戴妍源 张微观刘 张柏茁 崔俐

人类朊蛋白病是由于人类正常细胞型朊蛋白（the normal cellular prion protein，PrPC）发生构象改变转变为不能完全被蛋白酶溶解的朊病毒（the protease resistant prion protein，PrPSC），在中枢神经系统中大量复制和蓄集而引起的一种罕见的致死性神经系统退行性疾病[1]。按病因可分为散发型（sporadic Creutzfeld-Jakob disease，sCJD）、 遗 传 型 （inherited prion disease，IPD）和获得型[医源型克雅氏病（iatrogenic Creutzfeld-Jakob disease，iCJD）； 变 异 型 克 雅 氏 病 （variant Creutzfeld-Jakob disease，vCJD）]， 每年每 100万人中约有 1~1.5人发病，其中sCJD占 80%~95%，IPD占10%~15%，而获得型不足1%[2]。

IPD是以PRNP基因发生突变为特征的人类朊蛋白病的一种，根据突变类型、临床特征及中枢神经系统组织病理改变分为3类：以皮层广泛分布的海绵状改变为特征的遗传型克雅氏病（genetic Creutzfeldt-Jakob disease，gCJD），以丘脑神经元的局灶性丢失和胶质增生为特征的家族性致死性失眠症 （fatal familial insomnia，FFI），PrP 抗体染色阳性的淀粉样斑块大量沉积为特征的Gerstmann-Sträussler-Scheinker综合征（Gerstmann-Sträussler-Scheinker syndrome，GSS）[3]。 自 2006年中国朊蛋白病监测网络建立以来，截至2015年，共发现了69例IPD，虽然发病率低，但死亡率百分百，目前尚无可治疗该类疾病的有效药物[4]。IPD患者的临床症状多变，缺乏特异性的辅助检查手段，且往往缺乏阳性家族病史，临床上易漏诊误诊。本文就IPD的流行病学特征、病因及发病机制、PRNP突变类型与疾病表型的相关性、3种IPD的具体临床特征、神经组织病理特征、辅助检查特点及相关研究进展等方面进行综述。

一、流行病学

根据世界上9个主要临床朊病毒中心的数据显示，IPD主要有 5 种突变类型， 即 E200K、V210I、V180I、D178N 和P102L，约占IPD病例的85%[5]。相关流行病学研究显示，PRNP突变具有地理分布差异和人种差异，在以色列、斯洛伐克、智利和意大利的某些地区发现了IPD患者的聚集现象[6,7]。一项关于欧洲国家和东亚国家gCJD PRNP突变类型与频率的比较研究提示两个地区基因突变的类型有很大不同，欧洲gCJD患者最常见的PRNP突变发生在第200位密码子，其次是密码子210和178，而日本gCJD患者最常见的PRNP突变发生在第180位密码子，其次是密码子200和232[8,9]。在欧洲国家，第210位密码子的突变很普遍，但在东亚人群中却很少见；与此相反，在日本患者中第232位密码子突变较常见，但在欧洲患者中鲜有报道。2006~2015年我国共发现了69例IPD患者，包含15种突变类型，其中较多见的为FFI、T188K gCJD、E200K gCJD[4]。日本自1999年至2009年共报道了216例IPD患者，最常见的突变类型是 V180I（41.2%）、P102L（18.1%）、E200K（17.1%）、M232R（15.0%）[10]。韩国 IPD 患者的PRNP突变类型与日本相似，却有别于我国[9]。

二、发病分子机制与病因

人类PRNP基因位于第20号染色体短臂上（20p13），包括2个外显子，PrP由其中较大的一个外显子编码，经翻译、修饰后通过糖基磷脂酰肌醇（glycosylphosphatidylinositol，GPI）锚定在细胞膜上，是一种糖基化蛋白[11]。其N-末端由非结构化的八肽重复域组成，八肽重复域由一个九肽（27 bp，R1）和四个八肽（24 bp）重复序列（R2、R2、R3、R4）组成，包含能结合单价和二价阳离子（Cu+或Cu2+）的位点和一个疏水区域；C-末端由保守序列组成，包含两个糖基化位点（天冬酰胺残基181、197）和一个二硫键，糖基化影响 PrPC“糖型”的形成[12]。虽然PrPC在神经系统大量表达，但其正常生理功能尚不完全清楚。PrPC与PrPSC的氨基酸序列一致，但是其空间构象不同：PrPC以α螺旋为主，能被蛋白酶溶解；PrPSC以β折叠为主，不能被蛋白酶所溶解，且被证实具有传染性，能以自身为模板诱导PrPC转化为PrPSC，即朊蛋白发病的核心[13]。有学者认为PrPSC在中枢神经系统的大量增殖及蓄积是导致神经系统退行性改变的主要原因，但也有学者认为PrPC转变为PrPSC致使PrPC大量丢失是引起神经元大量丢失的主要原因，目前尚无明确定论。

许多动物实验证实，突变PRNP转基因小鼠出现了神经系统退行性改变，并产生不利的细胞毒性后果[14,15]。虽然许多细胞辅助因子被认为参与PrP的错误折叠，如Cu2+、糖胺聚糖、核酸和膜脂等，但PRNP基因发生突变后影响PrP的构象改变的分子机制仍不清楚[16]。Wang等[17]通过结合生物化学和生物物理方法，对未氧化和氧化E200K类型PrP的错折叠进行了研究和比较，发现E200K PrP中Met残基的氧化是一个渐进过程，其明显降低了E200K PrP的热稳定性从而导致了整体结构的坍塌，与未氧化的E200K PrP相比，深度氧化的E200K PrP有少量α-螺旋和较多β-折叠，露出更多的疏水区域，在低pH情况下形成大量的多聚体，阐明了Met残基氧化对E200K PrP错误折叠的影响，并为理解年龄相关氧化应激在E200K gCJD发病中的特殊作用提供了重要线索。

三、PRNP突变、多态性与IPD临床表型的关系

迄今为止，已报道了超过60种PRNP突变，突变类型包括错义突变（点突变）、无义突变、八肽重复序列的插入突变和删除突变，目前能明确分类的突变类型超过40种[5]。

PRNP具有多种天然多态性，如第129位密码子可编码甲硫氨酸 （Methionine，M）、 缬氨酸 （Valine，V）， 可表达为129MM、129MV、129VV。129位密码子多态性与朊蛋白病的易感性、临床表型和病理特点有关[18]。如D178N突变，D178N伴129M时，临床表现为FFI，而D178N伴129V时，临床表现为gCJD。Krasnianski等[19]分析了6种突变类型的91例IPD患者的临床资料，发现129MM型占绝大多数，且该类型的患者与129MV、129VV型相比，发病年龄小、生存期短。Smid等[20]通过分析来自2个家系的7例P102L GSS患者的临床资料等发现，其在发病年龄、病理改变、临床表型等方面均存在明显异质性。因此，虽然过去认为PRNP突变类型决定着IPD的临床表型，但越来越多的证据表明PrP的理化性质和129位密码子的多态性对临床表型有较大影响。

四、外显率及遗传咨询

Lee等[21]发现 E200K型gCJD家系中存在E200K携带者，而且部分携带者可不发展为CJD，因此推测存在某种保护性机制可防止E200K携带者发病。Minikel等[22]利用大样本队列研究量化IPD的外显率，提示不同突变类型的外显率不同，且相同突变类型的外显率在不同地区和不同年龄段的人群中也存在差异。一些突变类型报道的病例较少，如V180I虽然在东亚地区较常见，但往往缺乏阳性家族病史且在别的地区报道罕见，相关学者提出这也许和低的外显率有关[23]。由于IPD的不完全外显率，科学家们普遍认为，遗传咨询对于IPD患者的亲属相当必要。

五、IPD的分类

（一）gCJD

gCJD是由于PRNP基因发生突变而引起的进展迅速的IPD，是一种常染色体显性遗传性疾病（OMIM：123400）。较早发现的gCJD患者因具有家族病史而被称为家族性克雅氏病（familiar Creutzfeldt-Jakob disease，fCJD），随着越来越多 gCJD的发现，科学家们发现约60%的患者缺乏阳性家族病史，所以更倾向于定义为gCJD。gCJD患者的临床病理特征与sCJD患者具有相似性。目前gCJD发病的分子病理机制并不明确。

流行病学方面，世界上首例gCJD于1924年由Kirschbaum首次描述，但该病例是由Meggendorfer于1930年证实为一个gCJD的家庭成员，而且直到1995年该家系的突变类型D178N 129V才得以揭晓。而首例gCJD是由Owen和Goldgaber于 1989 年报道[24]。 1973 年，Gajdusek、Gibbs及其同事首次证明了gCJD对非人类灵长类动物的传播能力[12]。在欧洲、北美、澳大利亚人群中最常见的突变类型为E200K、V210I、D178N/129V，欧洲地区最常见的为E200K突变，携带E200K突变的利比亚血统的犹太人是目前发现的gCJD最大群体，但在智利、以色列、日本、美国等国家仅有少量报道[8]。根据欧洲CJD监测数据，gCJD的平均发病年龄为60岁（20~90岁），生存期波动较大，短至5个月，平均20个月左右，但也有长达8年的病例报道[6,25]。据中国CJD监测数据显示，gCJD平均发病年龄53.5岁（19~80岁），与欧洲的数据相似[4]。129MM的gCJD患者的平均发病年龄与最常见的sCJD MM1亚型相当或更年轻，生存期也与之相当或更长些[12]。

神经组织病理方面，不同突变类型之间组织病理改变存在差异，考虑与PrPSC的类型及129位密码子的多态性相关[23]。绝大多数gCJD的组织病理改变与sCJD相似，以皮层广泛的海绵状改变、胶质细胞肥大增生、神经元大量丢失为主，一般无淀粉样斑块沉积。Jarius等[26]通过比较32例E200K型gCJD患者与45例sCJD、12例其他类型gCJD患者PrPSC在大脑和小脑皮层沉积的免疫分布，发现绝大多数129MM或129MV的E200K型gCJD患者在小脑分子层出现一种垂直于表面的条带状的粗颗粒PrP沉积，这个特征有别于sCJD及其他类型的gCJD。同时还发现E200K型gCJD神经系统PrP的免疫分布与129位密码子的多态性有关，且与sCJD相似。Reiniger等[27]通过免疫组织化学、免疫荧光和电镜等方法分析了35例gCJD患者的临床资料，发现皮层下白质中经常含有PrP的纤维沉积，且这种病理改变主要出现在PRNP氨基末端的突变类型中。此外，对于D178N 129V型gCJD，海绵状改变的分布具有特征性，主要表现为尾状核、海马的严重脑萎缩及海绵状改变[18]。

临床表现方面，gCJD的临床异质性不止体现在不同突变类型之间，同种突变类型的不同个体之间也相当明显。例如日本最常见的突变类型V180I，与sCJD或其他突变类型的gCJD患者相比，具有一些独特的临床特征，如肌阵挛较少、小脑体征、视觉功能障碍和进展缓慢[28]。但Hayashi等[29]发现了3例临床表现与以往不同的180I-129M型gCJD患者，虽然均出现进行性痴呆、帕金森样症状，但病程中无小脑或枕叶皮质视觉功能障碍的表现，对他们进行连续的SPECT和MRI成像，结果显示在疾病早期阶段，脑血流的减少主要发生在额叶和颞叶皮层；随着疾病的发展，大脑皮层脑血流减少变得更加普遍，而枕部、脑干和小脑区域的脑血流直到最后阶段仍未见明显减少，说明临床异质性受颅内病变部位的影响。同时也进一步说明PrP的理化性质和密码子129多态性对疾病表型的重要影响。据回顾性分析显示，gCJD的临床症状与sCJD相似，主要症状为快速进展性痴呆、小脑症状、肌阵挛，约50%gCJD中出现椎体外系症状，而约25%gCJD病程中可出现精神症状，而且上述临床症状在不同的突变类型中出现的频率变化很大[5]。最常见的E200K型gCJD在疾病早期临床表现并无特异性，表现为头痛、焦虑、睡眠障碍、体重减轻等，随着疾病的进展，逐渐出现认知功能的下降、小脑性共济失调、肌阵挛、椎体系及椎体外系体征、视力障碍等[30]。但是也可能有一些不寻常的临床症状，如中风样表现、异型手综合征、核上性凝视麻痹、失眠和脱髓鞘周围神经病变[8]。发生5~7个八肽重复序列插入突变的gCJD患者往往先出现较长时间的性格改变和异常行为，随后出现痴呆和共济失调[12]。

辅助检查方面，gCJD患者脑脊液标志物、脑电图（electroencephalogram，EEG）、MRI扫描的诊断敏感性总体低于sCJD患者。近年来，SPECT和PET在朊蛋白病患者中的应用越来越广泛，SPECT可揭示颅内脑血流减少的区域，PET可揭示颅内代谢水平下降的区域，对朊蛋白病的定位诊断提供了较大帮助。随着基因组学的发展，科学家们逐渐将此项技术应用于CJD研究之中，Lee等[23]对5例V180I型gCJD患者进行了全基因组学分析，发现除了PRNP突变之外，还出现了不同基因变异，而且这些突变已被证明与神经系统退行性病变相关，从而提出IPD的发生也许与其他神经系统退行性疾病相关基因突变相关。

（二）GSS

GSS是一种以小脑性共济失调为主要表现的缓慢进展的常染色体显性遗传疾病（OMIM：137440）。迄今为止，已报道了近20种PRNP突变可导致GSS。

流行病学方面，世界上首个GSS家系由一位维也纳神经精神治疗师于 1913年发现，随后被 Gerstmann、Straussler、Scheinker先后于1928年、1936年报道[31]。P102L型突变是GSS中最常见的类型，在奥地利、德国、中国、日本、英国、意大利、阿根廷和美国的一些家族中均有报道[32]。P105L型突变仅在东亚地区出现，主要集中在日本，而A117V型突变则仅在白种人群中有报道[7,33]。GSS患者发病年龄一般在40~60岁，具有阳性家族史的约占70%[34]。Webb等[35]通过大样本研究发现129位密码子的多态性与P102L型GSS患者的生存期、临床表现无明显相关性，但129MM型患者比129MV型发病年龄小。

神经组织病理方面，GSS患者最具特征性的病理改变为PrP免疫反应阳性的淀粉样蛋白斑块，主要位于小脑的分子与颗粒层之间和大脑皮层，也有可能位于基底神经节、丘脑和脑干。通过超微结构分析，淀粉样沉积物是由厚度6~10 nm的纤维组成的致密网状结构，与抗体3F4（3F4可识别人体朊蛋白内部的一段抗原表位）有很强的免疫反应；此外还可观察到星型胶质细胞肥大增生、小胶质细胞激活、大量神经元丢失。在某些突变类型的患者中，除了上述改变外，还出现海绵状增生、弥漫性PrP免疫反应、tau蛋白阳性的神经纤维缠结、路易体和长纤维束变性。皮层海绵状改变在GSSP102LM129中存在（而P102L-V129不出现），使该基因型在病理上类似于CJD[36]。P102L型GSS患者及突变基因携带者脑组织行Western blot，可检测到分子量约7 000~10 000的不被蛋白酶所分解的PrPSC片段[34]。

临床表现方面，GSS具有明显的临床异质性，不同突变类型之间，甚至同一家系具有相同突变类型的患者之间也存在较大差异[32]。大多数GSS患者早期主要出现下肢及躯干的共济失调，步态不稳，下肢无力、感觉迟钝及腱反射消失，构音障碍。随后出现认知功能的障碍和椎体系或椎体外系症状，其中认知功能障碍在疾病早期常不明显，疾病晚期才迅速进展[37]。P105L型GSS有别于P102L型GSS，主要临床表现为痉挛性截瘫和进展性痴呆[33]。德国学者发现，GSS不同于其他朊蛋白病，患者并不发展至无动性缄默状态[38]。

辅助检查方面，Yoshimura等[39]对5例日本P102L型GSS患者进行了全面的影像学分析，发现患者早期头部MRI检查均无异常改变；而通过FDG-PET检查发现所有患者大脑皮层均有广泛的低代谢现象，而且每个患者的低代谢区域均不同，这可能与患者临床表现不同相关；通过SPECT检查发现GSS患者早期即出现小脑前叶血流减少，且明显低于小脑后叶，而小脑前叶是脊髓小脑束的投射区。

（三）FFI

FFI是一种罕见的IPD，主要临床表现为睡眠障碍、自主神经功能紊乱，呈常染色体显性遗传（OMIM：00072），致病的突变类型目前仅发现一种，即PRNP基因第178位密码子发生错义突变（GAC-AAC），导致天冬氨酸被天冬酰胺所取代，同时伴突变PRNP基因的129位密码子编码甲硫氨酸（D178N，129M）。

1.流行病学方面：目前，全世界至少70个家族的198例FFI患者及18例突变基因携带者被发现，其中大多数来自欧洲，特别是意大利、西班牙和德国[40]。该病最早可追溯至1765年，一位意大利男性出现了FFI样症状，而后Lugaresi及其同事对该病进行了病因、病理生理、临床表现的深入研究，于1986年首次描述了该病[41]。中国第1例FFI病例于2004年被报道[42]。自2006年中国CJD监测网络建立以来，截止至2017年，共有来自13个家庭的13例FFI患者被发现，FFI是中国IPD中最常见的类型[43]。FFI平均发病年龄为50岁（20~72岁），生存期平均为18.4个月（6~33个月），无明显性别差异[9]。德国FFI患者的平均发病年龄为56岁（23~73岁），生存期平均为11个月（6~24个月）[44]。而中国FFI患者，发病年龄平均为46.5岁（21~68岁）；生存期6~38个月，生存期较德国患者长[43]。有研究发现，FFI 129MM与FFI 129MV之间患者的起病年龄、生存期、临床症状及组织病理改变存在差异[44,45]。与129MV相比，129MM患者的发病年龄较小，平均生存时间较短。

2.神经组织病理方面：FFI特征性的组织病理改变为高度选择性的丘脑退变，特别是在腹外侧核和腹前核，表现为神经元的大量丢失，延髓下橄榄核、纹状体、大脑、小脑皮层也可有不同程度的受累；星型胶质细胞增生在上述部位也较常见，但皮层海绵状改变仅在少量尸检患者中发现，一般较轻微。伴有海绵状改变的患者生存期通常较短[3]。为了探究FFI病变开始时的神经系统改变，Cortelli等[46]对9例无症状的D178N 129M突变基因携带者及来自同一家族的不携带突变基因的对照组进行了多年的队列研究，发现FFI患者的神经退行性改变开始于丘脑，而且丘脑病变比临床症状早13~21个月。

3.临床表现方面：FFI的临床症状、体征与颅内病变部位相对应，但临床症状多变，主要表现为明显的睡眠-觉醒周期紊乱、自主神经功能障碍、运动功能障碍和认知功能下降，几乎所有患者均出现快速进行性痴呆，常伴精神症状[47]。患者通常以睡眠障碍、自主神经功能紊乱起病，睡眠障碍包括失眠、喉鸣音、睡眠呼吸障碍、睡眠相关的非自主运动，最常见的是失眠。自主神经功能紊乱可表现为夜间发热、高血压、出汗和流泪增加、心动过速/呼吸过速和阳痿等，随着疾病进展而逐渐加重。其他临床症状包括性格变化、抑郁、焦虑、激惹、无精打采等。在德国，约有22%的FFI患者出现声嘶[48]。

4.辅助检查方面：PSG对FFI的诊断具有辅助价值，主要表现为总睡眠时间减少、睡眠有效率下降、睡眠碎片化、睡眠纺锤波和k复合波的缺失、快眼动睡眠期及慢波睡眠期的严重缩短，以及睡眠期不自主的肢体活动及异常行为、睡眠呼吸暂停现象等[43]。而其他辅助检查，如脑脊液14-3-3蛋白、EEG、核磁共振某些序列（DWI、FLAIR）等对于 sCJD的诊断具有辅助意义的检查，FFI患者的结果常常为阴性。此外，少数患者行SPECT显像，显示皮层、基底神经节和丘脑血流灌注减少[49]。脑葡萄糖代谢显像（18FDG-PET）提示丘脑和扣带回的代谢下降，且早于临床症状。最近，两种创新的方法被用于模拟体外朊病毒错折叠过程，包括蛋白质错折叠循环扩增（protein misfolding cyclic amplification，PMCA） 和实时地震诱导转化（real time quaking-induced conversion，RT-QuIC）。Redaelli等[50]利用RT-QuIC和PMCA分析显示，在发病4和10个月后采集的FFI患者口腔黏膜样本中均存在PrPSC，但尽管PMCA可以使PrPSC扩增，但朊病毒菌株的原始生化特征并没有被保留。

六、小结与展望

近年来，随着IPD发病机制、PRNP多态性、早期影像学改变研究的深入，人们对该病有了更深入的了解。随着SPECT、18FDG-PET、PMCA、RT-QuIC 等新的辅助检查手段的应用，使该病的早期诊断及与其他神经系统退行性疾病的鉴别诊断成为可能。基因检查对该病的诊断起着重要作用，医生在临床工作中遇到难以解释的进展快速的认知障碍、小脑性共济失调、睡眠障碍时，应积极推进基因检查，做到早发现、早诊断；同时，对IPD家系中的其他无临床表现的个体，应积极鼓励进行遗传咨询，提高该病的诊断率。