朊病毒

1. 朊病毒 • 朊病毒的发现和定名 • 朊病毒的特点和性质 • 朊病毒的增殖 • 朊病毒的研究进展 • 朊病毒的危害和朊病毒病的防治

2. 朊病毒的发现和定名 • 朊病毒的发现 • 作为传染性海绵脑病（朊病毒病）原型的绵羊痒病已有260多年历史 • 1982年Prusiner首次提出朊病毒假说，人们才认识到它的病源物 ；Prusiner博士也因朊病毒的发现而获得诺贝尔生理和医学奖。

3. 朊病毒的定名 • Prion一词创于1982年用来命名可转移性海绵状脑病的致病因子。80年代中期我国学者译之为朊病毒。 • 1983年“植物和动物亚病毒病源：类病毒和朊病毒国际会议”正式把朊病毒归入亚病毒领域。

4. 朊病毒的特点和性质 • 朊病毒的特点 • 朊病毒的本质是一种新型的蛋白感染因子 它有以下特征： • 1、没有核酸，能使正常的蛋白质由良性转为恶性，由没有感染性转化为感染性 • 2、没有病毒的形态，是纤维状的东西 • 3、对所有杀灭病毒的物理化学因素均有抵抗力，现在的消毒方法都无用 • 4、病毒潜伏期长，从感染到发病平均28年，一旦出现症状半年到一年100％死亡 • 5、诊断困难：它在患者体内不产生免疫反应和抗体，因此无法监测

5. 朊病毒的性质 • 朊病毒的结构 • 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) 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，这种杆不单独存在，总是排列成丛。杆和丛都有传染性。PrP包括两种形式：细胞型（PrPC）和异常型（PrPSc）。PrPC的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）。PrPC是一种膜蛋白，它定位于细胞膜的穴样内陷类结构域（CLDS）.

6. 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 • 2、PrPSc具有相对的抗蛋白酶水解特性 • 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 • 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 • 5、糖基化比例和部位不同，PrPSc糖基化比例要低于PrPC

7. 牛PrPSc与PrPC看结构的比较 PrPC PrPSc α -螺旋 36.1% 30.0% β -折叠 11.9% 43.0% 自由卷曲 33.0% --- β -转角 19.0% ---

8. 朊病毒的空间结构

14. 手臂足够长到彼此搭在一起：以前的朊病毒照片（上）不能揭示交换域（下）手臂足够长到彼此搭在一起：以前的朊病毒照片（上）不能揭示交换域（下）

17. 朊病毒的增殖 • 朊病毒的基因表达 • 朊病毒蛋白本身并不含有核酸，它是由宿主染色体基因编码的。 人的朊病毒蛋白基因定位于20 号染色体短臂上，小鼠的朊病毒蛋白基因位于第2号染色体短臂上，有研究者认为PrP基因为一持家基因。

18. 朊病毒蛋白的RNA并不是由一个外显子组成，但整个开放阅读框（ORF）包含在一个单一的外显子中，这消除了各种结构异构体的朊病毒蛋白是由于RNA的拼接而翻译成的。但不排除象RNA编辑及蛋白质的拼接等机理的存在。朊病毒蛋白的RNA并不是由一个外显子组成，但整个开放阅读框（ORF）包含在一个单一的外显子中，这消除了各种结构异构体的朊病毒蛋白是由于RNA的拼接而翻译成的。但不排除象RNA编辑及蛋白质的拼接等机理的存在。

19. 朊病毒增殖的机理 • 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。 • 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。

20. 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。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。

21. .朊病毒蛋白的构象转化 • 现认为溶解性、PH、氧化还原电位共同决定PrP折叠途径。还有实验证明肽链内部疏水基团之间的作用影响PrP折叠方式 。 • 肽链与金属离子结合情况影响PrP折叠方式 ：英国伦敦医科大学的研究人员新近发现，朊病毒发作（转构象）与金属离子有关。如果去除掉这些金属离子，尤其是铜离子和锌离子，很有可能使朊病毒失去毒性。

23. PrPC是如何转变成PrPSc的呢？ • 研究者提出两种不同的机理： • “种子”模型 • 该模式认为PrPSc的形成是一种核依赖的聚合过程。PrPSc低级聚合物充当“种子”。在没有“种子”存在时，固有的PrPC和极少量PrPSc单体之间发生快速的可逆性构象变化。这是一平衡反应，PrPC单体构象比PrPSc稳定。当条件适宜时，PrPSc分子之间可互补缔合而变得稳定。从而使平衡式向PrPSc方向反应，直至形成一稳定的“种子”。这个“种子”可通过互相粘着而继续生长，最后碎裂成小的感染单位。

24. 重叠模式： • 该转化模式是模板介导的转换过程。这种模式认为PrPSc构象比PrPC更稳定，这种转换在热力学上有利但在动力学上却进行得十分缓慢，两者间存在着能量屏障。 在这种模式中，PrPSc依靠催化PrPC或一个不稳定的中间体的重排来提高转换，以形成更稳定的PrPSc构象。感染性将依赖于PrPSc结合和催化中间分子转换的能力。 • 实际上，这两种模式并不是互相排斥的，在朊病毒繁殖过程中可能是这两种模式共同作用。

25. 朊病毒的研究进展 • Cleveland临床基金会的Vivien Yee的研 ----朊病毒成对存在 Cleveland临床基金会的Vivien Yee和同事们的研究表明,健康人的朊病毒蛋白喜欢彼此配对存在。该蛋白配对的倾向有可能帮助解释异常状态的朊病毒是如何导致大脑退化的 。他们发现发单个的朊病毒彼此通过一个手臂一样的结构包被在一起。这个过程被称为三维结构域交换，“可能导致朊病毒形成凝结” ，他们推论这些成对的蛋白形成三维结构域交换状态，朊病毒可能也被诱导形成凝聚体。 • 这种蛋白参与到三维结构域交换的部分有可能成为治疗朊病毒疾病药物的潜在靶位点。

26. 穆勒李察的研究----朊病毒能能协助神经细胞的调节作用穆勒李察的研究----朊病毒能能协助神经细胞的调节作用 • 朊病毒的正常功能，目前仍不是很清楚，项研究是人们对此得到了进一步认识： • 穆勒李察的一項新研究指出，朊病毒能協助神經細胞的調節作用。在這項研究中，正常朊病毒在神經元的生理機能方面，首度提供了一項新線索。 • 研究顯示，朊病毒是細胞內信號聯絡網的一個部分，它牽涉了神經細胞活動的調節作用。 • 專家結論，這種蛋白質可能在神經細胞的調節功能上，扮演著一項重要的角色。

27. Adriano Aguzzi 的研究----朊病毒通过交感神经侵入大脑 • 苏黎世大学的Adriano Aguzzi和他的同事们早已发现朊病毒进入身体之后，残留在脾脏和淋巴器官中，在那儿繁殖，但没有任何明显的症状。 • 后来的研究他们把注意力转向了交感神经。他们认为交感神经系统限制了朊病毒进入大脑的速度。这个系统就是科学家研究如何预防nvCJD的一个明显的对象，例如，可能有很多方法减慢或停止朊病毒在交感神经纤维中的传输。 • “交感神经系统是一个瓶颈，一个感染朊病毒初期病人获救的机会，”Aguzzi说。

28. 其他进展 • 目前，相关科学家在此方面的研究还有一些进展情况。

32. 朊病毒的危害和朊病毒病的防治 • 朊病毒的危害 • 朊病毒能引起人和动物的可转移性神经退化疾病： 如人的震颤病（KURU病）、克雅氏病（CJD）、吉斯综合症（GSS）和致死性家族失眠症（FFI）以及动物的羊瘙痒病（Scrapie）、牛海绵脑病（BSE 俗称疯牛病）和鹿、猫、水貂等的海绵脑病等。通常疯牛病侵犯的主要是年轻人，平均年龄28岁，最小的14岁。 • 這類對人畜都極為致命的損毀腦部的疾病，其徵兆之一，就是腦部有異樣的蛋白質出現。

33. 朊病毒病的共同特征和临床表现 • 共同特征： 使生物体产生认知和运动功能的严重衰退直至死亡。 • 临床表现： 脑组织的海绵体化、空泡化、星形胶质细胞和微小胶质细胞的形成以及致病型蛋白积累，无免疫反应。

40. 朊病毒病的感染途径 • 朊病毒病感染有三种可能途径： • 遗传突变，使朊病毒蛋白失去细胞型而易于折叠成致病型 • 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，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 • 饮食感染，如食用朊病毒病患者的脑组织 • 也有人不认为遗传突变是感染朊病毒的病因，Alter提出自然得病学说，认为PrPSc可能PrPC翻译后转变而成的。

41. 致病原因 • 经过将近20年的研究，朊病毒本质及引起细胞死亡的原因依然不清楚。 • 现在大多学者认为PrPSc是致病物。到目前为止最高浓度的富集制备物中每105个PrP单体包含一个感染单元。已有许多假说解释海绵化和神经细胞丢失的机制。研究表明PrP106-126片段对神经有直接的毒害作用。当缺乏PrPC时神经元被氧化的可能性增大，这表明PrPC可能有抗氧化的功能。 • 也有人提出PrPC具有调整程序细胞死亡的功能，在感染过程中PrPC缺乏而导致细胞死亡。

42. 最近有许多报道在朊病毒感染的脑神经组织中发现了大量程序性细胞死亡，还不清楚这些细胞是否是由朊病毒的感染而引起的。 • 但是，亦有深刻系列的实验证明PrPSc本身并无毒性。因此学者认为PrPSc的感染引起PrPC的缺乏，而PrPC的缺乏才是朊病毒病的真正病因 。

43. 朊病毒病的防治 • 朊病毒注射疫苗的研究进展 • 瑞士苏黎士大学弗朗克海佩纳领导的科学家小组找到一种有效对付朊病毒的配方，在研究对付朊病毒注射疫苗方面取得了阶段性成果： 由于病变蛋白与健康蛋白极相似，免疫系统对它们无可奈何。因此，科学家首先改变了试验鼠身上的抗体，只对付病变蛋白，这样，免疫系统就只攻击病变蛋白。在老鼠身上进行了试验，注射疫苗后，首先产生强烈反应，免疫系统只对付病变蛋白，因而保证了试验鼠不受朊病毒感染。 • 尽管试验取得了成功，但要进入实际应用还需要时间。无论怎么说，科学家开辟出了一条如何有效对付朊病毒引起病症的新途径。至于在人身上如何通过免疫系统对付朊病毒还须进一步研究。

44. 瘙痒病疫苗的研制进展研究人员在缺乏细胞朊蛋白基因的老鼠中，引入了一个抗朊病毒的免疫球蛋白的转基因并让其表达。这些老鼠中的免疫B细胞能转向于识别瘙痒病类型的朊病毒，而忽视正常的细胞朊蛋白，甚至在正常朊蛋白基因被在引入时也是这样。当瘙痒病病毒被注入到这些老鼠的腹部后，一个剧烈的抗朊病毒免疫放应会预防朊病毒疾病在脾和脑中的发生。瘙痒病疫苗的研制进展研究人员在缺乏细胞朊蛋白基因的老鼠中，引入了一个抗朊病毒的免疫球蛋白的转基因并让其表达。这些老鼠中的免疫B细胞能转向于识别瘙痒病类型的朊病毒，而忽视正常的细胞朊蛋白，甚至在正常朊蛋白基因被在引入时也是这样。当瘙痒病病毒被注入到这些老鼠的腹部后，一个剧烈的抗朊病毒免疫放应会预防朊病毒疾病在脾和脑中的发生。

45. 我国怎样杜绝疯牛病 • 目前，我国没有发现疯牛病，但一定要提高警惕。要做到： • 一、堵漏洞，海关进出口要堵住。 • 二、查内源，要查我们本土自己的牛羊有没有朊病毒引起的疾病。朊病毒可打破种群界限，现发现18种动物都会得到传染，其中16种通过消化道传染。 • 三、强基础，加强基础研究。目前，朊病毒研究被列入国家“863”项目，也获得国家自然科学基金的资助，已建立多项具有知识产权的诊断方法。

46. Prions infect animals and humans All known prion diseases are fatal. Since the immune system does not recognize prions as foreign, no natural protection develops. Scrapie in sheep was first described during the18th century. It has been transmitted to other animals such as mink and cats, and more recently to cows (mad cow disease or bovine spongiform encephalopathy, BSE) through contaminated feedstuff. In New Guinea, the Fore-people contracted kuru by eating the brains of deceased people. Creutzfeldt-Jakob Disease (CJD) frequently arises spontaneously, while fatal familial insomnia (FFI) Gerstmann-Sträussler-Scheinker (GSS) disease, and 10-15% of CJD are caused by mutations in the gene encoding the prion protein. A new variant CJD, diagnosed in some 20 patients, may have arisen through transmission of BSE to humans.

47. Cerebral cortex When the cerebral cortex is affected, the symptoms include loss of memory and mental acuity, and sometimes also visual imparement (CJD). Thalamus Damage to the thalamus may result in insomnia (FFI). Cerebellum Damage to the cerebellum results in problems to coordinate body movements and difficulties to walk (kuru, GSS). Brain stem In the mad cow disease (BSE), the brain stem is affected. A precise diagnosis of a prion disease can only be made upon autopsy. The figures show thin sections of diseased brains. FFI, with typical proliferation of astrocytes, the support cells of the brain, is shown to the left (arrows). CJD, with the characteristic spongiform appearance with vacuoles (arrows) is shown to the right. Mutations can result in different shapes of the prion protein that accumulates in different regions of the brain: In familial insomnia (FFI), mutated prions (violet squares) accumulate in the thalamus, with the result that the patients are unable to sleep. In Creutzfeldt-Jakob disease, the prion protein accumulates primarily in the cerebral cortex (red dots and area). Different prions affect different regions of the brain Prions affect different regions of the brain. A sponge-like appearance results when nerve cells die. Symptoms depend on which region of the brain is affected.

48. Prion diseases arise in three different ways 1. Through horizontal transmission from e.g. a sheep to a cow (BSE). 2. In inherited forms, mutations in the prion gene are transmitted from parent to child. 3. They can arise spontaneously. Route of infection When cows are fed with offals prepared from infected sheep, prions are taken up from the gut and transported along nerve fibers to the brain stem. Here prions accumulate and convert normal prion proteins to the disease-causing form, PrPSc. Years later, BSE results when a sufficient number of nerve cells have become damaged, affecting the behaviour of the cows. The kuru epidemic started a long time ago and has subsided since the 1950s. The mad cow disease epidemic started in 1985 affecting approximately 170,000 cows. Kuru disease Mad cow disease The graph shows how kuru disappeared among the Fore-people when they stopped their cannibalistic rituals. In children the disease disappeared more rapidly, while adults continued to be affected. An incubation time of up to 30 years has been reported. The graph shows the course of the BSE epidemic. It reached its maximum in 1992 with 37,000 affected animals. When feedstuff containing sheep offals was banned, the incidence of BSE decreased rapidly. There is now a fear that humans might have been infected by eating products from BSE-affected cows giving rise to a new variant type of CJD.

49. The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1997 The Nobel Assembly at the Karolinska Institute in Stockholm, Sweden, has awarded the Nobel Prize in Physiology or Medicine for 1997 to Stanley B. Prusiner, for his discovery of "prions - a new biological principle of infection". Stanley B. Prusiner was born in 1942 in Des Moines, Iowa, USA. Since 1968 he has been a professor in neurology, biochemistry, and virology at the University of California in San Francisco, and in Berkeley.

50. Prions are simple proteins that are much smaller than viruses. They are unique since they lack a genome. All other known infectious agents contain genetic material. Prions – novel infectious agents differing from all other known pathogenic agents Bacteria are often surrounded by a strong protective cell wall and replicate through simple cell division. Viruses are small packages of genetic material that can only replicate inside a cell. Fungi may cause infections of the mouth, throat, lungs, and skin. Parasites thrive on their host, often causing longlasting chronic infections