朊病毒分子生物學(xué)

1、朊病毒 一、一、朊病毒（virino）的發(fā)現(xiàn) 1982 年,美國(guó)的Pruisner 博士和他的同事分離純化出一種高度感染性的特殊糖蛋白,稱為抗蛋白酶蛋白( PrP) , 經(jīng)實(shí)驗(yàn)認(rèn)為羊癢病的感染因子可能是一種不含核酸的蛋白質(zhì),并取名為朊病毒蛋白。二、朊病毒的來(lái)源 朊病毒一直存在于世界，是正常基因在129位編碼纈氨酸或甲硫氨酸位置發(fā)生突變。 三、朊病毒的結(jié)構(gòu) 朊病毒是由（PrP）蛋白構(gòu)成，它發(fā)現(xiàn)于生物體，甚至是健康的人和動(dòng)物體上。正常形態(tài)的蛋白質(zhì)被稱為PrPC,而傳染的形式被稱為PrPSc 這種疾病最早發(fā)現(xiàn)在羊身上。 斯坦利由于發(fā)現(xiàn)PrpSC（一普里朊）和PrPC具有相同的一級(jí)結(jié)構(gòu)（氨基酸序列）而

2、具有不同的二級(jí)和三級(jí)結(jié)構(gòu)（構(gòu)象），打破了以往蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)決定高級(jí)結(jié)構(gòu)（一條序列一種結(jié)構(gòu)）的定律，而獲得了1997年的諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。 Prion的結(jié)構(gòu)模型，左PrPc，右PrPSc 朊病毒的核磁共振圖譜四、人和動(dòng)物朊病毒病 人阮病毒?。?1：克雅氏綜合癥(CJD) 克雅氏病是罕見(jiàn)的早老性癡呆病，其潛伏期可長(zhǎng)達(dá)十年，發(fā)病后期人的大腦被毀損，最后昏迷死亡。在歐洲、美洲、大洋洲等各地的發(fā)病率約為百萬(wàn)分之一。 2：庫(kù)魯?。↘urmm) 庫(kù)魯病潛伏期長(zhǎng)，自430年不等，起病隱匿，前驅(qū)期患者僅感頭痛及關(guān)節(jié)疼痛，繼之出現(xiàn)共濟(jì)失調(diào)、震顫、不自主運(yùn)動(dòng)，后者包括舞蹈癥、肌陣攣等，在病程晚期出現(xiàn)進(jìn)行性加重

3、的癡呆，神經(jīng)異常。3：格斯特曼綜合癥(GSS) GSS大部分病例是家族性的。GSS與CJD和庫(kù)魯病類似，但不完全相同，其發(fā)病年齡為1579 歲，平均約43 歲，較CJD（克雅氏綜合癥） 年齡小。疾病發(fā)展慢，病程111 年，平均5 年，比CJD 和庫(kù)魯病長(zhǎng)，平均死亡年齡約為48 歲。4：致死性家族失眠癥(FFI) 一種遺傳性疾病，病因?yàn)殡玫鞍谆颍≒RNP基因）C178和C129突變，PRNP基因產(chǎn)物PrPc結(jié)構(gòu)不穩(wěn)，易轉(zhuǎn)變?yōu)镻rPSC，啟動(dòng)連鎖反應(yīng)，結(jié)果PrP在CNS尤其在丘腦大量沉積，病理表現(xiàn)為丘腦和CNS其他部位神經(jīng)元變性、空泡形成和膠質(zhì)增生臨床失眠癥狀突出動(dòng)物阮病毒病1:羊瘙癢病(scr

4、apie of sheep and goat) 2:水貂傳染性腦病(transmissible mink encephalopathy,TMM) 3:鹿慢性退行性變(chronic wasting disease of deer, CWD) 4：牛海綿狀腦病(bovine spongiform encephalopathy, BSE) 5：貓海綿狀腦病(feline spongiform encephalopathy, FSE) 人和動(dòng)物朊病毒病的共同特點(diǎn)： 1、潛伏期長(zhǎng)； 2、病理學(xué)特點(diǎn)： （1）神經(jīng)原、神經(jīng)軸索、星狀細(xì)胞、樹(shù)枝細(xì)胞呈進(jìn)行性空泡化； （2）神經(jīng)膠質(zhì)增生； （3）細(xì)胞外淀粉樣變

5、性蛋白沉積，形成光鏡下可見(jiàn)的病理學(xué)特征：羊搔癢病相關(guān)纖絲，CJD表現(xiàn)為淀粉樣蛋白斑。五、朊病毒的復(fù)制模型第一個(gè)模型 朊病毒復(fù)制是在protein-only heterodimer模型下建立的. 該模型是假定一個(gè)單一的PrPSc分子與一個(gè)單一的PrPC分子結(jié)合并催化其轉(zhuǎn)化成PrPSc。這兩個(gè)PrPSc分子,可以繼續(xù)轉(zhuǎn)換成PrPC。（PrPc內(nèi)生內(nèi)生）PrP與與PrPSc之間反之間反應(yīng)應(yīng))（PrP轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)化為PrPSc)（PrPSc的累積）的累積） 第二個(gè)模型 這種模型是假設(shè)PrPSc只是纖維,捆綁PrPC fibril結(jié)束,把它轉(zhuǎn)化成PrPSc。如果是這樣的話,那么朊病毒數(shù)量會(huì)呈線性增長(zhǎng),形成更

6、長(zhǎng)的纖維。但PrPSc和傳染粒子的數(shù)量都會(huì)快速增長(zhǎng)，這一現(xiàn)象可在染病毒致病中觀察到。這也可以解釋fibril的破碎，發(fā)現(xiàn)其指數(shù)的增長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致fibril 生長(zhǎng)和fibril破碎（感染）（感染）(伸長(zhǎng)伸長(zhǎng))（構(gòu)象變化（構(gòu)象變化)(破碎成多個(gè)部分破碎成多個(gè)部分)六、朊病毒的傳播途徑 朊病毒的傳播途徑包括：食用動(dòng)物肉骨粉飼料、牛骨粉湯；醫(yī)源性感染，如使用腦垂體生長(zhǎng)激素、促性腺激素和硬腦膜移植、角膜移植、輸血等。朊病毒特點(diǎn)是耐受蛋白酶的消化和常規(guī)消毒作用，由于它不含核酸，用常規(guī)的PCR技術(shù)還無(wú)法檢測(cè)出來(lái)。朊病毒存在變異和跨種族感染，具有大量的潛在感染來(lái)源，主要為牛、羊等反芻動(dòng)物，未知的潛在宿主可能很廣，

7、傳播的潛在危險(xiǎn)性不明，很難預(yù)測(cè)和推斷。 朊病毒可感染多個(gè)器官，已知的主要為腦髓，但在潛伏期內(nèi)除中樞神經(jīng)系統(tǒng)外，各種組織器官均有感染，且感染多途徑，除消化道外，神經(jīng)系統(tǒng)、血液均可感染，預(yù)防難度大，人畜一旦發(fā)病，6個(gè)月至1年全部死亡，100%的死亡率。七、朊病毒的致病機(jī)理 無(wú)論是病毒、細(xì)菌還是真菌，它們能夠傳染并在新宿主體內(nèi)繁殖的物質(zhì)基礎(chǔ)均是核酸（DNA或RNA）。而Prions的傳染性只是通過(guò)蛋白質(zhì)PrPSc來(lái)實(shí)現(xiàn)。如果將這一致病蛋白注入健康動(dòng)物體內(nèi)，PrPSc可“繁殖”，并致病。1、逆中心法則假說(shuō)、逆中心法則假說(shuō) Prion發(fā)現(xiàn)之前，我們認(rèn)為所有的病原體都 是通過(guò)核酸進(jìn)行復(fù)制的。 Protei

8、n hypothesis闡述，蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)也可以不依賴核算進(jìn)行復(fù)制，這一假設(shè)完全顛覆了中心法則中遵循的核酸是復(fù)制信息的中心Central dogma of molecular biologyPrPSc為自己編碼，即PrPSc指導(dǎo)PrPSc的合成，蛋白質(zhì)本身作為遺傳物質(zhì)；與中心法則相比，蛋白質(zhì)可以逆翻譯為mRNA，然后逆轉(zhuǎn)錄DNA。2、結(jié)晶假說(shuō)、結(jié)晶假說(shuō) 該假說(shuō)認(rèn)為PrP蛋白在有PrPSc分子的情況下形成結(jié)晶時(shí)，晶格中的PrPc分子有螺旋構(gòu)象轉(zhuǎn)變成PrPSc的折疊構(gòu)象.由此可見(jiàn)PrP蛋白的構(gòu)象轉(zhuǎn)變并無(wú)核酸活動(dòng)的參與。3、構(gòu)型誘變假說(shuō)、構(gòu)型誘變假說(shuō) PrPSc可誘導(dǎo)正常的PrPc轉(zhuǎn)變成PrPSc，這

9、一轉(zhuǎn)變完全是翻譯后過(guò)程，為蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)發(fā)生變異。正常的PrPc主要由4個(gè)螺旋環(huán)組成，其氨基端有15個(gè)氨基酸是PrPSc 的結(jié)合區(qū)域；當(dāng)有PrPSc 與之接觸后，PrPc就會(huì)發(fā)生構(gòu)象改變，螺旋減少，折疊增多 ，繼而轉(zhuǎn)變成PrPSc。改變前后在蛋白質(zhì)特異性方面存在較大差異。4、誘導(dǎo)假說(shuō)、誘導(dǎo)假說(shuō) 宿主細(xì)胞中含有PrPSc合成的遺傳信息，但受到高度調(diào)節(jié)，難以激活。PrPSc的侵染其作用正是在于激活為其編碼的細(xì)胞基因，從而保證PrPSc大量增殖的順利進(jìn)行。5、核酸參與假說(shuō)、核酸參與假說(shuō) 美國(guó)學(xué)者Deleault等認(rèn)為正常的Prions蛋白向其致病形式的有效轉(zhuǎn)換需要寄主RNA分子的參與，雖然Prions蛋白和RNA分子處于不同