生命科學(xué)前沿講座課件

生命科學(xué)前沿講座課件2023/6/12WuhanUniversityofTechnologyXieH.FLS6-1第一頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三FLSLecture6Prions主講教師：謝浩第二頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三第三頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三Prion疾病(priondisease)

瘋牛病(Bovinespongiformencephalopathy,BSE)

克雅病(Creutzfeldt-Jacobdisease,CJD)物種間傳播-ransmissionfromonespeciestoanother-the"speciesbarrier"食物是否安全-Theimportantquestionnowisofcourse"isfoodnowsafefromcontaminationwithBSEandhencefromariskofcontractingCJD?" -Noevidencetoshowsafetyornot(loworhighriskinstead).政治和經(jīng)濟(jì)因素-Politicalandeconomicissues–UK,EU,USA,Japan第四頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三StanleyB.PrusinerThe1997NobelPrizewinnerinPhysiologyorMedicineforhisdiscoveryof"Prions-anewbiologicalprincipleofinfection".第五頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三Prion的生物學(xué)特征Prion的傳染性與遺傳性Prion疾病的發(fā)病機制與病理變化Prion疾病的臨床表現(xiàn)Prion疾病的實驗室檢查Prion疾病的治療及預(yù)防Outline第六頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三FLS6-1Prion的生物學(xué)特征第七頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三Prion理化性質(zhì)；Prion具有非常的理化特性，能使核酸失活的物理方法(如煮沸、紫外線照射、電離輻射等)和化學(xué)方法(如核酸酶、羥胺、鋅離子作用)對其均無影響，Prion感染后的提純制備物亦測不到核酸，但許多蛋白質(zhì)變性劑可使其感染性不可逆地失活。因此，Prion是一種缺乏核酸的蛋白質(zhì)因子。第八頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三Prion生物學(xué)特性Prion是一分子量為33kD～35kD的糖蛋白，Prion蛋白(prionprotein，PrP)由254個氨基酸組成(人類PrP為253個氨基酸)。研究發(fā)現(xiàn)，PrP存在異構(gòu)體，既PrPc和PrPsc。PrPc是存在于正常組織的功能還不清楚的糖蛋白，對蛋白酶敏感，不致病，PrPsc分子量為27kD一30kD，對蛋白酶有抗性，是可致病蛋白質(zhì)。在正常腦組織中只有PrPc，沒有PrPsc，而患病大腦中則既有PrPc，又有PrPsc。盡管這兩種PrP的氨基酸序列相同，但其立體構(gòu)象卻不一致。PrPcα螺旋高達(dá)42％，β片層僅3％，而PrPsc卻相反，α螺旋僅3％，而β片層則高達(dá)43％。這種構(gòu)象的差異導(dǎo)致了化學(xué)性質(zhì)和生物學(xué)作用的明顯不同。Prion不含核酸，它如何復(fù)制，現(xiàn)尚無定論。第九頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三GlobalviewoftheaminoacidsequenceofPrP第十頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三分子生物學(xué)不論動物抑或人類，Prion由宿主染色體上一個單拷貝基因編碼，人Prion基因(PRNP)位于20號染色體的短臂上，小鼠Prion基因則位于2號染色體上。人PRNP的突變常發(fā)生在第32、48、56、72位密碼子處，多為重復(fù)片段的插入或點突變，突變的結(jié)果是使Prpc分子轉(zhuǎn)變成PrPsc。第十一頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三WhatdoesnormalPrPdo?acopper-bindingproteinthat“feeds”coppertosuperoxidedismutase?Brown,2001.BrainRes.Bull15:165-73conservedinmammals,minoraminoaciddifferencesinproteinsfromdifferentspeciesnotessential(TGmice)第十二頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三FLS6-2Prion的傳染性與遺傳性第十三頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三Prion不僅有傳染性，而且有遺傳性。CJD主要是通過醫(yī)源性方式傳播有報道，一些接受過人生長激素和人促性腺激素治療的人發(fā)生了CJD。器官移植已肯定是傳播CJD的一個危險因素，而輸血能否傳播CJD，以及是否存在母嬰傳播，亦引起了人們關(guān)注。食物傳播亞急性中樞神經(jīng)系統(tǒng)變性疾病kuru病：新幾內(nèi)亞東部高原偏僻部落的土著人生吃人腦導(dǎo)致。牛海綿狀腦病(BSE)：英國健康牛吃了含有致病因子Prion導(dǎo)致。1996年，英國報道新型CJD(nvCJD)。nvCJD與BSE之間存在著密切的聯(lián)系。到目前為止，還只能說BSE有可能傳染給人，但不能肯定。遺傳10％左右的Prion疾病呈家族性，使人們認(rèn)識到遺傳因素在這類疾病的發(fā)生上起了重要作用。Prion病的遺傳性是由編碼Prpc的基因發(fā)生插入或點突變引起。第十四頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三TransmissibilityArtificialtransmission

Intra-specificSheepandgoatsHumans(CJD)HormonesupplementationCornealtransplants

Inter-specificUsuallyableto'take'withinthegenusKuruandCJDinapesand,importantly,inGuineapigsRapidonsetsCJDstillactiveafter10yrsinformalinScrapiesinmice,hamsters,ferrets,mink,andmonkeys(butnottransmissibletogreatapesandrabbits)Maypossiblybeidenticaltomadcowdisease.第十五頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三FLS6-3Prion疾病的發(fā)病機制與病理變化第十六頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三Prion病的發(fā)病機制尚不明確，目前認(rèn)為，Prpc轉(zhuǎn)化為Prpsc是Prion病發(fā)生的基本條件，Prpsc的蓄積是Prion病產(chǎn)生的始動環(huán)節(jié)。一般認(rèn)為，Prion是通過免疫細(xì)胞，包括淋巴細(xì)胞和樹突狀細(xì)胞，被運輸?shù)骄W(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)，如脾臟。但認(rèn)為Prion從網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)到中樞神經(jīng)系統(tǒng)不可能由淋巴細(xì)胞完成，因為淋巴細(xì)胞通常是不能穿過血腦屏障的，而是類似于狂犬病毒和皰疹病毒，Prion經(jīng)周圍神經(jīng)途徑侵入中樞。所有Prion疾病都具有類似的神經(jīng)病理變化，包括彌漫性神經(jīng)細(xì)胞丟失、反應(yīng)性膠質(zhì)細(xì)胞增生、淀粉樣斑塊形成和神經(jīng)細(xì)胞空泡形成，這些變化使得病理切片上觀察到的腦組織呈海綿狀改變，故此類疾病亦稱為“傳染性海綿狀腦病。大體形態(tài)改變是非特異性的，主要為腦皮質(zhì)和小腦的萎縮，CJD的海綿狀變性區(qū)域十分廣泛，可以發(fā)生在中樞皮層、豆?fàn)詈恕⑽矤詈?、丘腦、海馬、腦干和脊髓。第十七頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三1997:StanleyPrusinerproposedalinkbetweenkuru,CJD,scrapieandBSE. -Proposedthat“prion”wasresponsibleforspongiformmanifestationsinBSE-infectedpatientsDEFINITION:PRION=ProteinaceousInfectiousParticlesPrionproteinexistsintwoforms:PrPcvs.PrPsc第十八頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三第十九頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三PrPcPrPsckfolding-ckfolding-sckunfolding-sckunfolding-cIntermediates?第二十頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三Prionfoldingmodelaslinkbetweenchemistryandbiology

Whatdofoldingratesandequilibriumconstantsmean?Ifaproteinhasstabilityof7kcalmol-1,howmanymoleculesareunfoldedat37oC?WouldyouexpectPrPtobemoreorlessstablethanotherproteins?FoldedUnfoldedKeq第二十一頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三Oneprotein:TwostructuresPrPc“NORMAL”conformationPrPsc“BAD”conformation第二十二頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三Notallprettypicturescanbetrusted!BasedonNMRresultsProposedbasedonlow-resolutionstructuralstudies第二十三頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三"Life"Cycle第二十四頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三PrPcPrPscPrPcPrPcPrPcPrPcPrPcPrPcPrPcPrPcPrPcPrPcPrPc第二十五頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三PrPCPrPSCPrPC第二十六頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三PrPscfibrils第二十七頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三Plaque第二十八頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三theprionhypothesisnormalproteinabnormalproteinconversioninsteadofreplicationPrPPrPSc第二十九頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三FLS6-4Prion疾病的臨床表現(xiàn)第三十頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三Diseases(allnervoussystemagents-usuallyverylongincubationperiodsofdecades,alwaysfatal,andshowcytopathiceffectsinbraincells)第三十一頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三第三十二頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三現(xiàn)已確定，一大類人和動物慢性、亞急性中樞神經(jīng)系統(tǒng)的退行性疾病均與Prion有關(guān)(人類:散發(fā)性Prion病CiD；遺傳性Prion病家族性CJD；GSS；致死性家族性失眠癥；傳染性Prion病kuru??；醫(yī)源性CJD。動物：自然性羊瘙癢癥；自然性羊瘙癢癥；BSE；貓海綿狀膳?。粋魅拘运啬X?。宦詮U墟??；實驗性羊瘙癢癥；自然性羊瘙癢癥。)，其臨床特點為：(1)遺傳的，或傳染的，或散發(fā)的；(2)潛伏期長，可達(dá)數(shù)年或十?dāng)?shù)年至數(shù)十年；(3)臨床上主要表現(xiàn)為中樞神經(jīng)系統(tǒng)的異常；(4)病情進(jìn)展迅速，可很快導(dǎo)致死亡。第三十三頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三CJD： 罕見，但CJD是最常見的人類TSE。CJD可以是遺傳的、傳染的或散發(fā)的，近15％的病例為家族性，不到1％的為傳染性獲得，85％為散發(fā)性病例，病因不明。CJD的年發(fā)病率約為百萬分之一，男、女性之比為1：1．2，常累及50歲～75歲年齡段人群，平均發(fā)病年齡為65歲左右，潛伏期15個月～10年，最長可在40年以上。其典型臨床表現(xiàn)為進(jìn)展迅速的癡呆、肌陣攣、皮質(zhì)盲、小腦共濟(jì)失調(diào)，及椎體束和椎體外系征。CJD的病程可以分為三個階段：前驅(qū)期、進(jìn)展期、終末期。病人最終往往死于肺炎或植物神經(jīng)功能衰竭?；颊叩钠骄婊顣r間為6個月，約90％的患者于1年內(nèi)死亡。

由于瘋牛病的流行，英國于1990年建立了CJD監(jiān)測機構(gòu)。1996年該機構(gòu)宜布發(fā)現(xiàn)10例nvCJD病例，其臨床與神經(jīng)病理改變與以往報道的CJD病例有明顯差異。(1)nvCJD患者均較為年輕，中位年齡29歲，范圍16歲～41歲；(2)臨床表現(xiàn)以行為改變、運動失調(diào)和周圍感覺障礙常見，進(jìn)展性癡呆僅在后期出現(xiàn)；(3)平均存括時間7．5個月～22．5個月，中位時間為12個月；(4)無CJD特征性腦電圖波。第三十四頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三kuru病

kuru病是一種亞急性、進(jìn)行性小腦和腦干退行性病，潛伏期4年一30年或更長，通常較少累及大腦皮質(zhì)，最早期臨床表現(xiàn)為小腦運動失調(diào)，一般為進(jìn)行性，伴隨有細(xì)微的軀干、肢端和頭部震顫。在病程第2～3個月，震顫粗大且程度加劇，并出現(xiàn)進(jìn)行性共濟(jì)失調(diào)和運動障礙。早期智力常正常，后期則出現(xiàn)癡呆，常在6—9個月內(nèi)死亡。第三十五頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三杰茨曼-斯脫司勒-史茵克綜合征： 杰茨曼-斯脫司勒-史茵克綜合征(GSS)是1936年在澳大利亞一個家庭中發(fā)現(xiàn)的Prion疾病，是一種罕見的常染色體顯性遺傳CJD病。其流行率僅千萬分之一，病人存活時間相差較大，從2個月到12年不等．GSS僅累及成年人，臨床表現(xiàn)以小腦病變癥為主，可伴有帕金森氏征、椎體束征和椎體外系征、耳聾、失明及凝視麻痹。病程進(jìn)展緩慢，僅在晚期出現(xiàn)癡呆。第三十六頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三致死性家族性失眠癥： 致死性家族性失眠癥（FFl)是1986年新發(fā)現(xiàn)的一種遺傳性Prion疾病，非常罕見，通常見于成人，呈亞急性經(jīng)過，臨床表現(xiàn)為難治性失眠、進(jìn)行性腦神經(jīng)功能紊亂和運動障礙。第三十七頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三羊瘙癢癥： 第一個被認(rèn)識的TSE是發(fā)生在綿羊和山羊的羊瘙癢癥，該病已存在兩個多世紀(jì)，早在18世紀(jì)時就已被人們所認(rèn)識，發(fā)生于許多國家。患病羊習(xí)慣于在圍欄上摩擦身體以減輕瘙癢，同時出現(xiàn)體重下降，步態(tài)不穩(wěn)。腦組織出現(xiàn)典型的Prion病的病理改變。第三十八頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三BSE： 1986年，一種以前未報道過的Prion疾病在英國的牛群中流行，這就是BSE。BSE的潛伏期4年～5年，由于患病牛表現(xiàn)為步態(tài)不穩(wěn)，體重下降，以及神經(jīng)質(zhì)，甚至狂亂，因此俗稱“瘋牛病”。病牛的腦組織呈典型的Prion病的病理改變。Prpsc已在患病牛的腦組織內(nèi)被發(fā)現(xiàn)?；糂SE的牛腦組織提取物通過顱內(nèi)接種，可傳染給小鼠、牛、綿羊和豬。新近研究還發(fā)現(xiàn)腦內(nèi)接種可使BSE傳染給靈長類動物，如狨和獼猴。第三十九頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三DiseasesTransmissibleminkencephalopathy,TMEChronicwastingdisease(muledeerandelk)第四十頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三FLS6-5Prion疾病的實驗室檢查第四十一頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三一、腦脊液檢查：盡管腦脊液(CSF)蛋白濃度可能有輕微升高，但CSF的常規(guī)和生化檢查無特殊意義。一種叫14-3-3蛋白質(zhì)的檢出，可能有較高的診斷價值。一個研究報道，這一檢查的敏感性和特異性均在92％以上。二、影象學(xué)檢查：對晚期病例進(jìn)行計算機斷層掃描(CT)和磁共振(MRI)，可發(fā)現(xiàn)腦皮質(zhì)的萎縮。盡管診斷意義不大，但常規(guī)CT和MRI可以排除中風(fēng)、顱內(nèi)血腫和出血、原發(fā)性和轉(zhuǎn)移性腦腫瘤等。三、腦電圖：可出現(xiàn)特征性的周期性尖銳復(fù)合波，具有輔助診斷價值。四、病理檢查，尸檢或活檢腦組織切片觀察，可發(fā)現(xiàn)空泡、淀粉樣斑塊、膠質(zhì)細(xì)胞增生、神經(jīng)細(xì)胞丟失等。五、免疫組化技術(shù)：通過免疫組織化學(xué)染色檢查Prpsc的存在，目前被認(rèn)為是確診TSE的金標(biāo)準(zhǔn)。其步驟包括對組織切片的脫水性或水解性高壓消毒、甲酸和硫氰酸胍處理，這些措施可滅活感染因子和破壞Prpc，由于Prpsc具有抗性而不被破壞，進(jìn)而經(jīng)多克隆或單克隆抗體進(jìn)行檢測。六、分子生物學(xué)技術(shù)c蛋白印跡技術(shù)已被用于快速檢測prpsc。第四十二頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三EffectsofTSEsonthebrain第四十三頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三Prion疾病的診斷Prion病的生前診斷較為困難，絕大部分病例經(jīng)死后病理檢查才獲確診。特征性的腦電圖改變和病理學(xué)檢查均有輔助診斷價值，而通過免疫組化技術(shù)或分子生物學(xué)技術(shù)證實患者腦組織中Prion蛋白的存在，則能確診Prion疾病。第四十四頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三Prion疾病的預(yù)防鑒于Prion病目前尚無有效治療，預(yù)防就顯得尤為重要。常規(guī)用于處理病人血液和體液的預(yù)防措施均應(yīng)該遵循。物理的方法有蒸氣高壓消毒(132℃，5小時)，可使用的有效化學(xué)劑氫氧化鈉、次氯酸鹽、濃甲酸均可顯著地減低污染物的傳染性。