Прионные болезни человека

Прионные болезни человека

О Г Л А В Л Е Н И Е

Историческая справка…………………………………………………………………... 2

Понятия и термины……………………………………………………………………... 5

Современная классификация прионных болезней……………………………………. 6

Место прионных болезней в инфекционной патологии……………………………… 7

Структура прионных белков…………………………………………………………… 9

Физико-химические свойства прионов………………………………………………... 11

Биологические особенности прионов………………………………………………….. 13

Прионный ген…………………………………………………………………………… 14

Патология центральной нервной системы при прионных болезнях человека ……...

17

Изучение прионных болезней………………………………………………………….. 26

Лечение и профилактика прионных болезней человека……………………………… 29

Диагностика прионных болезней человека и индикация прионного белка………… 31

Заключение………………………………………………………………………………. 33

Список литературы……………………………………………………………………… 34

ИСТОРИЧЕСКАЯ СПРАВКА

Проблема прионных болезней родилась в рамках учения о медленных

инфекциях, когда в 1954 г. B.Sigurdsson изложил результаты своих

многолетних исследовании массовых заболеваний среди овец, завезенных на о.

Исландия из Германии в 1933 г. для развития каракулеводства. Несмотря на

явные клинические различия и неодинаковую локализацию повреждений органов и

тканей, B.Sigurdsson сумел обнаружить среди изученных им заболеваний

принципиальное сходство, которое в современном виде может быть суммировано

в виде четырех главных признаков, отличающих медленные инфекции:

• необычно продолжительный (месяцы и годы) инкубационный период;

• медленно прогрессирующий характер течения;

• необычность поражения органов и тканей;

• неизбежность смертельного исхода.

Среди изученных B.Sigurdsson заболеваний овец была подробно

исследована давно и хорошо знакомая во многих странах болезнь этих

животных, известная под названием "скрепи".

Три года спустя в противоположном регионе – на о. Новая Гвинея –

D.C.Gajdusek и V.Zigas (1957) обнаружили и описали новое заболевание среди

папуасов-каннибалов, которое известно сегодня под названием "куру". Болезнь

носила массовый характер и вскоре была доказана ее инфекционная природа.

Благодаря исследованиям W.Hadlow (1959) было выявлено большое сходство

между клиническими проявлениями, эпидемиологическими показателями и

патоморфологической картиной куру у человека и скрепи у овец, на основании

чего стало очевидным, что медленные инфекции могут поражать не только

животных, но и людей.

Массовый характер медленных инфекций, естественно, ставил вопрос об их

этиологии, и начавшиеся энергичные поиски в этом направлении вскоре

принесли свои плоды.

За короткое время был накоплен большой и весьма неожиданный

фактический материал: оказалось, что очень многие вирусы, давно и хорошо

известные как возбудители острых заболеваний, способны при определенных

условиях вызывать в организме медленный инфекционный процесс, полностью

отвечающий всем четырем признакам медленных инфекций. В числе таких вирусов

вскоре оказались вирусы кори, краснухи, герпеса, клещевого энцефалита,

лимфоцитарного хориоменингита, африканской лихорадки свиней, инфекционной

анемии лошадей, бешества, вирусы семейства папова, гриппа, иммунодефицита

человека и др.

Следует особо подчеркнуть, что, начиная с сообщений B.Sigurdsson, в

литературе постепенно накапливались данные об особой группе медленных

инфекций человека и животных, патоморфологические признаки которых весьма

существенно отличались выраженным своеобразием, проявляющимся только в

поражении центральной нервной системы, в которой на основе первично-

дегенеративных процессов (без признаков воспаления) развивается характерная

картина формирования так называемого губкообразного состояния серого и/или

белого вещества головного, а иногда и спинного мозга, что может

сопровождаться образованием амилоидных бляшек и выраженным глиозом.

Подобное своеобразие патоморфологической картины определило и

первичное (и до сих пор используемое) название всей группы этих необычных

болезней – "трансмиссивные губкообразные энцефалопатии" (ТГЭ). Именно

трансмиссивность губкообразных изменений только в центральной нервной

системе и является их патогномоничным признаком.

На протяжении нескольких десятилетий все попытки обнаружить

возбудителей ТГЭ заканчивались неудачей, хотя инфекционная природа их была

точно доказана многочисленными опытами передачи заболеваний различным

животным и не вызывала сомнений.

Вместе с тем на протяжении этих лет накапливались данные, которые не

прямо, но косвенно позволяли судить по крайней мере о некоторых свойствах

возбудителей ТГЭ. И первые же положительные результаты подтвердили

правильность или во всяком случае эффективность вирусологического подхода в

изучении этиологии ТГЭ.

Не имея возможности работать с самим этиологическим агентом,

исследователи предприняли разностороннее изучение инфицированной мозговой

ткани, наивысшее содержание инфекционного агента в которой было давно

установлено. При этом оказалось, что предполагаемый инфекционный агент

обладает следующими свойствами:

• способен проходить через бактериальные фильтры с диаметром пор от 25

до 100 нм;

• не способен размножаться на искусственных питательных средах;

• воспроизводит феномен титрования (вызывает гибель зараженных

животных при высоких значениях ИД5о);

• накапливается до титров 105 - 1011 на 1 г мозговой ткани;

• способен первоначально репродуцироваться в селезенке и других

органах ретикулоэндотелиальной системы, а затем в мозговой ткани;

• способен к адаптации к новому хозяину, что нередко сопровождается

укорочением инкубационного периода;

• характеризуется наличием генетического контроля чувствительности у

некоторых хозяев (например, у овец и мышей для возбудителя скрепи);

• имеется специфический круг хозяев для данного штамма возбудителя;

• может регистрироваться изменение патогенности и вирулентности у

разных штаммов для различного круга хозяев;

• возможна селекция штаммов из дикого типа;

• возможно воспроизведение феномена интерференции (например, медленно

репродуцирующегося штамма возбудителя скрепи с быстро репродуцирующимся

штаммом в организме мышей);

• возможна персистенция в культуре клеток, полученных из органов и

тканей зараженного организма.

Однако наряду с приведенными признаками у возбудителей ТГЭ были

обнаружены свойства, которые отличались от таковых у известных вирусов.

Так, возбудители ТГЭ оказались устойчивыми к действию бета-пропиолактона,

формальдегида, глутаральдегида, ЭДТА, нуклеаз (РНКазы А и III, ДНКазы I),

псораленов, нагревания до 80°С (при неполной инактивации в условиях

кипячения), УФ-лучей, ионизирующей радиации, ультразвука. Более того, ни

одним из инфекционных материалов, полученных от животных или людей,

погибших от ТГЭ, долгое время не удавалось заразить интактные клеточные

культуры.

Перечисленные своеобразные свойства дали основание рассматривать

возбудителей ТГЭ как "необычные вирусы". В связи с этим и сами заболевания

некоторое время подразделяли на две группы: медленные инфекции, вызываемые

обычными вирусами, и медленные инфекции, вызываемые необычными вирусами.

Однако в начале 80-х годов эти нечеткие определения были значительно

конкретизированы, а в дальнейшем и уточнены, что целиком и полностью

связано с успехами в расшифровке природы возбудителей ТГЭ. Американский

биохимик Стэнли Прузинер, используя новые подходы к накоплению и очистке

инфекционного начала в мозговой ткани зараженных хомяков, показал, что

возбудителем наиболее распространенной в природе ТГЭ – скрепи (заболевание,

которое в природе встречается среди овец и коз) – является безнуклеиновый

низкомолекулярный (27–30 кДа) белок, который он назвал "инфекционный

прионный белок". В качестве инфекционной единицы С. Прузинер предложил

наименование "прион". Термин "прион" образован как анаграмма английских

слов "белковая инфекционная (частица)" – "proteinaceous infectious

(particles)".

Прион как инфекционная единица состоит из молекул инфекционного

прионного белка.

Результаты исследований последних 15 лет полностью подтвердили

прионную природу возбудителей ТГЭ, и на этом основании эти заболевания

обозначают теперь как "прионные болезни.

ПОНЯТИЯ И ТЕРМИНЫ

Понятия и термины. Постепенное накопление фактов, все более полно

характеризующих особенности прионных болезней и их возбудителей,

естественно, порождали появление новых терминов и понятий, которые, конечно

же, будут использованы при дальнейшем изложении материалов в этой книге и

поэтому нуждаются в специальном объяснении.

Прион – малая белковая инфекционная частица, устойчивая к

инактивирующим воздействиям, которые модифицируют нуклеиновые кислоты.

Прионы по большей части или исключительно состоят из молекул инфекционного

прионного белка и вызывают ТГЭ у человека и животных.

PrP – прионный белок.

PrPSc _ инфекционный прионный белок, который вызывает скрепи (scrapie)

у овец и коз и другие прионные болезни животных и человека. Однако,

учитывая, что скрепи является наиболее распространенной в природе прионной

болезнью, для обозначения инфекционности прионного белка использованы

первые буквы названия заболевания – "Sc" (scrapie).

PrPC – неинфекционный прионный белок, который носит наименование

"клеточный" и в этом случае "С" – начальная буква английского слова cell

(клетка). Неинфекционный (клеточный) прионный белок является жизненно

необходимым белком, обнаруживаемым в организме всех млекопитающих, включая

и человека. Одной из отличительных черт клеточного прионного белка является

его высокая чувствительность к переваривающему действию протеазы К, под

действием которой PrPC полностью разрушается.

PrP 27(30 – инфекционный прионный белок, сохраняющийся в результате

переваривающего воздействия протеазы К на исходный инфекционный прионный

белок PrPSc. Его молекулярная масса в результате гидролитического

воздействия протеазы К снижается лишь незначительно и сохраняется на уровне

27–30 кДа.

PRNP– ген, кодирующий синтез клеточного прионного белка (PrPC в

организме человека, локализованный на хромосоме 20.

Prnp – ген, кодирующий синтез клеточного прионного белка (PrPC в

организме мыши, локализованный на хромосоме 2.

Прионные палочки – белковые структуры, выявляемые в мозговой ткани

зараженных животных или человека и представляющие собой главным образом или

исключительно агрегированные молекулы инфекционного прионного белка (PrP

27–30), сформированные в результате экстракции детергентами и ограниченного

протеолиза исходного инфекционного прионного белка (PrPSc). Морфологически

и гистохимически прионные палочки неотличимы от многих амилоидных структур.

PrP-амилоидные бляшки – амилоидные бляшки, состоящие из прионного

белка, обнаруживаемые в мозговой ткани животных или людей, погибших от

прионных болезней.

Конформационные белки – белки, у которых в результате изменений

третичной или даже четвертичной структуры меняются некоторые свойства.

СОВРЕМЕННАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ

ПРИОННЫХ БОЛЕЗНЕЙ

Как и любая другая, классификация прионных болезней представляет

собой попытку искусственного группирования объектов с целью систематизации

фактического материала для простоты его восприятия, обоснованности

обобщений и эффективности дальнейших исследований хотя бы в ближайшей

перспективе. Отсюда понятно, что большие успехи, достигнутые за последние

10 – 15 лет в области изучения прионов и вызываемых ими заболеваний,

обосновали естественную потребность в систематизации накопленных данных.

| |

|Таблица 1. Современная классификация прионных болезней человека и |

|животных |

| | |

|Нозологическая форма |Естественный хозяин |

|Болезнь Крейтцфельдта – Якоба |Человек |

|Куру |- // - |

|Синдром Герстманна – Штреусслера – |- // - |

|Шейнкера | |

|Фатальная семейная инсомния |- // - |

|(смертельная семейная бессонница) | |

|Скрепи |Овцы и козы |

|Трансмиссивная энцефалопатия норок |Норки |

|Хроническая изнуряющая болезнь |Олени и лоси |

|Губкообразная энцефалопатия |Коровы и быки |

|крупного рогатого скота | |

|Губкообразная (спонгиоформная) |Кошки |

|энцефалопатия кошек | |

|Губкообразная энцефалопатия |Антилопы и большой куду |

|экзотических копытных | |

Список прионных болезней человека возглавляет болезнь

Крейтцфельдта–Якоба, которая хронологически хотя и была включена в число

инфекционных ТГЭ позднее куру, тем не менее является как бы основным

заболеванием, в то время как куру и синдром Герстманна–Штреусслера–Шейнкера

рассматриваются как особые ее формы.

Среди прионных болезней животных основным заболеванием является скрепи

в связи с тем, что именно эта болезнь рассматривается как прототип всех

прионных болезней человека и животных. Указанное выше удвоение числа

прионных болезней животных связано с разразившейся с 1986 г. в

Великобритании эпизоотией губкообразной энцефалопатии крупного рогатого

скота (ГЭКРС).

Детальные исследования условий передачи прионных болезней у людей

позволили в самое последнее время предложить еще один вариант классификации

именно этой немногочисленной группы заболеваний, основанный на характере и

особенностях их возникновения. Установлено, что в отличие от всех известных

инфекционных заболеваний прионные болезни человека могут возникать как:

1) инфекционные,

2) спорадические,

3) наследственные.

МЕСТО ПРИОННЫХ БОЛЕЗНЕЙ В ИНФЕКЦИОННОЙ ПАТОЛОГИИ

Место прионных болезней в инфекционной патологии человека и животных

определяется особенностями, присущими этим заболеваниям.

Первая из них связана с необычностью возбудителей, свойства которых

резко отличают их от всех известных инфекционных агентов. Именно это

обстоятельство выделяет прионные болезни в особую категорию болезней,

абсолютно "безразличных" к средствам как лекарственной терапии, так и к

разнообразным средствам и методам иммунотерапии. Эти особенности заставляют

переносить основное внимание в борьбе с прионными болезнями на меры

предупредительные, нежели лечебные. Хотя справедливости ради заметим, что

даже абсолютная фатальность прионных болезней не может и не должна служить

основанием для прекращения поисков эффективных лекарственных средств.

Именно поэтому в 1998 г. в Москве на V Российском конгрессе "Человек и

лекарство" был организован и с успехом проведен специальный симпозиум,

целиком посвященный прионным болезням человека и животных.

Что же касается средств иммунотерапии и, естественно,

иммунопрофилактики, то здесь пока не существует реальных оснований, которые

позволяли бы рассчитывать на успех по крайней мере в обозримом будущем, в

связи с тем что инфекционный прионный белок PrPSc иммунологически не

отличим от нормального прионного белка PrPC.

Вторая особенность прионных болезней обусловлена тем, что они

представляют собой неотъемлемую часть теперь уже достаточно обширной (около

40 нозологических форм) группы медленных инфекций человека и животных. Как

известно, подавляющее большинство этих заболеваний вызывают вирусы,

известные как возбудители острых инфекций. Это лишний раз подчеркивает

справедливость утверждения о том, что большинство вирусов в зависимости от

условий заражения (или пребывания) способствует развитию в организме

различных форм инфекционного процесса.

В связи с этим прионные болезни занимают особое положение, так как их

возбудители не способны к столь выраженной универсальности, как у вирусов,

и они (инфекционные прионные белки - PrPSc) не формируют и не поддерживают

в организме иные процессы, кроме медленного и (как это было установлено уже

давно и впоследствии неоднократно подтверждалось экспериментально)

бессимптомного.

Отмеченная особенность, т.е. неспособность вызывать острую форму

инфекционного процесса, по-видимому, обусловлена особенностями самих

возбудителей прионных болезней, так как уже давно обнаружено, что сам

процесс накопления инфекционного прионного белка PrPSc в различных органах

и тканях экспериментально зараженного лабораторного животного протекает

весьма медленно. Можно полагать, что низкая скорость накопления

инфекционного агента в данном случае обусловлена событиями, лежащими в

основе механизма превращения клеточного прионного белка (PrPC) в

инфекционный прионный белок (PrPSc).

Собственно механизм накопления инфекционного белка в зараженном

организме сегодня точно неизвестен. Вместе с тем, исходя из определения,

что это посттрансляционный процесс, очевидно, что инфекционный прионный

белок вызывает в здоровом организме трансформацию нормального прионного

белка в инфекционную форму за счет его (нормального белка) конформационных

(т.е. пространственных) изменений. В этом случае речь идет об изменении

третичной или даже четвертичной структуры исходного белка PrPC. Таким

образом, процесс накопления инфекционного прионного белка происходит не в

результате синтеза в зараженном организме молекул PrPSc de novo, а

вследствие конформационных изменений уже синтезированных перед этим

нормальных молекул PrPC под влиянием инфекционного прионного белка PrPSc

(схема). Процесс накопления инфекционного прионного белка обусловлен прежде

всего необходимостью контакта двух молекул. В результате под влиянием одной

молекулы PrPSc происходит трансформация одной молекулы PrPC в ее

инфекционную форму PrPSc. Следующий этап, как видно на схеме, включает в

себя уже наличие влияния двух молекул PrPSc, под воздействием которых

образуются уже четыре молекулы PrPSc и т.д. Таким образом, как видно из

приведенной схемы, процесс накопления инфекционного прионного белка носит

лавинообразный характер.

Процесс накопления молекул инфекционного прионного белка

[pic]

СТРУКТУРА ПРИОННЫХ БЕЛКОВ

Установленные необычные свойства возбудителей ТГЭ послужили основанием

для выдвижения большого количества разнообразных теорий, пытающихся

объяснить структуру и химическую природу этих агентов, многие из которых

теперь имеют лишь историческое значение. Резкий скачок вперед в понимании

природы возбудителей ТГЭ был сделан в результате разработок эффективных

методов очистки и концентрации агента скрепи. Существенный вклад в

разработку таких методов внесла группа Стенли Прузинера из Калифорнийского

университета (США). Разработанная им многоступенчатая система очистки

позволила получить препараты, очищенные в 100 – 1000 раз. На основании

изучения высокоочищенных препаратов авторы пришли к выводу о том, что

возбудитель скрепи является белком. Этот вывод был сделан в результате

анализа инактивации агента при его обработке протеазой К, модификации при

воздействии диэтилпирокарбонатом, додецилсульфатом натрия,

гуанидинтиоцианатом, фенолом и мочевиной. Агент оставался устойчивым к

обработке рядом реагентов, инактивирующих нуклеиновые кислоты, что

указывало на их отсутствие в его составе. Изучение очищенного препарата

возбудителя скрепи показало, что он обладает молекулярной массой около или

меньше 50 000 Да.

Следует отметить, что представление о прионной природе возбудителя

скрепи, выдвинутое С.Прузинером, оказалось очень плодотворным и послужило

основанием для более детального распознавания природы возбудителей ТГЭ. В

результате дальнейшей очистки приона было показано, что его основным

компонентом является мажорный белок с молекулярной массой 27000 – 30000

Да, обозначаемый как РrР 27–30. Этот белок является составной частью скрепи-

ассоциированных фибрилл, причем получены структурные и биохимические

Страницы: 1, 2, 3, 4