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殊途同归:100%检出“疯牛病”的新技术

20世纪90年代中期,英国曾出现过一种可怕的传染性脑病:变异克雅氏病(variant Creutzfeldt-Jakob disease,vCJD),即人感染“疯牛病”。这是一种100%致死、潜伏期长、人畜共感染的疾病,感染后病人的大脑中会长出很多空泡,逐渐影响神经系统功能,死亡过程极为痛苦。因为一条可能的传染途径是食用患“疯牛病”牛的牛肉,所以这在英国乃至全世界都掀起了轩然大波。vCJD通过朊病毒(prion)传播,例如,受污染的输血过程。朊病毒与传统的病毒非常不同,它本质上是错误折叠的蛋白质,能够将病人体内正常的阮蛋白异构化,转变为传染型阮病毒,由此完成自我扩增。它不像真正的病毒那样包含核酸(RNA或DNA),因此常规以核酸为目标的病毒检测方法对它无效。

图片来源:nethealthbook


从那时起,科学家就努力开发一种可以准确检测血液中朊病毒的方法。神经系统症状、进行性痴呆、核磁共振和脑电图可以提示vCJD的可能性,但都不能确诊。而目前唯一公认可靠的vCJD确诊证据是脑组织的尸检(尸!检!)。由于缺乏足够的灵敏度和准确性,目前还没有通过审批的vCJD血检方法。


来自美国德克萨斯大学休斯顿医学院Claudio Soto法国蒙彼利埃大学Daisy BougardJoliette Coste分别独立发明了高灵敏度、100%准确率的vCJD血检方法,相关成果发表在近期的Sci. Transl. Med.杂志上。


目前,vCJD的威胁看似已经微不足道,全球每年仅有2例病人被检出,而1996-2011年平均确诊15人。但是,对来自英国的组织样本的免疫组化研究表明,全英国可能每2000个人中就有1个无症状vCJD患者,且具备传染能力。这意味着医疗用血存在极大的感染风险,开发血液中朊病毒的检测方法刻不容缓。


这两篇文章对朊病毒的检测方法大同小异,主要的区别体现在富集血样中朊病毒的方法上。Soto组用表面活性剂十二烷基肌氨酸配合离心机使朊病毒沉淀,而Bougard和Coste等人则用表面修饰血纤维蛋白溶酶原的纳米磁珠吸附朊病毒,再用磁铁将磁珠吸出。富集完朊病毒,两个组用的方法就一样了。他们都用了一种称为“蛋白错误折叠循环扩增(protein misfolding cyclic amplification,PMCA)的技术(下图)。

两种方法的过程比较。图片来源:Sci. Transl. Med.


PMCA技术是由Soto组于2001年发明Nature, 2001, 411, 810-813),用传染性的朊病毒作为“种子”,将正常的朊蛋白转变成传染性的形式,以实现血样中朊病毒的扩增。最后再跑个胶,便能确认血液中的朊病毒了(下图)。

PMCA技术图示。朊病毒由一种糖蛋白PrPSc构成(灰色),它与正常细胞表面的正常阮蛋白PrPc(白色)仅仅是构象不同。将朊病毒和正常的PrPc共培养,朊病毒以PrPc为原料进行复制,通过超声破碎大的蛋白,碎片蛋白继续复制过程,实现朊病毒的扩增。图片来源:Nature


他们的方法看起来并不复杂,但胜在灵敏度和准确率上。大部分vCJD血检方法只对70%的样本有效。而这两项新发明可以在数百份样品中准确检测出所有带有朊病毒的血样,准确率都达到了惊人的100%。其中,Soto组成功将14份vCJD病人血液样品与153份对照样品分开,这些对照样品中有些甚至来自散发型克雅氏病(sCJD)以及其他类型神经系统疾病的病人。Bougard和Coste组则是从256份血浆样品中分析出了全部18份来自vCJD病人血浆样品。Bougard和Coste组的磁珠法甚至还检出了两例vCJD初期患者,他们在之后的1-3年病情才发生恶化。


美国国立过敏和传染病研究所的朊病毒专家Christina D. Orrù说:“这些研究为vCJD的血液检查做出了重要贡献。它们能降低疾病的传播风险,还可能为朊病毒疾病的治疗奠定基础。下一步研究者要做的是优化该技术,使之适应大规模、高通量的检测。”


国立卫生研究院的退休朊病毒疾病专家Paul Brown也赞誉道,“这两篇文章代表着该领域在过去十年间的巨大进展。尤其对诊断无症状携带者和预防未来可能爆发的朊病毒传染有重要意义。”


研究者们则想的更多,他们希望PMCA技术不光用来诊断vCJD,还希望能用于其他蛋白质错误折叠类疾病的早期诊断,如阿尔兹海默症和帕金森症,毕竟这两种病的影响人群要大得多。


编译自:

http://cen.acs.org/articles/94/web/2016/12/Toward-blood-test-prion-disease.html


1. 原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文):

Detection of prions in blood from patients with variant Creutzfeldt-Jakob disease

Sci. Transl. Med., 2016, 8, 370ra183, DOI: 10.1126/scitranslmed.aaf6188


2. 原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面点此查看原文):

Detection of prions in the plasma of presymptomatic and symptomatic patients with variant Creutzfeldt-Jakob disease

Sci. Transl. Med., 2016, 8, 370ra182, DOI: 10.1126/scitranslmed.aag1257


(本文由氘氘斋供稿)


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