将冰晶滴入一瓶接近冰点的水中会产生戏剧性的效果：液体会非常迅速地结晶成冰块。
在分子水平上，冰晶具有独特的形状——晶格结构。当进入的水分子重塑形状以加入晶格时，晶体就会生长。
一些研究人员认为，类似的过程是阿尔茨海默病、帕金森病和其他神经退行性疾病的基础。根据这一理论，这些疾病始于特定蛋白质错误折叠，或未能呈现其预期角色的正确形状。这种形状错误的分子会诱捕正常版本的蛋白质，导致它们也发生类似的错误折叠，随着时间的推移，这些异常蛋白质会聚集成有毒的团块，并在大脑中扩散。
支持科学新闻报道
如果您喜欢这篇文章，请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻报道 订阅。通过购买订阅，您正在帮助确保未来能够继续讲述关于塑造我们当今世界的发现和想法的具有影响力的故事。
在疯牛病（一种牛脑部疾病，会传播给食用患病动物肉类的人）中，被称为朊病毒的有毒蛋白质会迅速破坏大脑，导致痴呆并在数月内死亡。朊病毒疾病很少见。在美国，每年报告约 350 例最常见的类型——克雅氏病。
相比之下，在美国，每年有近 50 万人被诊断出患有阿尔茨海默病，这种病发展得更缓慢。由异常 β-淀粉样蛋白组成的斑块可能会在大脑中积累数年甚至数十年，然后患者才会注意到精神衰退的迹象。
尽管毒性的时间线不同，但德国蒂宾根大学赫蒂临床脑科学研究所的神经科学家马蒂亚斯·朱克说，“错误折叠的机制是相同的”。正如一瓶水中的所有水在“‘错误折叠’的水分子”滑入容器后会冻结一样，如果“你有一个错误折叠的蛋白质，所有其他的蛋白质都会呈现相同的形状。”
许多疾病可能源于常见的朊病毒样过程的观点，提出了一个有趣且令人不安的问题：在某些情况下，神经退行性疾病会否在人与人之间传播？
过去十年的零星研究表明，这可能是可能的，但此类事件似乎极其罕见，科学家们仍在研究病原性种子是如何产生和传播的。
一项 2015 年的小型研究首次强烈暗示，错误折叠的 β-淀粉样蛋白可能在人与人之间传播。研究人员分析了八名死于克雅氏病的人的尸检组织——他们在儿童时期接受了从尸体垂体中提取的人生长激素注射，几十年后才出现这种疾病——研究人员注意到，其中六人除了这种疾病外，还患有大量的淀粉样斑块。在如此年轻（36 岁至 51 岁之间）就去世的人的大脑中出现如此严重的淀粉样蛋白积聚令人惊讶。
然后，该团队挖掘出旧的生长激素制剂库存，发现它们被 β-淀粉样蛋白和另一种名为 tau 蛋白的蛋白质污染，tau 蛋白也是阿尔茨海默病的病理学标志。当研究人员将这些生长激素制剂注射到被设计为模拟阿尔茨海默病的幼鼠大脑中时，这刺激了淀粉样蛋白的积累，而接受了纯生长激素（并非来自死于克雅氏病的人的尸体）的对照组小鼠则未形成斑块。
这些于 2018 年发表的发现表明，这些制剂含有 β-淀粉样蛋白“种子”，可以在某些条件下在人与人之间传播。在另一组小鼠实验中，朱克和他的同事表明，即使在脑内休眠数月后，这些“种子”仍然保持效力。
多年来，零星地出现了一些关于 β-淀粉样蛋白种子似乎在人与人之间传播的罕见病例的报告。一些研究侧重于脑淀粉样血管病 (CAA)，这是一种以脑血管中淀粉样蛋白积聚为特征的疾病。科学家们认为，CAA 可能会增加一些接受抗体治疗以去除淀粉样蛋白的阿尔茨海默病患者大脑中发生微出血的风险。
这些报告记录了少数成年人早期发作的 CAA 病例，这些人之前接受了来自尸体的移植物，以修补大脑和脊髓周围的膜上的孔洞。另一项研究梳理了病理学档案和医学文献，发现了一些 CAA 病例，这些病例发生在八名在儿童或青少年时期接受过脑部手术的成年人身上，发病年龄异常年轻。这些分析提出了这样一种可能性，即 β-淀粉样蛋白种子通过受污染的手术工具不知不觉地进入了人们的大脑。
一组科学家进行了更有组织的搜索——重点关注输血和更常见的神经外科手术——结果发现了 11 例 CAA 病例，疑似通过神经外科手术传播了 β-淀粉样蛋白，但在这些手术过程中没有发现输血传播的病例。
9 月，瑞典卡罗林斯卡大学医院的一个团队发表了间接证据，似乎表明输血可能传播 β-淀粉样蛋白。科学家们搜索了一百多万人的医疗记录，发现那些接受了后来发生多处微出血的人的血液的人，在接下来的几年里患脑出血的可能性高出约三倍。
研究界偶尔传出的悲惨消息也维持了人们对通过病理性播种传播疾病的兴趣。上个月，巴塞罗那大学宣布，它已启动了一项调查，以追踪可能导致一位研究克雅氏病的生物化学家死亡的未经授权的实验室样本的来源。
科学家们仍在努力理解关于朊病毒样疾病传播的基本细节——例如，是什么引发了最初的错误折叠事件。“这很神秘，”瑞典哥德堡大学的神经化学家亨里克·泽特伯格说。
朱克说，如果没有可视化活人脑中错误折叠蛋白质的技术，“我们将永远不会知道。”
朱克描述了两种可能性：一种是初始聚集体的形成是一个极其罕见的事件——非常罕见，以至于不太可能在一个人进入老年之前发生。第二种可能性是，蛋白质聚集体即使在年轻时也会常规形成，但不会引起问题，因为异常团块会通过正常的代谢过程清除。然而，这种清除系统会随着年龄的增长而减慢速度，从而使老年人更容易受到错误折叠蛋白质积累的影响，这些蛋白质随后会扩散并传播疾病。
朱克说，这些机制“从根本上是不同的”。“但最终，结果是一样的。传播始于老年。”在这两种情况下，引发因素最初都无法通过正电子发射断层扫描 (PET) 成像检测到。
随着冷冻电子显微镜 (cryo-EM) 这种先进成像技术的最新进展，可以区分采用不同构象的相同蛋白质。研究人员使用冷冻电镜检查来自患有导致 tau 蛋白积累的各种疾病的人的尸检组织，已经能够检测到与不同疾病相关的不同形状的错误折叠 tau 蛋白。同样，科学家们也发现了另一种名为 α-突触核蛋白的蛋白质的折叠模式差异，这种蛋白质会在帕金森病和其他疾病中聚集。
这些想法具有治疗意义。即使病理学尚未被检测到，就像尚未显示出积累迹象的年轻阿尔茨海默病模型小鼠的情况一样，朱克和他的同事已经表明，用淀粉样蛋白抗体治疗可以显着延迟这些小鼠大脑中淀粉样斑块的形成。这些发现间接表明 β-淀粉样蛋白“种子”已被清除。结果也与新批准的淀粉样蛋白抗体的阿尔茨海默病试验相符，这些试验表明去除脑淀粉样蛋白可以减缓认知衰退，并表明即使更早地干预也可能在第一时间预防淀粉样蛋白的积累。埃默里大学的神经科学家拉里·沃克说，预防“是下一个显而易见的前沿”，他与朱克共同撰写了关于这一主题的最新综述。
这些蛋白质错误折叠的基本分子机制适用于多种疾病。但不同的疾病具有独特的原发蛋白——引发病理过程的蛋白。它们中的每一种在毒性和传播能力方面都不同。一些研究人员使用高分辨率显微镜分析培养的神经元细胞，观察到 α-突触核蛋白聚集体在称为隧道纳米管的动态结构中从细胞到细胞传播。
最终，关于朊病毒样疾病过程的许多方面仍然是一个谜。即使有大量报告表明“传染性”，或疾病病理学从一个生物体传播到另一个生物体，“我们也不知道传染单位是什么，”朱克说。例如，在冰结晶的类比中，研究人员仍在研究病原性“种子”的确切性质。朱克问道：“是已经产生的冰，还是仍然在这个烧杯中的隐形种子，而冰只是最终产品？”