传染性蛋白的“负面”和“正面”（4）

朱钦士 （美国南加州大学医学院）

（上接2018年第6 期第21 页）

2.9 甲状腺素和视黄醇转运蛋白引起的淀粉样变性病 甲状腺素和视黄醇转运蛋白（transthyretin）是血液中转运甲状腺素（thyroxine）和在眼中转运视黄醇（retinol）的蛋白质，分别由肝脏和眼内的色素细胞层合成，所以其名称来自transports thyroxine and retinol，简称TTR。

TTR 蛋白以同质四聚体的形式执行其生理功能。 TTR 分子以β-折叠相互联系，形成二聚体，2个二聚体再聚合成四聚体。 由于TTR 分子自身就含有大量的β-折叠，故较易将原先的β-折叠改变为Prion 型的β-折叠，再进而形成小纤维样的结构，在身体各处和眼睛中沉积，从而引起疾病。TTR 沉积物也能被刚果红染色，并在偏振光显微镜下呈苹果绿的双折射现象，说明TTR 沉积物也是以Prion 型的结构引起疾病的。

基因突变能改变TTR 分子中的个别氨基酸，使TTR 更容易改变为Prion 类型的结构。 但无论是“正常”的（即没有氨基酸序列改变的）TTR 和有基因突变的TTR（即有氨基酸序列改变的）都可引起淀粉样变性病，但影响的器官不同，症状也有所差别。 由TTR 蛋白引起的淀粉样变性病主要有3 种：①家族性多发神经淀粉样变性病；②家族性心肌淀粉样变性病；③老年全身性淀粉样变性病。 前2 种是基因突变引起的，有遗传性，在家族中常有多人受影响，而第3 种不是基因突变引起的，无遗传性。

一个常见的TTR基因突变就是使蛋白中第30 位的氨基酸从缬氨酸变为蛋氨酸（Val30Met）。该突变引起的淀粉样变性病主要影响周围感觉神经和自主性神经，所以称为家族性多发神经淀粉样 变 性病（familial amyloid polyneuropathy，FAP）。全世界约有1 万个病例报告。患者一般20 多岁即可发病，初始患者感觉脚趾发麻和疼痛，皮肤逐渐丧失触觉和对温度的感觉。 此后症状逐渐向上蔓延，影响小腿、大腿，直至上肢。 患者感觉神经有火烧样的疼痛，行走困难，并交替出现便秘和腹泻，恶心，呕吐，体重减轻，眼中可有玻璃体混浊。

其他一些TTR基因的突变，例如第60 位的苏氨酸变为丙氨酸（Thr60Ala）、第68 位的异亮氨酸变为亮氨酸（Ile68Leu）、第111 位的亮氨酸变为蛋氨酸（Leu111Met），第122 位的缬氨酸变为异亮氨酸（Val22Ile），则主要影响心脏，称为家族性心肌淀粉样变性病（familial amyloid cardiomyopathy，FAC）。它几乎能影响心脏的所有组织，包括心脏跳动信号的传导系统、心室、心房、瓣膜、冠状动脉、大动脉等，从而引起气短（即使在轻微运动后）、心悸、心律不齐、运动后易晕厥，心脏肿大，最后发展为心衰。 其他症状包括下肢水肿、疲乏、体重减轻、胸痛等。

TTR 在没有氨基酸序列改变的情况下也可改变折叠状况，变成Prion 型的沉积物，从而引起疾病。由于它主要影响老年人，所以被称为老年全身性淀粉样变性病（senile systemic amyloidosis，SSA）。据估计，80 岁以上的老人约有25%患该病。 由于该病和FAC 一样主要影响心脏，所以又称为老年淀粉样心脏病变（senile cardiac amyloidosis，SCA），症状与FAC 也非常相似。

由于TTR 主要是由肝脏生产的，治疗遗传性TTR 淀粉样变性病（即由TTR基因突变引起的疾病）的一个办法就是实行肝移植。肝移植不能改变全身的TTR基因，却可在移植的肝脏中获得正常的TTR基因，生产出正常的TTR 蛋白。 这不会改变眼中TTR基因突变引起的后果，例如玻璃体混浊，也不能消除患者年老时患老年全身性淀粉样变性病的危险，但至少可以治疗已经出现的其他全身性症状。

2.10 胰岛淀粉样蛋白引起的胰岛细胞死亡 胰岛的β-细胞除分泌胰岛素，调节血糖外，还同时分泌一种蛋白，称为胰岛淀粉样多肽（islet amyloid polypeptide，IAPP）。 由于它能转变为Prion 型的淀粉样沉积，这种蛋白也称为Amylin，其生理作用是在脑中产生饱足感，促使人停止进食，同时延缓胃排空时间，总的效果就是避免进食后血糖水平的爆发性增加。

Amylin 是与胰岛素一起分泌到血流中的，与胰岛素的分子数量比约为100:1，即每分泌一个胰岛素分子，就要同时分泌100 个Amylin 分子。 且Amylin基因和胰岛素基因使用同一个启动子，胰岛素分泌增多时，Amylin 的分泌也相应增加。在II型糖尿病中，身体对胰岛素的敏感度下降，促使身体分泌更多的胰岛素，这会同时使得Amylin 的分泌增加，这2 个因素相加，就会使Amylin 在血液中的浓度极大增加，易形成淀粉样沉淀，从而引起疾病。 Amylin 分子形成的淀粉样沉淀可被刚果红染色，并在偏振光显微镜上呈苹果绿色的双折射现象，说明Amylin 形成的沉积物也与Prion 蛋白具有相似的横向β-折叠结构。

Amylin基因为89 个氨基酸残基编码，但是最终起生理作用的蛋白只含有37 个氨基酸残基。从最初合成的蛋白质到Amylin，需经多个修饰步骤。首先由22 个氨基酸残基组成的信号肽链被切除，形成有67 个氨基酸残基的前体蛋白（proIAPP）。然后11 个氨基酸残基从前体蛋白的氨基端去掉，16 个氨基酸残基从前体蛋白的羧基端去掉，羧基肽酶再除去羧基端的2 个氨基酸残基，暴露羧基末端的甘氨酸氨基。 另一个酶将这个甘氨酸残基中的羧基和中心碳原子去除，只留下其氨基与肽链相连，形成肽链两端都是氨基的情形。 IAPP 分子第2 位和第7 位的半胱氨酸残基之间形成二硫键，Amylin 分子才最后完成。 此二硫键和羧基端的氨基对于Amylin 的生理活性都是必要的。

在胰岛素分泌大量增加时，前体蛋白也大量形成，但加工前体蛋白的活性，特别是除去氨基端11 个氨基酸残基的活性跟不上，使得前体蛋白大量淤积，导致前体蛋白的折叠状况发生变化，转变为Prion 型的结构。 形成Prion 型结构的前体蛋白又可作为“种子”，使已分泌的Amylin 分子也改变折叠方式，形成淀粉样沉积，引起胰岛β-细胞的死亡。 在Ⅱ型糖尿病患者的胰岛中可发现Amylin的淀粉样沉淀，这是Ⅱ型糖尿病的特征之一。

2.11 溶菌酶变异引起的淀粉样变性病 溶菌酶（lysozyme）是人体分泌的用于对抗细菌的蛋白质。溶菌酶可分解构成细菌细胞壁的糖蛋白，使细菌失去细胞壁的机械支撑而破裂死亡。 溶菌酶主要由肝脏、消化道和巨噬细胞生产，在眼泪、唾液、黏膜及母乳中都大量存在，是人体对抗细菌感染的重要手段之一。

溶菌酶为球形分子，含有大量的β-螺旋结构，而没有β-折叠。 但基因突变可改变溶菌酶中某些氨基酸，使得溶菌酶原来的结构变得不稳定，易转变成为β-折叠，形成Prion 型的结构，在身体内形成沉积，从而引起淀粉样变性病。这些沉积的性质可用刚果红染色，并在偏振光显微镜下呈苹果绿的双折射现象得到确认。 已报道的基因突变有：第56 位的异亮氨酸变为苏氨酸（Ile56Thr）、第57 位的苯丙氨酸变为异亮氨酸（Phe57Ile）、第64位的氨基酸从色氨酸变为精氨酸 （Trp64Arg）、和第67 位的天冬氨酸变为组氨酸（Asp67His）。

溶菌酶引起的淀粉样变性病主要影响唾液腺和泪腺、消化道，以及维管系统（包括血管和淋巴系统），分别引起干燥综合症（sicca syndrome）、腹泻和腹痛、肾损伤和淋巴结出血，但不侵犯神经系统。不同的基因突变造成的氨基酸残基的改变有所差别，形成的淀粉样沉淀彼此不同，侵犯的器官和组织不同，所引起的症状也不完全一样。轻的只有腹泻、腹痛和营养不良，而严重的会有肾损伤，需要肾透析或肾移植，以及肝脏破裂，需要手术修复。

2.12 纤维蛋白原变异引起的家族性肾病 纤维蛋白原（fibrinogen）是由肝细胞生产的用于凝血的蛋白质，目的是防止血管损伤时过度出血。 纤维蛋白原由2 个部分组成，每个部分含有3 个不同的肽链，分别称为α、β、γ，所以每个纤维蛋白原总共含有6 根肽链。 当组织受损时，纤维蛋白原中的α 链和β 链的氨基端被纤维蛋白酶（thrombin）水解而被去除，余下的部分称为纤维蛋白（fibrin）。 纤维蛋白能聚合成长纤维，并彼此交联，将血细胞包裹其中，形成凝血块，堵塞血管破裂处，以防止继续出血。

纤维蛋白原是溶于水的，主要由α－螺旋组成。 但如果纤维蛋白原的基因，例如为α－链编码的基因发生突变，改变α－链中的一个氨基酸，就会使得纤维蛋白原结构不再稳定，折叠状况改变，形成β－折叠，像Prion 蛋白那样聚集成为不溶于水的沉积物，从而引起疾病。已经报道的能引起纤维蛋白原淀粉样沉积的基因突变都发生在为α－链编码的基因上，包括第526 位的谷氨酸变为缬氨酸（Glu526Val）、第543 位的苯丙氨酸变为赖氨酸（Phe543Lys）、第545 位的谷氨酸变为赖氨酸（Glu545Lys）、第554 位的精氨酸变为亮氨酸（Arg554Leu）、第573 位的苯丙氨酸变为组氨酸（Phe573His）、第574 位的甘氨酸变为苯丙氨酸（Gly574Phe），以 及 第1 611 位 的 丙 氨 酸 被 删 除（1611delA）。 除第1 611 的丙氨酸被删除外，其余5 种突变都发生在一个窄小的区域内（从526 位至574 位），说明该区域内的氨基酸残基对肽链的折叠方式非常重要，稍有改变就会使α－螺旋变为β-折叠。

纤维蛋白原引起的淀粉样变性病不影响神经系统，而主要影响肾功能，症状包括蛋白尿、高血压和氮血症（azotemia），即由于肾脏清除废物的功能降低，血液中含氮废物的浓度升高，包括尿素、肌酐（creatinine），以及其他含氮废物。有时症状还会很严重，例如在一个秘鲁裔的家族中，就有3 位成员由于纤维蛋白原淀粉样变性病而死亡。

2.13 胱抑素蛋白变异引起的脑部疾病 半胱氨酸蛋白酶抑制蛋白（cystatin C，简称胱抑素）是一种蛋白酶抑制蛋白，能抑制细胞溶酶体中的半胱氨酸蛋白酶（在催化反应中心使用半胱氨酸残基的蛋白酶）的活性。人体所有具有细胞核的细胞都会生产胱抑素，所有的体液也都含有胱抑素，所以胱抑素是身体防止细胞受损时释放的溶酶体蛋白酶破坏身体组织的防线。

胱抑素是一个小蛋白，只含有120 个氨基酸残基，含有α－螺旋和β－折叠。若胱抑素的基因发生突变，改变其中的一个氨基酸残基，就有可能改变胱抑素肽链的折叠情形，形成Prion 蛋白那样的横向β-折叠结构，形成淀粉样沉积物，从而引起疾病。

在冰岛发现了一种疾病，患者脑部血管病变，造成脑溢血或中风，导致患者在40 岁以前死亡。这些患者的脑组织中并没有阿茨海默症患者脑组织淀粉样的斑块沉积，而是在脑血管中有淀粉样沉积，可用刚果红染色和偏振光下的双折射现象确认。 对受影响的8 个家族的128 位患者的研究发现，这些沉积物含有一种变异的胱抑素蛋白，其氨基端的10 个氨基酸残基缺失，且在第68 位上亮氨酸被谷氨酸代替（Leu68Glu）。这2 个改变导致脑中胱抑素改变了肽链的折叠方式，成为致病蛋白。

2.14 凝溶胶蛋白变异引起的角膜病变 凝溶胶蛋白（gelsolin）是影响肌动蛋白（actin）聚合和解聚的蛋白质，使得含有肌动蛋白的液体在凝胶（gel）状态和溶胶（sol）状态之间转换，因而得名。 肌动蛋白是重要的“细胞骨架”之一。 它们聚集成长丝，成为支撑细胞形状的“骨架”；同时还作为“轨道”，使肌球蛋白（myosin）沿着其长丝滑动，在细胞运动、肌肉收缩、细胞内的“货物运输”中发挥重要作用，而这些活动都离不开凝溶胶蛋白的作用。凝溶胶蛋白在细胞内（细胞质和线粒体）和细胞外（血浆）中都存在。

基因突变导致的凝溶胶蛋白中个别氨基酸残基变化，能改变凝溶胶蛋白的折叠方式，使它变为Prion 型的蛋白质，在体内沉积引起疾病。 根据突变引起的氨基酸残基改变的不同，聚合物的沉积处不同，引起的症状也不同。

一种基因的突变使得凝溶胶蛋白第187 位的天冬氨酸变为天冬酰胺（Asp187Asn）。 这个突变首先在一些芬兰家族中发现，所引起的疾病称为芬兰型全身性淀粉样变性病（familial amyloidosis,Finnish type）。 患者角膜中出现淀粉样沉淀，引起角膜网络病变症（lattice corneal dystrophy），使角膜变得浑浊，影响视力。 除角膜外，在皮肤中也有淀粉样沉积，包括沉积在皮肤的血管、 神经和弹性纤维上，使皮肤失去弹性导致皮肤松弛症（cutis laxa）及皮肤内出血。 淀粉样沉积还会造成神经纤维的退化，导致面部皮肤瘫痪。 若运动神经受到影响，还会引起运动失调和全身瘫痪。

相反，若基因突变造成的氨基酸残基改变不是发生在第187 位，而是第184 位，氨基酸残基从天冬酰胺变为赖氨酸（Asn184Lys），或第167 位的氨基酸残基从甘氨酸变为精氨酸（Gly167Arg），凝溶胶蛋白就不沉积在角膜和皮肤中，而是只影响肾功能，症状表现为蛋白尿甚至肾功能衰竭。

（待续）