脂筏与人类疾病相关论文题目

生物膜相关疾病： 在细胞生命形成的早期，正是由于细胞膜的出现，才使得生命的化学反应从周围的环境 体系中脱离出来，成为独立的反应体系。生物膜成为了分割细胞内外的界限，成为了划分生 命单位的基础。细胞生命通过膜结构与外界分割，同时，也要通过膜结构与外界接触，来完 成物质能量交换和信号的传导。 人体作为一个复杂的多细胞生物，其疾病的发生很难说仅 仅局限于单个细胞内。而只要涉及到多细胞间的关系，肯定就要涉及细胞膜。因此可以毫不 夸张的说，几乎所有人类疾病都要与生物膜发生或多或少的联系。 这里讨论生物膜相关的疾病，感觉题目很大，很难说清楚说全面。 因此仅仅举几个疾病 的例子作为说明。 1．脂筏与阿尔茨海默症： 阿尔茨海默症是一种大脑神经退行性疾病，其病理学特征有细胞外的淀粉样斑，细胞内 的非正常 tau 蛋白螺旋丝形成的神经纤维缠结，神经元的缺失和多种神经递质系统的改变。著的特征是细胞外大量的弥散性老年斑，淀粉样斑由多种蛋白质组成，其主要成分是 Aβ，研究发现可溶性的，非毒性的 Aβ转换为聚集的毒性的富含β-片层结构是阿尔茨海默症发 生的关键步骤。APP 经过两个连续的蛋白酶切过程产生 Aβ，涉及二个酶:β-分泌酶和γ- 分泌酶，β-分泌酶将 APP 剪切为可溶的 sAPPβ和C 端片断CTFβ,然后 CTFβ被 γ-分泌酶酶切掉形成 Aβ。因为 APP，β-分泌酶和γ-分泌酶都是存在于脂筏中。因此 Aβ的产生和聚集主要发生在脂筏中。研究表明 APP 酶切为 Aβ的过程主要发生在脂筏中，而且β-分泌酶是该过程的限速酶。 脂筏特别是质膜外层的脂筏容易与 Aβ多肽发生相互作用，并是细胞功能紊乱和神经退化发生的原因之一。 2．朊病毒病： ○朊病毒病简介：朊病毒病是一种由朊病毒引起的神经退行性疾病。可在人和动物间传播。如人克雅氏综合症，羊瘙痒症和牛海绵样脑病，猫海绵状脑病等。 ○病理表现：患者或患病动物的脑组织在光镜下可见大量海绵状空泡，伴有星形细胞胶质化，伴有神经元死亡。临床表现为与痴呆相关的神经系统退行性疾病。 ○Prion C 是正常表达蛋白： 朊蛋白 （PrP）是一种能够在正常的哺乳动物的神经细胞表达，人的 PrP 基因位于20 号染色体，编码产生的蛋白称为 PrPC，由 GPI锚固定在细胞表面。在基因突变或环境变化或感染 Scrapie 等条件下，它的空间结构可发生变化，螺旋结构减少，β片层结构增加，称之为 PrPSc，其性质也随之发生变化，有细胞毒作用，可引起神经变性、胶质细胞增生和细胞外淀粉样沉积等病变。 ○正常 Prion c功能：PrPC的功能尚未可知，但有些报道认为它在突触传递中发挥作用，因为 PrPc 在突触部位和神经肌肉接头高表达。另外，它可能在细胞应付氧化物中起作用，PrPc 可结合铜，PrPc 的表达可帮助神经细胞摄入铜进而在突触或细胞内金属酶发挥作用。铜的结合可使 PrPC 抵抗蛋白酶 K 的消化并影响其向 PrPSC的转化。更重要的是 PrPc在结合铜方面有超氧化物歧化酶特性。不论是PrPc表达缺失的培养细胞或是成年鼠都减少了Cu/Zn过氧化物歧化酶的活性，导致细胞对氧化物的抵抗作用减弱。 剑桥大学生物化学系的 Boon-Seng Wong 等人研究发现，PrPsc 的形成是由于抗氧化剂功能的缺失。 如下图所示，假定 PrPc到 PrPsc 构象的转变是由于铜离子的不平衡所至，铜离子浓度的改变会使 PrP构象改变，从而改变了 PrP 作为抗氧化剂的功能，当铜离子的浓度达 到病理性的水平时，PrP会自身水解，成为被切除顶端的 PrP。正是由于 PrPc 和PrPsc与铜 离子结合的水平不同，决定了它们对蛋白酶 K有不同的敏感性。 ○Prion c 与prionsc 差别： (1)在非变性去污剂中 PrPSC 不溶； (2)PrPSC 具有相对的抗蛋白酶水解特性；(3)PrPC 和 PrPSC 都依赖 GPI 附着在细胞膜表面，经磷酸肌醇磷脂酶 C(PIPLC)酶解后 PrPC从膜上释放出来而 PrPSC 不释放，PrPC 溶于水而PrPSC 不溶； (4)特异的抗体 只与 PrPSC 有血清反应，而与 PrPC无反应，证明两者含有不同的构象表位。生物物理研究证实了 PrP 的不同构象。测定可知 PrPC 包含40％的α螺旋组分，很少或没有β片层，而 PrPSC 包含 50％的β片层，只有 20％的α螺旋。 ○Prion c 向prion sc 的转变是发病的关键环节： “Protein only” 假说认为 Prion 不含核酸，仅由蛋白构成。相同的氨基酸顺序采取了两 种不同的结构。PrPSC 具有自我传播的能力，通过使正常表达的 PrPC （The cellular Prion protein）发生了结构的改变而变成了另一形式即 PrPres，这一过程是导致这类疾病的关键 事件。 通过使用红外线傅里叶变换(Fourier-transform infrared, FTIR)和圆二色谱(circular dichroism, CD)分析，PrPc 含有40%的α螺旋，少量的β折叠，而 PrPsc含有 45%的β折叠 和 30%的α螺旋。两者一级结构完全相同，但高级结构的不同导致了性质的不同。 图 1，是 由 NMR 解析得到的重组人类 PrP（rPrP 90-231）的结构：其中包含α螺旋 A（残基 144-157）红色表示，B（172-193）红色表示和 C（200-227）红色表示，在 Cys-179 和 Cys-214 之间 存在一个二硫键黄色表示，113-126为一保守疏水区由红色代表，129-131，161-163类似于 PrP 的β折叠分别是绿色和蓝色。 是人类 PrPsc 的三维结构模型：红色代表 108-113 和 116-122 为 S1 β-strands，绿色代表 128-135和 138-144 为S2β-strands，灰色代表 H3 H4α螺旋。球棍模型表示四个 起到种属屏障作用的氨基酸。（Asn-108,Met-112,Met-129,Ala-133） 多聚体 PrPsc 可以形 成不同空间结构的纤维。这些纤维可以作为种子，在一定条件下诱导 PrPc 转变成 PrPsc，并聚合成为与种子纤维结构相同的纤维。 ○PrPsc 的形成：PrPsc 可以作为模板，使正常构象的 PrPc 转化成为 PrPsc 的构像，并 不断形成不溶的纤维，使反应不断向着形成 PrPsc 的方向进行。在 PrPsc 形成过程中除了作 为模板的 PrPsc 和反应底物的 PrPc 以外，还需要一些未知的物质催化反应，这些物质很可 能是一种蛋白质，被命名为蛋白质 X,这一概念的引入有助于解释 prion 传染的种属屏障。NMR 解析显示出 PrPc 与蛋白质 X 结合面的三维结构，如图 3 所示。蛋白质 X 可能与侧链的不连续的表位结合：由残基 165-171 组成的袢和 B 螺旋的末端 （Gln-168,Gln-172）,其余的 与 C 螺旋结合。 ○发病模式： 可传播性海绵状脑病（TSE）发病过程的模式:此病的关键是正常 PrPC 错误折叠形成富 于β片层的 PrPSC。至少在体外，错误折叠的蛋白质有很高的聚集倾向，形成淀粉样朊蛋白 棒，可能是一些 TSE 病例中大脑淀粉样斑块的前体物。目前认为海绵状脑病源于脑内朊蛋白 的构象改变及随后发生的自我联合。尽管细节还不清楚，人们设想这种改变包括由基本螺旋 结构向基本β片层结构的转变。这种变化可以作为朊病毒基因突变的结果自发产生；也可以 通过引入异常变换的朊蛋白，在正常朊蛋白中传播。这种病理性朊病毒构象在个体甚至物种 间的传播可以用朊病毒的成双联合和分裂来解释，具有异常构象的朊病毒，可以在分裂前的 正常构象转变中充当模板。 ○导致疾病： TSE 在人类有库鲁病（Kuru），传染性病毒痴呆或克亚病（Creutzefeldt-Jakob disease, CJD）、吉斯特曼-斯召斯列综合征（Cerstmann-Straussler syndrome, GSS）和致死性家族 性失眠症（fatal familial insomnia, FFI）。 Kuru 病是通过食用尸体的脑组织而传播，通过改变 Fore 部落食用尸体的风俗，自 1959 年以来，在新出生的人群中没有新的 Kuru 病 产生。 CJD的发病率为年发病约 1/100 万人，平均发病年龄 64 岁。潜伏期长，一旦症状出 现则进展迅速，病程平均 5 个月。发生痴呆、肌阵挛、运动失调和暴发性脑电图。神经病理 学表现海绵状病变，神经元脱失，星状胶质细胞增生，少数病例有淀粉样斑。 ○传播途径： PrPsc对蛋白酶K有抵抗作用，因此可以通过消化道被吸收进入体内，一般认为CJD变（vCJD） 是由 BSE 通过食物传染而来。 由于PrPsc 的高稳定性，使之不能在生物体内被降解。因此，自然界中天然存在的 PrPsc 应当通过食物链聚集在高等食肉动物体内，形成生物富集现象 （biorichment），而导致大量的高等食肉动物患上 TSE 而死亡。 但是，实际的情况是，在 使用动物内脏、骨及脂肪（meat-and-bone meal，MBM）制成的人工饲料之前，并没有大规 模动物 TSE发生的报告。 Ingested prions may be absorbed across the gut wall at Peyers patches. These are a part of the MALT, or mucosal associated lymphoid tissue. It is thought that the MALT presents microorganisms to the immune system in a contained and ideal fashion, facilitating a protective immune response. Prions could be taken up in the same way. Lymphoid cells then phagocytose the particle and travel to other lymphoid sites such as nodes, the spleen and tonsils. The prion can replicate at these sites. Many of these sites are innervated and eventually the prion gains access to a nerve and then propagates back up the axon to the spinal cord and eventually the brain. PrPC 在细胞表面的聚集因素，有人认为是错误折叠的 PrPC从内质网向胞浆的逆转移、蛋白酶体降解的抑制以及有细胞毒性的 PrPC 的少量聚集是病变的引发因素；另有人则认为是 PrPC 的过表达为主要诱发因素。但不论哪种说法，至少 PrPC 在胞浆内的定位是对细胞有毒性的，可引起神经细胞变性等病变。 ○Prion 可能的感染机制： Fantini, J. 等提出了一种基于脂筏的 PrPSc 繁殖的可能机制：（1）感染的朊病毒（或者是单个的 PrPSc 分子，或者是富含 PrPSc 的小单层脂质体）从感染细胞上脱落下来，PrPSc 插入未感染细胞的质膜。（2）内源的 PrPc 和感染的 PrPSc 蛋白都可能存在于一个脂筏中，脂 筏彼此靠近，使得 PrPc和 PrPSc 紧密连接。（3）在脂筏中发生 PrPc 向PrPSc 的构象转换。 (4)产生的 PrPSc 继续去感染其他的 PrPcc，从而引起 PrPSc 大量的产生。 3．人类免疫缺陷综合征： 从一些多次接触 HIV 一 1 而未感染个体所分离的 CD4+T 细胞，在体外实验中能抵抗 HIV 一 1 侵人，其原因是协同受体 CCRS缺陷。CCR5△32是 1 个缺失了 32 个核昔酸的 CCR5 等位基因，由于核昔酸的缺失，读码框架发生错位，严重影响了受体结构。在感染 HIV-1 的人群 中，CCR5△32 杂合子个体的发病进程明显慢于正常 CCR5 纯合子的个体。说明 CCR5△32 确能保护人体抵抗 HIV 的感染。 The discovery of a 32-bp deletion within the coding sequence of the CCR5 gene (CCR5-D32) provided the first conclusive evidence of genetically based resistance to HIV infection。 Two-stage interaction of the HIVenvelope with its cellular receptors. The native, unbound envelope homotrimer (left panel; structurederived from Chen et al, 2005) exposes the CD4-binding surface but maintains the coreceptor-binding surface in a cryptic conformation. After binding to CD4, gp120 undergoes dramatic conformational changes (right panel; structure derived from Huang et al, 2005) that lead to de novoformation and/or unshielding of the high-affinity coreceptor-binding site. HIV has evolved a unique strategy of interaction with its cellular receptors, which provides an effective mechanism for concealing highly conserved neutralization epitopes from the attack of host antibodies. On the virion surface, the viral envelope is arranged in spike-like structures formed by trimeric complexes of gp120, the external subunit that mediates virion attachment, and gp41, the transmembrane subunit that mediates the fusion process. To trigger HIV entry, gp120 must sequentially engage two cellular receptor molecules: the CD4 glycoprotein and a coreceptor such as CCR5 or CXCR4. This two-stage receptor-interaction strategy allows HIV-1 to maintain the highly conserved coreceptor-binding surface in a cryptic conformation, unraveling it only upon binding of gp120 to CD4 (Figure 1). However, this occurs in a sterically and temporally constrained setting in close proximity to the cellular membrane, beyond the reach of complete antibody molecules.