文/Dailei
波普尔：科学具有可证伪性！

01

人们花了数百年的时间终于认识清楚：人类的遗传物质是核酸（DNA或RNA）而不是蛋白质。“中心法则”的地位不可撼动，但是朊粒的出现不得不让人重新思考这个问题。

中心法则

朊粒（prion）是一类特殊的传染性蛋白粒子，主要成分是蛋白酶抗性蛋白( Proteinase resistant protein, PrP)，不含核酸，可引起传染性海绵状脑病（transmissible spongiform encephalopathies, TSE）。那么，朊粒不含核酸，如何传递遗传信息？朊粒是否属于病毒？

目前朊粒的生物学地位尚未明确，已知的是我们人体细胞内含有与朊粒蛋白酶抗性蛋白PrP序列相同的蛋白，我们把细胞内这种正常的蛋白质成为PrPC，其结构为4个α-螺旋；朊粒的PrP叫做PrPSC，其与PrPC结构的不同在于其中两个α-螺旋变成了4个β-折叠。

正常型&致病型

据推测，PrPSC与细胞内PrPC结合，可触发PrPC变构形成更多PrPSC，这就是朊粒的增殖模式。换句话说，朊粒将细胞内正常的PrPC“策反”，然后携手破坏正常细胞。

大量PrPSC从细胞释放后在脑组织聚合，组成特殊的淀粉样斑块，进一步发展为海绵状脑病。其实，传染性海绵状脑病是一类疾病，一类可累及人类和动物中枢神经系统的退行性脑病。

如发生于动物的羊瘙痒病、牛海绵状脑病（也就是俗称的疯牛病）、传染性雪貂白质脑病、大耳鹿慢性消耗病等，以及发生于人类的Kuru病、克-雅病（Creutzfeldt-Jarkob disease，CJD）、格斯特曼综合征（GSS）、致死性家族失眠症（FFI）等。

图片来自网络

02

朊粒的发现

羊瘙痒病是人类观察到的第一种海绵状脑病。300多年前，人们就观察到，患病的羊奇痒难熬，常在粗糙的树干和石头表面不停摩擦，以致身上的毛都被磨脱，因而称之为“羊瘙痒症”。

该病广泛传播于欧洲和大洋洲，潜伏期为18到26个月，患病动物兴奋、丧失协调性、站立不稳、瘙痒、瘫痪直至死亡。后来又相继发现了传染性水貂脑软化病、马鹿和鹿的慢性消瘦病、猫的海绵状脑病等等。

当人类学会用显微镜观察细胞结构和病变，也就是经病理学研究和分析后，发现这些病都侵犯动物中枢神经系统，随病程进展，神经元细胞和树突发生进行性空泡化，星形细胞胶质增生，灰质中出现海绵状病变。这些病均以潜伏期长、病程缓慢、进行性脑功能紊乱、无缓解康复、终至死亡为主要特征。

大量异常淀粉样斑块

20世纪60年代，英国生物学家Tikvar Alper用紫外线或电离辐射处理破坏羊瘙痒症感染组织中DNA和RNA后，组织仍具感染性，因而他提出，“羊瘙痒症”的致病因子并非核酸，而可能是蛋白质。由于这种推断不符合当时的一般认识，也缺乏有力的实验支持，因而没有得到认同，甚至被视为异端邪说。

1972年，30岁的斯坦利-普鲁辛纳在加州大学旧金山分校神经内科做医生时，一位60岁的女性病人因克-雅病去世，病人去世前的痛苦深深打动了普鲁辛纳，他下决心研究这种疾病。当时，学术界已有羊瘙痒病、疯牛病、克-雅病等疾病是具有相同病理学改变的同类疾病的推论，因而普鲁辛纳重读Alper的报告，从1974年开始了长达8年的研究工作。和Alper一样，他也从羊瘙痒病致病因子的调查入手。

由于实验小鼠感染的潜伏期长达200天以上，病原体分离工作辛苦而耗时。后来他发现，用仓鼠建立感染和发病模型周期较短，于是改用仓鼠研究。由于他预期要分离的是一种不含遗传物质的病原体，违背分子生物学“中心法则”，又有许多不可思议的疑惑，因而他需要不断说服自己和助手坚持下去，不停的摸索病原体的分离。

图片来自网络

1982年，在大约用了25万只实验动物之后，他们终于从仓鼠中分离出了这种蛋白质因子，并经过多次实验证明，这种蛋白质因子感染动物可引起动物发生相同的病变，而且这种致病因子用灭活核酸的方法不能明显降低致病性，但蛋白质变性剂却能破坏其致病性。

这种现象显然不能用基因学说解释，普鲁辛纳于1982年在《科学》杂志发表了“一种新的蛋白质感染因子引起羊瘙痒病（Novel proteinaceous infectious particles cause scrapie. Sience. 1982, 216:136-144.）”的文章，并首创了“Prion”这个术语，组成Prion的蛋白质称为PrP。

普鲁辛纳研究小组进一步研究发现，PrP具有正常和致病2种形式，虽然它们具有完全相同的一级结构，但正常PrP容易被蛋白酶降解，而致病PrP却能耐受蛋白酶降解。

他大胆的提出“蛋白构象致病假说”，把正常PrP称为PrPC（cellular PrP），把致病PrP称为PrPSC（scrapie cellular PrP）。这一假说也在1984年被普鲁辛纳和他的合作者通过蛋白质测序和基因探针技术予以证实。

03

朊粒的自然传播

其他课题组也发现，将健康羊脑组织和羊瘙痒病感染动物脑组织混合在一起，并在某些热休克蛋白的参与下，PrPC就会转化成PrPSC，PrPSC会导致PrPC转变成致病的形式，这可以说明，为什么病原体不需要复制核酸，就能增殖。

PrP基因随后在许多哺乳动物体内都被检测到，解释了羊瘙痒病、疯牛病等动物感染TSE疾病的发病机制。目前已经明确的是一类海绵状脑病与基因突变有关，如与家族性遗传有关的格斯特曼综合征（GSS）、致死性家族失眠症（FFI）都与PrP基因某一位点的突变有关；而另一类海绵状脑病则为传染性，如羊瘙痒病、疯牛病、Kuru病、克-雅病等，这一类疾病叫做传染性海绵状脑病（TSE）。

追溯这类疾病的传染性，真相让人不禁害怕。欧洲畜牧业有一种传承了数百年的饲养方法，将老年或生病的动物经过高温烘烤磨碎制成肉骨粉，作为增加蛋白质含量的饲料。在上个世纪80年代到90年代，在英国乃至全世界引起空前恐慌的疯牛病（BSE），病原因子正是从羊瘙痒病患病动物传播到牛身上所致。随后由于英国BSE感染牛或肉骨粉的出口，将该病传给其他国家。目前已证实，BSE可感染人，引起的疾病叫做克-雅病。

图片来自网络

无独有偶，1955年美国科学家盖达塞克发现了人类Kuru病。当年他作为儿科医生在澳大利亚工作，发现新几内亚东部有个叫Fore的部落流行一种传染病，这种病造成部落中许多妇女和儿童出现运动性功能失调、傻笑、痴呆等症状，最后死亡。

盖达塞克在调查后，怀疑这种疾病与当地一种宗教习俗有关，该部落在葬礼中有一种噬尸仪式，女人食人脑，男人食肌肉。为了弄明白这种病的病因，盖达塞克做了一个实验，他将患者死亡后获得的脑组织研磨后注入健康的猩猩体内，13个月后猩猩就出现了症状，他据此推断这种病是由一种引起慢性感染的未知病毒引起。盖达塞克为此获得了1976年诺贝尔生理学或医学奖。后来证实，Kuru病也是由朊粒引起。

04

在很长一段时间里，普鲁辛纳的工作都饱受争议，但越来越多的研究证实了他对于朊粒的多个推想，1997年他被授予诺贝尔生理学或医学奖，以表彰他发现了一种全新的病原体朊粒。朊粒的发现对于生物学遗传法则的完善和补充、探索帕金森病、老年痴呆症等相关疾病的发病机制都具有重大意义。

图片来自网络