朊病毒概述

朊病毒概述 摘要:Prion是感染性蛋白质，能引发疯牛病等海绵状脑病，该病毒蛋白是一种膜糖蛋白，至少有两种基本形式，即PrPc与PrPsc，对紫外线及消毒剂有很强的抵抗力。朊蛋白基因是单拷贝基因，高度保守，但在物种间可能存在易感性相关基因。本文主要介绍朊病毒的分子结构特征及其增殖方式、感染机制及其检测方法，使我们对朊病毒有个比较充分的了解 关键词:阮病毒 分子结构 感染机制 检测方法 前言 20世纪末，病毒界出现了一个神秘而崭新的名词——朊病毒(Prion)，它与细菌、真菌、病毒及类病毒完全不同，有其独特的结构以及发病机制。它引起的疾病具有散发性、传染性、家族性、疫原性等特点，这些病如人的库鲁氏病、克一雅氏病及疯牛病都是无药可救的。过去，人们对其病原提出了种种假说，但直到1982年Prusine提出Prion(蛋白浸染子)假说，对朊病毒的研究才取得了突破性进展。此后，人们对朊病毒的研究也就步入了一个新阶段，对它的研究也越来越深入 1( 朊病毒概念的产生 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(proteinaeeous infectious particles)，并将其称为朊病毒蛋白(prion protein)，简称为PrP。正常PrP(PrPc)转变为致病PrP(PrPSe)，从而引发了一系列神经系统退行性疾病，又叫做传染性海绵状脑病(transmissible spongformeneephalopathies，TSE~)。Prion概念的提出不仅提供了一个疾病既能传染又能遗传的假设，而且解释了至今未明的神经系统疾病的部分原因。TSEs是一组神经退行性疾病，包括疯牛病(mad COW dis—e够e，MCD)，即牛海绵状脑病(bo~ne spongiform encephMopa—thy，BSE)，羊瘙痒症(serapie)，克一雅氏病(Creutzfeldt—Jakobdisease，CJD)，GSS综合征(Gersrmann—Straussler—Scheikerg disease，GSS)和致死性睡眠综合征(fatal familial insomnia，FFI)等 。TSEs可由传染、散发和遗传的原因引起，在这3种情况中，被感染的脑中均包含异常形式的Prion蛋白。我过学者田波将其译为朊病毒，意即它是一种蛋白质传染粒子，以示与病毒和类病毒的不同，廖延雄主张将其译为朊粒，因其不具备病毒的基本特征，没有核酸结构，目前我国文献大多使用朊病毒这一概念。 2朊病毒的分子结构特征 朊蛋白PrPc分子量33,35 kD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(GPI)，已证明糖蛋白PrPc是定位于细胞膜的穴样内陷类结构域(CLDs)。PrPsc具有以下不同于PrPc的生化特性:?不溶于非变性去污剂;? 具有相对的抗蛋白酶水解特性;? 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;?PrPsc与 1 PrPc的构象表位不同(Brown，2000)。 朊蛋白存在两种结构形式，一种为正常细胞膜相关蛋白(PrPc)，另一种为朊病毒颗粒相关蛋白(Prl~)。两者一级结构完全相同(但高级结构具有较大差异:在PrPc中 螺旋结构含量较高(在Prl~ 中 折叠结构含量较高。两者高级结构的不同使得它们在物理、化学性质以及生物学特性上产生很大差异。 PrP基因在人体内定位于第20号染色体短臂。在小鼠体内定位于第2号染色体。该基因是一个单拷贝基因。在其5’端转录调控区内含有两个SP1转录因子结合位点而没有决定转录起始位点的TATA boxes，这种结构属于典型的管家基因结构。 根据PrP基因在哺乳动物不同种属间初始转录子结构的差异，PrP基因可以分为两大类:第一类由三个外显子框和两个内含子框组成，如牛、羊、小鼠等;第二类只包含两个外显子框和一个内含子框(如仓鼠、人等。在第二类PrP基因的内含子序列中仍然有第一类外显子2类似区。最后一个外显子包含整个开放阅读框和3’末端非编码区，起始密码子前面序列均为5’非翻译区, :蛋白编码区和启动子区高度保守。外显子2或其类似区上游500bp的区域、外显子3’末端区、位于多聚腺苷酸位点下游3000—4000bp的区域这三个区域比较保守;外显子1和内含子1的起始区保守性相对较差。 3.朊病毒的增殖方式及传染机制 朊病毒虽然不含核酸成分，却能进行自我复制，这对生命的定义提出了挑战。PrPc作为许多细胞正常代谢的一部分，被合成和降解，其结构的随机不稳定性能产生极少数部分折叠或构象变化的单体结构(某种前体PrP。)。PrP。是形成PrPsc的中间体，既能重新变为PrPc，又能在感染了PrPsc上聚集，或与PrPsc形成暂时性复合物(PrP。PrPsc)，然后再转化为2个分子PrPsc。在下一次循环中，两个PrPsc分子与两个PrP。或PrPc分子结合，形成PrPsc，如此周而复始，形成指数性增殖过程。在正常情况下，PrP。形成无意义;在传染性朊病毒时，外源朊病毒进入细胞，作为模板促使PrP。转变为PrP—SC;在散发性朊病毒时，无外源朊病毒参与，可能是由于PrP。蓄积至足以自发产生PrPsc的水平，通过阳性反馈环道促使PrP’转变为PrPsc，但这种情况很少发生;在遗传性朊病毒时，突变PrPc(APrPc)作为许多细胞正常代谢的一部分被合成和降解。APrPc结构随机不稳定性比PrPc高，从而产生有意义的部分折叠单体结构?PrP。，它和PrP。一样，能重新变为APrPc被降解，也可转变为APrPsc。APrPsc一旦形成即通过阳性反馈环道促使?PrPc转变为APrPsc[m 。此外，在PrPc向PrPsc转变中，一些朊病毒结合分子起一定作用，这类分子有金属分子、核酸分子、硫酸黏多糖、葡萄糖聚合体等。 目前认为PrPSc可能的传染过程是:少量PrPSc与细胞PrPc结合后，以PrPSc为模板，使PrPc发生明显构象改变而转变为PrPSc，从而达到PrPSc传染扩增的目的，最后使PrPc全部转变成不溶性的PrPSc，脑组织形成淀粉样斑块直至死亡口 。从PrPc到PrPSc可能还存在中间状态，现已在体外实验发现有两种稳定的可溶性中间态存在，它们分别是双 螺旋状态和四聚(或寡聚)的富含B折叠的状态 。对PrPSc导致Prion病的详细机制虽不完全清楚，但目前普遍认为蹦-on病发生的基本事件是:以of(螺旋为主的对蛋白酶敏感的不具有感染能力的PrPc转变成以B折叠为主的具有感染能力的对蛋白酶抵抗的不溶性PrPSc。 2 目前推测认为PrPc转变成PrPSc后造成PrPc缺乏，这种缺乏一方面使得神经细胞SOD样活性下降，从而对超氧化物等所造成的氧化损伤的敏感性增加，另一方面也使神经细胞对高谷氨酸和高铜毒性的敏感性增加，综合导致神经细胞死亡变性? 。 4朊病毒的检测 1999年7月欧共体宣称共筛选了几种较为有效的方法，其中:?以一种单抗检测PrPsc的免疫印迹法，此法需8 h，检测域值1O,1(0;?多克隆抗体检测PrPsc的化学发光ELISA(Enfer)，需时4 h，检测域1O,1(5;? 在变性和浓缩后用两种单抗检测PrPsc的夹心免疫测定法(CEA)，此法需时低于24 h，检测域最高达1O, 2(5。这几种方法敏感性和特异性均为100 。孙宪锋等(2000)利用人工合成的朊病毒蛋白(PrP)多肽，与载体偶联制备抗血清，用ELISA 和Wester blot鉴定后发现所制抗血清抗体效价高，可识别正常的PrPc和病理的PrPsc，且可和多种PrP都发生阳性反应，因此其不仅可用于朊病毒的临床及实验室检测，同时也可为进一步在兽医方面的应用提供了可能。目前对BSE的检测方法很多，但各国有各自的诊断检测方法，我国主要采用病理学方法、免疫组化法及免疫转印法等 5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 参考文献: [1]洪涛. 朊病毒(传染性蛋白质颗粒(闻玉梅主编(现代医学微生物学(上海:上海医科大学出版社1999(1312(1320( [2]赵丽，王健伟，洪涛 朊病毒检测方法及研究进展. 中华实验和临床病毒学.2004.18(1) [3]史怀平，杨增岐，刘希成. 朊病毒研究进展.动物医学进展. 2004.25(5) [4]杨建民，郝永新，宁章勇等. 朊病毒致病机理研究进展. 中国畜牧兽医.2004.31(10) [5]金子清俊. 朊病毒感染的热点话题. 日本医学介绍.2006.27(4) [6]尹文,张久聪,宋涛. 朊病毒蛋白的研究进展.细胞与分子免疫学. 2005.21 [7]魏传忠,刘国传,马贵平等. 疯牛病检测技术的研究进展.生物医学工程学. 2005.22.(1) [8]徐亦力. 朊病毒,应改名. 生命的化学. 2005.25.(5) [9]方顺丽,贾万忠,伦照荣. 朊病毒研究进展:朊蛋白变构与辅助因子(Cofactor). 中国人兽共患病.2005.21(12) [10]陶利明,王志亮. 朊蛋白基因结构与功能研究进展. 中国人兽共患病.2005.21.(9) 3