奇特的蛋白质

奇特的蛋白质—朊病毒在大众的印象之中，蛋白质往往是作为营养物质出现，然而有一类蛋白质不光不能为生物体所利用，反而像病毒一样具有传染性，能够使人和其他生物患病甚至死亡，这就是大名鼎鼎的朊病毒（Prion）。这种直到二十世纪中叶才逐渐被人类了解的蛋白质病毒，是一种特殊的传染性病原体，与普遍意义上的病原体不同，其不含生命最基本的遗传物质——核酸。它的化学本质是一种蛋白质侵染颗粒，是一类引起人和动物的亚急性海绵样脑病的病原因子，具有不同于病毒的生物学特征，不形成包涵体,不含非宿主蛋白,不诱生千扰素,对干扰素亦不敏感。不破坏宿主B细胞和T细胞的免疫机能,也不引起宿主的免疫反应，免疫抑制剂和免疫增强剂不能改变其发生和发展过程。它的出现打破了病原体感染、复制等一系列固有的发病模式，使人们重新开始认识生命的本质规律。引起的疾病主要包括牛海绵状脑病、羊瘙痒病，在人类有克雅氏病、库鲁病等，均为具有传染性的致死性中枢神经系统疾病。对朊病毒的早期认识多源于绵羊痒病的研究，Alper(1967年)观察到一定剂量的254nm的紫外线不能使病原体失活,相反它对237nm的紫外线却非常敏感,这些特征使作者认为感染因子可能是一种不含核酸的蛋白质。随后Griffith等人于1967年提出蛋白质致病假设,认为感染因子是由正常细胞蛋白经修饰后形成的。1982年Prusiner取感染了痒病的实验动物脑组织制成匀浆,从脑匀浆中提取蛋白质,用反转重复聚焦凝胶电泳技术检测,未发现核酸的存在,用DNA酶、RNA酶处理后仍有较强的感染力。但若经过蛋白酶、蛋白变性剂的处理就失去感染力了。Prusiner的试验说明:朊病毒的致病性不是由核酸引起的,而是由蛋白引起的，而且这种蛋白能与痒病因子共纯化,这种纯化后仍具有感染性的蛋白就被称为朊病毒蛋白。朊病毒蛋白有2种构型,即致病型朊病毒和细胞型朊病毒。细胞型朊病毒蛋白用CPrP表示，由宿主PrP基因编码。致病型朊病毒蛋白用SCPrP表示,与正常细胞表达的CPrP具有相同的氨基酸序列,为同分异构体，由CPrP经翻译后修饰构象改变形成，其复制和分离物(或毒株)的不同特性都由其自身和宿主CPrP相互作用决定,而不依赖于任何核酸。它特异地出现在被感染的脑组织中,使患者脑组织呈淀粉样空斑，在朊病毒病病理发生中起主导作用。而CPrP本身对人和动物是无害的,它的蛋白主链缠绕形成双螺旋,当大多数蛋白主链伸展形成β折叠片时就由CPrP转变成了SCPrP,大量实验证明SCPrP能诱导CPrP分子的一个α螺旋变成一个β折叠片。既然SCPrP是一种蛋白质而且不含任何核酸,那么它在人或动物体内又是如何进行复制,如何进行传播的呢?Prusiner等提出了朊病毒仅有蛋白质组成,由细胞蛋白CPrP经翻译后修饰而转变为折叠异常的病理形态CPrP这一假说。认为朊病毒的增殖是一个指数增长的过程。SCPrP首先与CPrP结合形成一个SCPrP-CPrP复合物,随后转变成2个分子的SCPrP。在下一周期2分子SCPrP与2分子CPrP结合,随后形成4分子SCPrP。SCPrP与CPrP相互作用,从而复制出越来越多的SCPrP分子。而朊病毒研究的大量试验也证实了Prusiner的假说。朊病毒研究虽已取得突破性进展,但现有大量证据主要是遗传学方面的,缺少无可反驳的直接的实验证据,还有不少重要问题急待解决。应优先解决的问题无疑是对这种病原因子的性质作出明确的鉴定。例如,其一个感染单位和SCPrP分子的比值约为1∶100,000，一个感染单位是许多相同SCPrP分子的聚合物还是若干不同SCPrP分子混合物中为数不多的某种特殊分子;CPrP和SCPrP的精确结构及前者转变后者期间究竟产生了哪些结构变化。其它有待研究阐明的问题包括:体外试验产生的SCPrP有无感染性;毒株多样性的形成机制;PrP的生理机能;朊病毒进入脑的通路和其与脑病变的关系等。朊病毒假说是否完全正确,能否最终确定,还是有赖于这些问题的答案。朊病毒的研究不仅对朊病毒病很重要,对Alzheimer氏病、帕金森氏病和肌萎缩性脊髓侧索硬化(ALS)等的病原学和分子发病机制的研究也有重要意义。这些疾病远比朊病毒病多发,Alzheimer氏病和ALS分子遗传学的研究已证明,它们的一个重要亚群也是由于基因突变导致CNS表达的某种蛋白质产生非保守氨基酸替代所致。此外,在酵母菌中也存在类似朊病毒的蛋白质,此种蛋白质类似朊病毒，能在细胞中传递性状,在正常情况下它不是传染因子。这说明也许朊病毒在生物界并不罕见,有待我们作更广泛和深入的研究。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,朊病毒结构及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。