朊病毒可能產生耐藥性:對瘋牛病、阿爾茨海默病和帕金森病的影響

幾十年來,扭曲成異常形狀的蛋白質團塊導致了困擾生物學家的朊病毒疾病。新的報告不斷帶來驚喜,導致瘋牛病和其他朊病毒疾病的簡單蛋白質團簇,可能在沒有DNA或RNA幫助的情況下,改變自身形態以逃避[...]

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幾十年來,扭曲成異常形狀的蛋白質團塊導致了困擾生物學家的朊病毒疾病。新的報告不斷帶來驚喜,導致瘋牛病和其他朊病毒疾病的簡單蛋白質團簇,可能在沒有DNA或RNA幫助的情況下,改變自身形態以逃避針對其根除的藥物的攻擊。朊病毒的耐藥性可能與癌症和艾滋病毒中的耐藥性驚人地相似,並且可能對阿爾茨海默病和帕金森病(同樣以蛋白質錯誤摺疊為特徵的神經退行性疾病)的藥物開發產生影響。

朊病毒疾病包括非人類物種中的羊瘙癢症、慢性消耗性疾病和牛海綿狀腦病(瘋牛病),以及人類中的克雅氏病和致死性失眠症。它們的特殊之處在於,它們可以自發產生,也可以由基因突變引起,或者在某些情況下,透過感染傳播。值得注意的是,傳染性病原體不是微生物或病毒,而是朊病毒本身,這是一種不含遺傳物質的蛋白質團塊。

當一種正常產生的蛋白質(稱為朊病毒蛋白)錯誤地摺疊成穩定、粘稠且可能具有毒性的形狀時,就會產生有害的病原體。當錯誤摺疊的蛋白質接觸其他朊病毒蛋白分子時,它們也會被破壞並開始相互結合。在隨後的連鎖反應中,朊病毒生長、分解和擴散;在神經系統內,它們無情地破壞神經元,最終,並且必然會導致死亡。


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10月13日《美國國家科學院院刊》上令人驚訝的發現表明,這些非生命蛋白質在受到藥物攻擊時會經歷一種達爾文式的選擇。在他們的報告中,加州大學舊金山分校斯坦利·普魯西納實驗室的David Berry、Kurt Giles及其同事證明,為減緩朊病毒的繁殖而開發的實驗性藥物最終會選擇出耐藥的朊病毒株。在形成朊病毒時,蛋白質可以摺疊成略有不同的三維結構,稱為菌株,這會影響它們引起疾病的能力。

在實驗中,使用的藥物IND24和IND81透過延遲朊病毒的繁殖,明顯延長了感染朊病毒的小鼠的存活時間。然而,隨著時間的推移,耐藥的朊病毒會佔據上風,疾病會迅速發展,就像化療後出現耐藥癌細胞一樣。令人驚訝的是,當將耐藥的朊病毒轉移到未治療的小鼠體內時,新宿主中的朊病毒可以恢復到以前的藥物敏感狀態。

乍一看,這些發現似乎對治癒的前景令人沮喪——目前還沒有藥物被批准用於臨床,儘管有許多候選藥物正在開發中。然而,知識就是力量,對病理蛋白中的菌株選擇的理解對治療方法的開發具有關鍵意義。

為了阻止耐藥菌株,可能需要多種具有不同抗朊病毒活性的藥物。另一種治療選擇可能是最大限度地減少對細胞的損害。隨著朊病毒的積累,受壓細胞會嘗試透過暫時關閉蛋白質合成來保護自己。如果關閉時間延長,正常細胞代謝所需的關鍵蛋白質會變得非常稀缺,細胞會發生故障並死亡。最近,Julie Moreno、Giovanna Mallucci及其同事在《科學轉化醫學》上報道稱,一種可以恢復蛋白質合成的實驗性藥物可以阻止神經退行性變,並延緩小鼠模型中朊病毒疾病的發病。從概念上講,這種策略——即使在朊病毒繁殖的情況下也保護神經元——顯然具有治療潛力,但最終,真正能改變疾病程序的治療方法必須消除朊病毒的危害。要做到這一點,就需要更深入地瞭解這些非凡的病原體如九頭蛇般的特性。

從這些研究中學到的東西也可能為其他疾病的治療途徑提供啟發。常見的、非傳染性的神經退行性疾病,如阿爾茨海默病、帕金森病、亨廷頓病和肌萎縮性脊髓側索硬化症(ALS)都涉及神經系統中特定蛋白質的錯誤摺疊和聚集,並且在某些情況下,像朊病毒一樣,有罪的蛋白質可能會錯誤地摺疊成結構不同的菌株。試圖全面瞭解由錯誤摺疊的蛋白質引起的疾病的調查人員,可能會透過注意這些最初的跡象來幫助確保最終治療的有效性,因為一種新型的耐藥性可能會破壞藥物開發人員的最佳努力。

 

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