朊粒
文 / 张卓然
朊粒（prion）的名称来源于蛋白性感染颗粒（proteinaceus infection particle）的字头组合，是引起传染性海绵状脑病（transmissible spongform encephalopathies，TSE）的病原体，曾译作朊病毒。TSE是一特征性的致死性中枢神经系统慢性退化性疾患，临床上出现痴呆、共济失调、震颤等症状，随即昏迷死亡。此病原取名为prion是由于其具有以下特点：①prion个体微小（<300nm），不含核酸，其主要成分是一种蛋白酶抗性蛋白，对各种理化作用的抵抗力强，具有传染性，属一种非寻常病毒；②prion致中枢神经系统退化性病变，大脑和小脑的神经细胞融合、消失，形成多数小空泡（10～200?m）并伴有星状胶质细胞增生，出现海绵状改变为特征，病变部位无炎症反应，而是由朊粒蛋白（prion protein，PrP）大量堆积在神经组织里，形成淀粉样斑块。
Prion感染人和动物引起TSE，常见的动物TSE是羊瘙痒病和疯牛病，而人类TSE是库鲁病（Kuru disease）和克雅病（Creutzfeld-Jakob disease，CJD）等。但关于prion在病原生物学领域中的定位至今尚未解决。1997年Prusiner因首先提出朊粒是TSE的病原，并对PrP的生化和分子生物学特性以及与TSE的相关性等进行了大量细致的研究，因此而荣获1997年诺贝尔生理学和医学奖。
一、生物学性状
Prion曾被称作朊病毒，但与限定病毒的概念不符。prion主要成份是一种蛋白酶抗性蛋白（proteinase resistant protein，PrPRES），由于PrPRES是从羊瘙痒病因子感染的仓鼠脑组织内分离到的一种蛋白，故又称PrPSC（Scrapie isoform of PrP），是组成prion的基本成分，能抵抗蛋白酶的消化作用，分子量为27～30?103，称为PrP27～30。正常人和动物的神经细胞能编码一种与PrPRES相似的PrP前体分子，分子量为33?103～35?103，称为PrP33～35，命名PrPC（cellular isoform of PrP），它对蛋白酶敏感。PrPC和PrPRES的一级结构完全相同，但其空间结构不同。根据PrPC的氨基酸一级结构，推测肽链的三维结构上含有4个?-螺旋区域，几乎没有?-折叠，即PrPC含有42%的?-螺旋，仅含3%的?-折叠；而PrPRES肽链上4个?-螺旋区域中有2个转换成4个?-折叠，即PrPRES含有43%的?-折叠和30%的?-螺旋（图41-1）。但PrPC转变为PrPRES的机制尚不清楚。
图41-1 羊瘙痒病PrPC与PrPSC分子的三维结构
Prion对理化因素的抵抗力强，对甲醛、?-羟丙酸、?-内脂、乙醇、蛋白酶、脱氧胆酸和放射性核素等具有抵抗；相反，对酚类、漂白剂、乙醚、丙酮、尿素、强洗涤剂（SDS）和高压灭菌等敏感。消毒时常用5%次氯酸钠或1mol/L的氢氧化钠浸泡手术器械1小时，高压灭菌需用202kPa、134℃处理1小时，以彻底灭活prion。
二、致病性与免疫性
动物的传染性海绵状脑病（TSE） 主要包括羊瘙痒病和疯牛病。
1．羊瘙痒病（scrapie） 是prion引起的最常见疾病之一，是绵羊和山羊地方性、致死性、慢性消耗性疾病。该病由于动物瘙痒、磨擦，致大量脱毛而取名。潜伏期60天至2年以上，引起动物运动失调和致残、致死。从瘙痒病动物脑组织的电镜观察，可见到异常的瘙痒病相关纤维（Scrapie-associated fibrils，SAF），是prion感染的标志之一，与prion的感染滴度成正比，实质上，高度纯化的SAF主要由PrPSC组成。
2．牛海绵状脑病（bovine spongiform encephalopathy，BSE） 俗称疯牛病（mad cow disease），于1985年在英国饲养的牛群中出现一种类似羊瘙痒症的病，1986年迅速流行，并扩大至十几个国家。追查这一突发事件发现牛饲料中添加了羊和牛的内脏、骨粉等，认为引起疯牛病的病原可能来自羊瘙痒病，PrPSC在神经组织中大量沉积而产生海绵状退行性变和神经胶质增生。
人的传染性海绵状脑病 主要包括Kuru病和克雅病。
1．颤抖病（Kuru） 是第一个被认为由prion引起人的传染性海绵状脑病，发生于巴布亚新几内亚高原上的土著部落。病人小脑受损，产生共济失调和震颤。“Kuru”一词是当地方言，用来形容本病颤抖和跳动的特征。当地有宗教性食尸恶习，这是感染本病的原因。患者多为妇女和儿童，成年男子很少患病。Kuru病的潜伏期为5～30年，早期症状为运动失调、颤抖，晚期出现痴呆。病程一般不超过1年，大多在6～9个月内死亡。
2．克雅病（CJD） 又称传染性痴呆病（transmissible dementia）或早老性痴呆病（presenile dementia），是一种致命性人海绵状脑病。
克雅病有传染型、家族遗传型和散发型等三型，传染型约占10%，家族遗传型占10%～15%，其余为散发型。①传染型主要由医源性传播，如角膜移植和硬脑膜移植等，或使用污染的手术器械，或使用人垂体制备的生长激素等，多于手术后18个月发病；②家族遗传型包括GSS（Gerstemann-Str?nssler syndrome）综合征以及致死性家族性失眠（fatal familial insomnia）。前者的主要临床特征是小脑运动失调，眼球震颤和步态异常，后期出现痴呆；而后者是一种特别罕见的遗传性失调，临床特点是睡眠紊乱与智力下降，神经的损伤常累及丘脑。③散发型克雅病在三型中最为常见。
CJD的潜伏期可达几十年，发病开始出现精神和感觉方面的症状，随后出现运动失调，晚期出现肌肉痉挛并伴有痴呆，多在5～12个月内死亡。发病率是百万分之一，年龄均在50岁以上。克雅病的神经病理特点是海绵样变，这些变化类似于发生在瘙痒病的羊脑改变，而且一种非常相似于瘙痒病PrPSC的蛋白出现在感染CJD病人的脑组织，推测CJD传染因子来源于羊瘙痒病。鉴于这种认识，1968年成功地将CJD转移给实验动物，随后又将GSS综合征（1981）和致死性家族性不眠症（1995）等均转移给实验动物。近年来，随着我们对传染因子的生化学和分子生物学研究的进步，已证实这一类海绵样变是由朊粒蛋白PrPRES大量沉积在神经组织里，形成淀粉样斑块，引起致死性中枢神经系统慢性退化性疾病。
克雅病新变种（new variant of CJD）是近年提出的。1996年在英国出现了一种新的CJD的变异型，在发病年龄上与CJD不同，新变种发生于青年人（平均年龄26岁），病程长至14个月，而且临床特点也与之不同，开始出现精神和感觉方面异常的症状，随后运动失调，最后阶段才出现肌肉痉挛和痴呆。其神经病理特点是全脑呈现大量PrPRES累积，并形成多发性淀粉样斑块被海绵样变组织包围（与BSE和Kuru病的病理相似）。牛海绵状脑病（BSE）通过污染的饲料等在牛群中具有流行的潜能，迹象表明，这种损害可以通过食物链传给人。人类传染性海绵状脑病的特点是具有长潜伏期，而且与BSE的流行具有潜在的相关性。
BSE显示的神经海绵样变围绕着多发性淀粉样斑块的变化，与CJD新变异型的特征一致，这些发现有力支持着CJD新变异型和BSE是由同一致病因子引起的假说，但这一假说的成立仍需最后证据的出现。
三、微生物学检查
分离 Kuru病毒可用猴、羊、貂、猫及豚鼠等动物进行感染试验，但用动物分离人朊粒成功率较低，最近制备的含有人PrP基因的转基因小鼠对人朊粒敏感，但用动物分离朊粒的时间的较长，一般需200天以上，不适于实验室检查。目前仍以病理检查作为诊断朊粒感染的手段。
实验室诊断 目前诊断朊粒感染的依据主要依赖神经病理学检查，海绵状病变稀疏地分布于整个大脑皮层，神经元消失，星状细胞增生，典型病变为融合性海绵状空泡，空泡周围有大量淀粉样斑块，在HE和PAS染色中清晰可见。有条件者可进行免疫细胞化学、蛋白质印迹和提取SAF（羊瘙痒病相关纤维），检测PrPSC。PrP淀粉斑（amyloid plaque）也是朊粒的特异标志，GSS病人淀粉斑全部阳性，CJD病人中大约有10%阳性。
近期出现基因诊断方法，PrP基因全长759bp，编码253个氨基酸，仅含一个外显子和一个ORF，很适于用PCR法扩增出PrP的全基因。
四、防治原则
朊粒感染所致疾病目前均无治疗方法，幸免我国尚无传入此感染因子，故应及早建立长期监督、监测和报道疫情的机构，采取有效措施，杜绝PrP的传入和扩散。如①克雅病的传播可因角膜移植、神经外科手术，尸体解剖和应用人垂体激素等，故应注意医源性感染；②禁止用任何动物脏器（尤其脑、脊髓、视网膜等）加工成牛或其他动物的饲料，加强进口牛、羊制品和饲料的检疫；③由于朊粒对理化因子的抵抗力强，高压灭菌时需134℃，处理1小时，手术器械如需化学消毒时选用有效制剂（如5%次氯酸钠等）浸泡1小时以上。