朊蛋白N端可溶区域在朊病毒病中引发快速神经退行性变的机制研究

本研究针对朊病毒病中快速神经退行性变的机制难题，揭示了正常朊蛋白（PrPC）的N端非结构化区域（PrP(N)）通过突破毒性阈值引发致命神经退行性变的关键作用。研究人员通过纳米抗体（Nb）融合技术实现PrP(N)的稳定表达，结合动物模型和蛋白质组学分析，首次证实可溶性PrP(N)通过膜表面结合触发快速神经毒性，且其关键序列KKRPKP和八肽重复区（OR）分别发挥核心毒性和调控作用。该研究为朊病毒病干预提供了新靶点，发表于《Science Advances》。

　　

朊病毒病以其快速进展的致命性神经退行性变著称，但其机制长期未明。尽管已知宿主编码的正常朊蛋白（PrP^C）是朊病毒（PrP^Sc）引发神经毒性的必要条件，但PrP^C如何转变为神经毒性形式仍是未解之谜。此前研究提示朊蛋白N端区域（PrP(N)）可能在体外具有神经毒性，但其体内作用及与朊病毒病的关联尚属空白。

中国脑科学与智能技术卓越创新中心（Chinese Institute for Brain Research, CIBR）的研究团队通过创新性技术手段，首次在体内证实PrP(N)的神经毒性作用。研究人员利用纳米抗体（Nb）融合策略克服了PrP(N)难以稳定表达的难题，构建了PrP^1-110-Nb和PrP^1-90-Nb等重组蛋白，通过脑室注射（ICV）和基因敲入小鼠模型，系统研究了PrP(N)的神经毒性特征及其分子机制。研究发现，可溶性PrP(N)通过突破临界毒性阈值引发快速致死性神经退行性变，并伴随朊病毒病的典型病理特征如海绵样变和胶质增生。关键序列KKRPKP（CC1区）是神经毒性的必需元件，而八肽重复区（OR）则起调控作用。更引人注目的是，缺乏CC1区的PrP(N)虽无毒性，却能加剧由完整PrP(N)或朊病毒感染引发的神经退行性变。该研究发表于《科学·进展》（《Science Advances》），为理解朊病毒病的快速神经退行性变机制提供了全新视角。

研究采用多项关键技术：1）纳米抗体融合技术增强PrP(N)的体内稳定性；2）重组腺相关病毒（rAAV）介导的脑区特异性表达；3）CRISPR-Cas9构建条件性表达转基因小鼠；4）密度梯度离心分析蛋白-膜相互作用；5）定量蛋白质组学比较朊病毒病与PrP(N)毒性模型的分子特征。

PrP(N)引发快速致死性神经退行性变

通过rAAV介导PrP^1-110-Nb表达，研究人员在野生型和PrP基因敲除小鼠中均观察到快速致死性神经退行性变，病程仅2-8天。组织病理学显示典型的海绵样变和胶质增生，与朊病毒病病理高度一致。通过基因敲入小鼠模型进一步验证，PrP^1-90-Nb（对应天然N2片段）同样具有神经毒性。

毒性阈值效应与可溶性特征

稀释实验揭示PrP(N)需超过临界浓度才引发神经毒性，这一特性与朊病毒病的临床发病规律相似。生化分析表明，神经毒性PrP(N)主要为可溶性形式，并通过外周方式与脂膜结合，而非插入膜内。

CC1与OR的功能分化

缺失或突变CC1区（KKRPKP序列）完全消除PrP(N)毒性，而OR区缺失仅减弱毒性。意外发现ΔCC1突变体虽无自主毒性，却能通过OR介导的相互作用加剧完整PrP(N)或朊病毒的神经毒性。

与朊病毒病的分子关联

蛋白质组学分析显示，PrP(N)毒性模型与朊病毒感染小鼠有24.3%的差异蛋白重叠，且变化趋势高度一致。在朊病毒感染模型中，ΔCC1-PrP(N)的表达显著加速疾病进程，但不影响PrP^Sc的生成，直接证实PrP(N)在朊病毒病神经退行性变中的核心作用。

该研究建立了朊病毒病神经退行性变的"双阶段模型"：快速阶段由暴露的PrP(N)通过CC1-膜靶标相互作用触发，而缓慢阶段则由PrP^Sc累积导致。这一发现不仅解释了为何PrP^C缺失23-31或23-88残基的朊病毒感染小鼠病程显著延长，还为干预策略提供了新方向——靶向CC1区的相互作用可能阻断快速神经毒性。由于PrP还能结合其他淀粉样蛋白寡聚体，该研究对阿尔茨海默病等神经退行性疾病的机制研究也具有启示意义。