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马继延巧妙破解“朊病毒”40年谜题
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直到1982年,美国神经学与生物化学家StanleyB.PPrusiner经过各种实验证实,用灭活核酸的方式无法消除“瘙痒病”的致病性,而用蛋白变性的方式却可以使致病力消失。因此,他提出了著名的“朊病毒”假说,他认为,引起羊瘙痒病、牛疯牛病的并不是核酸病毒,而是一种变构的蛋白,这种变构的蛋白可以诱导其他正常朊蛋白相继发生结构变化,变成具有致病性和传染性的“朊病毒”。
马继延教授解释道,英文中的prion被翻译成中文的朊病毒并不代表这些朊蛋白是一种病毒,仅仅代表这些变构蛋白能像病毒一样具有传染性。
StanleyB.PPrusine因为朊病毒假说的提出而获得1997年的诺贝尔奖,其后的几十年里,科学家们尝试用实验证实这一假说。直到2003年,一个实验室将朊蛋白重组后经过诱导转变为淀粉样蛋白聚合体,在朊蛋白高表达的转基因小鼠体内复制了“疯牛病”,遗憾的是,还原疾病的潜伏期长,且不能诱发正常小鼠发病。他们的实验离真相还是差一步,原因在于他们并没有从根本上证实阮病毒是由正常朊蛋白变构而来。
另辟蹊径巧破难题真相只有一个,近30年来,科学家们争相破解这一难题,却始终没有用对方法。科学家们一次又一次地徘徊在真相的门外。从事朊蛋白研究多年的马继延教授也在努力,希望能打开这道门。
马继延教授注意到了一个细节,位于细胞膜上的正常朊蛋白可以被磷脂酶C(PhospholipaseC)从膜上切除下来,而致病性朊蛋白却无法被切除,科学家们曾猜测,构象的改变使得朊蛋白与脂膜发生了新的相互作用,从而使磷脂酶C无法将其从膜上切除,另外一种说法认为变构的朊蛋白聚集在一起阻碍酶工作。
马继延教授猜测,也许细胞膜上的脂具有改变朊蛋白的作用,于是,他们另辟蹊径,尝试在体外诱导时加入细胞膜中的脂成分,结果成功地诱导出具有致病性和感染性的阮病毒。
首次证实“阮病毒”假说同时首次构建重组朊蛋白动物模型一把钥匙打开一把锁,当马教授找到恰当的方法时,问题迎刃而解。在动物模型上,将重组的朊蛋白注入小鼠脑内可快速导致小鼠致病,潜伏期短,病症明显。与其他科学家相比,只要将重组蛋白注入正常小鼠体内,即能诱发小鼠脑内更多朊蛋白变构,成为具有传染性和致病性的朊病毒。
这是第一次从实验室证实“朊病毒”假说,首次成功重组朊病毒,也是第一次成功构建重组蛋白动物模型。
应用价值疯牛病、瘙痒症、人传染性海绵状脑病目前尚无有效的治疗办法,唯一的方式是阻断传播。众所周知,羊瘙痒症可传播给牛,牛传染上后患上疯牛病,一旦为人食用,就有可能导致人的传染性海绵状脑病。
马继延教授告诉记者,成功获得重组朊病毒给检测和预防疯牛病的传播带来极大的便利,科学家们可以在实验室将这些重组蛋白与其他试剂或物质作用,筛选出可以与重组蛋白结合的物质,这样就有可能应用于疯牛病、瘙痒症或是传染性海绵状脑病的检测上。
只要阻断传播链就能有效地防止疯牛病的传播。
如果能找到一些好的试剂可以阻止朊病毒的传染性就更好了,当然,科学家们也正准备往这个方向走。
衍生出新领域重组朊病毒的建立给蛋白变构致病学说开辟了新的视野。当年受到质疑,违背核酸核心的学说重新受到重视。
正常蛋白通过结构的改变会变成有传染性、致病性的类病毒,它改变了人们对蛋白的传统认识,也许存在其他的蛋白具有类似朊病毒的致病作用,只是暂时没有被人们发现。
也许这门新学科可以定义为:变构蛋白致病学说。
展望变构蛋白领域展望未来,马继延教授认为,变构蛋白领域将被继续深挖,不仅对疯牛病的研究具有重要价值,还可能惠及其他退行性疾病的研究。
从学术上讲,马继延教授认为以下四个方面将是他继续研究的重点。1.不同脂(细胞膜上脂)可能产生不同的诱导变构作用,产生不同的朊病毒株,就如流感一样,存在不同的毒株。不过,与流感不同的是,朊病毒是基于结构的变化而分类。2.筛选可以变构朊蛋白结合的分子或化合物,用于临床检查和治疗。3.深入探讨朊蛋白变构机制,从结构上进行分析是什么原因导致朊病毒的传染性。4.研究变构蛋白的神经毒性,分析变构蛋白导致神经元死亡的机制。
(生物通张欢)后记:对于我这个门外汉而言,马老师深入浅出的解答让我可以很快地理解他做的研究工作,我也因此省略了很多背景资料的查询工作。与马老师交谈十分愉快,如沐春风,他健谈又风趣,对于一些专业的名词都会给我悉心解释,我想,做他的研究生应该很幸福!