朊病毒最新研究现状

朊病毒最新研究现状 【摘要】朊病毒是一个超出经典病毒学和生物学的全新概念。1982 年，美国生理学家Prusiner 经过大量试验，突破经典病毒学理论提出了朊病毒概念，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浸染颗粒，并将其称为朊病毒蛋白（PrP）可引发传染性海绵状脑病（Transmissible Spongiform Encephalopathies，TSEs）等。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。本文旨在综述过往对阮病毒的一下认识和最新的研究动态，及方向。使人们更好的认知阮病毒。 【关键词】阮病毒 综述 特点 研究现状 1.朊病毒的特性 1.1.朊病毒的一般特性 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。当一个正常的细胞接受了外来的朊病毒，将会使原本正常的蛋白质转变成致病蛋白。这种错误折叠的蛋白质无法被正常蛋白酶所水解，因此会堆积在脑组织中（尤其是神经细胞），引起神经细胞凋亡(Apoptosis)，进而星状细胞移除发生凋亡的神经细胞并形成脑组织中的空洞。

1.2.朊病毒的分子结构 朊病毒的早期认识多源于羊瘙痒病的研究，它是一种具有侵染性且不含核酸的蛋白质。朊病毒蛋白(PrP)分子量为27，000至30，000，是构成朊病毒的基本单位，PrP本身不具有侵染性，由3个PrP分子构成的“朊病毒单位”具有高度侵染性。PrP 还能聚合成杆状颗粒，约由1000个PrP构成的这种杆不单独存在，总是排列成丛。杆和丛都有传染性[7，8]。PrP由17种氨基酸，246个分子组成[7]。它包括两种形式[9]：细胞型（the normal or cellular form of prion protein, PrPc）和异常型（the pathogenic or scrapie form of prion protein , PrPSc）。PrPC分子量33—35KU，含一对二硫键和2个N 型复合寡糖链，二硫键和糖基化残基都在PrP的C端。N端含22个氨基酸残基组成的信号肽序列，C端含由23个氨基酸组成的糖基磷酸肌醇锚受体结合位点（GPI）[10]。PrPC是一种膜蛋白，已证明它是定位于细胞膜的穴样内陷类结构域（CLDS）[11]。PrPSc与PrPC具有下列不同生化特性：（1）在非变性去污剂中PrPSc是不溶的[12]；（2）PrPSc具有相对的抗蛋白酶水解特性[13]；（3）PrPC和PrPSc都依赖GPI附着在细胞膜表面，经磷酸肌醇脂酶C（PIPLC）酶解后PrPC从膜上释放出来,而PrPSc不释放，TritonX-100进行相分配后，PrPC处于水相,而PrPSc处于TritonX-100相中[14]；（4）特异的抗体只与PrPSc有血清反应，而与PrPC无反应，证明两者含有不同的构象表位[15]。（5）糖基化比例和部位不同，PrPSc糖基化比例要低于PrPC[16]。 1.3.朊病毒的传染途径 Jackson[20]认为人感染朊病毒病有三种可能途径：一是遗传突变，使朊病毒蛋白失去细胞型而易于折叠成致病型；二是医源性感染，如角膜转移手术中的捐献者为朊病毒的感染者[21]，注射用的人生长激素和促性腺激素是提取于朊病毒病患者的腺垂体[21]；三是饮食感染，如食用朊病毒病患者的脑组织[21]。而Alter [21]不认为遗传突变是感染朊病毒的病因，他提出自然得病学说，认为PrPSc可能是PrPC翻译后转变而成的。

1.4.朊病毒增殖的可能机理： 大多学者认为有一编码朊病毒氨基酸序列的基因组，但此DNA不存在于朊病毒中，而是正常哺乳动物基因组的一部分。朊病毒的感染可活化或改变这一基因，使之转译出蛋白质。亦有人认为朊病毒中存在某种小的核酸片段，它可能是基因活化的扳机。此片段插入到寄主细胞染色体的PrP基因前面，即在此基因转录起始位点之前，插入的核酸片段可作为基因表达的启动子或强化子。如果朊病毒本身只含有蛋白质，PrP本身可能结合到DNA控制PrP基因转录的区域而起到同样的作用。大多数结合到DNA上的蛋白质都趋向于阻遏基因的表达，但一种蛋白质刺激其本身合成的现象并不是没有先例[22]。 此外，有少数学者认为朊病毒是通过与生物中心法则不同的信息流来增殖的。它可能先由PrP转译成RNA或DNA，然后再合成子代PrP。这一过程需要逆转译酶和逆转录酶，前一种酶还从未被发现过，也可大胆设想朊病毒的氨基酸序列可直接作为模板合成新的蛋白质分子，但这种蛋白质指导的蛋白质合成也从未被发现过[22] 。 可见，朊病毒增殖的研究不仅对这类特殊病原物是重要的，还牵连到生物中心法则，是一个十分有意义的问题。 2.朊病毒的防治 2.1朊病毒的治疗 朊病毒病至今尚无有效疗法, 90% 病例均在1 年内死亡, 故在朊病毒病治疗方面各国进行了大量的研究。目前已发现, 蔗糖、海藻糖、二甲基亚砜、刚果红、多烯复合物、分枝多胺等, 在体内外均有抑制PrPc 转化为PrPsc的活性, 但大多难以透过血脑屏障[ 9] 。利用能分解磷脂酰基肌醇的磷脂酶可将PrPsc 从细胞膜表面除去; 使用螯合剂可除去PrPsc 分子中的金属离子, 改变基蛋白酶抗性和致病性[ 10] 。这些都颇具开发潜力。根据PrP 序列而人工合成的一些单克隆抗体, 如antiPrP219232、Fab D18 等, 通过体内外试验也发现有抑制PrPsc 与PrPc 结合及转变的作用, 有的还能清除机体中原有的PrPsc。但一般半衰期较短, 透过血脑屏障效率差[20] 。但是, 最近的一项小鼠相关研究表明[21] , 如果及早发现, 朊病毒疾病或许可以得到治愈。研究者认为他们的研究支持了通过降低患者脑内朊蛋白表达水平的早期治疗方案[22] 。同时, 此项研究还提出了一项检验朊病毒疾病疗效的新途径: 检测朊病毒感染的小鼠的认知情况。Giovanna Mallucci 和同事将他们的研究成果发表在2007 年2 月1 日的∀Neuron# 杂志上。在这篇新的研究中, 作者模仿人类的朊病毒疾病构建了认知和行为损伤的小鼠模型[23] 。患病的小鼠在早期就表现出辨认新物体、挖掘2 个方面上的能力缺陷。同时, 在脑细胞中的一些信号通路也发生了损伤。对小鼠河北医药2008 年11 月第30 卷第11 期 HebeiMedical Journal, Nov 2008, Vol 30, No. 11 1783脑中的朊蛋白进行清除之后, 研究者发现患病小鼠的上述症状都逐渐消失了, 恢复正常。 2.2抗朊病毒药物筛选模型的研究 虽然由于阮病毒的特殊性，给治疗以及药物的筛选带来很大的难度。但从阮病毒发现至今出现了多种抗朊病毒药物筛选模型, 并且一些模型体现了诸多优势, 但鉴于朊病毒疾病的特殊性, 以下筛选技术有待进一步完善和发展, 而这些合理运用这些技术在推动抗朊病毒药物筛选技术的发展乃至新药的发现中起着关键作用.相信人类科学发展的某天,终会找到克制阮病毒的特效药. 1 基于动物实验模型的抗朊病毒药物筛选 2 基于动物细胞模型的抗朊病毒药物筛选 3 基于无细胞体系模型的抗朊病毒药物筛选 4 基于酵母细胞模型的抗朊病毒药物筛选 5 基于朊病毒蛋白与药物相互作用的计算机虚拟筛选 3.展望： 人们在结构水平上认识朊病毒已取得重要进展。这包括PrPC的结构、折叠动力学和可能转变成PrPSc的折叠途径的特点。蛋白酶消化敏感性实验和脑组织杂交分析证明PrPSc可采取不同的构象，所以我们现在至少已经知道朊病毒有不同的株型且相互杂交。朊病毒传播和致病的必需区域已被限定为两个不同片段，共同区域只包含106个残基，除在朊病毒构象方面取得喜人进展外，还没有人通过纯化、重组技术在体外获得有侵染活性的朊病毒蛋白。所以蛋白致病假说仍无法被证实。但随着X-射线衍射技术、核磁共振光谱等技术在朊病毒研究中的应用，朊病毒结构的研究即将取得成功，其功能学的研究已成为科研的工作重点，相信不久的将来，人们一定能揭开朊病毒的面纱，最终攻克朊病毒病难关。同时找到其相应的治疗药物.同时阮病毒的出现可以说对人类遗传学理论有了很大的扩展和补充.在未来任务克服其难题的同时,对朊病毒其特殊蛋白构造的了解,终将对人类生命科学的研究作出巨大的贡献. 参考文献 1.李学涛,王洪海,孟祥兵.朊病毒和朊病毒病研究进展.生命科学研究,2002. 2.金奇.医学分子病毒学.科学出版社,2001. 3.C R Trev itt, J Co llinge. A system atic rev iew of priontherapeutics in exper im enta lmode ls[ J]. B ra in, 2006, 129, 2241- 2265. 4.宋有涛, 等. 一种高灵敏度的利用酵母细胞筛选抗朊病毒药物的方法[ P], 国家职务发明专利,No. 200910010219. 9. 5.宋有涛, 等. 一种在活细胞内精确定量检测抗朊病毒药物作用效果的方法[ P], 国家职务发明专利, No. 201010132003. 2. 6.宋有涛1, 吴宪远1, 何星蓉2，抗朊病毒药物筛选模型的研究进展，辽宁大学生命科学院, 辽宁沈阳110036. 7.方元. 牛海绵状脑病须重新认识的几个问题. 中华预防医学会首届学术年会论文集, 2001, 2: 23. 8.以及网上上一些参考材料,由于比较多而杂故不一一列举.