普里昂蛋白（Prion，proteinaceous infectious particle）代表了一類獨特的感染性物質，其傳染性完全依賴蛋白質構型的自我模板化傳播，挑戰了「中心法則」對遺傳資訊流的傳統理解。
PrP 的結構生物學
PrP^C 的 NMR 結構（Riek et al., 1996, Nature）顯示 C 端結構域含三個 α-螺旋和一對短 β-摺板，N 端為非結構化的柔性區域。PrP^C 的生理功能仍有爭議——可能涉及銅離子穩態、神經元訊號傳導和髓鞘維護（PrP^C knockout 小鼠表型溫和，但顯示年齡依賴性周邊神經病變）。
PrP^Sc 的高解析結構長期受限於其不溶性和聚合性質。cryo-EM 近年取得突破：Kraus et al.（2021, Nature Structural & Molecular Biology）解析了 263K 倉鼠 prion 的 cryo-EM 結構，揭示 PrP^Sc 以平行 in-register intermolecular β-sheet（PIRIBS）架構形成類澱粉纖維，每個 PrP 分子幾乎完全重新折疊為 β-摺板結構。不同 prion 株（strain）的纖維結構不同，直接解釋了株特異性表型差異（潛伏期、病灶分布、糖基化模式）。
蛋白質唯一假說的實驗證據
直到 2000 年代，蛋白質唯一假說仍有爭議。決定性證據來自體外重組：
- PMCA（Protein Misfolding Cyclic Amplification）：Castilla et al.（2005, Cell）以含少量 PrP^Sc 的種子在試管中利用超音波循環斷裂/重新聚合擴增 PrP^Sc，連續稀釋數代後仍保留感染性。
- 重組蛋白 prion 生成：Wang et al.（2010, Science）使用大腸桿菌表達的重組 PrP，加入 POPG 脂質和 RNA 作為輔助因子，成功在體外產生具有感染性的 PrP^Sc——這是蛋白質唯一假說最接近完整證明的實驗（但仍需要輔助因子）。
Prion 株的分子基礎
不同 prion 株（strain）在同一 PRNP 序列背景下產生不同的疾病表型（潛伏期、腦區病灶分布、PrP^Sc 的蛋白酶 K 切割模式和糖基化比例），挑戰了「一條序列一種折疊」的蛋白質折疊觀念。株差異完全由構型差異編碼——不同的 PrP^Sc 折疊模板化不同的 PrP^C 構型轉變途徑。這本質上是一種「蛋白質層面的遺傳」，信息儲存在蛋白質三維結構而非核酸序列中。
種間屏障（species barrier）主要由 PrP 序列差異決定：宿主 PrP^C 與異源 PrP^Sc 的序列不匹配降低構型轉變效率，表現為延長的潛伏期或無法傳播。但重複傳代可能突破種間屏障——異源 PrP^Sc 經多次傳代後可能選擇出與新宿主 PrP^C 更相容的構型變體。
Prion-like 機制在神經退化疾病中的角色
「prion-like spreading」假說現已成為神經退化疾病研究的主流框架：
- Alzheimer's disease：Tau 蛋白的種子化擴散沿解剖學連接通路（Braak staging）傳播。不同 tau 株（3R vs. 4R，或不同折疊構型）與不同 tauopathies（AD、Pick's disease、PSP、CBD）相關——cryo-EM 結構已揭示 AD tau 和 CTE tau 纖維的折疊差異（Falcon et al., 2018, Nature; Shi et al., 2021, Nature）。
- Parkinson's disease：α-synuclein 的 Lewy body 病理沿迷走神經從腸道向腦幹擴散（Braak hypothesis）。注射 α-synuclein PFFs（preformed fibrils）可在小鼠腦中誘導 Lewy-like 病理的時空擴散（Luk et al., 2012, Science）。
- ALS/FTD：TDP-43 和 SOD1 的類普里昂擴散；C9orf72 重複擴增產生的二肽重複蛋白（DPR）也展現種子化特性。
功能性普里昂
酵母菌中 Sup35 的 [PSI+] 元件透過 Sup35 NM 域的自我聚合改變翻譯終止效率，提供了一種基於蛋白質構型的非孟德爾遺傳機制（True & Bhatt, 2003, Nature）。哺乳動物中，MAVS（mitochondrial antiviral signaling protein）在 RIG-I 活化後形成的 prion-like 聚合體是先天免疫訊號放大的機制（Hou et al., 2011, Cell），顯示 prion-like 行為可被正向利用。CPEB3（cytoplasmic polyadenylation element-binding protein 3）的 prion-like 聚合與長期記憶的維持相關（Stephan et al., 2015, Cell Reports），暗示蛋白質構型的自我維持可能是記憶分子基礎的一部分。