起的人和动物可转移神经退化性疾病,又称海绵状脑病,最终可导致患者死亡。作者就朊病毒的致病机理,从朊病毒学说,致病性、生物学特性进行阐述,并从病原基因遗传结构特点,致病蛋白的结构特点和形成机制作以综述,为该类疾病的防治提供理论依据。

关键词:朊病毒;P rPc;P rP sc;发病机理

中图分类号:S85.2 文献标识码:A 文章编号:167127236(2004)1020034204

自20世纪80年代欧洲疯牛病的爆发到由疯牛病感染而导致人的新型克雅氏病(nvCJD)

(A tw ood,1998)的出现,使得人们越来越重视对

B SE病原朊病毒及朊病毒病的研究。P ru siner等(1982)首次提出的朊病毒假说已逐步得到人们的认可。朊病毒病是由一种新型蛋白感染因子引起的人和动物可转移神经退化性疾病,又称海绵状脑病,最终可导致患者死亡。此类疾病包括人的震颤病,克雅氏病(CJD),吉斯综合征(GSS)和致死性家族失眠症(FF I)以及动物的羊瘙痒病、牛海绵脑病(俗称疯牛病)和鹿、猫、水貂等的海绵状脑病,这些疾病的共同特征是使动物和人产生认知和运动功能的严重衰退直至死亡,其临床和病理特征表现为脑组织的海绵体化、空泡化、星形胶质细胞和小胶质细胞的形成以及致病蛋白的积累(B randner,1996)。

十几年来,人们在探索朊病毒致病机理方面,进行了不懈的努力,现就此方面的研究进展作以综述。1　朊病毒疾病特征

朊病毒病潜伏期长,达数月至数年,甚至数10年。临床上以进行性共济失调、震颤、姿势不稳、痴呆或知觉过敏、行为反常等中枢神经系统症状为特征, 100%死亡。组织病变局限于中枢神经系统,以神经原空泡化、脑灰质的海绵状病变、神经胶质和星状细胞增生、P rP sc蓄积和淀粉样蛋白斑块为特征(B row n,2000)。病变通常两侧对称。

2　朊病毒的提出及其特性

自1936年证明痒病具有传染性以来,人们就力图分离这种传染性因子,进一步阐明其本质。利用梯度离心纯化并经蛋白酶处理后获得的具有感染性和

修回日期:2003206220

作者简介:杨建民(1973-),男,宁夏人,博士生,研究方向:预

防兽医学。电镜可见的两种组分—大分子纤维和一种优势蛋白成分。此大分子纤维即痒病相关纤维(scrap ie associated fib rils,SA F),此优势蛋白成分是一种抗蛋白酶的蛋白质(p ro tease2resistan t p ro tein,P rP)又名朊病毒蛋白(p ri on p ro tein,P rP)(W h ite, 1999)。自P ru siner提出朊病毒学说以来,越来越多的研究证据进一步支持该假说。朊病毒是不含核酸的蛋白质,可通过滤膜,福尔马林溶液不能完全消除其感染性,对核酸酶不敏感,对237nm紫外线非常敏感。这些特征表明感染因子朊病毒可能不含核酸。相反,用蛋白酶K、尿素、SD S等处理则使其失去感染性。致病的朊病毒蛋白P rP sc具有抗蛋白酶有限水解的能力,它特异地出现在被感染动物的脑组织中,呈淀粉样形式存在,经有限酶解后,聚丙烯酰胺凝胶电泳显示其分子量为27～30kD,称P rP27230, P rP27230仍保留其感染性(W ong,1999)。机体感染后不发热、无炎症和特异性免疫应答反应。

3　朊病毒分子生物学性质

基于对P rP27230蛋白质的部分氨基酸序列,对其基因和正常细胞蛋白(P rPc)的基因进行克隆和序列分析,发现正常动物体内由P rP基因编码,P rP 一级结构同朊病毒感染动物的P rP一级结构一致,两种情况下m RNA水平也相似,用抗P rP27230结合,发现P rP蛋白不但存在于未感染的组织细胞,而且以MW33～35kD的糖蛋白存在于许多内脏组织,称之为P rPc。值得注意的是,用有限蛋白酶K 消化时,P rPc完全降解,去掉N端66个氨基酸生成P rP27230(W ads w o rth,1999)。因此,P rP蛋白有至少二种不同的异构体:普遍存在的对蛋白酶敏感的形式P rPc以及只有在感染时才会存在的抗蛋白酶的形式P rP sc。

P rPc分子量33～35kD含有一对二硫键和二个N型复合寡糖链,二硫键和糖基化的残基都在C端。

N端含有由22个氨基酸残基组成的信号肽序列,C 端含有由23个氨基酸组成的糖基磷酸肌醇锚受体结合位点(GP I),已证明糖蛋白P rPc是定位于细胞膜的穴样内陷类结构域(CLD s)。P rP sc具有以下不同于P rPc的生化特性:①不溶于非变性去污剂;②具有相对的抗蛋白酶水解特性;③附着在细胞膜表面,磷酸肌醇磷脂酶C酶解不能使其从膜上释放出来;

④P rP sc与P rPc的构象表位不同(B row n,2000)。

4　朊病毒蛋白基因结构及转录

朊病毒蛋白是由宿主染色体基因编码的(Cohen,1999)。人的基因定位于第20号染色体的短臂上,鼠的基因也定位于第2号染色体的短臂上。P rP基因是单拷贝基因。朊病毒蛋白m RNA并不是由一个外显子组成,但整个开放阅读框包含在一个单一的外显子中,鼠、牛和羊的P rP基因是由3个外显子和2个内含子组成,而人的P rP基因是由2个外显子和1个内含子组成。P rP基因可能是一个持家基因。P rP的表达是组织依赖型的,鼠的不同组织中P rP m RNA水平各不相同,最高表达量在脑部和胎盘。而鼠脑组织中P rP m RNA主要存在于海马组织的锥形细胞、丘脑和新大脑皮层的大神经元以及蒲肯野氏细胞。此外,子宫肌层和精巢的精细管中也可表达。

5　朊病毒分子遗传特性

目前已获得了40多个物种的P rP核苷酸序列及由此推断出的氨基酸序列。整个开放阅读框的氨基酸序列同源性为70%,而成熟的蛋白质P rP232 231序列同源性为76%。在患病的人中,P rP序列中的突变都是非保守性替代,它们同人的散发性、遗传性及传染性朊病毒疾病相关。研究者最早观察到GSS以常染色体遗传的方式发病。现已证明人类遗传性朊病毒疾病的分子基础是P rP基因的突变。转基因研究结果也证明P rP基因的突变能引起神经退化性疾病。同时,GSS实验动物模型也有力证明了P rP基因突变可引起GSS、nv CJD和FF I。

P rP sc与P rPc都由同一基因编码,其氨基酸序列完全相同。因此P rP sc的形成是一种转录后修饰的过程。通过对P rP sc与P rPc的比较研究结果发现二者并无共价修饰的区别。利用转换红外光谱和圆二色对二者结构进行比较,发现它们在二级结构上有很大区别:P rPc含40%的Α螺旋,而含有很少或几乎不含Β折叠,相反P rP sc则含有43%的Β折叠及30%的Α螺旋。采用分子模式对P rP sc与P rPc 的三维结构进行预测,认为P rPc是一个含有4个Α

螺旋(H1～H4)的球形蛋白。在P rP sc中有2个螺旋H1和H2形成4个Β折叠链。一个二硫键将H3和H4连接在一起,稳定P rP sc和P rPc的结构。

6　PrPsc的形成—朊病毒蛋白的构象转变

研究者提出两种P rP sc形成机理:①“种子”模式机理,认为P rP sc的形成是一种核依赖的聚合过程,即,P rP sc低级聚合物充当种子。在“种子”不存在时,P rPc和P rP sc单体之间发生快速的可逆性构象变化,但P rPc单体构象比P rP sc稳定。当P rP sc “种子”存在时,它可通过与P rP sc单体的结合稳定P rP sc构象,加速P rPc向P rP sc的转变。这种稳定转换过程的最大障碍是起始的核形成过程。此模式能够解释经脑内潜育后才发病的朊病毒疾病。②重折叠模式机理,认为P rP sc的形成是模板介导的转换过程。该模式下P rP sc构象比P rPc更稳定,二者之间存在能量屏障。在这种模式中,P rP sc依靠催化P rPc或一个不稳定的中间体的重排来提高转换,以形成更稳定的P rP sc构象。感染性将依赖于P rP sc 结合和催化中间分子转换的能力。这种模式能够解释由于点突变而引起的遗传性朊病毒疾病。然而这2种模式并不是相互排斥的,在朊病毒繁殖过程中有可能是这2种模式共同作用(H ill,1999)。

体外转变试验不能证明P rPc能够变成有感染性的结构异型体,这使人们怀疑是否在体内有别的因子参与P rPc向P rP sc的转变。后来的试验证实,该蛋白可能是H sp60。

在酵母中发现了一种非孟德尔因子[sp i+],它是类似于哺乳动物朊病毒的一种自我修饰蛋白,其繁殖需要适量伴侣蛋白H sp104的参与(M iu ra, 1999)。过量和缺失的伴侣蛋白H sp104都能导致[sp i+]的失活。这一点可以用来解释在体外系统中,在缺少伴侣蛋白的条件下,朊病毒的诱导效率不高。可以推断,通过改变伴侣蛋白的数量和活性有可能控制朊病毒的感染,以至治疗朊病毒疾病。

7　PrPc的功能与PrPsc的致病作用

B row n则发现,P rPc有超氧化物歧化酶(SOD)的活性,对细胞抵抗氧化逆境有直接作用;并且P rPc变成P rP sc后,其结合铜离子的正常生理功能丧失,致使铜离子游离,对细胞产生毒性作用。

P rP sc具有潜在的神经毒性,其中P rP1062126称为神经肽,单独这一段小肽也能使在体外培养的神经细胞发生凋亡。而大量P rP sc在CN S尤其是在脑内的积累可抑制Cu2+与SOD或其它酶的结合,从而使神经细胞的抗氧化作用下降,P rP sc还可抑

制星形细胞摄入能诱导其增殖的Glu。此外,细胞内的P rP sc可能还抑制tau调节的微管蛋白的聚合,导致L2型钙通道发生改变,进而使细胞骨架失去稳定性,最终都可使神经细胞发生凋亡并形成空泡状结构,进而使各种信号传导发生紊乱。外在表现为自主运动失调、恐惧、生物钟紊乱等症状。

朊病毒致病作用分为3个阶段:第1阶段是P rP sc的形成和蓄积(Stoclel,1998)。P rP sc的形成是通过突变,由P rPc构型转化和外源性P rP sc的摄入3条途径,由于其抗蛋白酶的特性而在细胞表面蓄积。第2阶段的标志是C tm P rP的形成,可能是由新生的P rP或是突变生成,机制尚不清楚。在细胞内质网上P rP形成两种显著的形式:镶嵌于膜上的secP rP和能够透过膜的形式。这种透过膜形式可被蛋白酶降解为2部分:一部分含羧基和糖基,即C tm P rP;另一部分是氨基不含糖基即N tm P rP。第3阶段是C tm P rP透过细胞内质膜间隙,侵害神经系统。有试验结果表明,C tm P rP透过细胞内质膜间隙后,还可能参与细胞凋亡。

L indqu ist和L i m ing在研究酵母中一种类似于人和牛P rP的传染性蛋白颗粒Sup35时发现,蛋白质构型的转变能够引起功能的变化。尽管酵母中的Sup35与哺乳动物中的P rP存在差异,但也在一定程度上支持了朊病毒构型转变致病假说。

8　朊病毒的种间障碍和遗传多样性

所谓朊病毒种间障碍是指一个物种对另一物种的朊病毒感染具有抵抗力的现象(V iles,1999)。在新宿主种体内合成的朊病毒的序列和新宿主P rP 基因的序列相同,而不是接种物中P rP sc的序列。在同源宿主中继续传代潜伏期即缩短,几代后就稳定于一定水平,从而成为非随机过程。表现为在P rP sc 的繁殖过程中存在朊病毒的种属特异性和株系特异性的现象,其外在表现为潜育期的延长甚至不发病。目前认为种属特异性的根本原因在于组成P rP的氨基酸一级结构的差异,造成三维构象上的不同所引起的。

转基因动物试验研究结果提示,各特定朊病毒分离物P rP sc的合成发生于特定的神经细胞群体内。各毒株间最基本的区别似乎是他们识别各自易感的不同神经原群体,并在其中复制(嗜同种相互作用);但不同毒株的模式有相当多的重叠。另一方面,毒株多样性又起源于合成它的神经原,每个神经原亚群以及其它细胞型合成一种P rPc同型,各同型一级结构相同,但二级结构不同。P rP sc促使P rPc转变为新生P rP sc的过程只发生于合成与其相容P rPc的那些神经原内。

鉴于不同毒株单糖化、双糖化和未糖化P rP sc 的相对丰度及P rP sc抗蛋白酶成分的电泳迁移率不同,有些学者认为P rPc糖化上的差异可能和毒株的多样性有关(Giese,1998)。糖化的多样性可使P rP 分子有400种以上的不同形式。朊病毒毒株的多样性可能是三级结构和糖化模式相结合的产物,或许二者相互依赖。已知P rP至少有P rPc和P rP sc2种构体,P rP sc的生化指纹可分为4型,T SE有兴奋性株和昏睡型株。这些事实说明P rP sc可能具有毒株特异的构象和糖化模式,如朊病毒是P rPSC的寡聚体,其构象的复杂性就上升到另一水平。朊病毒的繁殖过程中还存在株系的特异性,表现在潜育期长短不同、脑中受到损伤的部位不同和P rP sc的蛋白酶K酶切位点不同形成不同分子量的蛋白几方面,这些特征即使是连续传代仍然保持。研究结果表明,朊病毒繁殖的信息是贮存在致病蛋白的构象中,不同的株系代表不同的蛋白构象。不同毒株引起的临床表现及毒株的种间屏障、稳定性、P rP sc的免疫印记图谱和对热的抵抗力等也不尽相同。

9　无PrPsc的朊病毒病

大多数朊病毒病的特征是P rP sc在细胞表面的异常蓄积,但是某些遗传疾病(如格斯特曼综合征)检测到的不是P rP sc,而是C tm P rP(透过膜蛋白)形式。最近一项研究结果表明,P rP sc的蓄积与C tm P rP有关,同时,P rP sc又可干预和调节C tm P rP的生成,这一机制对遗传性和获得性的朊病毒病均适用。

将P rP+或P rP-基因型经脾细胞复制后,部分或完全生成滤泡树突状细胞,后经由外周中枢神经系统入侵到脑中枢神经系统。朊病毒侵占神经系统的另一种可能模式为,B细胞不直接参与侵占神经系统,而是成熟的B细胞诱导滤泡状细胞的产生。但是免疫细胞不可能将所有的抗原从外周淋巴细胞都递呈到脑中枢系统,加之朊病毒的潜伏期长,最终朊病毒可能分布于外周和中枢神经系统。

朊病毒对于神经系统的损伤似乎主要是神经元,试验结果表明可导致明显的病理作用,诸如血脑屏障的损坏(B ruce,1997)。另外,星形胶质细胞是仅有的几种能够支持朊病毒复制的细胞类型。

10　酵母菌朊病毒假说

Cox(1965)发现在某些酵母菌株内存在一种引起终止密码抑制的成分,表现为显性,且不遵守孟德

尔遗传规律,故命名为[PS I+]。L acrou t(1971)发现某些酿酒酵母菌中存在另外一种非孟德尔成分,与[PS I+]具有相似的遗传特性,该成分被命名为[U R E3]。W ickner(1994)提出用酵母菌朊病毒假说来解释[PS I+]和[U R E3]的遗传行为。认为[PS I +]和[U R E3]可能和朊病毒一样,是由细胞内正常成分Sup35和U re2P经构型改变而来,因为蛋白质的C端失去其正常功能,所以能产生Sup35和U re2P突变相同的表现型;失去正常结构和功能的Sup35和U re2P又可与新的Sup35和U re2P相互作用,诱导他们发生同样的构型改变,从而使[PS I +]和[U R E3]表现出显性且不遵守孟德尔遗传规律。因此,将[PS I+]和[U R E3]称为酵母菌朊病毒(yeast p ri on)。与哺乳动物朊病毒不同的是:[PS I +]和[U R E3]不在细胞间传播,而是由细胞母代传给子代;也不会导致其存在的细胞发生死亡,而是使其产生新的细胞代谢型。因此,对于哺乳动物和人类,朊病毒是一种致病因子,对于酵母菌,则可视作一类可遗传的代谢表现型决定因子。

伴娘蛋白(heat shock p ro tein104)与[PS I+]关系的发现,为酵母菌朊病毒假说提供了有利的证据。H sp104为一种应激反应蛋白,一定浓度的H sp104对[PS I+]的产生是必需的。

11　关于TSE病原因子的其他假说

11.1　非寻常病毒说(unconven ti onal viru s hypo thesis)　认为T SE病原因子是一种具有异常特性的病毒,其复制和致病作用需要有P rP存在,因为P rP形成该病毒的部分或全部受体;其对理化因素和核酸酶的抵抗力虽强,但处理后丧失大部分感染性;残余活性可能是易于聚集的膜相关性因子(粘着成分)产生的,这些与宿主细胞成分密切相关的高度聚集的病毒颗粒可能会呈现出与单个病毒颗粒截然不同的稳定性(B ruce等,1997)。

11.2　拟病毒假说(virinohypo thesis)　D ick in son 和O u tran首次提出,后由K i m berlin阐述。拟病毒假说即核蛋白论,认为T SE s病原因子是拟病毒,由蛋白质和核酸组成。核酸由宿主酶催化复制,不编码病原因子的蛋白质,但其必需成分与宿主成分(如P rP sc)紧密结合,并受其保护。病原因子蛋白质由宿主基因组编码,并形成核酸的外被,但至今未能证实T SE s病原因子有特异性核酸(B ruce,1997)。

11.3　联合学说(un ifiedtheo ry)　W eiss m ann认为感染因子是完全朊病毒(ho lop ri on),它由2种成分组成:一种是分离朊病毒(),即,由宿主基因组复制,本身就可致病;另一种是协同朊病毒(cop ri on),即核酸,它决定毒株的株特异性。这种核酸可能连结于P rP sc上,也存在于正常宿主细胞中。P rP sc单独侵入细胞后,可激活某种细胞核酸,使其呈现协同朊病毒的作用。协同朊病毒借助细胞正常的聚合酶复制,这一过程由P rP sc激发,且可能依赖于P rP sc的存在。这一假说实际上是朊病毒假说和拟病毒假说的综合,使该病原因子的结构理论更趋完善,颇具吸引力,但目前还没有可靠的试验证据(Ho rnem ann,1997)。

12　结语

目前,尽管对朊病毒致病机制进行了大量的研究,但仍有许多细节问题还不十分清楚,对于“唯蛋白”假说仍需要进一步研究与探讨。

在实际应用中,进一步揭示朊病毒疾病的机理,可以使我们更有效地认识朊病毒疾病,进而有效地预防、控制和治疗朊病毒病。迄今为止,还没有建立一种快速、敏感的诊断程序,对于朊病毒病的防制也仅限于预防而非治疗。

A lzhei m er氏病、帕金森氏病和肌萎缩性脊髓侧索硬化(AL S)等这些疾病也是由于基因突变导致CN S表达的某种蛋白质产生非保守氨基酸替代所致,而且远比朊病毒病多发。因此,朊病毒的研究不仅对朊病毒病很重要,对上述这类疾病的病原学和分子发病机制的研究也有深远的意义(M u lthaup, 1996)。

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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

病毒的致病机理

病毒的致病机理 从分子生物学水平分析，病毒致病特征与其他微生物的差异很大；但从整个机体或群体上研究，发现病毒感染的流行病学和发病机理与细菌感染有很多相似之处。 病毒侵入机体是否引起发病，取决于病毒的毒力和宿主的抵抗力（包括特异性和非特异性免疫因素），而且二者的相互作用受到外界各种因素的影响。 第一节病毒感染 病毒感染：指病毒侵入体内并在靶器官细胞中增殖，与机体发生相互作用的过程。 病毒性疾病：指感染后常因病毒种类、宿主状态不同而发生轻重不一的具有临床表现的疾病。有时虽发生病毒感染，但并不形成损伤或疾病。 一、病毒侵入机体的途径 二、病毒感染的类型 1、按有无临床症状，分为： （1）隐性感染 病毒进入机体后不引起临床症状的感染，对组织和细胞的损伤不明显。 相关因素：病毒的性质、病毒的毒力弱、机体防御能力强 隐性感染虽不出现临床症状，但病毒仍可在体内增殖并向外界播散病毒，成为重要的传染源。 （2）显性感染 某些病毒(如新城疫病毒、犬细小病毒等)进入机体，可在宿主细胞内大量增殖，造成组织和细胞损伤，机体出现明显的临床症状。 2、依病毒在机体内滞留时间的长短，分为： （1）急性感染

病毒侵入机体后，在细胞内增殖，经数日以至数周的潜伏期后突然发病。 在潜伏期内，病毒增殖到一定水平，造成靶细胞损伤，甚至死亡，从而导致组织器官的损伤和功能障碍，出现临床症状。宿主动员非特异性和特异性免疫因素清除病毒。特点是潜伏期短、发病急、病程数日至数周；病后常获得特异性免疫（因此，特异性抗体可作为受过感染的证据） （2）持续性感染 病毒可长期持续存在于感染动物体内数月、数年，甚至数十年，一般不显示临床症状；或存在于体外培养的细胞中而不显示细胞病变。 持续性病毒感染有病毒和机体两方面的因素：机体免疫功能低下，无力完全清除病毒；病毒在免疫因子不能到达的部位生长；有些病毒可产生缺损型干扰颗粒（DIP）；某些病毒基因可整合道宿主细胞的基因组中；某些病毒无免疫原性(如朊病毒)，不产生免疫应答；某些病毒对免疫细胞亲嗜，使免疫功能发生障碍或消失。 持续性感染有下述4种类型： ①潜伏感染 经急性或隐性感染后，病毒基因组存在于一定组织或细胞内，但并不能产生感染性的病毒子。 在某些条件下病毒可被激活而急性发作，病毒仅在临床出现间歇性急性发作时才被检出。在非发作期，用一般常规方法不能分离出病毒。 ②慢性感染 经显性或隐性感染后，病毒并未完全清除，可继续感染少部分细胞，也能使细胞死亡，但释放出的病毒只感染另一小部分细胞，因此不表现病症；病毒可持续存在于血液或组织中并不断排出体外，病程长达数月至数十年。 ③慢发感染 病毒感染后潜伏期很长可达数月、数年甚至数十年之久。平时机体无症状，也分离不出病毒。一旦发病出现慢性进行性疾病，最终常为致死性感染。 ④急性感染的迟发并发症 可在急性感染后1年或数年，发生致死性的疾病。如：犬瘟热→脑炎、猫全白细胞减少症→小脑综合征 兽医临床常见的具有持续性感染特性的病毒 疾病名称病毒分类持续感染方式持续部位 口蹄疫小RNA病毒科 口蹄疫病毒属 短期循环动物咽部 猪水疱病小RNA病毒科 肠道病毒属 短期循环 抵抗力强的病毒 动物咽部 牛瘟、犬瘟热、新城疫副粘病毒科短期循环动物咽部蓝舌病呼肠孤病毒科中间宿主，持续感染，先天性造血系统

乙肝病毒特性与致病机理研究进展

https://www.wendangku.net/doc/f615992093.html, 乙肝病毒特性与致病机理研究进展 王晓冬，王峰，吕月蒙，李强，张国峰，孙涛，贾亚雄 甘肃农业大学生命科学技术学院，甘肃兰州（730070） E-mail ：wangxiaodong505@https://www.wendangku.net/doc/f615992093.html, 摘要：乙型肝炎病毒(Hepatitis B Virus, HBV)是引起中国及东南亚一带病毒性肝炎的主要病原之一，有半数以上HBV 感染的患者将会发展为慢性肝炎(Chronic Hepatitis, CH)、肝硬化(Liver Cirrhosis, LC)，甚至肝细胞性1fl 癌(Hepatocellular Carcinoma, HCC )，常被形象的称之为“慢性肝病三步曲”。新近有多项研究表明活化的T 细胞反应可能在HBV 感染的慢性化和肝细胞损伤过程中起重要作用。CD4+Th 细胞可分为Thl 和Th2细胞，分别介导两种不同的免疫学效应。Thl 细胞主要分泌IL-2, IFN- X 和肿瘤坏死因子(TNF)等细胞因子，参与细胞免疫应答;Th2细胞主要分泌IL-4, IL-5, IL-6和IL-10等细胞因子，参与体液免疫应答;Thl/Th2的平衡决定了免疫应答的有效性和安全性。Thl 与Th2之间存在相互制约或促进左右，细胞因子组成一个复杂的分子网络，参与调节炎症反应以及器官功能的自我稳定。 关键词：细胞因子，乙型肝炎病毒，细胞毒性T 淋巴细胞 1.引言 乙型病毒性肝炎（hepatitis B, HB ）是由乙型肝炎病毒（hepatitis B virus, HBV ）引起的。HBV 的感染不仅可以导致急、慢性病毒性肝炎和重性肝炎，而且还与肝硬化（liver cirrhosis, LC ）和肝细胞癌(hepatocellular carcinoma, HCC)的发生、发展密切相关。20﹪的慢性乙肝患者将发展成为肝硬化，HBV 慢性感染的人罹患HCC 的危险性是正常人的100倍。HBV 感染呈世界性分布，其中西欧、北美、澳大利亚为低流行区，乙性肝炎病毒表面抗原（hepatitis B surface antigen, HBsAg ）携带率在2﹪以下；东欧、日本、南美、北美和地中海国家为中流行区；中国、东南亚与南非为高流行区（HBsAg 携带率10﹪左右）。全世界共有约3.5亿人为HBsAg 慢性携带者，其中3/4在亚洲。HBV 感染导致全球每年50～120万人死亡，其中死于HCC 的约占32万。我国是HBV 感染的高发区，约60﹪的人群感染过HBV ，10﹪的人群为携带者，多达1.2亿。现有乙型肝炎患者约为1200万，年发病率为158/10万[1-4]。随着HBV 疫苗在1982年的问世，HBV 感染率大大降低，抗病毒药物的出现也使乙型肝炎的治疗取得了一定的进展。但是，乙型肝炎的现状仍然不容乐观，现有乙型肝炎患者及带毒者数量庞大，面临发展为肝硬化和肝癌的危险，不幸的是，到目前为止，还没有针对HBV 的特效药物。因此，乙型肝炎的治疗至少在今后50年内仍然是一个严重的问题，寻找更有效的治疗途径是医学研究的重大课题。 2.HBV 的生物学特性 2.1 HBV 的生物学分类 1986年国际病毒革命委员会正式将人类HBV 划归为一个新的病毒科——嗜肝DNA 病毒科（Hepadnaviridae ）的成员。该科病毒成员除了人HBV 外还有：（1）东方土拨鼠肝炎病毒（GHV ），1978年在美国新泽西州和马里兰州等地的野生土拨鼠发现该病毒。东方土拨鼠肝炎和肝癌的发病率较高；（2）地松鼠肝炎病毒（GHV ），是1980年在美国南加州的地松鼠中发现的；（3）鸭乙型肝炎病毒（DHBV ），1981年在我国江苏省启东县肝癌高发区分

朊病毒

生命科学学院11级生物工程 C01114013 宋强微生物学 朊病毒综述 一、朊病毒的发现 早在300年前，人们已经注意到在绵羊和山羊身上患的“羊搔痒症”。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“羊搔痒症”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“羊搔症症”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（Piron）。“朊病毒”最早是由美国加州大学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。 二、朊病毒的概念 1982年stanly B1prusiner等提出蛋白质感染颗粒（pro teinaceous infectious particles，prion）假说，提出了朊病毒（prion）的概念，他给朊病毒所下的定义是：朊病毒是不被大多数修饰核酸的方法灭活的蛋白质传染性颗粒（proteinaceous infectious particle；缩写为prion，今的朊病毒假说是唯蛋白质说，认为朊病毒是一种蛋白质，不含核酸，分子量33kD~35kD，抗蛋白酶的PrPSc是其唯一（或主要）成分；它是宿主PrP基因编码的蛋白PrPC经翻译后修饰构象改变形成，在朊病毒病病理发生中起主导作用，其复制和分离物（或毒株）的不同特性都由其自身和宿主PrPC相互作用决定，而不依赖于任何核酸。

病毒的致病机制

病毒的致病机制 （一）病毒对细胞的致病作用。主要包括病毒及其衍生物对细胞的直接损伤和机体免疫病理反应。 1.溶细胞作用：病毒在宿主细胞内增殖成熟后，短时间内释放大量子代病毒造 成细胞破坏而死亡。主要机制包括阻断细胞大分子合成（由病毒编码的早期蛋白，通过各种途径抑制、阻断细胞核酸或蛋白质合成），损伤细胞器（包括细胞核、内质网、线粒体等，常使细胞出现浑浊、肿胀、圆缩等改变），改变溶酶体结构和通透性（可导致细胞自溶），引起细胞膜抗原改变（造成细胞融合或引起免疫性细胞损伤），产生毒性蛋白伤害细胞。 2.稳定状态感染：指有的病毒在宿主细胞内增殖过程中，对细胞代谢、溶酶体 膜影响不大，并且以出芽方式释放病毒，过程缓慢、病变较轻，段时间不会引起细胞溶解和死亡。但细胞稳定状态感染常造成细胞膜成分改变和细胞膜受体的破坏，经病毒长期增殖、多次释放后，细胞最终仍会因能量和营养物质消耗殆尽而亡。 3.细胞凋亡：某些病毒感染细胞后（如腺病毒、HPV和HIV等），病毒可直接 或由病毒编码的蛋白因子的间接作用，诱发细胞凋亡。 4.病毒基因组的整合：病毒遗传物质核酸可全部或部分整合入细胞DNA中， 造成宿主细胞基因组的损伤。有的病毒整合的DNA片段可造成染色体整合处基因的失活和附近基因的激活等现象。有的整合病毒基因可表达出对细胞有特殊作用的蛋白质造成一定的影响。 5.细胞的增生和转化：少数病毒感染细胞后不会抑制宿主细胞DNA的合成， 反而促进细胞DNA的合成，并使细胞形态发生变化，失去细胞间接触性抑制而成堆生长。部分细胞可转化为肿瘤细胞。

6.包涵体的形成：细胞被感染后，在胞浆或细胞核出现光镜下可见的斑块状结 构。这些包涵体由病毒颗粒或未装配的病毒成分组成或是病毒增殖留下的细胞反应痕迹。包涵体可破坏细胞的正常结构和功能，有时引起细胞死亡。（二）病毒对机体的致病作用 1.病毒对组织器官的亲嗜性和组织器官的损伤：病毒性感染具有宿主种属特异 性和组织嗜性，而这种特性由细胞膜上的病毒受体的特异性决定。病毒的细胞、组织和器官亲嗜性造成了病毒对特异组织器官的损伤，形成临床上不同系统疾病。 2.免疫病理损伤：病毒抗原以及感染细胞后产生的自身抗原会导致机体的变态 反应和炎症反应。 ①.体液免疫病理作用：许多病毒能诱发细胞表面出现新抗原，当特异性抗 体与这些抗原结合后，在补体参与下引起细胞破坏。有的病毒抗原与相应抗体结合形成免疫复合物，可长期存在于血液中，当这种免疫复合物沉积在某些器官组织的膜表面时，激活补体引起III型变态反应，造成局部损伤和炎症。 ②.细胞免疫病理作用：细胞免疫在其发挥抗病毒感染同时，特异性细胞毒 性T细胞液对病毒感染细胞造成损伤。病毒蛋白因与宿主细胞蛋白之间存在共同抗原性而导致自身免疫应答（即自体免疫疾病）。 3.病毒对免疫系统的致病作用： ①.病毒感染引起免疫抑制：许多病毒感染可引起机体免疫应答降低或暂时 性免疫抑制。这种免疫抑制使病毒性疾病加重、持续，并可能使疾病进程复杂化。原因可能为病毒直接侵犯免疫细胞。

朊病毒简介

朊病毒简介 朊病毒（Prion），又称“普里昂”或蛋白质侵染子，是一种可以引起同种或异种蛋白质构象改变而致病或功能改变的蛋白质。最常见的是引起传染性海绵样脑病(疯牛病)的蛋白质。“朊病毒”最早是由布鲁希纳等提出的，在此之前，它曾经有许多不同的名称，非寻常病毒、慢病毒，传染性大脑样变等。 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”。20世纪60年代，生物学家阿尔卑斯破坏其DNA和RNA后，其仍具感染性。1947年水貂脑软化病，其症状与“羊瘙痒病”相似。最为震惊的是1996年“疯牛病”，在英国引起的一场空前的恐慌，一时间人们“谈牛色变”。 多年来人们一直认为它是一种不能查到任何核酸，对各种理化作用有很强抵抗力，传染性极强，分子量在2.7万~3万的蛋白质颗粒，但近来又有研究报道，朊病毒含有微量核酸。它是能在人和动物中引起可传染性脑病（TSE）的一个特殊原因。 朊病毒与真病毒存在一些主要区别：阮病毒呈淀粉样颗粒状，无免疫原性，无核酸成分，由宿主细胞内的基因编码，抗逆性强、能耐杀菌剂和高温。 朊病毒的致病机理是1982年普鲁宰纳提出的朊病毒致病的“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；2.PrPsc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。 朊病毒致病如此强，其传播途径也是多样的，主要通过以下几种途径传播：1.食用动物肉骨粉饲料、牛骨粉汤；2.医源性感染：如使用脑垂体生长激素、促性腺激素和硬脑膜移植、角膜移植、输血等；3、朊病毒存在变异和跨种族感染，主要为牛、羊等反刍动物；4、朊病毒可感染多个器官，已知的主要为脑髓。故预防难度大，人畜一旦发病，6个月至1年全部死亡，100%的死亡率。其预防措施主要是：一是堵漏洞，严把海关进出口国门，严禁从疯牛病疫区进口动物源性饲料、生物制品和与牛相关制品；二是查内源，加强对本土羊瘙痒病的筛查，监测疯牛病，预防医源感染；三是强基础，加强对朊病毒发病机理、传染途径、灭活消毒手段的研究。 虽然朊病毒如此凶狠残暴，但其发现也给我们带来了许多有用的方面。如： 1.“中心法则”认为DNA复制是“自我复制”，即DNA~DNA，而朊病毒是PrP→PrP，是为“其他复制”。这对遗传学理论有一定的补充作用。 2.丰富生物学有关领域内容；对病理学、分子生物学、分子病毒学、分子遗

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@https://www.wendangku.net/doc/f615992093.html, 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-

阮病毒的研究

朊病毒的研究 朊病毒又称蛋白质侵染因子、毒朊或感染性蛋白质，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，朊病毒（prion virus）严格来说不是病毒，是一类不含核酸而仅由蛋白质构成的可自我复制并具感染性的因子。（严格来说，朊病毒由于没有DNA或RNA，并不能进行自我复制。它的复制方式是：朊病毒（SC型PrP型蛋白）接触到了生物体内正常的C型PrP蛋白，导致C型的变成了SC型。）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。 朊病毒的发现，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，因其构造极为特殊，所以其生物学位置还未确定。 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。 动物传播史 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、丧失协调性、站立不稳、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。 朊病毒的发现 20世纪60年代，英国生物学家阿尔卑斯用放射处理破坏患“羊瘙痒症”动物的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，因为他于1982年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

朊病毒概述及其所致疾病研究

朊病毒概述及其所致疾病研究 李忠秋1,王君伟1,刘春龙2 (11东北农业大学动物医学院,黑龙江哈尔滨150030; 21中国科学院东北地理与农业生态研究所,黑龙江哈尔滨150040) 中图分类号:S852165+917 文献标识码:A 文章编号:1004-7034(2004)09-0083-02 收稿日期:20040412 作者简介:李忠秋(1974),女,黑龙江宾县人,在读硕士研究生1 Prusiner 提出了大分子蛋白质与感染性有关的假说,认为朊病毒是一种不含核酸、有部分蛋白酶抗性、具有感染性的蛋白粒子,且为了与病毒和类病毒(Viroids )相区分,用了朊病毒(Prion )这个概念。近几十年来,由于疯牛病(mad cow disease )导致了全世界的恐慌,特别是随着疯牛病的全球范围流行,由同一致病因子引起的人的变异型克雅氏症(new variant Creutz feldt -Jakob disease ,nvC JD ,vC JD )的出现。因此关于朊病毒的研究一直以来都是一个异常热门的领域。经过几十年的研究,已取得了一些进展。但是,在此领域里还有许多疑难问题尚待解决,需要科学家们继续努力。 1　朊病毒的发现 早期对朊病毒的认识主要是对羊瘙痒病的研究。Alper 在 研究羊瘙痒病时发现,病羊脑组织在经受能够破坏DNA 和RNA 的放射处理后,仍具有传染性,认为感染因子可能是一种不含核酸的蛋白质。1982年,Prusiner 等[1]在感染瘙痒病的仓鼠脑组织中提取一种蛋白质,经检测此蛋白质不含核酸,同时此蛋白进行紫外光灭活DNA 、RNA 和酶处理DNA 、RNA 实验后,仍具有感染力;但如果对其作蛋白酶、蛋白变性剂处理,则失去感染能力;据此Prusiner 等人认为朊病毒是一种蛋白侵染颗粒(Proteinaceous in fectious particle ),并命名为PrP 。 2　朊病毒的特性 211　PrP c 的正常蛋白 PrP c 是一类高度保守的糖蛋白,其广泛存在于哺乳动物 中,是通过人或动物单拷贝染色体基因的单一外显子所编码,并通过C 末端糖基磷酰肌醇(glycan -phosphatidyl im ositol ,G PI )锚定在细胞膜上的唾液酸糖蛋白上,从而使蛋白质可以从一个细胞移位到另一个细胞。PrP c 的编码基因在小鼠位于第2号染色体上,在牛位于13号染色体上,在人类则位于第20号染色体上。在研究过的所有物种中,PrP c 的开放阅读框架(ORFs )编码了大约250个氨基酸的蛋白,所有PrP c 分子都是经过转录后修饰的。在动物的大部分细胞上都能检测到PrP c 的存在,尤其在神经细胞上含量最高。 212　PrP sc 感染性蛋白颗粒 PrP c 和PrP sc 的空间构象明显不同,PrP c 含有40%的α-螺旋和少量的β-折迭,而具有传染性的PrP sc 具有30%的α-螺 旋和45%的β-折迭,目前研究证明PrP c 向PrP sc 的转变与此空间构象的变化有关。用蛋白酶K 消化后,正常型的PrP c 完全溶解,而PrP sc 可耐蛋白酶降解,在细胞中大量积聚,最终导致细胞调亡。正常型的PrP c 可参与神经突触的传递,当其构象改变后可导致神经系统的功能异常。自然状态下PrP c 以单体—二聚体平衡状态存在,PrP sc 不能以单体形式稳定存在,以多聚形式存在,在电镜下可观察到羊瘗相关纤维(scrapie ass ociat 2 ed fibrils ,S AP )。糖分析实验表明PrP c 至少包含52种不同的糖 成分,并且用叙利亚仓鼠进行研究时发现PrP c 和PrP sc 所含糖的种类相同,只是后者三天线糖和四天线糖的比例增加。感染动物脑组织存化PrP sc 含量最高,是惟一的一种大分子物质,PrP sc 浓度的大小与感染效价成正比,PrP sc 水解变形,感染效价降低。 3　朊病毒在人和动物中引起的主要疾病311　人类疾病 31111　Creutz feldt -Jakob 病(简称C JD ,克雅氏病)　C JD 是最常 见的人朊病毒病,成全球性分布。多为散发性,少量为医源性,也由家族性(因发生基因突变)所致[2]。主要临床症状为,行为改变,运动平衡失调,逐渐发展为进行性智能衰退、痴呆或神经错乱等,并伴有脑电图异常;个别可能癫痫大发作为首发症状。患者在出现临床症状后一般在一两年内死亡,剖检所见症状与风牛病类似。C JD 潜伏期可达30年以上[3],医源性潜伏期15个月至20年,家族性所致起病缓慢,主要是发展为进行性痴呆,患者中10%有家族性染色体遗传缺损。31112　Variant Creutz feldt -Jakob disease (简称VC JD ,变异形克雅氏病)　1995～1996年,英国C D J 监测机构(Surveillance Unit )发现几例与以往散发性C JD 不同的,不寻常的C JD 病例,称为变异形克雅氏病(VC JD )。VC JD 与散发性C JD 相比,患者年轻化(平均26岁,C JD 是65岁)、病程长(平均14个月,C JD 是6个月)、最有可能是通过食用被朊病毒感染的食物所致。 31113　G ershmann -S trausser -Schein -K er disease (简称G SS ,杰氏-斯氏-斯氏病)　G SS 病,1936年首次在一大家庭中发现(G RST M AN 1936),是一种家族性,常染色体显性遗传性疾病。其症状是慢性进行性供给失调、运动失调,类似老年性痴呆。主要在西欧的一些家族中发现,神经病理学变化为典型的海绵样变化、神经胶质增生、神经原损伤。31114　Fatal familial Ins omania (简称FFI ,致死性家族性失眠症)　家族性,是常染色体显性遗传性疾病,FFI 病人主要表现为难以治疗的失眠症、家庭性自主神经机能异常(如:体温过高、高血压、心动过速、呼吸急促等)、运动机能障碍、痴呆等。然而,即使是同一家族的病人表现也不相同。FFI 病不像其他朊病毒病,海绵样变化小,有的无此变化。发病年龄20～70岁,平均年龄51岁;病程6～32个月,平均为14个月。 312　动物疾病 31211　羊痒疫(Scrapie )　羊痒疫是最常见的一种朊病毒病,慢 性、消耗性疾病,潜伏期1～3年,发病率不高。主要临床症状:运动失调、麻痹、痴呆、瘫痪。病理剖检大脑皮层变薄,白质增 ? 38?《黑龙江畜牧兽医》2004年第9期 专论与综述

朊病毒及其致病机理研究进展

朊病毒及其致病机理研究进展 摘要：朊病毒是有侵染性的蛋白颗粒，是造成人类及其它动物的多种致死性中枢神经系统的慢性退化性疾患的元凶，它不含有核酸，因而其生物学结构及特性、复制及致病机理具有特殊性，这也为朊病毒的鉴别提供了标准。此外，值得注意的是，朊病毒的遗传也具有多样性，这造成了朊病毒在不同宿主间的传播障碍。本文将针对上述问题，对朊病毒及其致病机理研究进展进行简要的介绍。 关键词：朊病毒 人类早在18世纪就发现了由朊病毒引起的致死性中枢神经系统的慢性退化性疾患[1]，但却一直无法分离出朊病毒病原。这是因为朊病毒不含有核酸和脂类，是纯粹的“有侵染性的疏水性蛋白颗粒”[2]。直到1982年，美国加州大学神经病学教授Prusiner在对绵羊瘙痒病因子的研究中，才第一次揭开其神秘的面纱[3]。朊病毒的发现，无疑使人类对生命体的认 识，达到了一种新的高度——不具有核酸却能复制的朊病毒是否属于生物的范畴，至今仍处在激烈的争论之中。现在，就让我们一起来认识这一特殊的存在。 1.生物学结构及特性 朊病毒是由朊病毒蛋白(prion protein，PrP)组成的，是具有传染性的结构简单的糖蛋白，其分子量为27000～30000Da[4]，在电镜下看不见其病原颗粒。 朊病毒蛋白的前体(cellular isoform of the prion protein，PrP C)，是一种正常无害的蛋白质，是由宿主细胞一条染色体上的一个基因产生的，多数存在于神经元中，能通过空间构象变化形成感染形式的朊病毒蛋白前体(scrapie isoform of the prion protein，PrP Sc)。PrP Sc 再经蛋白酶的酶切作用可转化为具有侵染性的PrP27～30，最后通过纤维聚合自我成核作用，形成朊病毒蛋白。PrP27～30的浓度与其传染性成正比，经化学灭活处理后，其活性与传染性将同步下降。 1.1.理化性质 由于朊病毒是纯粹的疏水性蛋白颗粒，因此能抵抗多种核酸酶（包括RNA酶和DNA酶）的作用，但却可被胰蛋白酶降解，蛋白质变性剂或氨基酸化学修饰剂也对其具有灭活或抑制作用。它耐高温，能抵抗254nm紫外线的照射，但对237nm紫外线表现敏感[5]，同时能抵抗离子辐射和超声波。一般的化学消毒剂对其无破坏作用。 1.2.生化特性 由于朊病毒不具有遗传信息载体——核酸，不能像病毒一样通过逆转录，利用宿主细胞物质合成自身所需物质，因此，它不能形成包涵体，不能产生干扰素，也对干扰素不敏感， 同时不能干扰其他病毒产生干扰素。它不破坏宿主B细胞和T细胞的免疫功能，也不会引起宿主的免疫反应。免疫增强剂和免疫抑制剂均不能改变其致病过程。在温和的清洁提取物中纤维状或短杆状朊病毒会大量聚合，表明其在非变性去污剂中不溶。朊病毒只以单体或是二聚体形式存在，所以用核磁共振（NMR）和X光谱分析不能辨别其构象[6]。 此外，由于朊病毒依赖于磷酸肌醇磷脂酶作为结合位点（GPI）附着在细胞表面，因此经过磷酸肌醇磷脂酶C（PUPLC）酶解后，朊病毒不会从膜上被释放[7]。 1.3.基因结构 PrP基因为单一基因，人、哺乳动物和禽类都具有该基因。人类朊病毒蛋白(PrP)基因定位于20号染色体，小鼠则定位于2号染色体[8]并与控制朊病毒潜伏期的基因(Prn-i)相连

朊病毒结构研究和致病机理分析

朊病毒结构研究和致病机理分析 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等。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（PrPsc）。PrPsc和PrPc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。科学界认为朊蛋白是一种不含核酸和脂类的疏水性糖蛋白 关键词：朊病毒PrPc PrPsc 重组朊蛋白高级结构 朊病毒（Prion Protein , PrP）是一种蛋白质亚病毒，是只有蛋白质而没有核酸的病毒， 形态特征为小型蛋白质颗粒，大约有250个氨基酸组成，大小仅为最小病毒的1%。它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并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。朊病毒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（PrPc）,另一种是仅存在于感染动物的细胞中，称为朊病毒蛋白（PrPsc）。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。此种病毒可导致库鲁病（Ku-rmm）、克雅氏综合症（CJD）、格斯特曼综合症（GSS）、致死性家族失眠症（FFI）等常见人类疾病以及羊瘙痒病和疯牛病等动物 疾病[1]。朊病毒的传播途径包括：使用动物肉骨粉饲料、牛骨粉汤；医源性感染，如使用脑垂体生长激素、促性腺激素和硬脑膜移植、角膜移植、输血等。朊病毒特点是耐受蛋白酶的消化和常规消毒作用，由于它不含核酸，用常规的PCR技术还无法检测出来。 朊病毒的复制并非以核酸为模板，而是以蛋白质为模板。斯坦利由于发现PrPSC（一普里朊）和PrPC具有相同的一级结构而具有不同的二级和三级结构，打破了以往蛋白质的一级结构决定高级结构的定律，而获得了1997年诺贝尔生理学或医学奖[2]。 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。其要点为： 1、朊病毒蛋白有两种构象：正常型PrPc和致病型PrPsc，两者的主要区别在于其空间构想上的差异。PrPc仅存在α螺旋，而PrPsc有多个β折叠存在，后者溶解度低，且抗蛋白酶解； 2、PrPsc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，至一定量是产生自发性转化，β片层增加，最终变为PrPsc型，并通过多米诺效应倍增致病[3]。 朊病毒的一级结构 PrP前体全长为253个（人）～264个（牛）氨基酸，分子质量为33～35KD。 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[4]。 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

禽流感病毒致病机制的研究进展

文献综述 禽流感病毒致病机制的研究进展 摘要：禽流感对畜禽养殖业造成巨大经济损失，并对人类健康造成威胁，已成为各国公共卫生关注的人畜共患病。本文从禽流感病毒（Avian Influenza Virus.AIV）的分子学特性，跨越种属的传播机制以及各基因组份与致病性的作用等方面进行简述。 关键词：禽流感病毒；传播机制；致病机制 １前言 禽流感（Avian Influenza.AI）是由正粘病毒科A型流感病毒（Avian Influenza Virus. AIV）引起的禽类急性传染病，被世界动物卫生组织和我国《家畜家禽防疫条例》列为A类烈性传染病。禽流感病毒根据其核蛋白（NP）和基质蛋白（M1）抗原性及其基因特性的不同可划分为A、B、C型。其中A型流感病毒感染范围最广、危害最大，常以流行性的形式出现，并能引起世界性人流感的大流行。A型流感病毒也可以从各种动物体中分离到，例如人、猪、马、海洋哺乳动物、猫、狗和鸟类等[1]。根据对鸡致病性的不同，AIV可以分为高致病性禽流感（Highly Pathogenic Avian Influenza.HPAI）和低致病性禽流感（Low Pathogenic Avian Influenza.LPAI）。高致病性AIV由于其传染性极强，可引起家禽全身性感染，造成多个组织器官严重病理损伤，致死率达100%，其感染禽类达88种，主要是鸡、鸭、鹅，除此之外，还可感染猪、猫、狗、老虎等哺乳动物和人类，是一种人畜共患病，对各国的公共卫生构成严重的危害[2]。近年来不断增加的H5N1亚型禽流感病毒（AIV）直接感染人、致人死亡的事件不断增加。本文对禽流感病毒致病机制的研究进展综述如下，以期提高人们对公共卫生学意义上禽流感防控紧迫性的认识。 ２AIV生物学特征 流感病毒属正黏病毒科，是一种呈球形或杆状、有包膜的单股负链RNA病毒，其基因组分为8个节段，编码血凝素（hemagglutinin, HA)），神经酰胺酶（neuraminidase, NA），基质蛋白（matrix protein,M）M1和离子通道M2，非结构（nonstructrual,NS）蛋白NS1和NS2，核蛋白（nucleo protein,NP）以及三个聚合酶PB1、PB2（polymerase basic1, 2）和PA（polymerase acidic）以及新发现的与有道细胞凋亡有关的PB1-F2蛋白[3]等10种蛋白。根据核蛋白和基质蛋白的抗原性不同，流感病毒被分为甲型、乙型和丙型，AIV 属于甲型流感病毒。甲型和乙型流感病毒的主要抗原表位位于跨膜糖蛋白HA和NA，根据这些糖蛋白抗原性的差异，甲型流感病毒可分为16个H亚型（H1- H16）和9个N

朊病毒的结构与性质

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。 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。 几年前，疯牛病肆虐欧陆，朊病毒成为肆虐的元凶，一时为大家所关注，但朊病毒到底是什么？到底它的出现是否对遗传学上的“中心法则”构成了挑战呢？

我们先从1982年普鲁宰纳提出的朊病毒致病的“蛋白质构象致病假说”说起，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）和搔痒型（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α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。 从这一假说我们可以知道：1、朊病毒是蛋白质，没有通常我们认为是遗传物质的DNA、RNA等成分；2、与朊病毒相对应的是具有正常功能的蛋白质，即朊病毒是正常功能的蛋白质空间结构变异所形成。 由于朊病毒并没有属于自己的遗传信息，那么它遗传信息的必然来源于他的“宿主”的细胞核。因此，朊病毒其实是“宿主”自身的遗传信息编码所形成的。编码朊病毒的遗传信息，至少在细胞核的染色体基因中是相同的，只是在多肽链形成后，还要经过一系列的修饰过程，一种可能是这些修饰过程中的一些过程出现错误，导致正常的蛋白质空间结构变异为异常的结构。第二种可能是这一修饰过程也没有出现错误，而是在正常的蛋白质形成后，由于外界因素导致了正常蛋白质的变异，使之成为所谓的“朊病毒”。 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