羊搔癢症及傳染性海綿狀腦病
- 建立日期
- 96年01月15日
- 更新日期
- 96年01月15日
- 作者
- 李淑慧
- 內容
摘 要
傳染性海綿狀腦病(Transmissible spongiform encephalopathies; TSEs) ，以下簡稱TSEs；因其會造成人類或動物腦組織海綿狀病變而被命名。1982年美國神經生化學家Prusiner S.B博士 於科學雜誌 (Science) 發表羊搔癢症Scrapie之致病物質為一不含核酸，僅具蛋白質之粒子，並將其命名為Proteinaceous infection particle； Prion) ，此具感染力之普里昂(Prion)以下簡稱Prion。正常動物及人類許多細胞表面皆含有Prion，簡稱PrPC，c 代表細胞(cellular) ；此PrPC正常結構為四個 螺旋結構，由於不明原因使其中兩個 螺旋結構，異構 (Conformation) 為 褶板樣結構，發生異構現象之Prion稱PrPSc ，Sc代表Scrapie；以下簡稱PrPSc，具感染力與病原性。PrPSc 無法被正常蛋白酵素所水解，故會堆疊於腦組織中，尤其是神經細胞，引起神經細胞凋零 (Apoptosis) ，繼而星狀細胞移除凋零死亡之神經細胞，形成腦組織之空洞變化。綜合近年來相關文獻可得知人類或動物感染PrPSc，大致可分為兩種路徑，一為經口感染受污染之食物，將PrPSc經口食入 ，在扁桃腺增殖，經由免疫系統主要是B細胞，將PrPSc帶入周邊淋巴結與脾臟，Follicular dendritic cells會幫助PrPSc 之複製，再經由B細胞將PrPSc 帶入周圍神經，最後感染腦神經細胞，另一感染途徑為醫源性感染 ( Iatrogenic ) 經注射荷爾蒙、輸血、外科手術等醫療行為而感染PrPSc，此具病原性Prion可經由血液或淋巴液感染周圍神經，最後感染腦神經細胞，造成海綿狀腦病。
前言羊搔癢症(Scrapie)：最早於1730年於英國綿羊發現，，當時在中歐相當流行，發病綿羊感覺身體發癢，臨床上會有磨蹭牆壁，樹幹，籬笆等處症狀。病羊呈步履不穩、顫抖、瞎眼、摔倒、最後死亡等症狀。病羊的腦部切片有明顯的海綿狀病變。1996年英國政府發佈狂牛症，又稱牛海綿樣腦病(Bovine spongiform encephalopathy, BSE)，以下簡稱BSE 疑與新型變種庫賈氏病 (Variant Creutzfeldt-Jakob disease；以下簡稱vCJD) 有關之訊息後(1996，BSE inquiry)，在茶餘飯後，狂牛症及海綿樣腦病變是常被提到的話題。因為海綿樣腦病變的名詞非常嚇人，使人以為是整個腦子變得像海綿般。其實患者的大腦外表看起來只是有點萎縮，主要是其大腦切片在顯微鏡下顯示神經細胞大量死亡，而存活的神經細胞之間有許多的空隙存在，因為沒染上色，看起來如同海綿的空洞一樣。近年來BSE已掀起全世界之恐慌，本來英國BSE的疫情已獲得控制，但最近在法國、德國、西班牙、比利時等國卻陸續爆發數十件人、畜的病例，大家才驚覺BSE已巧巧地入侵歐洲，法國的「世界報」稱此事件為「歐洲危機」。以往研究只認為BSE只會在牛、羊品系中傳播，然進年來隨著證實人類食入含BSE病原之牛肉而感染vCJD，陸續證實其他動物也會感染BSE，包括鹿、糜鹿、貂、貓、獅、豹等。據研究顯示BSE之所以會在歐洲死灰復燃，關鍵因素可能在於飼料問題，故歐盟已通過法令，自九十年一月一日起全面禁止使用含有動物製品的飼料供牛、豬及家禽食用，為期六個月，以避免畜齡30月以上的動物感染BSE進入食物鏈，造成危害。
TSEs發生起源及個別簡介Scrapie： 山羊及乳羊的〝搔癢症〞，由PrPSc 所引起，臨床上呈現搔癢狀神經症狀而命名之。其腦組織切片可見特徵性空泡病變。 BSE： BSE是在英國1985年4月首次觀察到臨床症狀，至少造成16萬5千頭牛的死亡並於1986年診斷出並發表。據研究顯示，BSE與人類之庫賈氏症(Creutzfeldt-Jakob Disease,CJD)有關，自從英國爆發牛海綿狀腦病(BSE)之後，在世界上許多國家包括：阿根廷、比利時、德國、墨西哥等也陸續有病例發生，牛海綿狀腦病（Bovine Spongiform Encephalopathy；BSE）是引起牛致死性腦部疾病，臨床症狀主要是行為異常包括有行動遲緩、動作無法協調、精神沉鬱、狂燥不安、流涎、舔鼻、磨牙等，對聲音、光線或觸覺之刺激敏感。 經過多年的研究認為牛隻可能是吃了感染了羊搔癢症（也是一種傳染性海綿樣腦病變，於1930年被發現）的羊隻所作成的肉骨糜的飼料之故。因為狂牛症與新型的庫賈氏病的關連，使得英國牛肉人人避之唯恐不及。 CWD： 狂鹿症英文名為Chronic wasting disease (CWD)，是一種可傳播的海綿樣腦病 (transmissible spongiform encephalopathies；TSEs)，主要感染鹿及美洲赤鹿(麋鹿) (elk)，最早在1967年於美國西部發現，特徵是體重漸漸減輕最後衰弱致死。目前為止仍無法得知CWD與引起其他動物及人類海綿樣腦病病原(prion)之關聯性。CWD 可感染洛磯山麋鹿、北美大角鹿(mule deer)、白尾鹿、黑尾鹿及反芻動物，包括野生反芻獸、牛、綿羊及山羊。但若前述野生動物直接或間接與感染CWD之鹿或美洲赤鹿同居感染，不會有任何反芻獸出現CWD或TSE之症狀，這些發現頗值得進一步探討。CWD大多發生在成年動物，本病是漸進性感染動物，其最終的命運大多是死亡一途，最明顯而始終如一的是長期體重減輕，主要行為異常包括與同欄動物間互動降低，無精打采，垂頭喪氣、面無表情，在欄舍內漫無目的來回走動，在美洲赤鹿顯現之臨床症狀則是過度興奮與神經質。發病動物會持續吃著穀粒，但對乾草的興趣則會大大降低，會大量流涎及磨牙，大多數患病動物飲水量及排尿量會遽增。雖然有學者正進行活體動物之診斷研究，但目前唯一可使用之診斷方法還是進行剖解採材，肉眼病變及臨床症狀是可相呼應的，消瘦及吸入性肺炎可能是致死之主要原因，組織病理變化包括中樞神經系統有類似其他海綿樣腦病之病理變化，此外，也有人應用免疫組織化學，在感染CWD患畜腦內染出可對抗蛋白酵素消化的異常prion。真正的傳播模式至今未明，在捕捉後篆養下出生的動物及在野生生活下出生之動物都有感染CWD 之病例，由流行病學的角度觀之，或許垂直感染及水平感染皆有可能，其感染源是否由飼料而來，則沒有直接證據，因為受感染之動物所攝食的飼料太廣泛，不易探討。美國科羅拉多州及懷俄明州之野生動物管理處，正持續投入資金致力於CWD之研究，此外，科羅拉多州野生動物部門，正研究發展CWD清淨牧場之經營管理計畫，這些委員會正設法限制CWD漫延至新養殖區，同時致力降低鹿及美洲赤鹿(麋鹿)感染CWD之發生率。 GSS： 家族遺傳失眠症 (Gerstmann - straussler syndrom) Kuru： 克魯症，早期發生於新幾內亞島上食人族部落，由吃食屍體而傳染，類似典型的帕金森疾病，但年輕人也會感染，初發病時病患全身四肢不由自主的抖動，然後逐漸神經退化，後期時會失去吞嚥能力，活活餓死或渴死，有的在餓死前便因肺炎而死，更有的因為無法行動，長期躺在自己的大小便上，因褥瘡中毒而死，大約只需三到六個月。最後失去行為能力，但自發病至瀕死患者之意識仍清楚，其病原亦為發生異構之Prion。 CJD： 人亞急性海綿狀腦病變 (Creazfeld-Jakob Disease) ，魯茲菲爾德--雅各症 或稱 庫茲菲德o賈克氏症或稱人類庫賈氏病，此病在病理學上有三個特點，即大腦皮質產生空洞狀退化，使大腦組織呈現海綿狀，又稱海綿樣腦症。若將患者的腦組織接種於實驗動物大腦中，經過一段潛伏期也會造成該實驗動物發病，醫界在早期咸認此病是由慢性病毒所致。然而近年來的研究，已瞭解此病是由一種變性Prion所引起，會將神經細胞內蛋白質PrPc轉化為PrPSc而以等比級數速度累積在神經細胞內，終使腦海綿樣。此病在病發初期，以記憶力衰退、行為異常及步態不穩等類似痴呆症狀。隨著病程進展，除了上述症狀會逐漸惡化外，患者的四肢與軀幹會有劇烈之抽動(肌躍症)，此外視力模糊、肢體無力、麻木感、癲癇也可發生，在末期則以嚴重痴呆為主。此病的診斷由神經科專科醫師依患者之臨床症狀和腦脊髓液檢驗，配合腦電圖、電腦斷層攝影等檢查可知，確定診斷需靠腦部切片，但臨床醫師因擔心在切片過程中可能造成病原蛋白質經開刀器械感染給其他病患，故多在患者死亡後才做腦部病理解剖。此病病因有三個模式：(1)偶發性：根据文獻得知，偶發性的發生率約百萬分之一，國內做過病例報告，衛生署自去年起對此病開始登錄調查。(2)遺傳性：此病有部份(約10％-15％)為家族顯性遺傳，此乃因上述Prion蛋白粒子之基因發生不同的突變所致，目前研究証實有數個突變基因與此種變性蛋白質有關，國內也已証明此種遺傳性之家族。(3)醫源性：由於各種醫療行為所造成的感染，從1974年第一例因眼角膜移植而被感染的報告後，也陸續報導因腦部手術、器械污染、硬腦膜移植、性荷爾蒙刺激素注射等而感染此病之情形。其中報導最多的是在注射萃取自人類屍體之腦下垂體荷爾蒙後發病的個案。 vCJD： 新類型庫賈氏病vCJD英國研究者為瞭解庫賈氏症是否與牛的海綿狀腦病變(Bovine spongiform encephalopathy, BSE)有關，於是透過全國通報之資料分析。結果顯示1970至96年間英格蘭與威爾斯地區的散發型CJD病例有明顯增加，曾暴露於牛隻牧場的農夫及其配偶或曾接觸罹患BSE牛隻者，得到CJD的病例數明顯多於其它未暴露者。自從BSE流行後，年輕病例卻陸續出現一些異常且持續性神經病理變化，另稱為新類型庫賈氏病 (vCJD)。研究者因此建議應從食品、動物或人體實驗，找出BSE的致病原，並確認該致病原是否會傳染給人類。目前已知道這種具感染性的變性蛋白，在人可引起庫賈氏症，Kuru症（以前野蠻部落吃人肉而感染），動物則在牛（狂牛症）、羊、老鼠皆有類似的疾病，傳染的方式一般是同種的動物可相互傳染，例如人可傳染給人；實驗上，人的病亦可傳染給老鼠，目前尚無直接由動物傳染給人的報告，但卻有應用transgenic mice 及靈長類做試驗動物而間接證實，人類vCJD之發生與攝食受BSE病原污染之牛肉有關。（一）發病或死亡的年齡早。（範圍自18-41歲，平均年齡27.6歲，）（二）疾病病程較CJD長。（由7.5-24個月，平均為13.1個月）（三）主要表現為焦慮、憂鬱、退縮及行為逐漸改變等精神症狀。 目前英國已有九十四個罹患變種庫賈氏症的案例。根據2000年初的幾個研究的估，實際上罹患變種庫賈氏症的人可能更多。此外，有許多關於變種庫賈氏症的問題依然沒有答案，比如說，變種庫賈氏症只感染年輕人嗎？年輕人比較容易得到變種庫賈氏症嗎？什麼食物最可能帶有變種庫賈氏症的病源？2000年九月二十八日在英國的萊斯特郡（Leicestershire），在半徑五公里內已經有四人死於變種庫賈氏症。為什麼？專家已經開始調查居住於此區域的人是否因其基因型或其他因素而特別容易得到此病。根據變種庫賈氏症專家及倫敦St Mary's醫院諮詢顧問John Colliner表示，平均而言，異常的普里昂蛋白可潛伏在人體內三十年或更久，換言之，下半個世紀變種庫賈氏症案例依然會出現。
Prion的定義
Prion疾病是由新病原"prion"引起的，與已知的細菌及病毒顯著不同。例如其非常耐熱、不易被生物分解。純化病原後發現其主要為prion蛋白，雖然對此傳染源的性質尚有爭議，但大部分的實驗支持"只有蛋白"的假說，即此病原無核酸且只有細胞蛋白prp c的不正常相似物。在宿主中樞神經系統中，prion蛋白(prp c或PrP-sen)轉變為不正常異構物(PrP sc或PrP-sen)且累積下來，是prion病的特徵。Prion位於細胞外表面，被phosphatidylinositol glyolipid所支撐，可能有訊息傳導、細胞黏著或是一些傳遞功能。prpc在許多種細胞都有表現，包括神經細胞、星狀細胞以及淋巴球，並顯示在小鼠胚胎發生時期會受到發育地調控。雖然prpc主要在腦組織中被發現，在心臟、骨骼肌以及腎臟中也有許多，但在肝臟中則很少被偵測到。有幾種可能與prp c結合的蛋白質被報告過。其中之一是似類澱粉先質蛋白(amyloid precursor-like protein 1,APLP1)，為類澱粉先質蛋白基因族的成員之一。這引伸了此病是否與老年癡呆症有關聯的新問題。其他可能的結合蛋白是人類薄受體先質(laminin receptor precursor,一種細胞對感染源的表面受體)以及未分類的66kDa膜蛋白。PrPc與Bcl-2(一種可以救援神經細胞的蛋白質)的相互關係指向prion蛋白可能與神經細胞的存活有關，但還未有任何生理學上明顯的證據。
普里昂蛋白（Prion）是由在加州大學執教之Prusiner S.B於1982年發現，並因此於1997年獲頒諾貝爾獎。Prusiner認為這個有缺憾的突變普里昂蛋白可「感染」腦部內健康的普里昂蛋白，造成其結構上的改變。結構異常的普里昂蛋白會繼續聚集，進而影響正常的腦部功能，最後會形成像海綿體狀的結構。科學家發現這個病源不需要經過遺傳物質（例如DNA與RNA）的複製與擴散即可造成疾病，與其他會致病的微生物如病毒、細菌與霉菌等皆不相同。換言之，普里昂蛋白本身即是病原體，而不是儲存胺基酸及蛋白質結構密碼的DNA與RNA。普里昂基因可能在七十年代時產生突變，合成異常的普里昂蛋白，然後在回收碎肉時進入食物鏈。無論這個病源體是什麼，它具有抗高溫的特性，其他一般微生物與病毒在高溫下都無法生存。在過去三十年來，科學家從來沒見過這樣的一個病源體。
TSEs之病原是一種非傳統的傳染性病原，稱為變性Prion，亦稱PrPSc，Sc代表Scrapie意思，該病原主要造成動物致死性神經變性的疾病，在人引起CJD、在牛引起牛海綿狀腦病、在山羊及綿羊引起搔癢症等，在受感染宿主會形成腦組織的海綿狀變性、神經膠細胞增生等病變。疾病之致病機序各有所不同，於牛海綿狀腦病的病例，可能是食用含有Prion病原之飼料所引起，潛伏期平均為五年。
Prion蛋白質稱為PrPC是正常細胞之蛋白質存在於神經細胞膜上，C代表Cellular意思，PrPC分子特性為全長約254個氨基酸，可完全被蛋白酵素所分解；但若PrPC於後轉譯過程中經修飾處理形成209個氨基酸的PrPC或結構轉變形成異常之PrPSc，PrPC具有四個α螺旋構造，若其中兩個α螺旋構造轉變為β5褶板構造就形成PrPSc，此結構改變之PrPSc無法完全被蛋白酵素水解，其與蛋白酵素作用後會失去約67個氨基酸，形成約142 a.a.分子量約為27-30 kD 的prion rod，此PrPSc對細胞及組織有病原性，其會插入腦神經細胞膜內且堆疊造成腦神經組織之空泡病變。
Prion之不活化方法：
TSEs之病原對傳統標準之消毒方法具有相當的抵抗力，.在最惡劣的條件下，可完全有效的消毒劑為高濃度次氯碳鈉溶液或NaOH溶液。在製做組織切片時，經formalin固定後之組織，需用98%之formic acid加以處理一小時以上，如此可將發生異構之Prion不活化。
TSEs病原之物理消毒方法：
- 放射性照射、離子化、紫外線及微波照射對TSEs病原之影響很小，並無實用效果。
- 乾熱： 360℃，1小時乾熱處理TSEs病原，小部份仍具感染力。但腦乳劑可予冷凍乾燥後，在無氧條件下，加熱處理。Scrapie感染組織經乾燥後提對熱有抵抗性。
- 高壓消毒：高壓消毒對TSEs病原之消毒效果來自重力置換(gravity displacement,GD)及porove-load(PL)兩種高壓消毒方式所得之資料。GD高壓消毒係利用蒸氣將消毒釜內之空氣逐出。PL高壓消毒則利用抽真空方式將釜內空氣抽出。GD與PL不同之處在於後者之蒸氣可快速充滿消毒釜內。GD高壓消毒：在121℃、90分鐘可使其感染力降低6 logs，但仍有3.4 logs存活。在美國，此法後來即被採用做為CJD之制式消毒法。但後來又認為132℃、4hrs不能完全保證可將CJD不活化之。建議改用132℃、4.5hrs。PL高壓滅菌：136℃、4分鐘PL高壓滅菌可將50mg濕軟腦組織中之22A或139A strain不活化。又建議134-138℃一個cycle18分鐘或6個cycles，每cycle3分鐘可不活化CJD病原。對罹患或疑似CJD病人實施精神外科或眼球外科手術中所使用之器具最好丟棄，不要考慮給予消毒後再使用，此一建議後又擴及主罹患、疑患CJD病人有血緣關係之家屬，以及曾經接受往生者腦下垂體荷爾蒙、硬膜或眼角膜移植之個人。CJD病原之變種之出現以及與BSE之相關性，大大提高了對外科手術器具之安全性之關心，此乃因PrPres蛋白可輕易地在v CJD病患之淋巴網狀組織中析出,所以對罹患CJD病人一般外科手術中所使用之器械亦應丟棄。
Prion的致病機轉
綜合近年來相關文獻可得知人類或動物感染PrPSc，大致可分為兩種路徑，一為經口感染受污染之食物，將PrPSc經口食入 ，在扁桃腺增殖，經由免疫系統主要是B細胞，將PrPSc帶入周邊淋巴結與脾臟，Follicular dendritic cells會幫助PrPSc 之複製，再經由B細胞將PrPSc 帶入周圍神經，最後感染腦神經細胞，另一感染途徑為醫源性感染 ( Iatrogenic ) 經注射荷爾蒙、輸血、外科手術等醫療行為而感染PrPSc，此具病原性Prion可經由血液或淋巴液感染周圍神經，最後感染腦神經細胞，造成海綿狀腦病。
牛海綿狀腦病與人類變性庫賈氏症之關係1996年是英國牛肉的恐慌年。這是因為自1993年以來在英國共發現了21位新型的庫賈氏病患者。一般的庫賈氏病大都是（約90﹪）散發性的，發生於中老年人，以失智症、肌躍症及腦電波的棘波為主。而新型的庫賈氏病則發生於年輕人，平均29歲（16-48歲），以精神症狀（如憂鬱，焦躁，妄想等）為最初表現，然後才是走路不穩及智力減退。其腦部病理變化除了與庫賈氏病同樣有海綿樣腦病變外，而特有許多含Prion蛋白的類澱粉斑，此變化與發生在新幾內亞的克魯症 (Kuru) 非常相似。目前由流行病學及實驗室中的證據，顯示很可能與狂牛症有關。
結論Prion之發現顛覆傳統生命繁衍所依循之孟德爾定律，一個僅由142 個amino acid組成之蛋白質小粒子，不具核酸但卻能繁衍下一代具增殖及感染力，此可怕的小東西其致病性之產生居然是緣由正常組織所擁有之細胞表面蛋白質，些微立體結構之改變所造成，此異構後之變種蛋白質PrPSc居然無法用一般處理傳染性病原之方法將其消滅，許多實驗直接或間接証明攝入高濃度PrPSc ，會導致人類或動物感染TSEs，而經由醫療行為感染TSEs更是需正視之問題。 綜論之狂牛症的起因似乎與人類違反自然法則有關，人類為了一己之私，以動物性飼料餵食，原本只吃草的牛隻所造成的。這也引發人們對另一項科技產物基因改良（Genetically modified）食品安全性的關注。往後食品安全將會成為已開發國家政府的關注的焦點。另外，從統計資料顯示，雖然感染狂牛症的牛隻數量近幾年已經減少。但其它總類的動物的感染數卻持續增加。一旦其它的食用動物也爆發類似疫情，恐會造成新的打擊。