[医学]朊病毒的发现与研究
朊病毒的研究进展
TECHNOLOGY TREND朊病毒的研究进展谭皓文（南京农业大学，江苏南京210095）［摘要］美国医学家普鲁森纳在1982年时提出的“朊病毒”假说，然而一直没有人能把大肠杆菌中表达的重组朊蛋白转变成具有传染性的朊病毒，因此这一说法，也在学术界被吵吵嚷嚷地争议了10多年。
但最近，马继延教授带领的研究团队首次将实验成功的完成，使研究有了新的突破。
本文重点讨论朊病毒特性、结构、形成过程、危害以及研究朊病毒的意义和前景。
［关键词］朊病毒；疯牛病；PrPSC 1朊病毒的特性朊病毒的特性是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），而且可直接通过蛋白质传播而不需经过DNA 或任何遗传物质。
它可被胰蛋白酶降解，被一些蛋白质变性剂或氨基酸化学修饰剂灭活或抑制，但对作用于核酸的酶或化学物质有很强的抵抗能力，对一般的理化因子具有高度的抵抗力，目前常用的理化消毒、灭菌方法往往不能完全灭活朊病毒。
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。
病毒感染后短期内机体不会有太大反应，到了后期一旦发现时，由于寄生时间长已很难治愈。
2朊病毒的结构正常人和动物细胞中朊蛋白称为PrPC ，其分子量为33～35KD ，致病性朊病毒蛋白为称PrPSC ，PrP27～30是PrPSC 部分酶解后除去N 端66个氨基酸形成的。
PrPC 和PrPSC 两者是由同一基因PRNP 编码的，其氨基酸序列完全一致，质谱和气相测序以及别的生化研究发现共价键也无变化，两者是异构体，本质差别在于它们构象上的差异，PrPC 的α－螺旋为42％，β－折叠仅为3％，而PrPSC 的α－螺旋为30％，β－折叠反而高达43％。
PrPSC 是由于PrPC 发生蛋白质错误折叠，一些α－螺旋变构为β－折叠，三维构象发生变化而产生的，其形成发生在翻译后的加工过程。
朊病毒—搜狗百科
朊病毒—搜狗百科发现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。
意义从理论上讲，“中心法则”认为DNA复制是“自我复制”，即DNA～DNA，而朊病毒蛋白是PrP→PrP，是为“自他复制”。
这对遗传学理论有一定的补充作用。
但也有矛盾，即“DNA→蛋白质”与“蛋白质→蛋白质”之间的矛盾。
对这一问题的研究会丰富生物学有关领域的内容；对病理学、分子生物学、分子病毒学、分子遗传学等学科的发展至关重要，对探索生命起源与生命现象的本质有重要意义。
从实践上讲，其对人畜健康；为揭示与痴呆有关的疾病（如老年性痴呆症、帕金森病）的生物学机制、诊断与防治提供了信息，并为今后的药物开发和新的治疗方法的研究奠定了基础。
朊病毒已经超出了经典病毒学的生物学概念，研究表明，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蛋白质颗粒，这一观点向传统观点提出了强有力的挑战。
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）。
朊病毒的简介
朊病毒在个体之间容易传播吗？
从“朊病毒”的本质来看，即它是空间构型改变的正 常蛋白质，是正常蛋白质变性所致；所以它不像细菌 有鞭毛菌毛，不像普通病毒可以吸附穿刺，除非是机 体注射这样的小概率事件。而且从消化道方面来说， 消化系统是有蛋白酶的，所以除非大量使用含朊病毒 蛋白的食物，否则感染的概率还是不大的。
朊病毒特性与致病机理研究进展
DNA和RNA
DNA和RNA 蛋白质
Contents
1.朊病毒的发现 2.朊病毒的致病机制 3.对朊病毒的理解 4.朊病毒的最新研究
一、朊病毒（prion）的发现
朊病毒的起源可以追溯到300 年前，人们已经注意到在绵羊和 山羊身上患的“羊瘙痒症”。 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“羊瘙痒症” 的致病因子并非核酸，而可能是 蛋白质。 病羊神经组织的海绵状损伤
人的朊病毒病
1、传染型朊病毒病：如库鲁病，该病主要局限在巴 布亚新几内亚的Fore族人群中发生； 2、遗传型朊病毒病：克雅氏病(CJD)、格斯特曼综 合症（GSS）和致死性家族性失眠症，属于生殖细 胞突变形成的； 3、散发型朊病毒病：包括大多数CJD和部分GSS， 可能与体细胞突变或朊病毒蛋白（prion protein, PrP） 的自发性构型改变有关，而牛朊病毒传染人造成的 CJD也属于这一类。
目前发现的朊病毒疾病发现疯牛病（BSE）、 羊痒病（SC）及人的纹状体脊髓变性病 （CJD），脑软化病（GSS），库鲁病 （kuru），致死性家族失眠症（FFI）最近在 猫的体内也发现朊病毒导致的疾病 我们不难发现朊病毒的宿主全部是哺乳类动 物,而且是体温恒定在37摄氏度左右的哺乳类 动物.这使我们不由联想到许多酶的最适温度 与其十分相似.
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。
朊病毒(prion)
两种不同的分子构象
• 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（Cellular PrP, PrPc）
• 存在于感染动物的细胞中，称为朊病毒蛋白（Scrapre PrP, PrPsc）。
PrPsc
• 特征：它能侵染动物并在宿主细胞内复制，但不含核酸，不以核 酸为遗传物质。
新的研究进展
• 测定分子结构，建立了分子模型 • 测定了PrP基因的结构及编码蛋白的序列 • 建立了朊病毒的疾病谱 • 环四吡咯可用于治疗和预防相关疾病。
二.朊病毒
1.概述
• 朊蛋白（Prion Protein , PrP）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。在中枢神经系统及神经元细胞中表达量 最高。 • 研究表明PrP与长期记忆和细胞更新有关
PrPsc的高级结构
PrPsc的高级结构
• 转变使得结构中的α-螺旋减少，最终使得含有大量的β-折叠PrPsc 溶解度降低，抗蛋白酶水解能力增强。
• Prusiner实验室最近提出了PrPsc的二维结晶结构模型。
进一步的研究
• 20世纪60年代，通过放射处理破坏了发病组织中的DNA,RNA后的 组织仍具感染性，致病因子是蛋白质
致病因子的发现
• 1982年，美国生物学家Stanley B. Prusiner确认感染组织中的某种 蛋白质病原，并称其为prion。
• 斯坦利因为对朊病毒的研究而获得了1997年的诺贝尔生理学或医 学奖。
• 致病性：能引起哺乳动物和人的中枢神经系统病变
2. 性质
• 物理性质：PrPsc大小只有30~50纳米 • 化学性质： • 耐高温 • 耐紫外线 • 耐离子辐射和超声波 • 抵抗RNA酶和DNA酶 • 对甲醛、羟胺等表现出强抗性。
朊病毒的研究进展
综述译文
朊病毒的研 究进展
何 丽华 ，李 晟阳，沈 国顺
０６ （ 沈阳农业大学畜牧兽 医学院，辽 宁 沈 阳 １ １ １ １ ）
中图分类号
￥５．５ ８ ２ ６
文献标识码
Ａ
文章编号
１ ７ － ６ ２（０ ６ １ － ０ ５ ０ ２ ９ ９ ２ ０ ） ０ ４ 一种特 殊的传染性病原体 ，它 与普 （Ｓ ）（ｒｎｍｉ ｉｌ ｓｏｇｆｒ ｎｅｈ ｌｐｔｉｓ Ｔ Ｅ Ｔａｓ ｓ ｂｅ ｐｎｉ ｍ ｅ ｃｐ ａ ａｈｅ， ｓ ｏ ０ Ｓｓ 这一概 念［ ￣ ｕｅ 为发现库鲁 病的发 ５ １ ，Ｇ ｄ ｓｋ因 遍意义上的病原体不 同，不含 生命最基本 的遗传 Ｔ Ｅ ） 物质—— 核酸 。它 的出现打破 了病原体感 染 、复 病机 制 并挽 救 了 巴布亚 新几 内亚土 著人 而 荣获 制等一系列 固有 的发病模式 ，使 人们 必须重新认 １７ ９ ６年 诺 贝 尔 生理 和 医学 奖 。１８ ９ ２年 Ｐｕｉ ｒ ｒｓ ｅ ｎ 识生命 的本质规律 。其 引起 的疾病主要包括牛海 和他 的同事利用生化手段从感染羊瘙痒病 的金黄 绵状脑 病、羊瘙痒病 ，在人类有 克雅 氏病 、库鲁 地 鼠中纯化 出类 似 的感染 因子 ，Ｐｕｉ ｒ ｒｓ ｅ 发现从 ｎ
ＰＰｃ，二者 是异 构体 ，由 同一 染色 体 可怕的疾病—— 库鲁病 ，并最终排 除了这 种疾病 致病 型 （ｒｓ） Ｒ Ｐ编码 ，其氨基 酸序列完全一致 ，两 者 为遗 传 性疾 病 的看 法 ，确 认 为传 染 性疾 病 ，然 基因 Ｐ Ｎ 而 ，其病原体 的确立极 为艰难１ ２ １ 国学者 Ｇ ｉ 的分 子量 均为 ３ ～ ５Ｋ ，根 本差别 在于 它们 构 。英 ｒ— ｆ ３ ３ Ｄ
《朊病毒及其检测》课件
朊病毒防治的伦理问题
保护隐私
在朊病毒的防治过程中，应尊重患者的隐私权和个人信息保密。
人道关怀
对于感染朊病毒的患者，应提供人道关怀和心理支持，减轻他们的痛苦和恐惧 。
05
朊病毒相关实验及案例分析
实验一：朊病毒的分离和纯化
总结词
朊病毒的分离和纯化是研究朊病毒的基础步骤，涉及到病毒的提取、离心、过滤和纯化等过程。
总结词
要点二
详细描述
体外感染实验是研究朊病毒致病机制的重要手段，可以模 拟病毒在体外环境中的感染过程。
首先，将纯化的朊病毒与敏感细胞进行共培养，观察病毒 对细胞的感染情况。通过荧光染色、免疫学检测等方法检 测病毒感染后细胞内病毒抗原的表达情况。此外，还可以 通过测定细胞病变、细胞死亡等情况来评估病毒感染的严 重程度。这些实验结果有助于深入了解朊病毒的致病机制 和传播途径，为预防和治疗朊病毒感染提供科学依据。
02
朊病毒的致病机理
朊病毒的感染机制
朊病毒通过与宿主细 胞表面的受体结合， 进入细胞内。
朊病毒的感染机制还 包括对细胞膜的破坏 和细胞骨架的改变等 。
在细胞内，朊病毒经 过一系列的生物化学 反应，最终导致细胞 死亡。
朊病毒对宿主细胞的影响
朊病毒可以导致宿主细胞的结 构和功能发生变化，如细胞膜 的通透性增加、细胞骨架的紊 乱等。
朊病毒的生物学特性
传播方式
致病机制
朊病毒可通过接触、消化道、血液等途径 传播，如食用感染朊病毒的动物器官或血 液等。
朊病毒进入宿主细胞后，会诱导正常朊蛋 白错误折叠，形成淀粉样沉淀，导致细胞 功能紊乱和死亡。
疾病类型
诊断与防治
朊病毒可引起多种致命性疾病，如疯牛病 、克-雅病等。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
质疑？？？
没有核酸，这个病原物如何增殖？如何复制本身的遗传信息 是不是存在核酸，只是未能检测出来
随着研究深入，得到更多打破传统观念的结果
（1）寻找Prn-p基因 编码朊蛋白的基因，不但在染病动物脑中存在，在正
常动物脑中也有，而且表达的一样多 正常小鼠（PrPc) 得病小鼠（PrPsc）
结论：PrPsc的出现可能不是调节基因起作用的
子模型 • 阿兹海默症或通过朊病毒传染
thanks
• 1980s
英国
疯牛病
丹尼尔 ·伽杜塞克 （D.Gajdusek)
由于查明库鲁病的病因，认为是一种 潜伏期极长的进行性病毒 获得1976年诺贝尔生理学或医学奖
三.朊病毒的发现
1997年，为肯定斯坦利·普 鲁希纳在研究克雅氏病（
Creutzfeldt-Jakob disease ，CJD）病原体的过程中发 现了朊蛋白（Prion），并 在其致病机理的研究方面的 贡献。授予其诺贝尔生理学 或医学奖
（2）朊蛋白在正常动物脑中的功能是什么 剔除PrP基因的遗传工程小鼠，看不出病症，看起来一
切正常，亦能正常生育
（3）PrP%小鼠做出贡献 把染病小鼠的脑提取物接种给PrP%小鼠，不染病，
接种给普通小鼠却染病
由此得出：PrPc蛋白的存在是染病的必要条件
（4）PrPc蛋白的一些性质
• 由208个氨基酸残基组成，分子量33-35kd（大小仅为最小 病毒的1%）
• 1974年普鲁西纳正式开始对羊搔痒病开始研究， 1982年发表第一篇文章
• 1975年起，普鲁西纳得到并用于研究的经费共5000 多万美元
普鲁西纳的研究工作
目标： 分离，纯化病原物，并加以鉴定，每步
都离不开检测方法
把瘙痒病从羊转至个月
得到难以相信的实验结果
原来预期得到一种小型病毒 结果所有实验数据表明：病原物不是小型病毒，不含核酸， 而是蛋白质粒子 经过八年的实验反复论证（1974-1982）发表第一篇文章: 提出羊瘙痒病病原物是一种蛋白质粒子 蛋白质类的感染颗粒 （Proteinoceous Infectious Particle，Prion）
人或动物感染PrPsc ↓
由淋巴细胞进入中枢神经系统或直接 进入中枢神经系统 ↓
与神经元表面正常的PrPc作用 ↓
PrPc → PrPsc→导致神经元细胞凋亡裂解
• 人类朊蛋白病的起病方式有散发行， 遗传性，传染性等。80%的病例不是传 染的结果，而是散发的，有或者没有遗 传易感性。
抗性
• 抵抗蛋白酶K的消化作用 • 标准的高压蒸汽灭菌（121.3℃，20min），不
治疗
• 化学治疗 • 特异性抗体治疗：单克隆抗体免疫被动
疗法 • RNA干扰 • 免疫治疗
五，朊病毒的研究进展
• 发现朊蛋白变形产生毒性的原因：毒性开关假说 • 朊蛋白的致病机理：两种观点（1）PrPC正常功能的缺失；
（2）PrPSc的过度增殖而产生神经毒性 • 酵母菌朊病毒假说 • PrPsc的形成和积累：两个模型（1）重折叠模型（2）种
• 利用傅里叶转换红外光谱对两者结构进行比较，发现两者 的二级结构有很大区别
• PrPc和PrPsc的立体结构比较
PrPc： 有4个α-螺旋 极少 β折叠
PrPsc: 有2个α-螺旋 有4个β-折叠
（6）PrPc和PrPsc在高级结构上的差别，在细胞内蛋白质的 行为和代谢特征上也反应出来
PrPc
朊病毒的发现与研究
一.朊病毒的定义
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。
二.朊病毒引起的疾病
• 18世纪
冰岛
羊瘙痒病
• 1920s
H.Creutzfieldt A.Jacob
人克雅氏病
• 1950s
巴布亚-新几内亚（G.ajdusek） 库鲁病
• 含有一对二硫键和2个N型复合糖链，二硫键和糖基化位点 都在C端
• N端有22个氨基酸残基组成的信号肽序列 • C端有由23个氨基酸残基组成的糖基磷酸肌醇锚（GPI)受
体结合位点。说明PrPc是一种膜结合糖蛋白
• （5）PrPc与PrPsc的一级结构
• 都由同一基因编码，氨基酸序列完全相同
• 两者并无共价修饰的区别
PrPsc
胞内定位 蛋白酶水解
细胞表面 水解完全
胞质内 局部水解
（7）综合以上结果，提出理论假设：
羊瘙痒病的发生是因为PrPsc的入侵，把脑细胞中原来 就有的PrPc“带坏”，使正常的PrPc重新折叠，形成新的高级 结构PrPsc
增多的PrPsc形成淀粉样沉淀，造成脑细胞破坏，形成 空斑
四.朊病毒的感染，预防以及治疗
研究困难
人们对这类疾病的研究，困难较大，主要表现在：
发病率
低
病程
慢
传染病/遗传病
不清楚
病因/病原物
找不到
共同特征：
病程慢，都有神经系统退行性症状，脑部出现淀粉样沉淀，形成海绵状空斑
人们猜想：
这是一种“慢病毒”在起作用
1.改进检测方法 目标：分离，纯化病原物，并加以鉴定
艰巨的研究历程
• 普鲁西纳1972年遇见一列克雅氏病人，病人6星期后 死去
能破坏朊病毒，需要高压蒸汽灭菌134℃，≥2h， 才能使其失去传染性 • 对辐射，紫外线，及常用消毒剂有很强抗性
预防
• 消灭已知的感染牲口，对病人进行适当的隔离 • 加强肉品检验，不许病牛羊肉上市，禁止其产品与人接触 • 禁止使用污染的食物，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 • 对有家庭型疾病的家属更应注意防止其接触该病