不同物种的PrP在小鼠体内受调控的共同表达会影响朊病毒株的复制能力及其宿主范围特性

通过基因编辑小鼠模型研究不同物种PrP蛋白共表达对狂犬病病毒（CWD）复制的影响，发现小鼠PrP（M-PrP）显著抑制鹿/麋鹿PrP（E-PrP/Q-PrP）的构象转化，但未改变病毒宿主范围。共表达E-PrP或Q-PrP时，CWD病毒可进化出具有更广宿主范围的变异株。实验表明，PrP初级结构差异（如226位谷氨酸或谷氨酰胺）调控跨物种传播中的抑制效应与变异株选择。分隔符：

　　
本研究聚焦于朊病毒（prion）跨物种传播的分子机制及其对宿主范围的影响。朊病毒是一种由正常细胞朊蛋白（PrP^C）异常折叠形成的传染性蛋白，其传播依赖宿主PrP^C的结构差异。研究团队通过构建基因编辑小鼠模型，系统性地分析了不同物种PrP^C共表达对朊病毒复制、表型及跨物种传播的影响。

### 研究背景与核心问题
朊病毒疾病（如疯牛病、克雅氏病）的跨物种传播已成为全球公共卫生的重大挑战。已有研究表明，PrP^C的氨基酸序列差异可能影响朊病毒的宿主适应性。例如，牛朊病毒通过饲料传播给人类，导致变异型克雅氏病（vCJD）。但现有研究多基于体外实验或传统转基因模型，难以精确控制PrP^C的表达水平及遗传背景。本研究创新性地采用基因靶向（Gt）小鼠技术，通过精准调控不同物种PrP^C的表达，首次揭示了共表达PrP^C对朊病毒表型演化的动态调控机制。

### 关键实验设计与结果
#### 1. 转基因小鼠模型的构建
研究团队设计了三组基因编辑小鼠：
- **GtE**：置换小鼠Prnp基因编码序列为驯鹿PrP^C（E226）
- **GtQ**：置换小鼠Prnp基因编码序列为鹿/麋鹿PrP^C（Q226）
- **GtM**：同时表达野生型小鼠PrP^C和E226/Q226 PrP^C

通过杂交产生GtE/M、GtQ/M等混合同源型小鼠，实现PrP^C的精准比例控制（如GtE/M小鼠中，E226 PrP^C与M226 PrP^C的拷贝比为1:1）。

#### 2. 跨物种朊病毒复制的抑制效应
研究发现，小鼠PrP^C（M226）对鹿/驯鹿PrP^C（Q226/E226）介导的疯牛病（CWD）朊病毒复制具有显著抑制作用：
- **抑制效率差异**：M226对Q226型CWD病毒抑制作用最强（完全阻断感染），其次是E226型（抑制率约80%）。这种差异源于PrP^C的226位氨基酸（谷氨酸E vs. 谷氨酰胺Q）对朊病毒构象转化的影响。
- **宿主范围未改变**：即使抑制复制，由E226或Q226 PrP^C转化的朊病毒仍无法感染野生型小鼠，说明M226的抑制作用不改变病毒表型特征。
- **体外验证**：通过蛋白误 folding 循环放大（PMCA）实验，证实M226 PrP^C在浓度占比仅5%时即可完全抑制CWD病毒复制，且抑制效果与PrP^C总浓度无关。

#### 3. 朊病毒表型演化的双路径机制
研究进一步发现，当小鼠PrP^C与异源PrP^C共表达时，存在两种表型演化路径：
- **抑制路径**：M226 PrP^C优先结合CWD病毒前体，阻断其构象转化。例如，GtE/M小鼠中E226 CWD病毒复制被延缓100%，但病毒仍保持原始传播特性。
- **协同适应路径**：当异源PrP^C（如Q226或E226）作为“模板”存在时，可诱导小鼠PrP^C（M226）发生构象异常。例如，GtQ/M小鼠中Q226 CWD病毒经多次传代后，可产生感染力更强的Q/M_RML+变异株，其宿主范围扩展至表达Q226 PrP^C的转基因小鼠。

#### 4. 朊病毒表型稳定性的分子基础
通过以下技术验证表型稳定性：
- **单克隆抗体特异性检测**：使用小鼠/鹿/驯鹿PrP^C特异性抗体（如PRC3仅识别M226 PrP^Sc），证实变异株仅携带异源PrP^Sc（如Q/M_RML+仅含Q226 PrP^Sc）。
- **构象稳定性分析**：通过胍盐盐酸解离实验，发现变异株与原始株的构象稳定性差异小于5%，说明抑制效应不改变病毒核心结构。
- **神经病理学对比**：GtQ/M小鼠中Q/M_RML+变异株的脑组织海绵状空洞分布与天然鹿源CWD病毒完全一致，证实表型遗传的稳定性。

### 创新性发现与理论突破
1. **抑制机制的动态性**：首次揭示PrP^C的226位氨基酸对抑制效能的影响存在剂量依赖性。当E226 PrP^C与M226的摩尔比为1:5时仍有效，但Q226型抑制效率是E226型的2.3倍。
2. **跨物种传播的“双刃剑”效应**：异源PrP^C共表达既能作为天然屏障（抑制跨物种传播），也能作为模板诱导变异株（如Q/M_RML+具有感染 RK-Q 细胞的能力）。
3. **表型可遗传性验证**：通过三代传代实验发现，变异株的宿主范围特性（如仅感染RK-M细胞）在传代过程中保持高度稳定，证实PrP^C的共表达环境对表型选择具有决定性作用。

### 实际应用价值
1. **诊断标志物开发**：发现M226 PrP^C对异源病毒复制的选择性抑制，为建立跨物种朊病毒快速检测方法提供理论依据。
2. **治疗靶点筛选**：实验证实降低E226/Q226 PrP^C表达可完全阻断CWD病毒复制，提示通过基因编辑或小分子干预调控PrP^C表达是潜在治疗策略。
3. **生物安全防控**：揭示M226 PrP^C的广谱抑制作用，为设计新型生物安全屏障（如养殖场特异性PrP^C表达调控系统）提供科学支撑。

### 局限性及未来方向
1. **模型局限性**：当前研究主要基于中枢神经系统感染模型，需进一步验证对周围组织（如唾液腺、神经系统）的传播抑制效果。
2. **异质性问题**：部分实验中观察到0-20%的变异株宿主范围逃逸现象，需结合单细胞测序技术深入解析PrP^C异源表达时的分子互作机制。
3. **跨物种适应模型**：建议后续研究构建包含人类、羊、牛等多物种PrP^C的Gt混合模型，以系统解析复杂生态网络中的朊病毒传播规律。

### 结论
本研究通过基因编辑技术开发了新型精准调控PrP^C表达的小鼠模型，系统揭示了异源PrP^C共表达对跨物种朊病毒传播的双重调控机制：既可建立天然生物屏障，又可能通过分子互作诱导适应性变异株。这些发现为理解朊病毒进化机制、开发跨物种传播阻断策略提供了关键理论依据，同时为精准医疗中PrP^C靶向治疗提供了新的实验范式。