在二十多年前，美国科学家Stanley B. Prusiner教授(1997年诺贝尔奖医学生理学奖得主)提出:变异的蛋白质可能于动物界甚至人群间传播，进而造成中枢神经系统退化等疾病的发生。在当时，许多科学家们都抱持着高度怀疑的态度，因为缺乏DNA或RNA等遗传物质的分子如何能在宿主体内复制存活呢?又如何能建立感染路径? 举例来说:病毒，这个构造最简单的微生物也是需要依赖DNA或RNA来进行复制，才能感染宿主。

然而，在Stanley B. Prusiner教授所提出的理论中，他却认为那些异常的prions蛋白可以「影响」其它正常的prions蛋白，造成其构型上的改变。这些异常prions蛋白的持续堆积在脑中会造成脑组织出现海绵状空洞，进而影响正常的中枢神经系统功能。换句话说，prion这个病原有别于细菌、霉菌、病毒等微生物，它对紫外线及消毒剂有很强的抵抗力。它不具有遗传物质(例如DNA与RNA）却可以在宿主身上造成疾病。它是一种蛋白质，但高温却破坏不了它，这个神秘的病原大大地颠覆了传统的思维，然而越来越多的证据显示这个可怕的病原确实存在。

一些可能由prions所造成的疾病又常被称为海绵样脑病变(spongiform encephalopathies)，因为这些病态的脑组织往往严重受到伤害，神经细胞大量死亡，且呈现类似海绵状，脑组织中散布着许多小空洞… 。事实上，这潜伏期长达数年的神秘疾病在动物界却是相当常见的，其中最有名的例子便是羊搔痒症(Scrapie)。早在1732年，人们就已经发现一种发生于绵羊身上得神经退化性疾病。这些生病的羊只会有行动不稳、无法站立、颤抖、因剧烈的搔痒而造成羊只磨蹭树干以至于刮去(scrape off)身上的毛 (Scrapie的命名由来) 、最终导致羊只死亡。至于prions于牛只身上所造成的牛海绵样脑病(Bovine spongiform encephalopathy, 简称: BSE)，就是我们所熟悉且忧心忡忡的狂牛病(mad cow disease) 。

狂牛病曾在欧洲掀起恐慌，其中又以英国的疫情最为严重，所以即使至今，相较于其它肉类，牛肉在英国超市中仍是较为乏人问津，英国民众似乎对于狂牛病仍有着挥之不去的阴霾…。不过，为什么原本只在羊只身上发生的羊搔痒症也会出现在牛只身上呢? 英国中央兽医研究所(Central Veterinary Laboratory)的John W. Wilesmith等人发现:饲养牛只的饲料上出了问题!因为使用了病死羊肉的制品(尤其是骨粉、脊髓、内脏等等)，喂食牛群而造成prions蛋白从羊群中跨过了种族藩篱感染了牛群。

从过去的历史中，科学家曾经在巴布新几内亚(Papua New Guinea)的食人族聚落中发现了一种神秘且可怕的疾病，当地人称此即疾病为: 枯鲁(kuru)。这个可怕的疾病造成部落中许多妇女与小孩出现运动功能失调、傻笑、痴呆等病征，然后悲惨地死亡。当时，部分科学家们认为这是一种家族性遗传疾病，直到1957年，Vincent Zigas医师 与 Carleton Gajdusek医师发现死者的脑部组织坏损严重且呈现海绵状空洞，他们也注意到该聚落土著中妇女与小孩食用死者脑部的怪异习性(男人只吃肌肉部位)，因此高度怀疑可能是存在于死者脑中的病毒经由饮食散布开来。当该部落的食人肉仪式被禁止后，枯鲁症也就不在发生了，如今，科学家们已经知道枯鲁(kuru)症的罪魁祸首也是prions。

至于库雅氏症(Creutzfeldt-Jakob disease,简称CJD)也被认为是一种发生于人类且与prions病原息息相关的疾病，其病征与枯鲁症相似，但不若枯鲁症的地区局限性，库雅氏症偶发于全球各地，大多为六十岁以上患者，发生机率仅仅约百万分之一。 除了少数是由遗传变异所造成之外，不幸地，大多数案例为不当的医疗手术所造成，如眼角膜移植、脑部外科手术污染等等。

其实最令大家担心害怕的是1996年出现于英国的新型变种库雅氏症(New variant Creutzfeldt-Jakob disease,简称vCJD)。虽然vCJD与CJD两者所造成的脑部病征相似，但CJD多发生于老年人，而vCJD则好发生于二十多岁的年轻人，且具有相当高的致死率。吃到狂牛症病牛则是感染vCJD的最可能原因，尤其病牛的脑部、脊髓、淋巴结等部位都含有高量的致病性prion蛋白，所以被认为是最危险的部位。遗憾的是科学家们对于这个疾病所知相当有限，不仅早期诊断技术非常缺乏，更别谈对付狂牛病的药物研发。英国政府曾经大规模地焚烧销毁病牛，但即使病牛死后的骨灰仍可以发现prions的踪迹，由此也可知这个变异蛋白是有多么难缠!

在研究狂牛病这个领域上已经产生两位诺贝尔奖医学暨生理学奖得主(1976, 1997)。第一位是Carleton Gajdusek医师，他于巴布新几内亚的食人族部落发现枯鲁(kuru)症，并推测病源可能是一种慢性作用病毒(slow-acting virus)。Stanley Prusiner教授则是第二位研究该领域获奖的科学家，他发现造成羊搔痒症的病原并不是病毒，它是一种不含DNA或RNA的物质，事实上，它只是一种变异的蛋白质，Prusiner教授并将此具感染力病原命名为Prion (proteinaceous infectious particles)。

在研究这领域的早期，Carleton Gajdusek医师推测病原为慢性作用的病毒，不过当时有一篇来自英国伦敦Hammersmith医院的研究报告却深深吸引着Prusiner教授， 在那篇文章中，Tikvan Alper等人将患有羊搔痒症的病羊脑部组织经过紫外光或离子射线处理后，却发现这些组织仍然具有感染能力…这是非常奇怪的，因为经过紫外光或离子射线处理后，核酸物质(nucleic acid)是会被摧毁的，所以所有具感染力的病原都应该被消灭。除非感染原根本不是一般所熟悉的细菌或病毒，除非感染原根本不具有DNA或RNA…因为这篇报告，Prusiner教授决心纯化出造成羊搔痒症的这个神秘病原。

1974年，Prusiner教授在美国加州大学旧金山分校(UCSF)开始进行他的研究。在研究的初期，他们希望从羊搔痒症的绵羊脑部组织中提炼出传染病原，这是一项困难且危险的任务，Prusiner教授实验室中的许多研究人员对于这项工作感到深深的挫折感，但他再三的坚持下，这项纯化传染病原的工作总算完成。

1982年， Prusiner教授于美国《科学》期刊上发表了一篇名为 『一个造成羊搔痒症的新颖传染性蛋白质』(Novel proteinaceous infectious particles cause scrapie. Science. 216:136 (1982))的研究论文，文中提到了prion这个新名词，它有别于我们所知道的其它病原。至于这个病原体中最主要的致病性蛋白质又被称为prion蛋白，简称PrP (prion protein)。那重要的问题出现了，蛋白质是经由基因经过转录转译而来，PrP基因又在哪里?

Prusiner教授经由与加州理工学院Leroy E. Hood等人的合作，他们定出PrP一端的其中十五个胺基酸序列，然后利用这段序列反推核酸序列并制作成分子探针(molecular probes)。有了这个探针，他们就可以进一步的探讨哺乳动物细胞中是否带有PrP基因。不久，瑞士科学家Charles Weissmann发现仓鼠细胞(hamster cells)中带有PrP基因， 几乎在同一时间，美国科学家Bruce Cheseboro也在小鼠(mouse)中发现PrP基因，接着许多哺乳类动物的细胞都被检测，令人讶异的是许多哺乳类动物都带有PrP基因，人类也不例外!!那为什么这些带有PrP基因的动物都没有得到疾病呢?这个问题曾经让当时的Prusiner研究团队陷入困境，甚至怀疑PrP根本与疾病无关。

Prusiner教授进而大胆的推测细胞内可能有两种不同的PrP，一种是会致病的，一种却是正常的。这个假设让他有如中了乐透奖般，因为他找到了PrP致病与否的关键因素。原来，一般蛋白质是很容易被细胞内一种名为Protease的酵素所分解，不过Prusiner研究团队却观察到:从感染的脑部组织中萃取出来的PrP是相当不容易被分解破坏的，这种奇特的性质与正常蛋白质非常不同，所以他进一步把这个会造成羊搔痒症(Scrapie)且不易被分解的PrP命名为PrPsc (Scrapie PrP)，与正常且易被分解的PrPc (cellular PrP)以示区别。

要证明PrP就是致病因子的最重要证据就是能在小鼠脑内诱导发病。 Prusiner研究团队在这方面的研究一直不太顺利，所以他们将研究心力转移到分析具有家族遗传性Prion疾病(Gerstmann-Straussler-Scheinker syndrome)的病人PrP基因序列。结果发现:病人的PrP基因序列中有一个位置出现突变!这样的发现也暗示着产生突变的PrP是危险的。 接着，他们回到小鼠身上进行实验，利用转基因技术改变小鼠的基因，让小鼠带有突变的PrP基因，这些突变的PrP基因会转译出许多突变的PrP蛋白质。如果突变的PrP与致病有关，那这些转殖小鼠应该是会发病的，实验结果与他们的预期相同–小鼠发病了，这项发现可谓是他们研究初期的一大进展。

既然PrPsc(Scrapie PrP)是致病的、不易被破坏的；PrPc(cellular PrP)是正常且易被分解的。那PrPsc与PrPc在蛋白质结构上又有什么差异呢?经过分子模拟分析，Prusiner的研究团队发现: PrPc(正常的蛋白质)是由alpha helices所组成，至于PrPsc(致病的蛋白质)则是完全不同的Beta-Sheet构造。蛋白质结构上的差异也造成了两者完全不同的化学性质，相较于PrPc ，Beta-Sheet结构的PrPsc更为稳定，更不易被酵素所分解。此外，他们也认为PrPsc可以诱导脑中正常alpha helices构型的PrPc转变成Beta-Sheet构型的PrPsc，但诱发机制方面的相关研究仍是相当模糊。

回到最初的发现，羊搔痒症是一种发生于绵羊身上的神经退化性疾病。在英国，因为喂食牛群的饲料出了问题而导致prions蛋白从羊群中跨过了藩篱感染了牛群。人类吃了生病的牛，于是prions又跨过了人与牛间的种族屏障(species barrier)感染了人类。其实早在1960年代，英国科学家Pattsion就已经发现:羊搔痒症是很难从羊只身上传染到啮齿类动物的。然而，Prusiner教授的研究团队利用转基因技术让小鼠带有仓鼠PrP基因后，他们发现种族屏障是可以被打破的。因为感染仓鼠的prion病原是不会感染正常小鼠的，但插入仓鼠PrP基因后的小鼠(同时带有小鼠与仓鼠之PrP基因)就会被仓鼠prion病原感染发病。

Prusiner的研究团队也进一步发现:种族屏障的出现与PrP的胺基酸序列有关。也就是说Scrapie PrP 分子的蛋白质序列与宿主本身PrP序列越相近者，该宿主就越容易被感染。举例来说:羊与牛的PrP序列非常的相似，所以造成羊搔痒症的PrPsc就很容易经由食物感染牛只。 至于牛只的PrP序列与人类则具有相当大的差异性，屏除一些特例的突变的PrP基因不说，PrPsc从牛只跨越种族屏障传染给人的机率是相对较低的。

PrPsc破坏细胞的机制至今仍是个谜?当然，要研发药物更是难上加难。Charles Weissmann等人曾经将小鼠的PrP基因剔除，幸运地，小鼠的一切生理功能正常且从此PrPsc无法感染该小鼠。如果在人体中PrP基因也是那么不重要，未来也许可以利用antisense或RNAi等治疗方式，不过这是最理想的情况，相关研究未来应该还有一段很长的路要走。

对于艾滋病、癌症…等疾病，人们有计划地一步步地展开预防工作、开发药物甚至疫苗，但面对Prions、新型变种库雅氏症(vCJD)…这种怪异的危险疾病，科学家们突然间变得无知或许该说无力吧! 一般的高温高压、紫外光、消毒药剂等灭菌方式都无法消灭的病原、具传染力、高致死率、没有DNA或RNA却能复制并攻击神经细胞，这种超越传统遗传学概念的分子到底是什么?我也是越写越胡涂了。