利用人脑类器官模型揭示FFI与sCJD朊病毒株特性不受宿主基因型影响

本研究针对遗传性朊病毒病Fatal Familial Insomnia（FFI）与散发性克雅氏病（sCJD）的株特性维持机制问题，通过构建携带D178N突变的人脑类器官模型，接种FFI与sCJD朊病毒后证实：感染表型由接种朊病毒株自身特性主导，而非宿主基因型决定。该发现为朊病毒株特性研究提供了新模型，对疾病机制研究与诊断策略开发具有重要意义。

　　

在神经退行性疾病领域中，朊病毒病始终笼罩着神秘而致命的阴影。这类由蛋白质错误折叠引发的疾病，既可散发出现，也能通过遗传或感染途径传播，其中散发性克雅氏病（sporadic Creutzfeldt-Jakob Disease, sCJD）和致死性家族性失眠症（Fatal Familial Insomnia, FFI）尤为引人关注。FFI由PRNP基因的D178N突变引发，患者遭受进行性失眠、认知衰退和运动协调障碍的折磨，病理特征表现为丘脑神经变性；而sCJD则主要表现为快速进展性痴呆、神经元丢失和脑组织海绵样病变。尽管表型差异显著，但二者均由朊蛋白（PrP）的错误折叠驱动。

长期以来，研究者面临一个核心科学问题：朊病毒疾病的不同临床表型究竟是由宿主基因背景决定，还是由朊病毒株自身的构象特性所主导？传统转基因小鼠模型虽为研究提供了重要工具，但在模拟人类朊病毒疾病时存在明显局限性——某些模型无法完全重现FFI的所有病理特征和传播特性，且物种差异可能导致研究结果的转化价值受限。因此，开发能够更好模拟人类大脑环境的新型模型成为迫切需求。

为此，研究人员将目光投向了人脑类器官这一前沿技术。这些由人多能干细胞分化而来的三维细胞团块，能够模拟人脑组织的细胞类型和结构特征，为研究神经疾病提供了更接近人体的平台。此前研究已证明sCJD朊病毒能在人脑类器官中有效传播并保持其原始特性，但FFI朊病毒在类器官中的感染特性，以及宿主基因型（特别是D178N突变）对感染结果的影响，仍属未知。

发表在《npj Dementia》的这项研究由B.R.Groveman、S.T.Foliaki等作者完成，他们通过构建野生型（WT）和纯合D178N突变（NN）的人脑类器官，分别接种FFI和sCJD朊病毒，综合运用神经电生理记录、蛋白质免疫印迹、蛋白酶K消化分析和实时震动诱导转化（RT-QuIC）等关键技术方法，系统研究了感染过程中的神经元功能障碍、病理蛋白积累和朊病毒株特性维持情况。研究中使用的sCJD和FFI脑组织样本来源于美国国立卫生研究院神经生物样本库。

研究结果显示，接种FFI或sCJD朊病毒均能导致两类类器官出现显著的神经元功能障碍。到感染后180天（180 dpi），WT类器官的神经元爆发频率下降近40%，NN类器官也出现约20%的下降，表明朊病毒感染引起了明显的神经功能损害。

在病理蛋白检测方面，sCJD感染的类器官表现出典型的朊病毒病特征：WT类器官中检测到蛋白酶K抗性PrP（PrP^Res）的积累，总PrP水平和星形胶质细胞标志物GFAP均显著升高。值得注意的是，这些变化在FFI感染的类器官中并不明显，这与FFI患者中PrP^Sc主要积累在丘脑而非皮质的已知特征一致。

最关键的发现来自RT-QuIC分析。研究人员使用两种不同底物——仓鼠PrP90-231（Ha90）和银行田鼠PrP23-230（BV）——来区分FFI和sCJD朊病毒的 seeding 特性。结果显示，sCJD朊病毒在Ha90底物上表现出更快的聚集动力学，而FFI朊病毒在BV底物上反应更快。这种差异在感染后的类器官中得到了完美保持：无论宿主基因型如何，sCJD感染的类器官提取物在Ha90上反应更快，而FFI感染的类器官提取物在BV上反应更快。终点稀释分析进一步证实，感染类器官中的朊病毒 seeding 活性随时间增加且超过了接种量，证明是新生朊病毒而非残留接种物。

研究结论明确：FFI和sCJD朊病毒都能感染人脑类器官，且产生的感染特性由接种的朊病毒株自身决定，而非宿主类器官的基因型。即使在没有D178N突变的WT类器官中，FFI朊病毒感染后仍保持其独特的 seeding 特性，不会转变为sCJD样表型。

这一发现对朊病毒病研究领域具有重要意义。首先，它证实了朊病毒株特性由其构象本身编码，宿主环境主要影响传播效率而非改变株特性。其次，研究建立了FFI研究的人脑类器官模型，为理解这种罕见但致命的疾病提供了新工具。最后，研究展示了RT-QuIC技术在区分不同朊病毒株方面的应用价值，为未来疾病诊断和分型提供了技术参考。这些发现不仅深化了对朊病毒生物学特性的理解，也为开发针对特定朊病毒株的治疗策略奠定了基础。