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第四节 朊蛋白病
一、疾病概述
朊蛋白病是一组由变异朊蛋白引起的可传染性、慢性进展性、致死性海绵状脑病,朊蛋白病最早发现于动物,200年后才发现其可在人类发生。已明确在人类和动物的朊蛋白病各有4种(表2-2)。
表2-2 人与动物朊蛋白病
【病原学】
是一种传染性蛋白质(proteinaceous infectious particles,Prion),即朊蛋白(简称PrP)作为病原体的疾病。PrP核心为分子量27~30kD蛋白,称为PrP 27~30。这个耐热蛋白酶的核心的外面覆盖着一层分子量为33~35kD的蛋白,称为PrP 33~35或PrP sc。另一个与PrP sc相似的蛋白PrP C见于未感染的正常动物脑中,它能耐受蛋白酶的消化,并可聚合成被称为PrP杆的杆状结构或羊瘙痒病相关纤丝(SAF)。根据 PrP基因的序列分析,发现它是由宿主基因所编码而不是病原体的一部分,该基因位于人第20号染色体的短臂上,可阅读框架由1个外显子组成,系253个氨基酸的围绕着PrP 33~35的蛋白。正常和羊瘙痒病感染动物PrP具有结构之间无差别。在细胞培养物以及脑脊液中可检出分泌型PrP C,相反PrP sc则积聚于细胞内的空泡和溶酶体。
由于基因的变异、密码子的置换,使朊蛋白病临床表现多样,以最常见、研究相对清楚的克-雅病为代表,做一简述。
(一)克罗伊茨费尔特-雅各布病
克罗伊茨费尔特-雅各布病(简称为克-雅病)是一组由变异朊蛋白引起的海绵状脑病,以精神障碍、痴呆、帕金森样综合征、共济失调、肌阵挛、肌肉萎缩为特点的慢性进展疾病。分别由Creutzfeldt和Jakob分别于1920年和1921年首先描述,故以他们两人的名字命名该病Creutzfeldt-Jakob Disease,以下简称CJD。本病共分四型:①散发型;②家族型;③获得型;④变异型(nvCJD)。
【病因和发病机制】
1.散发型CJD
其病因不明。
2.家族型CJD
与 PrP基因突变相关。5%~15%病例有家族史,呈典型的常染色体显性遗传。
3.获得型
与暴露于CJD患者组织(如使用人尸体制作的生长激素)相关。如发病年龄较早,有医源性可能。
4.变异型
与食用被牛海绵状脑病污染的牛制品相关。
【病理改变】
概括为三种:①海绵样变性:病程长者可见皮质的一些大区可能被包绕以星形细胞和少数神经元残体的蜂窝状小囊所取代;②神经元变性:大脑皮质、基底节、丘脑、小脑、脑干和脊髓的前角细胞均受累,重点损害额叶和丘脑;③星形细胞增殖较神经元变性广泛。此外,还可见到淀粉样斑块(类淀粉纤维斑,Kuru斑),这也是病理变化的一种特征性改变,特别是当病变主要损害小脑时,出现率明显提高。
1.超微结构研究
神经元的树突和神经胶质细胞内可显示空泡,内含有与细胞膜碎片相似的卷曲的结构。界膜空泡样变性致独立膜单位破坏细胞间融合,改变了神经元兴奋性,形成了成组电位发放,从而在临床上出现肌阵挛发作。
2.免疫组化研究
用抗PrP血清检测人朊病毒是一重要进展。
【临床表现】
本病各年龄段均可发病,但50~70岁最多见。男女发病率大致相等。基本特点是起病隐袭,潜伏期为3~22年,进行性加重,局限于中枢神经系统多见。根据病程进展可分为:进展迅速组和进展缓慢组。
1.进展迅速组
约占80%,呈亚急性经过,从起病至死亡的平均病程为7~9个月。主要为皮层功能障碍和运动失调,特点是迅速进行性痴呆和肌阵挛发作。此型CJD的临床可分三个阶段(三期)。
(1)第一阶段(前驱期):数周或数月,大约1/3患者有前驱症状:记忆减退,失眠,头痛,头昏,心理变化,性格改变,肢体无力,精神异常(多为非特异性的情感改变,以忧郁为多),可迅速衰退。有时可发现局灶性脑病的症状,如发音困难、视幻觉等。行走不稳在早期占10%,早期出现惊恐反应也是诊断线索。因其主要症状为痴呆,包括健忘和精神错乱。40%患者曾被诊断为急性精神病。
(2)第二阶段(痴呆期):进行性痴呆,肌阵挛为主,可有锥体外系、小脑、下运动神经元、视力障碍等受损症状,可划分为6种临床亚型:
1)额顶锥体束型:即Jakob痉挛性假性硬化型,表现为进行性痴呆、肌强直、肌阵挛发作和锥体束征。肌阵挛迅速刻板跳跃性,于一个部位持续数分钟,迅速转至其他部位。
2)枕颞视力障碍型:即Heidenhain综合征。以枕、颞叶为主。有明显视力障碍,包括视野缩小、皮质性失明和视觉性认识不能,无视神经乳头水肿。
3)共济失调型:早期即明显小脑性共济失调伴痴呆和肌阵挛等。
4)肌萎缩型:皮层、延髓和脊髓前角细胞受累明显,表现为痴呆和突出的延髓、脊髓症状。
5)弥漫型:表现为运动功能减退、肌强直、小脑症状、共济失调、眼球震颤和痴呆。
6)其他变异型海绵状脑病,包括家族性老年性痴呆等。
(3)第三阶段(临终期):患者常处于昏迷、木僵或去大脑强直状态,也可呈植物状态,最终因肺部感染加深而死亡。80%的患者死于1年内,死亡高峰是9个月,最早为1个月。
2.进展缓慢组
病程较长的患者中,病期为20~57个月。初发症状在某些方面有所不同,痴呆先于其他临床症状,并痴呆缓慢进行性发展。除病程进展缓慢外,与进展迅速组相比多数病程早期已有广泛肌肉萎缩,而肌阵挛和视力丧失在本组罕见。
CJD患者具有特征性的脑电图改变,可见于75%~90%病例,早期无特征,仅轻微、过多的慢波;随着病程的发展,可见有特色的间歇期为0.5~1.0秒重复出现的尖波(PSD)或在慢波背景上出现普遍双侧的同步双相或三相周期性尖波复合波(PSWCS),间隔为0.5~2.5秒,持续200~600毫秒,也可称为周期性变化模型(CAP),是诊断CJD的脑电图特征。
单纯的CT检查无特异性意义,但迅速进行性智力丧失而不伴有显著脑萎缩时则提示有CJD的可能,因为阿尔茨海默病(Alzheimer病)的典型改变为显著脑萎缩。MRI检查比CT更为敏感,有皮层萎缩而不伴白质改变。PET可证实两侧半球不对称的颞叶代谢降低。
【诊断】
1.散发性CJD诊断标准(WHO)
(1)很可能:①进行性痴呆;②典型的脑电图表现,即每秒出现的典型三相波或14-3-3蛋白阳性;③至少加上以下两项条件:肌阵挛、视觉或小脑症状、锥体或锥体外症状、无动性缄默。
(2)可能:临床症状和体征与上述相同,但无脑电图的特殊改变,且病程在1年以上。
2.意外感染CJD诊断标准(WHO)
(1)接受脑垂体激素后出现进行性小脑综合征。
(2)接受移植后发生的散发性CJD。
3.家族性CJD诊断标准(WHO)
(1)具备上述很可能诊断标准。
(2)一级亲属中有肯定或已很可能患有CJD。
(3)具有神经精神紊乱患者出现特异性 PrP基因突变。
4.变异型CJD诊断标准(WHO)
包括:①青年发病;②早期表现为焦虑不安、抑郁、退隐和其他行为改变等进行性精神异常;③而后数周或数月内出现渐进性小脑症状;④晚期出现记忆力减退甚至痴呆、锥体外系症状和肌痉挛;⑤EEG无CJD典型特征性变化;⑥个别可出现感觉异常和锥体束症状。
(二)库鲁病
库鲁病(Kuru)局限于巴布亚新几内亚Eastern Highland省的小范围内,主要发生在称为Fore的部落人中, “Kuru”是当地的土族语意为“恐怖性震颤”。Zigas和Gajdusek(1957年)首先描述该病,1966年Gajdusek等从Kuru患者脑组织取材注射到黑猩猩脑内,成功地传播了本病(库鲁病仅能传染猿),成为确定的第一种人类慢性病。库鲁病的神经症状与羊瘙痒病相似。潜伏期为4年~30年,病程为4个月~2年。临床特点为行走困难、步基宽,继而出现运动障碍、肌阵挛、小脑性共济失调、意向性震颤,并可有异常不随意动作,如舞蹈样动作、手足徐动等,四肢腱反射亢进,病理征阳性,晚期进行性痴呆。
(三)古斯综合征
Gerstmann在1930年首先报道,1981年Masters接种动物发病证实为海绵状脑病病理改变,近年提取PRP成功,归类为朊蛋白病。有遗传倾向,散发者仅少数。其基因突变位点与家族性CJD不同。目前已有以下几种突变位点:密码子102的CCG→CTG(脯氨酸转变为亮氨酸),密码子117的GCA→GTG(丙氨酸转变为缬氨酸),密码子198的TTC→TCC(苯丙氨酸转变为丝氨酸),密码子217的CAG→CGG(谷氨酸转变为精氨酸)。临床特点为早期小腿发麻、疼痛、感觉异常,逐渐出现小脑性共济失调、意向性震颤。脑干受累症状突出,包括双眼上视和内收不能、双下肢肌无力、萎缩远端感觉减退、四肢腱反射减退等周围神经病表现。有精神症状,锥体外系征和病理征,痴呆出现晚且轻,肌阵挛发作以下肢为主。
(四)致死性家族性失眠症
另一种人类可传递性常染色体显性遗传的海绵状脑病。其突变基因在密码子178,由天冬氨酸转变为天冬酰氨,和家族性CJD中某些家系的突变位点相同,但等位基因突变的异质性可导致不同的临床表现。病理改变以丘脑萎缩为主。发病年龄在18~61岁,平均49岁,临床特点为进行性失眠和自主神经功能障碍。睡眠障碍的特征是慢波和快波睡眠相消失,伴有幻觉和记忆减退。其他神经系统症状可有共济失调、肌阵挛、锥体束征和痴呆。自主神经症状包括多汗、呼吸和心率增快和发热。
二、检验诊断
【常用项目】
1.脑脊液常规
朊蛋白病患者脑脊液常规检查基本正常。11%的患者细胞数轻微增高,绝大多数为淋巴细胞。少部分患者脑脊液蛋白轻度增高。
2.朊蛋白PrP sc
(1)检测方法
1)动物传递实验:是早期判断生物体是否感染朊蛋白、检测感染滴度、研究朊蛋白传染性的主要手段。该方法的优点是比较敏感,是研究朊蛋白生物学特性的重要实验。缺点是费时、费力,滴定误差大,需消耗大量动物,费用昂贵。由于种属屏障和毒株、动物个体差异等因素的影响,传递的成功率往往相差较大,个别Gerstmann-Straussler综合征(GSS)毒株的动物传递始终未获成功。因此,实验阴性并不能排除朊蛋白感染,使用转基因动物是一条经济、实用的削弱或消除种属屏障的实验途径,可明显改善传递效果。
2)免疫学方法:免疫学检测方法由于其灵敏度高、特异性强、方法众多、能适合不同检验要求的需要,目前已成为检测朊蛋白的最主要方法。常用的方法有:①组织印迹(histoblot);②斑点印迹(dot-blot);③免疫印迹(immunoblot,Western blot);④免疫组化;⑤酶联免疫吸附试验(ELISA)。
3)毛细管SDS-凝胶电泳:该法标本用量少,无需免疫学试剂,判断直观;缺点是需用超速离心机、专用毛细管电泳仪。
4)荧光标记肽链的毛细管电泳免疫检测法:是根据免疫竞争原理检测,采用无区带毛细管电泳技术结合免疫荧光技术,检测标本中微量的PrP SC。该法灵敏度很高,能检测到135pg的PrP SC,可用于检测朊蛋白水平很低的脑外组织(如血液等)。
5)双色强荧光目标扫描法:是运用共聚焦双色荧光相关分光镜技术检测极其微量的朊蛋白。
6)PrP SC蛋白错误折叠的循环扩增法:该法是最近发展起来的一种检测微量PrP SC存在的方法,对组织和体液中用其他方法无法检测到的PrP SC,可该法进行检测,同时该方法还可作为确定PrP SC复制是否可在体外产生感染性的独特策略。
(2)标本:脑脊液、病变组织、尿液。
(3)参考范围:正常人脑脊液、病变组织PrP SC阴性。
(4)临床诊断价值和评价:脑组织活检检测PrP SC是确诊指标。在朊蛋白病的诊断过程中,PrP SC的存在部位决定了诊断取材。目前已在脑组织、脊髓、扁桃体、脾脏、淋巴结、视网膜和近端视神经、眼结膜、直肠、肾上腺、胸腺、肾脏及尿液等材料中检测到PrP SC,其中在淋巴网状组织检测到PrP SC是变异CJD(nvCJD)区别其他朊蛋白病的一个重要标志。由于在nvCJD患者的扁桃体有较高水平的PrP SC存在,因此扁桃体可作为活检取材部位用以筛查和评价临床前nvCJD感染流行情况。由于在临床症状出现前很长一段时间,就可在感染患者和动物尿中检测到PrP SC,因此可通过检测尿中PrP SC进而诊断人和动物潜伏期的朊蛋白病。研究还发现,将尿中的PrP SC接种至仓鼠大脑后,可在270天后都不出现朊蛋白病的表现,这提示尿中的PrP SC与脑中的不同,因此,研究尿中的PrP SC有助于加深对PrP SC体内代谢的理解。
3.脑脊液中14-3-3蛋白
14-3-3蛋白质是一组真核细胞内高度保守的多功能蛋白质。目前已知至少包括从alpha到theta共7个亚型,其中zeta亚型mRNA大多克隆自哺乳动物。14-3-3主要分布于脑,其次是肺、脾脏和肾脏。在心脏、睾丸、胰腺、卵巢和肌肉中含量较少。
(1)检测方法:蛋白质印迹Western blot方法。
(2)标本:脑脊液。
(3)参考范围:正常人脑脊液14-3-3蛋白质呈阴性。
(4)临床诊断价值和评价:朊蛋白的沉积是CJD病的主要特征,脑脊液14-3-3蛋白质的存在,是CJD的主要分子病理学特征。目前尚不清楚14-3-3蛋白质在CJD中所起的作用及出现在CSF的原因。一般认为是由于大量神经元的破坏,而导致14-3-3蛋白质漏入到脑脊液中,14-3-3蛋白质存在的数量可能与神经元破坏比率和数量成正比。14-3-3蛋白质的检测缺乏特异性,阳性结果还见于疱疹性脑病、卒中的缺氧性脑损伤、阿尔茨海默病甚至多发性硬化等。14-3-3蛋白质阳性对支持的诊断最有价值,对于一个临床确诊的病例,若是阳性则增加了诊断的可信度,若是阴性,也不能排除诊断,14-3-3蛋白质不能被单独用作诊断实验。
4.S100蛋白
(1)检测方法:酶联免疫吸附试验(ELISA)法。
(2)标本:血清、脑脊液。
(3)参考范围:不同方法对应不同的参考范围。
(4)临床诊断价值和评价:S100蛋白为脑特异性蛋白,是一个酸性钙结合蛋白,在脑组织中S100主要存在于胶质细胞中。已有报道脑损伤后血清及脑脊液中S100蛋白浓度增高,S100蛋白浓度增高反映星形胶质细胞增生,而在CJD整个病程中都可见星形胶质细胞增生。因此认为S100蛋白可作为诊断CJD的生化指标。
(5)方法学评价和问题:ELISA法检测S100浓度的优点是灵敏度较高、操作简便、重复性好,但试剂盒价格昂贵,常规应用受到限制。
5.Tau蛋白
(1)检测方法:酶联免疫吸附试验(ELISA)法。
(2)标本:脑脊液。
(3)临床诊断价值和评价:Tau蛋白是脑内神经元的细胞骨架蛋白之一,它对稳定微管和神经功能方面起到重要作用。过去认为Tau蛋白的异常主要发生于Alzheimer病的老年斑与神经原纤维缠结内、Pick病的Pick小体、进行性核上性麻痹和皮质基底节变性等神经变性疾病中;而近年从对蛋白质的病理学研究中发现,CJD患者的脑脊液中Tau蛋白水平明显增高,而且增高程度远远高于Alzheimer病。另外,脑脊液Tau蛋白水平增高,除见于某些神经变性疾病外,也可见于急性严重性脑损伤,如病毒性脑炎、脑梗死以及脑肿瘤等,应与这些疾病相鉴别。
6.神经元特异性烯醇化酶(NSE)
(1)检测方法:时间分辨荧光免疫分析法、放射免疫法。
(2)标本:血清、脑脊液。
(3)临床诊断价值与评价:患者出现肌阵挛和EEG周期性尖波时,CSF中NSE升高最明显,有人提出CSF中NSE>35ng/ml时,诊断灵敏度为80%,特异度为92%。CJD患者早期CSF中神经元特异性烯醇化酶(NSE)的变化相当敏感,晚期随着神经细胞内NSE的耗竭,血或CSF中NSE浓度降低。因此,早期CSF中NSE的检测对判断病情及预后均有实际意义。
【特殊项目】
PrP基因的筛选与分析
(1)检测方法:聚合酶链反应(PCR)法。
(2)标本:病变脑组织。
(3)临床诊断价值和评价:在人类朊蛋白病CJD中有15%为家族性,GSS突出的特征是小脑共济失调,与这些疾病相关的则是由宿主编码的一种异常的朊蛋白PrP蛋白在脑组织中沉积,而编码PrP蛋白的基因位于第二十号染色体,该基因不同位点的突变可出现不同表现型的家族性朊蛋白病。因此, PrP基因( PRNP)可作为家族性海绵状脑病的筛选基因。研究表明在人的 PrP基因129位密码子的多型性(Met或Val)同遗传易感染性有很大关系,当发生突变(Met→Val)时,基因为纯合子的个体比杂合子个体易感染朊蛋白病。现已发现正常PrP基因中密码子171位突变(Met→Ser)和219位突变(Glu→Lys)时,基因型为纯合子的人易患CJD,而GSS患者中发现密码子102(Pro→Leu)、117(Ala→Val)、198(Phe→Ser)和217(Glu→Arg)发生点突变,使α-螺旋更易转变为β-折叠。PrP从正常主要以α-螺旋的构象转变为以β-折叠为主的构象状态与疾病的发生及其传染性密切相关。
【应用建议】
1.朊蛋白病诊断首选检验项目组合
组织病理学检查+脑组织PrP sc检测。若组织病理学为脑组织广泛海绵状空泡、淀粉样蛋白沉淀及神经元退行性改变,以及脑组织PrP sc检测为阳性即可确诊。
2.朊蛋白病辅助诊断检验项目建议组合
脑脊液中14-3-3蛋白+S100蛋白+Tau蛋白+NSE。
3.基因检测
应进行 PRNP基因突变的筛查,约60%遗传性朊蛋白病患者无明确的家族史。对有遗传性克-雅病(Creutzfeldt Jakob disease)风险的家族进行基因筛查,以指导生育。
4.脑组织活检
组织病理学和免疫学检出PrPSc是诊断的“金标准”,典型特征是脑组织广泛海绵状空泡变性、淀粉样蛋白沉积及神经退行性变,免疫组织化学染色或免疫印迹法可发现PrPSc。
(张 旭 李小龙)