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牛腦海綿狀病變真正的致病原因目前尚未完全清楚，但已知其致病原是一種結構不正常的「變性普里昂蛋白質」（prion protein），這種變性普里昂蛋白質會引發[[動物]][[神經]]組織內原本正常的普里昂 [[ 蛋白質 ]] 改變結構，而變成異常且具致病性，並逐漸堆積於神經組織內進而造成神經 [[ 細胞 ]] 的變性與壞死，因為神經細胞死亡後並無法再生，所以腦組織切片在 [[ 顯微鏡 ]] 下觀察會出現空洞化狀似海綿樣的病理變化。這種致 [[ 病原 ]] 相當地特殊，它不同於傳統的 [[ 細菌 ]] 、 [[ 病毒 ]] 或 [[ 寄生蟲 ]] 等具傳染性的病原，而是一種對熱、[[紫外線]]、 [[ 輻射 ]] 照射及 [[ 消毒 ]] 劑有很強的抵抗性，且一般常用的 [[ 物理 ]] 或 [[ 化學 ]] 方法均無法將其蛋白物質破壞。