傳染性蛋白的“負面”和“正面”（4）

朱欽士 （美國南加州大學醫學院）

（上接2018年第6 期第21 頁）

2.9 甲狀腺素和視黃醇轉運蛋白引起的淀粉樣變性病 甲狀腺素和視黃醇轉運蛋白（transthyretin）是血液中轉運甲狀腺素（thyroxine）和在眼中轉運視黃醇（retinol）的蛋白質，分別由肝臟和眼內的色素細胞層合成，所以其名稱來自transports thyroxine and retinol，簡稱TTR。

TTR 蛋白以同質四聚體的形式執行其生理功能。 TTR 分子以β-折疊相互聯系，形成二聚體，2個二聚體再聚合成四聚體。 由于TTR 分子自身就含有大量的β-折疊，故較易將原先的β-折疊改變為Prion 型的β-折疊，再進而形成小纖維樣的結構，在身體各處和眼睛中沉積，從而引起疾病。TTR 沉積物也能被剛果紅染色，并在偏振光顯微鏡下呈蘋果綠的雙折射現象，說明TTR 沉積物也是以Prion 型的結構引起疾病的。

基因突變能改變TTR 分子中的個別氨基酸，使TTR 更容易改變為Prion 類型的結構。 但無論是“正常”的（即沒有氨基酸序列改變的）TTR 和有基因突變的TTR（即有氨基酸序列改變的）都可引起淀粉樣變性病，但影響的器官不同，癥狀也有所差別。 由TTR 蛋白引起的淀粉樣變性病主要有3 種：①家族性多發神經淀粉樣變性病；②家族性心肌淀粉樣變性病；③老年全身性淀粉樣變性病。 前2 種是基因突變引起的，有遺傳性，在家族中常有多人受影響，而第3 種不是基因突變引起的，無遺傳性。

一個常見的TTR基因突變就是使蛋白中第30 位的氨基酸從纈氨酸變為蛋氨酸（Val30Met）。該突變引起的淀粉樣變性病主要影響周圍感覺神經和自主性神經，所以稱為家族性多發神經淀粉樣 變 性病（familial amyloid polyneuropathy，FAP）。全世界約有1 萬個病例報告。患者一般20 多歲即可發病，初始患者感覺腳趾發麻和疼痛，皮膚逐漸喪失觸覺和對溫度的感覺。 此后癥狀逐漸向上蔓延，影響小腿、大腿，直至上肢。 患者感覺神經有火燒樣的疼痛，行走困難，并交替出現便秘和腹瀉，惡心，嘔吐，體重減輕，眼中可有玻璃體混濁。

其他一些TTR基因的突變，例如第60 位的蘇氨酸變為丙氨酸（Thr60Ala）、第68 位的異亮氨酸變為亮氨酸（Ile68Leu）、第111 位的亮氨酸變為蛋氨酸（Leu111Met），第122 位的纈氨酸變為異亮氨酸（Val22Ile），則主要影響心臟，稱為家族性心肌淀粉樣變性病（familial amyloid cardiomyopathy，FAC）。它幾乎能影響心臟的所有組織，包括心臟跳動信號的傳導系統、心室、心房、瓣膜、冠狀動脈、大動脈等，從而引起氣短（即使在輕微運動后）、心悸、心律不齊、運動后易暈厥，心臟腫大，最后發展為心衰。 其他癥狀包括下肢水腫、疲乏、體重減輕、胸痛等。

TTR 在沒有氨基酸序列改變的情況下也可改變折疊狀況，變成Prion 型的沉積物，從而引起疾病。由于它主要影響老年人，所以被稱為老年全身性淀粉樣變性病（senile systemic amyloidosis，SSA）。據估計，80 歲以上的老人約有25%患該病。 由于該病和FAC 一樣主要影響心臟，所以又稱為老年淀粉樣心臟病變（senile cardiac amyloidosis，SCA），癥狀與FAC 也非常相似。

由于TTR 主要是由肝臟生產的，治療遺傳性TTR 淀粉樣變性病（即由TTR基因突變引起的疾病）的一個辦法就是實行肝移植。肝移植不能改變全身的TTR基因，卻可在移植的肝臟中獲得正常的TTR基因，生產出正常的TTR 蛋白。 這不會改變眼中TTR基因突變引起的后果，例如玻璃體混濁，也不能消除患者年老時患老年全身性淀粉樣變性病的危險，但至少可以治療已經出現的其他全身性癥狀。

2.10 胰島淀粉樣蛋白引起的胰島細胞死亡 胰島的β-細胞除分泌胰島素，調節血糖外，還同時分泌一種蛋白，稱為胰島淀粉樣多肽（islet amyloid polypeptide，IAPP）。 由于它能轉變為Prion 型的淀粉樣沉積，這種蛋白也稱為Amylin，其生理作用是在腦中產生飽足感，促使人停止進食，同時延緩胃排空時間，總的效果就是避免進食后血糖水平的爆發性增加。

Amylin 是與胰島素一起分泌到血流中的，與胰島素的分子數量比約為100:1，即每分泌一個胰島素分子，就要同時分泌100 個Amylin 分子。 且Amylin基因和胰島素基因使用同一個啟動子，胰島素分泌增多時，Amylin 的分泌也相應增加。在II型糖尿病中，身體對胰島素的敏感度下降，促使身體分泌更多的胰島素，這會同時使得Amylin 的分泌增加，這2 個因素相加，就會使Amylin 在血液中的濃度極大增加，易形成淀粉樣沉淀，從而引起疾病。 Amylin 分子形成的淀粉樣沉淀可被剛果紅染色，并在偏振光顯微鏡上呈蘋果綠色的雙折射現象，說明Amylin 形成的沉積物也與Prion 蛋白具有相似的橫向β-折疊結構。

Amylin基因為89 個氨基酸殘基編碼，但是最終起生理作用的蛋白只含有37 個氨基酸殘基。從最初合成的蛋白質到Amylin，需經多個修飾步驟。首先由22 個氨基酸殘基組成的信號肽鏈被切除，形成有67 個氨基酸殘基的前體蛋白（proIAPP）。然后11 個氨基酸殘基從前體蛋白的氨基端去掉，16 個氨基酸殘基從前體蛋白的羧基端去掉，羧基肽酶再除去羧基端的2 個氨基酸殘基，暴露羧基末端的甘氨酸氨基。 另一個酶將這個甘氨酸殘基中的羧基和中心碳原子去除，只留下其氨基與肽鏈相連，形成肽鏈兩端都是氨基的情形。 IAPP 分子第2 位和第7 位的半胱氨酸殘基之間形成二硫鍵，Amylin 分子才最后完成。 此二硫鍵和羧基端的氨基對于Amylin 的生理活性都是必要的。

在胰島素分泌大量增加時，前體蛋白也大量形成，但加工前體蛋白的活性，特別是除去氨基端11 個氨基酸殘基的活性跟不上，使得前體蛋白大量淤積，導致前體蛋白的折疊狀況發生變化，轉變為Prion 型的結構。 形成Prion 型結構的前體蛋白又可作為“種子”，使已分泌的Amylin 分子也改變折疊方式，形成淀粉樣沉積，引起胰島β-細胞的死亡。 在Ⅱ型糖尿病患者的胰島中可發現Amylin的淀粉樣沉淀，這是Ⅱ型糖尿病的特征之一。

2.11 溶菌酶變異引起的淀粉樣變性病 溶菌酶（lysozyme）是人體分泌的用于對抗細菌的蛋白質。溶菌酶可分解構成細菌細胞壁的糖蛋白，使細菌失去細胞壁的機械支撐而破裂死亡。 溶菌酶主要由肝臟、消化道和巨噬細胞生產，在眼淚、唾液、黏膜及母乳中都大量存在，是人體對抗細菌感染的重要手段之一。

溶菌酶為球形分子，含有大量的β-螺旋結構，而沒有β-折疊。 但基因突變可改變溶菌酶中某些氨基酸，使得溶菌酶原來的結構變得不穩定，易轉變成為β-折疊，形成Prion 型的結構，在身體內形成沉積，從而引起淀粉樣變性病。這些沉積的性質可用剛果紅染色，并在偏振光顯微鏡下呈蘋果綠的雙折射現象得到確認。 已報道的基因突變有：第56 位的異亮氨酸變為蘇氨酸（Ile56Thr）、第57 位的苯丙氨酸變為異亮氨酸（Phe57Ile）、第64位的氨基酸從色氨酸變為精氨酸 （Trp64Arg）、和第67 位的天冬氨酸變為組氨酸（Asp67His）。

溶菌酶引起的淀粉樣變性病主要影響唾液腺和淚腺、消化道，以及維管系統（包括血管和淋巴系統），分別引起干燥綜合癥（sicca syndrome）、腹瀉和腹痛、腎損傷和淋巴結出血，但不侵犯神經系統。不同的基因突變造成的氨基酸殘基的改變有所差別，形成的淀粉樣沉淀彼此不同，侵犯的器官和組織不同，所引起的癥狀也不完全一樣。輕的只有腹瀉、腹痛和營養不良，而嚴重的會有腎損傷，需要腎透析或腎移植，以及肝臟破裂，需要手術修復。

2.12 纖維蛋白原變異引起的家族性腎病 纖維蛋白原（fibrinogen）是由肝細胞生產的用于凝血的蛋白質，目的是防止血管損傷時過度出血。 纖維蛋白原由2 個部分組成，每個部分含有3 個不同的肽鏈，分別稱為α、β、γ，所以每個纖維蛋白原總共含有6 根肽鏈。 當組織受損時，纖維蛋白原中的α 鏈和β 鏈的氨基端被纖維蛋白酶（thrombin）水解而被去除，余下的部分稱為纖維蛋白（fibrin）。 纖維蛋白能聚合成長纖維，并彼此交聯，將血細胞包裹其中，形成凝血塊，堵塞血管破裂處，以防止繼續出血。

纖維蛋白原是溶于水的，主要由α－螺旋組成。 但如果纖維蛋白原的基因，例如為α－鏈編碼的基因發生突變，改變α－鏈中的一個氨基酸，就會使得纖維蛋白原結構不再穩定，折疊狀況改變，形成β－折疊，像Prion 蛋白那樣聚集成為不溶于水的沉積物，從而引起疾病。已經報道的能引起纖維蛋白原淀粉樣沉積的基因突變都發生在為α－鏈編碼的基因上，包括第526 位的谷氨酸變為纈氨酸（Glu526Val）、第543 位的苯丙氨酸變為賴氨酸（Phe543Lys）、第545 位的谷氨酸變為賴氨酸（Glu545Lys）、第554 位的精氨酸變為亮氨酸（Arg554Leu）、第573 位的苯丙氨酸變為組氨酸（Phe573His）、第574 位的甘氨酸變為苯丙氨酸（Gly574Phe），以 及 第1 611 位 的 丙 氨 酸 被 刪 除（1611delA）。 除第1 611 的丙氨酸被刪除外，其余5 種突變都發生在一個窄小的區域內（從526 位至574 位），說明該區域內的氨基酸殘基對肽鏈的折疊方式非常重要，稍有改變就會使α－螺旋變為β-折疊。

纖維蛋白原引起的淀粉樣變性病不影響神經系統，而主要影響腎功能，癥狀包括蛋白尿、高血壓和氮血癥（azotemia），即由于腎臟清除廢物的功能降低，血液中含氮廢物的濃度升高，包括尿素、肌酐（creatinine），以及其他含氮廢物。有時癥狀還會很嚴重，例如在一個秘魯裔的家族中，就有3 位成員由于纖維蛋白原淀粉樣變性病而死亡。

2.13 胱抑素蛋白變異引起的腦部疾病 半胱氨酸蛋白酶抑制蛋白（cystatin C，簡稱胱抑素）是一種蛋白酶抑制蛋白，能抑制細胞溶酶體中的半胱氨酸蛋白酶（在催化反應中心使用半胱氨酸殘基的蛋白酶）的活性。人體所有具有細胞核的細胞都會生產胱抑素，所有的體液也都含有胱抑素，所以胱抑素是身體防止細胞受損時釋放的溶酶體蛋白酶破壞身體組織的防線。

胱抑素是一個小蛋白，只含有120 個氨基酸殘基，含有α－螺旋和β－折疊。若胱抑素的基因發生突變，改變其中的一個氨基酸殘基，就有可能改變胱抑素肽鏈的折疊情形，形成Prion 蛋白那樣的橫向β-折疊結構，形成淀粉樣沉積物，從而引起疾病。

在冰島發現了一種疾病，患者腦部血管病變，造成腦溢血或中風，導致患者在40 歲以前死亡。這些患者的腦組織中并沒有阿茨海默癥患者腦組織淀粉樣的斑塊沉積，而是在腦血管中有淀粉樣沉積，可用剛果紅染色和偏振光下的雙折射現象確認。 對受影響的8 個家族的128 位患者的研究發現，這些沉積物含有一種變異的胱抑素蛋白，其氨基端的10 個氨基酸殘基缺失，且在第68 位上亮氨酸被谷氨酸代替（Leu68Glu）。這2 個改變導致腦中胱抑素改變了肽鏈的折疊方式，成為致病蛋白。

2.14 凝溶膠蛋白變異引起的角膜病變 凝溶膠蛋白（gelsolin）是影響肌動蛋白（actin）聚合和解聚的蛋白質，使得含有肌動蛋白的液體在凝膠（gel）狀態和溶膠（sol）狀態之間轉換，因而得名。 肌動蛋白是重要的“細胞骨架”之一。 它們聚集成長絲，成為支撐細胞形狀的“骨架”；同時還作為“軌道”，使肌球蛋白（myosin）沿著其長絲滑動，在細胞運動、肌肉收縮、細胞內的“貨物運輸”中發揮重要作用，而這些活動都離不開凝溶膠蛋白的作用。凝溶膠蛋白在細胞內（細胞質和線粒體）和細胞外（血漿）中都存在。

基因突變導致的凝溶膠蛋白中個別氨基酸殘基變化，能改變凝溶膠蛋白的折疊方式，使它變為Prion 型的蛋白質，在體內沉積引起疾病。 根據突變引起的氨基酸殘基改變的不同，聚合物的沉積處不同，引起的癥狀也不同。

一種基因的突變使得凝溶膠蛋白第187 位的天冬氨酸變為天冬酰胺（Asp187Asn）。 這個突變首先在一些芬蘭家族中發現，所引起的疾病稱為芬蘭型全身性淀粉樣變性病（familial amyloidosis,Finnish type）。 患者角膜中出現淀粉樣沉淀，引起角膜網絡病變癥（lattice corneal dystrophy），使角膜變得渾濁，影響視力。 除角膜外，在皮膚中也有淀粉樣沉積，包括沉積在皮膚的血管、 神經和彈性纖維上，使皮膚失去彈性導致皮膚松弛癥（cutis laxa）及皮膚內出血。 淀粉樣沉積還會造成神經纖維的退化，導致面部皮膚癱瘓。 若運動神經受到影響，還會引起運動失調和全身癱瘓。

相反，若基因突變造成的氨基酸殘基改變不是發生在第187 位，而是第184 位，氨基酸殘基從天冬酰胺變為賴氨酸（Asn184Lys），或第167 位的氨基酸殘基從甘氨酸變為精氨酸（Gly167Arg），凝溶膠蛋白就不沉積在角膜和皮膚中，而是只影響腎功能，癥狀表現為蛋白尿甚至腎功能衰竭。

（待續）