Skip to main content

Prionsygdomme

Jan Gerstoft

2. nov. 2005
8 min.

Det har været kendt siden slutningen af 1960'erne, at de spongiforme encefalopatier, der er de eneste kendte prionassocierede sygdomsbilleder hos mennesket, er smitsomme. I kølvandet på kortlæggelsen af kuruepidemien på Ny Guinea blev der udført forsøg, der viste, at sygdommen kunne overføres til chimpanser via inokulation af hjerne fra et kururamt menneske. På samme måde blev det vist, at også sporadisk Creutzfeldt-Jakobs sygdom (CJD) kunne overføres til chimpanser. Smitsomheden blev yderligere cementeret ved fremkomsten af iatrogen CJD forårsaget af smitte overvejende via væksthormon, der er udvundet fra mennesker. Smitsomheden som sådan er altså ingen nyhed. Den er også veletableret hos dyr med spongiforme encefalopatier.

Der er blevet føjet en ny sygdom til listen over spongiforme encefalopatier, variant Creutzfeldt-Jakobs sygdom (vCJD). Denne sygdom blev først beskrevet i 1996, og den skyldes infektion med bovin spongiform encefalopati- (BSE, »kogalskab«) prion. Efterfølgende er der sket en eksplosion i antallet af artikler, der omhandler prioner, og den stadig ufuldstændige forståelse af disses usædvanlige biologi er øget væsentligt.

Prionhypotesen

Selv om man længe har vidst, at de spongiforme encefalopatier hos mennesker og dyr (fx scrapie) var smitsomme, var det smitsomme agens' natur gådefuld. Først og fremmest var det besynderligt, at samme sygdom kunne optræde i en sporadisk, en familiær og en smitsom form. Ydermere var de fysisk-kemiske egenskaber ved agens meget specielle: Det påvirkes bl.a. ikke af ultraviolet bestråling, nukleaser eller proteaser og er relativt termostabilt.

Forskelle arter imellem har altid været opfattet som betinget af forskelle i RNA eller DNA. De forskellige spongiforme encefalopatier har specielle stabile fænotypiske karakteristika og udgør som sådan forskellige arter, men forskellen er ikke betinget af forskelle i DNA eller RNA.

Allerede i 1967 var det blevet foreslået, at scrapie var forårsaget af et selvreplicerende protein. Denne hypotese blev videreudbygget af Prusiner, der først i 1980'erne fremsatte prionhypotesen (1). Sygdommene er forårsaget af et prion (pr oteinaceous i nfectious on ly). Dette prion skyldes en abnorm foldning af et i øvrigt normalt protein (PrPC ). Det specielle ved det abnorme protein (PrPSc ) er, at det inducerer sin egen abnorme foldning hos den normale form af proteinet. Det abnorme protein dannes enten ved en meget sjælden stokastisk hændelse (sporadisk CJD), ved instabilitet i proteinet induceret af mutationer (arvelige spongiforme encefalopatier) eller ved smitte.

PrPC og PrPSc har samme primærstruktur, forskellen synes alene at ligge i glukosylering og foldning. PrPSc har næsten 50% β -sheets, hvilket formentlig er grundlaget dets resistens over for ydre påvirkninger. I forbindelse med ophobning af PrPSc ses nogle gange dannelse af amyloide plaques. Det er dog ikke fastslået, om den sygdomsfremkaldende faktor er ophobning af abnormt protein, fravær af normalt protein eller selve omdannelsesprocessen (2). Her kunne man forestille sig, at foldeproteinerne - chaperonerne - blev totalt beslaglagt i processen med deraf følgende fatale konsekvenser for cellen.

Det er naturligvis en meget provokerende hypotese, at der skulle kunne findes smitsomme agenser uden indhold af kernesyre. Hypotesen er da også blevet voldsomt angrebet, dette til trods fik dens »fader« Nobelprisen i 1998. De seneste år er der genereret mange resultater, der støtter prionhypotesen - og ingen, der taler væsentligt imod den.

Vigtigst er det at knockoutmus uden priongenet ikke kan blive syge, selv om de bliver smittet med prion. Modsat falder inkubationstiden, hvis genet overeksprimeres. Det normale prionprotein er eksprimeret i neuroner og en række andre celler, herunder en række hæmatologiske cellelinjer. Det er et membranprotein med stort set ukendt funktion, men nye undersøgelser kunne tyde på, at det transmitterer neuroprotektive signaler og/eller er involveret i kobbermetabolismen (2). Det er vist at ikkesygdomsfremkaldende polymorfier i priongenet er afgørende for inkubationstiderne, dette gælder fx både for kuru og iatrogen CJD.

Problemerne med prionhypotesen er blandt andet en dårlig forståelse af de molekylære forhold, der leder til dannelsen af PrPSc , herunder også den spontane omdannelse, der skulle være baggrund for sporadisk CJD. Det er fortsat svært at forstå, at mindre forskelle i foldning og/eller glukosylering kan medføre store fænotypiske forskelle, der er stabile ved passage. Det afgørende eksperiment, der endeligt ville kunne bekræfte prionhypotesen består i in vitro-dannelse af prioner ud fra rekombinant protein, med efterfølgende påvisning af, at disse var i stand til at forårsage sygdom in vivo. Dette eksperiment er det ikke lykkedes at gennemføre for de prioner, der giver spongiforme encefalopatier, selv om det in vitro er demonstreret, at PrPSc kan inducere omdannelse af PrPC til PrPSc .

Hjælpen synes at komme fra en uventet kant. Det har vist sig, at svampe også har prioner, som her synes at udfylde en naturlig funktion, idet de hjælper organismerne med hurtigt at adaptere til nye omgivelser. For disse prioner er det lykkedes at generere de novo-prioninfektivitet in vitro (3).

Det er på nuværende tidspunkt klart, at PrPSc er en essentiel og uerstattelig del af den infektiøse enhed; om den også er den eneste komponent, eller om der er andre essentielle komponenter med i enheden, er for nuværende uafklaret. Der er dog næppe tvivl om, at prionhypotesen, selv om den på nogle punkter fortsat er meget abstrakt, udgør et frugtbart intellektuelt fundament for forståelse og kommunikation omkring disse specielle sygdomme.

vCJD

Siden vCJD blev beskrevet i 1996 er den blevet diagnosticeret hos 130 mennesker - hvoraf 95% var fra Storbritannien. Sygdommen, der er fatal i løbet af få år, har en karakteristisk klinik, billeddiagnostik og neuropatologi og er derudover karakteriseret ved, at patienterne er påfaldende unge (median 28 år). Det anses for usandsynligt, at sygdommen tidligere har kunnet overses. Der er meget massivt videnskabeligt belæg for, at vCJD skyldes smitte med BSE-prioner. Bevisføringen omfatter epidemiologi, proteinkemi, patologi og dyreforsøgsdata.

Initialt, da sygdommen blev kendt, frygtedes det, at en større epidemi var på vej - årsagen hertil var frygten for, at et meget stort antal personer var eksponerede gennem indtagelse af produkter fra køer (180.000 køer er diagnosticeret med BSE) sammenholdt med den forventede lange inkubationstid (median 12 år ved andre prionsygdomme med smitte fra mennesker).

Udviklingen i antallet af diagnosticerede tilfælde har været moderat. Der var en langsom stigning i incidensen til 20-30 per år, hvor den har holdt sig i de seneste tre år. Nogle beregninger tyder faktisk på, at epidemien har toppet (4). Fælles for de forskellige matematiske modeller er, at de på baggrund af udviklingen nu nedjusterer deres øvre sikkerhe dsgrænse for epidemiens størrelse. Det må dog ikke glemmes, at der teoretisk fortsat er mulighed for en større epidemi - det kunne fx være tilfældet, hvis det indtil videre kun var en speciel, genetisk mindre gruppe med særlig stor følsomhed for prionet og dermed kortere inkubationstid, som var blevet syge. Den store hovedpart af de smittede skulle så først blive syge senere. Bliver inkubationstiden alt for lang, vil mange - måske hovedparten - af de smittede nå at dø af andre årsager - et scenario, hvor man nok undgår en større epidemi umiddelbart, men til gengæld potentielt står med et stort problem med risiko for iatrogen smitte.

Rent faktisk er alle vCJD-patienter homocygote for methionin på kodon 129, hvilket gælder for 40% af normalbefolkningen. Man ved således intet om inkubationstiden for de resterende 60%, herunder om de overhovedet er modtagelige for smitte. Men selv om estimaterne skulle ganges med 2,5 for at få de sidste 60% med, ændrer det ikke meget i forhold til den betydelige usikkerhed, der i forvejen er ved estimaterne. Estimaterne kunne trues, hvis nuværende patienter med vCJD tilhører en mindre gruppe, der genetisk er forskellig fra resten af befolkningen - de kunne fx på grund af forskelle i promoterregionen have højere ekspression af PcP, men kunne også potentielt adskille sig på andre loci.

Det forhold, at de ramte personer ikke erhvervsmæssigt, kostmæssigt eller på andre måder adskiller sig fra befolkningen, kunne tyde på en genetisk forklaring. Tilsvarende er det også typisk kun ét dyr i en besætning, der bliver syg med BSE.

I en række elegante eksperimenter har man kortlagt prionets rute til CNS efter peroral smitte. Prionerne trænger ind via M-celler, hvorfra de invaderer det mucosaassocierede lymfoide væv. Dernæst når de andre dele af det lymfoide system for endelig at blive transporteret til cerebrum via perifere nerver og medulla (5). Det er klarlagt, at follikulære dendritiske celler samt komplement er afgørende for infektiøsiteten.

Undersøgelse for smitte med prioner

Den endelige diagnose af prionsmitte kræver analyse af hjernevæv - oftest postmortelt. Der er et enormt behov - og et lukrativt marked - for diagnostiske screeningsmetoder, der kan stille diagnosen på et tidligere tidspunkt. Modsat andre prionsygdomme hos mennesker er vCJD en systemisk sygdom, således har prionerne kunnet påvises i lymfoidt væv som tonsiller og appendix, før klinisk sygdom blev evident. Screening af tonsilvæv fra vævsbanker i Storbritannien har ikke givet holdepunkt for smittespredning i befolkningen.

Da man ikke kan anvende de sædvanlige diagnostiske metoder såsom antistofpåvisning eller PCR til smittepåvisning, er der behov for nytænkning. Inden for de seneste 11/2 år er der publiceret en række meget forskellige test.

Der er udviklet en test, der kunne betegnes som en »protein-PCR«, som er en cyklisk amplifikation af eventuelle prioner i det undersøgte materiale (6). Andre har mere traditionelt målt udskillelse i urinen af (ikkeinfektiøse !) prioner (7). Endelig er det blevet påvist, at et hidtil ukendt protein, der påvirker den erytroide differentiering, er undereksprimeret hos dyr og mennesker, der er inficeret med prioner (8). Det har vist sig, at man kunne forudsige sygdom hos køer med ekg-påvisning af ændret respiratorisk sinusarytmi. For alle metoderne gælder dog, at de mangler at blive konfirmeret ved yderligere forsøg og klinisk praksis.

Hovedårsagen til, at prionsygdommene vækker interesse, er deres stormløb på fastslåede dogmer. De vil forblive ekstremt sjældne, men eventuelle tiltag til at forhindre nosokomial infektion vil muligvis kunne mærkes i dagligdagen.



Reprints: Jan Gerstoft, epidemiklinik M5132, Finsencentret, H:S Rigshospitalet, DK-2100 København Ø.

Antaget den 11. oktober 2002.

H:S Rigshospitalet, Finsenscentret, epidemiklinik M5132.


Referencer

  1. Prusiner SB. Prions. Proc Natl Acad Sci USA. 1998; 95: 13363-83.
  2. Collinge J. Prion diseases of humans and animals: their causes and molecular basis. Annual Rev Neurosci 2001; 24: 519-50.
  3. Maddelein ML, Dos RS, Duvezin-Caubet S, Coulary-Salin B, Saupe SJ. Amyloid aggregates of the HET-s prion protein are infectious. Proc Natl Acad Sci USA 2002; 99: 7402-7.
  4. Valleron AJ, Boelle PY, Will R, Cesbron JY. Estimation of epidemic size and incubation time based on age characteristics of vCJD in the United Kingdom. Science 2001; 294: 1726-8.
  5. Blattler T. Transmission of prion disease. APMIS 2002; 110: 71-8.
  6. Ingrosso L, Vetrugno V, Cardone F, Pocchiari M. Molecular diagnostics of transmissible spongiform encephalopathies. Trends Mol Med 2002; 8: 273-80.
  7. Shaked GM, Shaked Y, Kariv-Inbal Z, Halimi M, Avraham I, Gabizon R. A protease-resistant prion protein isoform is present in urine of animals and humans affected with prion diseases. J Biol Chem 2001; 276: 31479-82.
  8. Miele G, Manson J, Clinton M. A novel erythroid-specific marker of transmissible spongiform encephalopathies. Nature Med 2001; 3: 361-4.