朊病毒(Prion)

在朊病毒(Prion)發現之前,人們一直認爲,一種病原如果傳播,必須經過核酸作爲傳播中介。英國科學家克里克把這個思想總結爲分子生物學的中心法則:「遺傳信息不能由蛋白質轉移到蛋白質或核酸之中。換句話說,遺傳信息傳遞到蛋白質後,不能回流到核酸之中。」比如噬菌體把自己的DNA注入細菌,劫持細菌的DNA複製和蛋白質製造系統,產生大量的噬菌體子代。再比如某些病毒沒有DNA,只有RNA。它們進入細胞後,劫持宿主的轉錄機制,用逆轉錄酶製造并把自己的DNA嵌入到宿主的DNA中。以後只要宿主細胞DNA複製,病毒就會大量製造。

1957年,美國科學家蓋杜謝克(Daniel Gajdusek)在巴布新幾內亞東部高地發現一種被稱為庫魯病的怪病。前期患者僅感頭痛及關節疼痛,繼之出現各種神經失調,晚期出現失智,最後全部死亡。1980年代,歐洲又出現了瘋牛病以及克雅氏病。1982年,美國神經學和生化學家布魯希納(Stanley Prusiner)成功分離出導致克雅氏病的致病因子,並將其命名為Prion。後來發現,庫魯病、瘋牛病以及克雅氏病的致病源都是朊病毒。

美國神經學和生物化學家布魯希納,曾擔任加州大學三藩市分校神經退行性疾病研究所所長。發現朊病毒而獲得1994年拉斯克基礎醫學研究獎以及1997年諾貝爾生理學或醫學獎。(來源:wikicommons,CC-BY-NA 4.0)

朊病毒嚴格來說不是病毒,它們是一類錯誤摺叠的蛋白質。比如人類朊病毒原PrP,在正常摺叠的時候(記作PrPC)是一種功能未知的蛋白質,但對發育和智力發展都很重要。但錯誤摺疊的時候(記作PrPSc)則會出現β-摺叠的不受控生長,導致類澱粉蛋白的沉澱以及腦部斑塊。這些死區具有神經毒性,能夠殺死神經元,導致大腦功能逐漸喪失。現在朊病毒病尚未有治療方法。

其它神經退行性疾病,比如阿爾茨海默病、帕金森病、亨廷頓病等,也有類澱粉蛋白的沉澱、腦部斑塊以及神經元死亡等症狀。因此朊病毒的衝擊很可能不限於庫魯病、瘋牛病以及克雅氏病,而是大量其它神經疾病的病因或者輔因。

朊病毒并不違反中心法則,因爲其致病機制并不是把蛋白質反編譯成RNA,再從RNA反轉錄成DNA,并通過DNA來傳播。相反,朊病毒走了一條「捷徑」,直接攻擊生命的物質基礎:蛋白質。這是對中心法則的一個有益補充。那麽有沒有違反中心法則的生命過程?至今尚未發現違反中心法則的例子。但是宇宙浩大,不能斷言這完全不可能。

人體蛋白質的需求

蛋白質對人體所有器官的功能都很重要。為了維持和更新人體細胞,人們需要攝入蛋白質。生命初期的需求量最高。幼兒的需求高於兒童和青少年,年輕人的需求低於50歲以上的人。

在出生後的第一個月,嬰兒每天應攝取的蛋白質約為每公斤體重 2.5 克;一到兩個月為每天每公斤體重 1.8 克,兩個月到四個月為每天每公斤體重 1.4 克。四個月到一歲之間,則為每天每公斤體重 1.3 克左右。從兩歲到四歲,每日食物蛋白質的攝取量可降至 0.8 g/kg,直至達到成人水平每天每公斤體重0.66 g/kg。到50歲,每天每公斤體重1.2 g/kg比較合適。在正常基礎上,孕婦的需求增加約20%,哺乳婦女的需求甚至更高。[1]

人體須從食物中獲得左右的必需氨基酸。缺乏蛋白質會導致許多病症。長期蛋白質缺乏會導致體重減輕、惡性營養不良,並最終導致死亡。惡性營養不良症主要發生在不發達國家,兒童是最大的受害群體。

從健康角度來看,植物性蛋白質更有助於健康。2023年的一項研究表明,食用植物蛋白可降低總體死亡率,而動物性蛋白質則會導致死亡率增加。[2]同一研究還指出,并不是所有的動物性蛋白質都一樣糟糕,比如某些食物來源中的魚肉蛋白似乎與死亡率大幅降低相關聯。此前,已有若干項研究支持這個結論。比如,植物蛋白攝取量降低了總體死亡率和失智症死亡率。在主要蛋白質來源中,加工紅肉或雞蛋與較高的全因死亡風險相關。未加工的紅肉、雞蛋或乳製品與較高的心血管疾病死亡風險相關。雞蛋與較高的癌症死亡風險相關。食用加工紅肉與較高的失智症死亡風險相關,而食用家禽或雞蛋則與失智症死亡風險相關。若以植物性蛋白質取代動物性蛋白質,總體死亡率、心血管疾病死亡率和失智症死亡率皆會下降;以堅果取代全紅肉、雞蛋或乳製品則能降低總體死亡率、心血管疾病死亡率和失智症死亡率。[3]

京都風味水煮豆腐菜(湯豆腐)是一種簡單而清淡的日式料理,主要用海帶鍋底將豆腐煮熟,搭配醬油、柚子醋等醬料食用。(來源:wikicommons,CC-BY-NA 4.0)

題圖:人類普利昂蛋白的晶體結構局部,氨基酸序列90-231(PDB文件名6DU9)。病變之後,它被稱為朊病毒蛋白(PrPSc)。普利昂和朊病毒蛋白具有相同的氨基酸序列,但是不同的高級結構。後者決定了它們迥異的生理活性。(來源:wikicommons,公有領域)

引用和注釋

[1] DOI: 10.1159/000499374.

[2] DOI: 10.1038/s41598-023-30455-9.

[3] DOI: 10.1161/JAHA.119.015553.