Прионы. История медленных инфекций.
Прио́ны (англ. prion от protein — «белок» и infection — «инфекция»). Термин предложен человеком, изложившим основы современных знаний об этих белках - Стенли Прузинером в 1982 году. Теперь нам известно, что это патологические белки, вызывающие ряд энцефалопатий людей (болезнь Крейтцфельдта — Якобасиндром Герстмана — Штраусслера — Шейнкера, фатальная семейная бессонница, Куру и др), скота (коровье бешенство, скрейпи у овец) и птиц. Тип передачи, патогенез и т.д. у данных заболеваний не похож ни на вирусы, ни на бактерии. Но обо всем по порядку.
История
Первое заболевание из списка прионных описанных человеком является скрейпи – овечья почесуха. В 1700-м году, в Англии (в стране с самой большой популяцией домашних овец на тот момент) были описаны следующие симптомы – сильнейший зуд, боли в конечностях при движении, судорожные припадки. Болезнь прогрессировала за неделю. Вспышки возникали в разных графствах. Ветеринары и врачи разводили руками, не зная источника болезни. Все симптомы указывали на поражение мозга. К 20-му веку не прибавилось новых данных о том, что же за заболевание поражало бедных овечек. И вот, в 1920-х, годах Ганс Герхард Крейцфельдт и Альфонс Мария Якоб отдельно друг от друга (при чем оба в 1920-м году, но Крейцфельдт раньше) описали неизлечимое поражение нервной системы человека, названное впоследствии их именами. Была описана патологоанатомическая картина (очаговые поражения тканей головного мозга). Была сделана первая попытка классификации симптомов. Определением заболевания стало «спастический псевдосклероз или энцефалопатия с рассеянными очагами в передних рогах спинного мозга, экстрапирамидной и пирамидной системе».
Гистологический препарат головного мозга, на котором видны микрополости
Ганс Герхард Крейцфельдт, будучи немецким неврологом, запятнал себя в связях с нацизмом. Не будучи членом партии, он выступал в качестве медицинского эксперта по вопросам наследственности, то есть решал вопросы о принудительной стерилизации и эвтаназии. Ходят разные версии о его занятиях в этой области. Одни пишут, что Крейцфельдт спасал от этих процедур, утаивая патологии и исправляя истории болезней, другие, что врач все-таки занимался отправкой людей в лагеря смерти и в клинику Киля (где и проводились «эвтаназии»). В любом случае британские оккупационные власти не нашли в его деле следов преступлений и 60-ти летний врач продолжил свою деятельность в Мюнхене. История же прионных болезней развивалась дальше. В 1957 году Карлтон Гайдушек и Винсент Зигас открыли заболевание, схожее по клинической картине с болезнью Крейцфельдта-Якоба (заболевание теперь носило имена этих двух врачей). Если заболевание, открытое в 20-е годы поражало жителей Западной Европы, то новое – представителей одного племени Новой Гвинеи. Было вынесено предположение, что данная патология вызывается вирусом. Изучена клиническая картина, характеризующаяся тремором, судорогами, головной болью. На основе того, что соседние племена не практиковали каннибализм и поедание головного мозга и не страдали схожими патологиями, стали появляться теории о том, что вирус находится в мозговой ткани и может передаваться алиментарно. В 1967 году был проведен первый удачный эксперимент с заражением подопытных мышей биологическими жидкостями больных скрейпи овец. Результат оказался положительным. У мышей развивались те же симптомы, что и у «доноров». Доводов в пользу заразности заболевания стало больше. Интересно, что в 1976 году Гайдушек удостоился Нобелевской премии за открытия, касающиеся новых механизмов происхождения и распространения инфекционных заболеваний, связанную с изучением болезни племени форе. До конца жизни он был уверен, что её вызывают вирусы.
Племя форе
Стенли Прузинер
Как уже было сказано выше, основы знаний о прионах заложил Стенли Прузинер. Немного из его биографии. Родился в США в 1942 году. Его предки - эмигранты из российской империи, еврейского происхождения, вынужденные покинуть страну из-за еврейских погромов. Сам Стенли Прузинер в 1968 г. закончил Университет Пенсильвании и работал ординатором-неврологом в Медицинской школе Калифорнийского университета (Сан-Франциско). В 1970 впервые встретился с болезнью Крейтцфельдта — Якоба. У пациента, находившегося на лечении у Прузинера, никак не выявлялся возбудитель. Плотно занявшись этим исследованием, невролог обратился к трудам другого врача – Сиггурдсона, выявившего определенные закономерности у непонятных на тот момент болезней.
Такими закономерностями стали:
- необычно продолжительный (месяцы и годы) инкубационный период;
- медленно прогрессирующий характер течения;
- необычность поражения органов и тканей;
- неизбежность смертельного исхода.
Известными на тот момент заболеваниями, подходящими под данные критерии, а были болезнь Крейтцфельдта — Якоба, Куру у людей и скрейпи, начавшая поражать не только овец, но и коз. Именно из биологических жидкостей (ликвора, мочи, семенной жидкости, слюны) овец, больных «часоткой» готовились препараты для заражения и дальнейшего исследования. Эксперименты проводились на мышах. Было выявлено, что инкубационный период длится 100-200 суток. Болезнь развивается у всех экспериментальных мышей. Прогресс был достигнут после появления в лаборатории хомяков. У них инкубационный период был значительно короче, а клинические проявления были всё те же. Итак, после 10-ти (!) лет кропотливой работы по заражению, забою животных, очистке и исследованию материала был выявлен патогенный объект. Эксперименты упорно свидетельствовали, что он состоял из одиночного белка, который Прузинер назвал прионом. Несмотря на огромную доказательную базу, собранную за годы исследований, теория не получила всеобщей признательности. Большинство вирусологов того времени (а шел уже 1982 год) отнеслись к заявлению с недоверием. Основной причиной этого было отсутствие у возбудителя своего генотипа. Были только аминокислоты, нуклеиновых кислот не было. Не потеряв воодушевления, Сиггурдсон продолжил изучение странного агента. Была выявлена его аминокислотная последовательность. Далее получение антител к прион-белку сделало возможным определение его локализации в клеточной мембране. Карьера ученого шла в гору. В 1980 г. он стал профессором неврологии, а в 1988 г. - профессором биохимии. В 1982 году он опубликовал научный труд о совершенно новом типе возбудителей болезней. Всеобщее признание врач и ученый получил в 90-е годы. В 1997 году он получил Нобелевскую премию «За открытие прионов, нового биологического принципа инфекции». Еще одна причина увеличения интереса к данной патологии – эпидемия коровьего бешенства, или Губчатой энцефалопатии крупного рогатого скота, захлестнувшая Великобританию (насчитывалось 179 тыс. голов крупного рогатого скота с симптомами заболевания).
Что же такое прионы и каков их механизм действия на организм (современные представления)?
На самом деле в организме человека и многих других живых существ есть белки PrPC. По-русски – нормальная форма прионных белков (открыты были после исследований Сиггурдсона, поэтому такая странность в название). Известна его длина, последовательность аминокислот, вторичная структура. Важно знать, что конечная структура состоит из трёх α-спиралей и двухцепочечного антипараллельного β-листа. Обладают интересным свойством, а именно осаждаются высокоскоростным центрифугированием, что является стандартным тестом на наличие прионов. Есть данные, что PrP играет важную роль в прикреплении клеток, передаче внутриклеточных сигналов, а потому может быть вовлечён в коммуникацию клеток мозга. Тем не менее, функции PrP исследованы недостаточно.
(a) норма (b) патология
Эксперименты на мышах, лишенных этих белков, показывают, что отсутствие PrP приводит к демиелинизации нервов. Возможно, прионые белки в норме поддерживают долговременную память. Но это в норме. Иногда случаются «проблемы» и появляются белки, названные - PrPSc - инфекционные прионы. Отличаются они тем, что в них вместо α-спиралей преобладают β-слои. Приводит это к тому, что меняется взаимодействие других белков с новым белком. Полбеды, если бы образовывался всего один белок на организм. Беда в том, что, однажды образовавшись, белок (!) сам начинает менять структуру других. Рассмотрим основные механизмы размножения PrPSc
Считается, что прионное заболевание может быть приобретено 3 путями: в случае прямого заражения, наследственно или спорадически (спонтанно) или их комбинациями. Спорадическая (то есть спонтанная) прионная болезнь возникает в популяции у случайной особи. Таков, например, классический вариант болезни Крейтцфельдта — Якоба. Существуют две основные гипотезы относительно спонтанного появления прионных болезней. Согласно первой из них спонтанное изменение происходит в самом доселе нормальном белке в мозге, то есть имеет место посттрансляционная модификация. Альтернативная гипотеза гласит, что одна или несколько клеток организма в какой-то момент претерпевают соматическую мутацию (то есть, не передающуюся наследственно) и начинают производить дефектный белок PrPSc. Как бы то ни было, конкретный механизм спонтанного возникновения прионных болезней неизвестен. Вторая – заражение. По данным современных исследований, основной путь приобретения прионных заболеваний — поедание заражённой пищи. Считается, что прионы могут оставаться в окружающей среде в останках мёртвых животных, а также присутствуют в моче, слюне и других жидкостях и тканях тела (кровь, ликвор). Из-за этого заражение прионами может произойти и в ходе пользования нестерильными хирургическими инструментами. Это усложняет стерилизацию хирургических инструментов или устройств на скотобойне. Прионы в большинстве своём устойчивы к протеазам, высокой температуре, радиации и хранению в формалине, хотя эти меры и снижают их способность к заражению. Эффективная дезинфекция против прионов должна включать гидролиз или повреждение/разрушение их третичной структуры. Это можно достичь обработкой хлорной известью, гидроксидом натрия и сильнокислыми моющими веществами. Пребывание в течение 18 минут при температуре 134 °C в герметичном паровом автоклаве не может деактивировать прионы. В качестве основного современного метода для деактивации и денатурации прионов в настоящее время изучается озоновая стерилизация. Ренатурация полностью денатурированного приона до инфективного состояния зафиксирована не была, однако для частично денатурированных прионов в некоторых искусственных условиях это возможно. Еще стоит помнить, что эти белки могут долго сохраняться в почве за счёт связывания с глиной и другими почвенными минералами. Не впадайте в паранойю, но теоретически они могут быть повсюду. В 2011 году было сообщено об открытии прионов, передающихся по воздуху в частицах аэрозоля (то есть воздушно-капельным путём). Также в 2011 году было опубликовано предварительное доказательство того, что прионы могут передаваться с получаемым из мочи человеческим менопаузальным гонадотропином, применяемым для лечения бесплодия. Теоретически с помощью всего одного больного животного с прионной болезнью, можно уничтожать целые нации и страны, просто добавляя его костную муку в кормовые добавки и продавая их в нужное государство. Сходная ситуация произошла в конце 80-х годов в Британии (эпидемия коровьего бешенства). Тогда, скорее всего по незнанию (а не по злому умыслу) произошел вышеуказанный процесс, унесший жизни около 200 человек (на 2009 год) и 179 тыс. голов крупного рогатого скота.
Размножение прионов
Третий механизм – генетический. Был открыт недавно и совершенно не вписывается в общую картину. Был идентифицирован ген, кодирующий нормальный белок PrP — PRNP, локализованный на 20-й хромосоме. При всех наследственных прионных заболеваниях имеет место мутация этого гена. Попавший тем или любым образом «искаженный» прионный белок начинает изменять структуры близким к нему по структуре белков, превращая их в такие же патогенные агенты. Основная гипотеза, наиболее близко отображающая этот процесс очень проста. Одна молекула PrPSc присоединяется к одной молекуле PrPC и катализирует её переход в прионную форму. Две молекулы PrPSc после этого расходятся и продолжают превращать другие PrPC в PrPSc. Но схема дает больше вопросов, чем ответов.
Клиника
Поговорим о болезнях и клинических проявлениях. Теоретически может возникать у всех живых существ, обладающих PrPc Вот некоторые примеры. У овец и коз, как это уже говорилось выше, главное проявление - это скрейпи. Для коров характерно коровье бешенство (губчатая энцефалопатия крупного рогатого скота) У норок- Трансмиссивная энцефалопатия норок. И так далее. Зафиксированы проявления заболеваний у кошек, диких парнокопытных, страусов. Но нас интересуют болезни человека.Болезнь Крейтцфельдта — Якоба. Код по МКБ-10 A81.0; F02.1. Код А соответствует инфекционным болезням (А81 – инфекционные болезни нервной системы). Код F – психические расстройства, F02 – деменции.
Темно зеленый распространение К-Я
Светло зеленый - коровьего бешенства
Основные клинические критерии для постановки диагноза:
- быстро прогрессирующая — в течение 2 лет — («опустошающая») деменция с дезинтеграцией всех высших корковых функций; пирамидные нарушения (спастические парезы);
- экстрапирамидные нарушения (хореоатетоз);
- миоклонус;
- атаксия, акинетический мутизм;
- дизартрия;
- эпилептические припадки;
- зрительные нарушения (диплопия)
- Продромальный период — симптомы неспецифичны и возникают примерно у 30 % больных. Они появляются за недели и месяцы до возникновения первых признаков деменции и включают астению, нарушения сна и аппетита, внимания, памяти и мышления, снижение массы тела, потерю либидо, изменение поведения.
- Инициальный период — для первых признаков заболевания обычно характерны зрительные нарушения, головные боли, головокружение, неустойчивость и парестезии. У основной части больных постепенно развивается, реже — острый или подострый дебют. В некоторых случаях, как при так называемых амиотрофических формах, неврологические знаки могут предшествовать началу деменции.
- Развернутый период — обычно отмечается прогрессирующий спастический паралич конечностей с сопутствующими экстрапирамидными знаками, тремором, ригидностью и характерными движениями. В других случаях может отмечаться атаксия, падение зрения или мышечная фибрилляция и атрофия верхнего двигательного нейрона.
Выделяют несколько клинических форм:
Спонтанная — классическая (sCJD) Согласно современным представлениям (прионной теории), прионы при этой форме заболевания возникают в мозге спонтанно, без какой-либо видимой внешней причины. Болезнь обычно поражает людей в возрасте старше 50 лет и проявляется с вероятностью 1-2 случая на миллион жителей. Вначале проявляется в форме кратких потерь памяти, изменениями настроения, потерей интереса к происходящему вокруг. Далее симптомы деменции прогрессируют со всеми вытекающими последствиями.Наследственная (fCJD) Болезнь возникает в семьях, где наследуется повреждение гена для прионового белка. Дефектный прионовый белок является намного более подверженным спонтанному превращению в прион. Признаки и ход болезни подобны классической форме.
Ятрогенная (1CJD) Болезнь обусловлена непреднамеренным внесением прионов в тело пациента при медицинском вмешательстве. Источником прионов ранее были некоторые лекарства, инструменты или мозговые оболочки, которые забирались у мертвых людей и использовались для закрытия раны при операциях на мозге. Признаки и ход болезни подобны классической форме. Новый вариант (nvCJD) Болезнь появилась впервые в 1995 году в Великобритании и с того момента от нее умерло не более 100 человек. Вероятнее всего, что они заразились мясными продуктами, содержащими бычьи прионы.
- психические расстройства и сенсорные нарушения,
- характерны глобальные когнитивные нарушения и атаксия.
- описано несколько случаев заболевания, дебютировавшего с корковой слепоты (вариант Heidenhain).
- эписиндром представлен также миоклоническими припадками.
- мозжечковая симптоматика выявляется в 100 %.
Синдром Герстмана — Штраусслера — Шейнкера - редкое, обычно семейное, смертельное нейродегенеративное заболевание, поражающее пациентов в возрасте от 20 до 60 лет. Код A81.9. Девятка тут обозначает «Медленные вирусные инфекции центральной нервной системы неуточненные». Синдром встречается у лиц в 40-50 лет и характеризуется, главным образом, мозжечковой атаксией, расстройствами глотания и фонации, прогрессирующей деменцией на протяжении от 6 до 10 лет (средняя продолжительность болезни составляет 59,5 месяцев), после чего наступает смерть. Инкубационный период длится от 5 до 30 лет. Мало изучена. Ведутся исследования на лабораторных мышах и хомяках. Фатальная семейная бессонница — редкое неизлечимое наследственное (доминантно-наследуемое прионное) заболевание, при котором больной умирает от бессонницы. Известно всего 40 семей, поражённых этой болезнью. Код по МКБ тот же, что и у предыдущей. Болезнь начинается в возрасте от 30 до 60 лет, в среднем в 50. Болезнь продолжается от 7 до 36 месяцев, после чего больной умирает. Выделяют 4 стадии развития болезни.
- Пациент страдает от всё более тяжёлой бессонницы, панических атак и фобий. Эта стадия длится в среднем 4 месяца.
- Панические атаки становятся серьёзной проблемой, и к ним присоединяются галлюцинации. Эта стадия длится в среднем 5 месяцев.
- Полная неспособность спать, сопровождаемая быстрой потерей веса. Эта стадия длится в среднем 3 месяца.
- Пациент перестаёт говорить и не реагирует на окружающее. Это последняя стадия болезни, длящаяся в среднем 6 месяцев, после чего пациент умирает.
Куру, почти не встречается в настоящее время, в связи с искоренением каннибализма. Интересно, что в 2009 году американские учёные сделали неожиданное открытие: некоторые члены племени форе, благодаря появившемуся у них в сравнительно недавнем времени новому полиморфизму гена PRNP, имеют врождённый иммунитет к куру.
В настоящее время нет ни одного средства останавливающего или тормозящего развитие прионных болезней.
Ведется множество исследований. Основные направления:- Лекарство – препарат, который сможет излечить или остановить/затормозить развитие болезни
- Вакцина – средство для профилактики болезней
- Так же используются методы генной инженерии, благодаря которым выводятся животные невосприимчивые к прионым болезням.
