上海信帆生物:從瘋牛病到老年癡呆症的共同敵人

阿爾茲(zi) 海默症、帕金森綜合症、亨廷頓病等常見的神經退行性疾病對人類健康構成極大威脅，其發病機理和治療手段也讓科學家困惑多年。研究發現，所有的神經退行性疾病和瘋牛病一樣，有特定的變性蛋白纖維（或顆粒）形成。由此，變性蛋白將看起來毫不相關(guan) 的疾病在一起，它暗示科學家可以借此去尋找這些疾病共同的治療靶點。

鍾貞（英國醫學研究中心分子生物學實驗室）

1瘋牛病的起源

瘋牛病 (“mad cow"disease)學名為(wei) “牛海綿狀腦病"(Bovine Spongiform Encephalopathy,BSE)，是一種發生在牛身上的進行性中樞神經係統病變，由於(yu) 病牛出現步態不穩、平衡失調、搔癢、煩燥不安等症狀，因此又俗稱“瘋牛病"。病牛腦組織呈海綿狀病變，通常在14至90天內(nei) 死亡。瘋牛病的潛伏期長短不同，一般在2到30年之間。大約在1920年，兩(liang) 位德國醫生Hans Gerhard Creutzfeldt和ALfons Maria Jakob發現了人類感染瘋牛病的症狀，就以他們(men) 的名字命名為(wei) “克－雅氏症(Creutzfeldt-Jakob Disease,CJD)"。當時他們(men) 隻知道這是一種神經退行性疾病，對疾病的發病機理一無所知。患者腦部會(hui) 出現海綿狀空洞，先是表現為(wei) 焦躁不安，後導致記憶喪(sang) 失、身體(ti) 功能失調，zui終精神錯亂(luan) 甚至死亡。

時間推移到上世紀50年代，一群勇敢的澳大利亞(ya) 人去巴布亞(ya) （Papua）高地探險。在那裏，他們(men) 發現了許多從(cong) 未見過的動物和風景如畫的原始森林。同時，他們(men) 還發現了一個(ge) 叫做“Fore"的食人部落！當時，這個(ge) 部落正流行一種未知且無法治療的神經退行性疾病。這個(ge) 情況立即引起了前去探險的西方醫生和科學家的極大興(xing) 趣。他們(men) 迅速在當地建立起醫院，開始研究這種被當地人稱為(wei) “庫魯(kuru)病"的疾病。

好幾年過去了，這些醫生和科學家除了發現庫魯病在婦女和兒(er) 童中的高患病率之外，對疾病的傳(chuan) 染源和傳(chuan) 染模式一無所知。而庫魯病在食人部落裏繼續流行，人們(men) 不斷發病，相繼死亡。尋找傳(chuan) 染源的zui大困難是，食人部落的人們(men) 集聚在這個(ge) 小部落，他們(men) 擁有相似的基因背景、生活地點，甚至飲食習(xi) 慣都是一樣的，那麽(me) 傳(chuan) 染源到底在哪裏？

直到有一天，一個(ge) 人類學家從(cong) 食人部落的葬禮中找到了線索：這個(ge) 古老部落仍舊保留著食人屍體(ti) 的風俗，即人去世後，他的屍體(ti) 被分給他的親(qin) 屬們(men) 在葬禮上食用。而家族地位成為(wei) 選擇屍體(ti) 部位的重要考量因素，腦部是zui不搶手的食用部分，因此會(hui) 傳(chuan) 遞給家族中地位zui低的婦女和兒(er) 童。這就解釋了為(wei) 什麽(me) 庫魯病的發病率在婦女和兒(er) 童中zui高。更為(wei) 重要的是，食人部落食用的屍體(ti) 是經過高溫“烹飪"的，但仍然不能阻止疾病的傳(chuan) 播，這暗示了庫魯病是不同於(yu) 細菌和病毒的一種新型的致病源。時至今日，食人部落*擯棄了食人屍體(ti) 的舊俗，庫魯病的發病也慢慢降低並消失了，zui後一個(ge) 患者於(yu) 2005年去世。

科學家做了如下實驗,從(cong) 庫魯病那裏找到了瘋牛病研究的突破點。

（1）將病死者的腦組織製成無菌、無原蟲的懸浮液，注入黑猩猩的顱腔，20個(ge) 月時，黑猩猩發病，其症狀與(yu) 人相似，此過程證明庫魯病的病原體(ti) 不是細菌或原蟲；

（2）將致病組織用能夠導致核酸失活的放射線進行輻射，發現處理過的致病組織仍有傳(chuan) 染性，此過程說明庫魯病的病原體(ti) 不是核酸，並進一步推測其致病因子可能是不含核酸的蛋白質；

（3）為(wei) 了證明上一步的推測，科學界繼續設計如下實驗來驗證：取等量的致病組織，編號為(wei) A、B。將A致病組織用滅活蛋白質或加入蛋白質變性劑的方法，使蛋白變性，B則不作任何處理；分別將其注入生理狀態相同的甲、乙兩(liang) 隻黑猩猩的顱腔中，其餘(yu) 的條件適宜且相同；觀察黑猩猩的發病情況。結果發現，注射A樣本的黑猩猩不再發病。這個(ge) 實驗進一步證實，致病源是非核酸的蛋白質本身。

2瘋牛病的發病機理

瘋牛病的罪魁禍首是朊蛋白（prion)，這個(ge) 單詞是1982年美國神經科學家Stanley Prusiner創造的（PROteinaceous INfectious particle)，意思就是可以感染的蛋白顆粒。正常情況下，朊蛋白是存在於(yu) 正常的哺乳動物個(ge) 體(ti) 內(nei) 的細胞膜蛋白，參與(yu) 細胞的粘附和細胞信號傳(chuan) 遞。正常的朊蛋白簡稱為(wei) PrPC，而當基因突變的朊蛋白的結構在病理情況下發生了變化，其氨基酸鏈形成穩定的“貝塔板狀構造", 這種非正常折疊的朊蛋白不再被蛋白酶K消化降解，就集聚成為(wei) 澱粉樣纖維。結構異構的朊蛋白簡稱為(wei) PrPSC，具有致病性和傳(chuan) 染性。

當然，真正讓人們(men) 驚恐的是PrPSC的傳(chuan) 染性，它能與(yu) 正常結構的朊蛋白結合，誘導其改變結構，集聚形成越來越多的澱粉樣纖維，疾病進一步發展。這就相當於(yu) 正常蛋白以病理蛋白為(wei) 模版，不斷複製為(wei) 更多的病理蛋白（圖1）。由於(yu) 越來越多的非正常折疊蛋白沉積腦組織，於(yu) 是腦組織的結構被破壞，形成病理性的空洞和海綿狀結構。沒有了腦組織的調節控製，機體(ti) 便逐漸失去運動、語言以及身體(ti) 基本生理功能，zui後波及呼吸肌，導致死亡。

圖1：朊蛋白從(cong) 正常結構 PrPC（綠色圓點）自我複製成為(wei) 貝塔板狀構造的病變PrPSC（紅色圓點）。圖片來源：www.bioninja。。ｃｏｍ.au

病變朊蛋白有三種傳(chuan) 染途徑，一是通過食入病牛的朊蛋白，二是醫源性感染 （輸血和外科手術等），三是遺傳(chuan) 途徑。高溫蒸煮、酒精、酸，一般的高溫高壓消毒法、射線等對傳(chuan) 染性朊蛋白絲(si) 毫沒有殺傷(shang) 力。因此，我們(men) 也不要幻想通過高溫蒸煮就能夠殺滅瘋牛病牛肉的病原體(ti) 。這就是需要焚燒處理患瘋牛病的牛群的原因——使得蛋白質*碳化才能zui終消除它的傳(chuan) 染能力。

如今，英國已建立起一套完整的預防和檢測瘋牛病疫情的體(ti) 係。自1996年起，英國製定了兩(liang) 項強製性措施，以控製瘋牛病的發生。*項措施是規定未經過瘋牛病檢測的，年齡在兩(liang) 歲半以上的牛，不能直接用作人類食品，這便是大家通常所說的“30個(ge) 月以上條例"。另外，英國同其他歐洲國家一樣，在牛屠宰過程中嚴(yan) 格執行“高危部位條例"。該條例明確規定，牛在屠宰過程中，應該去掉zui可能出現瘋牛病病原體(ti) 的部位，主要是中樞神經係統組織（包括大腦和脊柱）必須得*去除，減少傳(chuan) 染幾率。同時，法律也規定，不能將生病或死去的動物製成飼料去喂養(yang) 牲畜，避免病原體(ti) 在動物之間傳(chuan) 遞，曆*曾出現過感染肉製品在飼養(yang) 牲畜之間循環傳(chuan) 播的例子。

3神經退行性疾病與(yu) 瘋牛病

神經退行性疾病，zui常見的包括阿爾茲(zi) 海默症（Alzheimer's disease，又稱老年癡呆症)、帕金森綜合症（Parkinson’s disease)、肌萎縮性脊髓側(ce) 索硬化症 (ALS)、亨廷頓病（Huntington’s disease）等等。

所有的神經退行性疾病和瘋牛病一樣，有特定的變性蛋白纖維（或顆粒）形成，他們(men) 的共同特征是：（1）這些不同的變性蛋白都能在細胞內(nei) 自我複製；這些蛋白纖維能夠在細胞和組織之間進行傳(chuan) 遞，並沉積在腦組織及其他中樞神經係統中； （2）神經細胞組織的結構和功能缺失、退化、凋亡，引發一係列進行性神經功能喪(sang) 失。

阿爾茲(zi) 海默症是發病率zui高的神經退行性疾病，通常發病較晚（65歲以上)，從(cong) 確診開始計算存活時間是3～9年。這種疾病zui初的表現是記憶困難，zui終表現為(wei) 進行性腦癡呆。它的疾病生化特征包括兩(liang) 種蛋白顆粒——細胞外的β澱粉樣蛋白沉澱Aβ（是神經細胞膜蛋白APP剪切產(chan) 物）和細胞內(nei) 的微管蛋白沉澱tau（一種細胞骨架蛋白）。

帕金森綜合症的發病率僅(jin) 次於(yu) 阿爾茲(zi) 海默症，平均發病年齡為(wei) 60歲，以黑質多巴胺能神經元變性缺失和路易小體(ti) 形成為(wei) 特征，研究表現為(wei) 靜止性震顫、運動遲緩、肌強直和姿勢步態異常等。

ALS發病於(yu) 中青年，疾病進展非常迅速，通常在診斷的幾年內(nei) 神經肌肉組織*萎縮，失去運動能力，zui後波及到呼吸肌，導致患者死亡。英國物理學家史蒂芬?霍金就是患了這種疾病。這類患者中zui早發現的變性蛋白顆粒是SOD1，近年來也發現了其他一些蛋白沉澱。大家也許還記得，2014年，為(wei) 了支持ALS患者治療、給美國ALS協會(hui) 籌款而發起了一場轟動*的“冰桶挑戰"。

亨廷頓病為(wei) 常染色體(ti) 顯性遺傳(chuan) 的一種神經退行性疾病，主要影響運動協調能力，並導致進行性認知和精神障礙。亨廷頓基因編碼帶有多個(ge) 穀氨酰胺拷貝的蛋白質，正常的亨廷頓基因的穀氨酰胺拷貝數為(wei) 10～25個(ge) ，但如果穀氨酰胺超過40個(ge) ，改變了正常蛋白的構型，即形成亨廷頓蛋白沉澱。

科學家通過體(ti) 內(nei) 和體(ti) 外的實驗證實了這些特定的非正常折疊蛋白質顆粒（Aβ、 tau、 路易小體(ti) 、SOD1以及亨廷頓蛋白顆粒）具有自我複製以及在體(ti) 內(nei) 擴散的能力。由於(yu) 不同的蛋白質沉積在中樞神經係統不同部位，因此表現出疾病的多樣性（圖2）。但迄今為(wei) 止，除了瘋牛病的朊蛋白，從(cong) 未有過神經退行性疾病的變性蛋白顆粒在動物之間（或者動物與(yu) 人之間）傳(chuan) 播的例子。

圖2：不同神經退行性疾病的變構蛋白沉積在不同的腦部位。不同部位的腦組織損傷(shang) 缺失，由此zui先表現出特異的研究特征。

4神經退行性疾病的病因及治療

對於(yu) 包括瘋牛病在內(nei) 的神經退行性疾病的病因，目前有兩(liang) 種假說。假說一認為(wei) ，不斷在體(ti) 內(nei) 集聚的蛋白顆粒是疾病的直接原因，這些毒蛋白直接殺死細胞。假說二則認為(wei) ，蛋白顆粒隻是疾病的過程，而真正引起細胞毒性的還是那些蛋白顆粒引起的細胞內(nei) 生化反應。針對不同的疾病病因假說，引發出不同的治療研究方案。

（1）zui直接的阻斷疾病的方法，是阻斷蛋白顆粒的複製和擴散。神經科學家把目光聚集在這些不斷自我複製和傳(chuan) 播的變性蛋白上，認為(wei) 它們(men) 就是引起神經細胞毒性的罪魁禍首。阻斷變性蛋白在細胞間的傳(chuan) 遞,理論上能夠抑製疾病的發展和惡化，因為(wei) 能減少那些正常神經（腦或脊髓）組織感染變性蛋白的機會(hui) 。許多實驗室正在尋找新的抗體(ti) ，希望這些抗體(ti) 能特異性地結合變構蛋白結構，消除它們(men) 進一步感染正常蛋白的能力，這就好比是治療細菌感染的抗生素。也有科學家開始探討變性蛋白特異的細胞間傳(chuan) 導通路，試圖通過阻止這條通路上的關(guan) 鍵蛋白，進而達到阻止疾病在體(ti) 內(nei) 擴散的目的。

（2）蛋白質量控製與(yu) 老年化。在正常的機體(ti) 內(nei) ，蛋白質無時不在進行著一個(ge) 動態的循環，蛋白質氨基酸鏈合成—修飾—氨基酸鏈折疊成具特異功能的蛋白三維結構—運輸到特定組織細胞發回其功能。當在病變情況下，蛋白質氨基酸鏈發生變異，不再形成正常的三維結構，導致蛋白變性沉澱。這些變構的蛋白顆粒被機體(ti) 內(nei) 的蛋白清除係統識別降解，同時為(wei) 新一輪蛋白質合成提供氨基酸原料。

在機體(ti) 老年化的過程中，蛋白清除係統逐漸老化，變性的蛋白不能得到即時清除，長期沉澱在細胞內(nei) 。由於(yu) 變性蛋白的感染性，引發越來越多的變性蛋白沉澱，這就是大多神經退行性疾病發病較晚、病情進展很快的原因（圖3）。如果蛋白沉澱不斷增加，超過了細胞降解的極限，就將啟動體(ti) 內(nei) 一係列的自我保護信號通路。其中，非常重要的一條自我保護通路是非正常折疊蛋白反應（unfolded protein reaction UPR)，它通過激活一係列蛋白因子，加快體(ti) 內(nei) 新蛋白的合成。假說二否認沉澱的蛋白顆粒對細胞有直接作用，而恰恰是這條非正常折疊蛋白反應啟動的一係列蛋白因子對細胞有直接毒性。有的實驗室正研究通過調節這條通路上的蛋白生成，以期達到改善病情的結果。

圖3：隨著老年化的進展，蛋白質量控製調節能力下降，蛋白清除係統老化，無法有效清除中樞神經組織內(nei) 的變構蛋白沉積，因此代表健康狀態的天枰傾(qing) 斜，神經退行性疾病進一步發展，腦組織病理切片呈現空洞。

5變性蛋白的延伸

在神經退行性疾病的研究領域裏，一個(ge) 熱點問題是：這種變性蛋白顆粒是否僅(jin) 僅(jin) 局限於(yu) 神經係統？

回答是否定的。近年來，科學家發現，糖尿病和癌症也存在與(yu) 瘋牛病有著共同特征的可自我複製和擴散的變性蛋白顆粒。因此，神經生物學家把瘋牛病與(yu) 其他的神經退行性疾病，以及糖尿病、癌症統稱為(wei) “蛋白質構象病"。

相同特征的變性蛋白顆粒將這些看起來毫不相關(guan) 的疾病在一起，代表共同的發病機理，因此暗示科學家去尋找這些疾病共同的治療靶點。

www.shxfkj。。ｃｏｍ elisa試劑盒,進口elisa試劑盒,國產(chan) elisa試劑盒,elisa試劑盒,明膠酶譜法試劑盒,白介素Elisa試劑盒,睾酮檢測試劑盒,雌二醇檢測試劑盒,進口elisa試劑盒 -ky体育亚洲杯