范志遠(yuǎn),于德敏,張欣欣
1. 上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院瑞金臨床醫(yī)學(xué)院醫(yī)學(xué)系,上海 200025; 2. 上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬瑞金醫(yī)院感染科,上海 200025
抗病毒是目前治療慢性乙型肝炎(chronic hepatitis B,CHB)的重要手段,主要藥物有干擾素類和核苷(酸)類似物,后者包括L-核苷(酸)類的拉米夫定(lamivudine,LAM)和替比夫定(telbivudine,LdT)、無環(huán)磷酸鹽類的阿德福韋酯(adefovir dipivoxil,ADV)和替諾福韋酯(tenofovir disoproxil fumarate,TDF)、環(huán)戊烷/烯類的恩替卡韋(entecavir,ETV)[1]。核苷(酸)類藥物因具口服方便、不良反應(yīng)少、應(yīng)答率高等優(yōu)點而廣泛使用,但主要缺點是乙型肝炎病毒(hepatitis B virus, HBV)對部分核苷(酸)類藥物累積耐藥的發(fā)生率較高,且需長期甚至終身服藥?,F(xiàn)就近年來有關(guān)CHB治療中HBV對核苷(酸)類似物耐藥機(jī)制的研究進(jìn)展作一綜述。
有關(guān)研究表明,YMDD突變(rtM204I/V)相關(guān)通路或稱M204I/V通路是HBV對L-核苷(酸)類藥物耐藥的主要通路,與其他藥物無明顯相關(guān)性[2]。但M204I/V并非HBV耐LAM的唯一通路,也并非只在HBV耐LAM中起作用。已有研究發(fā)現(xiàn),L80I、V173L、A181V/T等通路亦可作為HBV對LAM耐藥的通路[3-6]。另外的研究則顯示,M204V 通路與HBV耐ETV相關(guān)[7],M204I通路則與HBV耐LdT相關(guān),且為HBV耐LdT主要通路[8]。
因此,M204I/V通路是HBV對LAM、ETV、LdT發(fā)生交叉耐藥的重要通路,即一旦HBV對LAM產(chǎn)生耐藥,用ETV及LdT替代治療也可能面臨失敗。
已有研究表明,rtL180M、rtV173L及rtL80V/I突變往往并不單獨存在,而是伴隨rtM204I/V突變出現(xiàn),且這些突變通常起代償作用,可恢復(fù)HBV DNA聚合酶因rtM 204I/V突變而降低的復(fù)制適應(yīng)性[9]。另2項研究[10,11]也顯示,rtM204I/V與rtL180M、rtL80V/I在HBV對L-核苷(酸)類藥物耐藥發(fā)生中有很強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性。
據(jù)目前研究,L180M、V173L、L80V/I這3條通路的主要作用是對M204I/V通路起代償補(bǔ)充作用,協(xié)助M204I/V通路在HBV對L-核苷(酸)類藥物耐藥機(jī)制中發(fā)揮重要作用。
Angus等[12]及Hadziyannis等[13]均在ADV治療期間發(fā)生臨床耐藥的患者HBV中發(fā)現(xiàn)了rtN236T和rtA181V/T突變,且兩者與HBV耐ADV明顯相關(guān)。另外,Osiowy等于2006年的研究也得出類似結(jié)論[14]。這些研究提示,HBV耐ADV的發(fā)生與N236T、A181V/T通路密切相關(guān)。
rtI233V是發(fā)生于rtN236T附近233位點上的一個突變,目前對該突變的功能意義知之甚少。之前有研究顯示,rtI233V也可能在HBV耐ADV中發(fā)揮一定作用[15]。然而,I233V通路與HBV耐ADV是否確切相關(guān)尚有待進(jìn)一步證實。
如前所述,A181V/T通路與HBV對ADV耐藥發(fā)生相關(guān)。Zoulim等于2008年的一項研究也發(fā)現(xiàn),181位點的突變在HBV對LAM和ADV耐藥發(fā)生中起重要作用[16]。Locarnini 在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步指出[17],A181V/T通路為HBV對所有核苷(酸)類藥物耐藥共有的原發(fā)性通路??梢?,A181V/T通路是一條非特異的通路。
除上述幾條主要耐藥通路外,V84M/S85A、A194T、V214A/Q215S、P237H、N238D、I169T、T184G/S、S202I、M250V等通路也相繼報道,這些通路大多為繼發(fā)性耐藥通路。其中,V84M/S85A、P237H和N238D通路被認(rèn)為與HBV耐ADV的發(fā)生相關(guān), A194T通路與HBV耐TDF的發(fā)生相關(guān),T184G、S202I和M250V通路與HBV耐ETV的發(fā)生相關(guān),I169T、T184S通路與HBV對LAM和ETV的交叉耐藥相關(guān),V214A/Q215S通路則與HBV對LAM和ADV的交叉耐藥相關(guān)[18]。但關(guān)于這些通路的具體臨床意義,目前認(rèn)識仍不多。
Locarnini于2008年綜合了現(xiàn)有HBV耐藥通道研究成果,將HBV主要耐藥通路總結(jié)為五大類[17]:M204I/V、N236T、A181V/T、A181V/T+N236T和L180M+M204I/V±I169T±T184G±S202I±M250V。他進(jìn)一步指出,M204I/V是HBV對L-核苷(酸)類藥物的主要耐藥通路;N236T是HBV對ADV耐藥的主要通路;A181V/T通路是HBV對所有核苷(酸)類藥物耐藥共有的原發(fā)性通路,為重要的交叉耐藥通路,且HBV僅對ETV敏感;HBV對ADV和TDF可通過A181V/T和N236T雙重通路發(fā)生耐藥;HBV可通過僅包含多重耐藥位點置換的L180M+M204I/V±I169T±T184G±S202I±M250V通路對ETV耐藥[7]。
對耐藥通路的新認(rèn)識為臨床合理選用高基因屏障抗病毒藥物、預(yù)防HBV交叉耐藥的發(fā)生提供了重要指導(dǎo)意義。
除上述對HBV耐藥通路的認(rèn)識外,有關(guān)耐藥發(fā)生的分子機(jī)制也有較多研究報道。HBV DNA聚合酶同源反轉(zhuǎn)錄酶三維立體分子模型的構(gòu)建為闡明這些過程的分子機(jī)制提供了很多參考。
分子模型研究表明,發(fā)生rtM204I/V突變后,HBV DNA聚合酶上結(jié)合dNTP的袋狀結(jié)構(gòu)的大小及電荷分布均發(fā)生改變, LAM與聚合酶間的空間阻力和靜電斥力增加,導(dǎo)致兩者結(jié)合能力下降,最終導(dǎo)致對LAM耐藥;發(fā)生rtL180M突變后,HBV DNA聚合酶與三磷酸拉米夫定氧硫雜環(huán)的親和力降低,增加該酶脫氧核糖結(jié)合位點的局部負(fù)電荷,使其對LAM與dCTP的鑒別力增強(qiáng),保證了DNA復(fù)制的可靠性;而位于HBV反轉(zhuǎn)錄活性中心附近模板鏈上的173位點發(fā)生rtV173L突變后,聚合酶的聚合效率因復(fù)制模板和(或)催化中心結(jié)構(gòu)發(fā)生調(diào)整而增強(qiáng)[4,19-21]。
上述研究從分子水平揭示了rtM204I/V、rtL180M及rtV173L突變?nèi)绾卧贖BV對LAM耐藥發(fā)生中起作用。需指出的是,這些研究目前都主要集中在HBV對LAM耐藥分子機(jī)制的研究,對其他L-核苷(酸)類藥物如LdT的類似研究少有報道。但目前已有科學(xué)家基于活體內(nèi)HBV對LAM耐藥也會對其他L-核苷(酸)類藥物產(chǎn)生高水平的交叉耐藥,以及對其他L-核苷(酸)類藥物耐藥由rtM204I/V引起這2個現(xiàn)象,提出HBV對其他L-核苷(酸)類藥物的耐藥機(jī)制可能與LAM相類似的假設(shè)[22],這有待進(jìn)一步研究驗證。
在研究ADV耐藥的分子模型中發(fā)現(xiàn),野毒株聚合酶N236在D區(qū)可以與rtS85及ADV的γ-磷酸基團(tuán)各形成1個氫鍵,使ADV發(fā)揮抑制病毒復(fù)制的效應(yīng)。而發(fā)生rtN236T突變后,這2個氫鍵受破壞, ADV與聚合酶間的靜電作用力大大減弱,以致聚合酶對ADV的敏感度顯著降低,使HBV對ADV耐藥。rtA181V/T突變則可通過B區(qū)活性中心外的變構(gòu)效應(yīng)引起催化部位構(gòu)象改變,達(dá)到類似效果[16]。這些研究進(jìn)一步指出,空間上與rtN236T鄰近的rtP237H、rtN238T/D、rtV84M、rtS85A等突變位點也可能以類似方式在HBV對ADV耐藥發(fā)生中起作用。HBV對TDF耐藥的分子模型研究表明,rtA194T可通過變構(gòu)效應(yīng)影響復(fù)制模板與dNTP的結(jié)合而導(dǎo)致HBV對TDF耐藥[23]。
雖然上述機(jī)制能解釋聚合酶發(fā)生相應(yīng)改變的HBV對ADV耐藥的原因,但在ADV治療失敗的患者中只有少數(shù)檢測到聚合酶的相應(yīng)改變[24],提示尚存在其他HBV耐ADV分子機(jī)制。
環(huán)戊烷/烯類藥物的主要代表為ETV,但由于其具有高耐藥基因屏障的特點[7],往往需有L180M、M204I/V、I169T、T184G、S202I、M250V等多個突變位點協(xié)同發(fā)揮作用,才導(dǎo)致HBV對ETV的最終耐藥,故這方面的分子模型研究相對于前2類藥物來說,顯得更為困難。目前為數(shù)不多的有關(guān)HBV耐ETV分子模型研究表明,169位點和250位點的突變可能主要通過影響反轉(zhuǎn)錄酶的引物結(jié)合區(qū),促進(jìn)引物與模板更緊密結(jié)合而發(fā)揮作用;184位點和202位點的突變則可能通過影響模板結(jié)合區(qū)域的α螺旋和C區(qū)催化天冬氨酸殘基的β片層之間的疏水區(qū),進(jìn)而增強(qiáng)M204I/V突變而發(fā)揮作用[25]。
目前已發(fā)現(xiàn),HBV有A~J共10個基因型,我國以基因型B、C為主,歐美則以基因型A、D為主[26,27]。對基因型差異對HBV耐藥的影響,近年來開展了一系列的研究,將為今后針對不同人群采取個性化的耐藥防治措施提供重要依據(jù)。
Wiegand等于2008年研究指出,HBV基因型與干擾素治療療效相關(guān),但HBV基因型與核苷(酸)類藥物的抗病毒療效是否相關(guān),尚證據(jù)不足[28]。
Locarnini等于2010年的研究成果表明,基因型分布不同可通過影響耐藥通路而影響核苷(酸)類藥物的抗病毒療效[29]。該研究結(jié)果顯示,基因型A主要通過M204V通路發(fā)生HBV耐LAM,而基因型B、C、D則主要通過M204I通路發(fā)生HBV耐LAM;基因型C主要通過A181T通路發(fā)生HBV耐ADV,而基因型D則通過A181V通路發(fā)生HBV耐ADV。這一研究說明,不同基因型HBV發(fā)生各種耐藥性突變的頻率并不一致?;蛐头植际欠褚才cHBV對ETV及LdT等不同耐藥突變的發(fā)生頻率相關(guān),尚缺乏相關(guān)研究資料。
有研究表明,rtM204I/V與rtL180M之間有密切關(guān)聯(lián)[9-11],Locarnini等[29]對2003~2009年報道的具有不同HBV基因型的262例患者進(jìn)行rtM204I/V與rtL180M關(guān)聯(lián)性分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn),基因型A、B、D患者中rtL180M與rtM204I關(guān)聯(lián)的頻率較基因型C患者小,而rtL180M與rtM204V關(guān)聯(lián)的頻率則正好相反,提示HBV基因型對rtM204I/V與rtL180M的關(guān)聯(lián)性有影響。
HBV雖為DNA病毒,其復(fù)制卻與RNA病毒的反轉(zhuǎn)錄復(fù)制極其相似。由于該復(fù)制極不穩(wěn)定,所以容易導(dǎo)致耐藥突變的產(chǎn)生,包括自然產(chǎn)生和藥物誘導(dǎo)產(chǎn)生[18]。HBV耐藥的發(fā)生實際上是宿主、HBV、藥物三者之間相互作用的結(jié)果。按照基因屏障學(xué)說,僅單位點突變導(dǎo)致的耐藥往往比多位點突變導(dǎo)致的耐藥更易發(fā)生,即HBV對高基因屏障藥物往往不易發(fā)生耐藥。按照藥代動力學(xué)屏障學(xué)說[30],若某種藥物對野毒株和耐藥株的復(fù)制均具很強(qiáng)的抑制作用,病毒復(fù)制就可維持于較低水平,產(chǎn)生耐藥的可能性很小,即早期抑制病毒復(fù)制能力越強(qiáng)的藥物,后續(xù)治療時對其發(fā)生耐藥的可能性越小。抑制病毒作用越強(qiáng)、越快,對其產(chǎn)生耐藥的可能性越小。
以往人們對HBV耐藥的認(rèn)識主要停留于“無復(fù)制等于無耐藥”,過于強(qiáng)調(diào)抑制病毒復(fù)制的層面。但最近研究發(fā)現(xiàn),由于HBV基因組結(jié)構(gòu)中S區(qū)完全位于P區(qū)內(nèi),DNA聚合酶的相關(guān)耐藥突變常同時導(dǎo)致HBV表面抗原、抗體結(jié)合域發(fā)生重要結(jié)構(gòu)改變,其中包括抗病毒藥物相關(guān)的潛在疫苗逃避突變(antiviral drug-associated potential vaccine escape mutant,ADAPVEM)。這一突變的產(chǎn)生導(dǎo)致疫苗誘導(dǎo)機(jī)體產(chǎn)生的抗體無法執(zhí)行中和病毒的功能,從而可能對目前開展全球乙型肝炎免疫接種計劃帶來巨大挑戰(zhàn)。因此,HBV耐藥的預(yù)防不僅要求采取有效抑制病毒復(fù)制的措施,還應(yīng)做到防止ADAPVEM的出現(xiàn)[31,32]。
目前,關(guān)于CHB治療中HBV對核苷(酸)類似物的耐藥機(jī)制,臨床與基礎(chǔ)研究在分子和基因水平上解釋了許多相關(guān)現(xiàn)象,但許多認(rèn)識仍很初步,機(jī)體免疫機(jī)制在HBV耐藥中的作用尚不明確,包括未發(fā)現(xiàn)耐藥相關(guān)基因突變但臨床治療療效應(yīng)答不佳的原因。隨著研究不斷深入,人們將更全面認(rèn)識HBV耐藥的發(fā)生過程,從而針對性地進(jìn)行耐藥預(yù)防和干預(yù),提高療效,改善患者的預(yù)后。
[1] Lok AS, Zoulim F, Locarnini S, Bartholomeusz A, Ghany MG, Pawlotsky JM, Liaw YF, Mizokami M, Kuiken C, Hepatitis B Virus Drug Resistance Working Group. Antiviral drug-resistant HBV: standardization of nomenclature and assays and recommendations for management [J]. Hepatology, 2007, 46(1): 254-265.
[2] Zoulim F, Locarnini S. Hepatitis B virus resistance to nucleoside analogues [J]. Gastroenterology, 2009, 137(5): 1593-1608.
[3] Tillmann HL, Trautwein C, Bock T, B?ker KH, J?ckel E, Glowienka M, Oldhafer K, Bruns I, Gauthier J, Condreay LD, Raab HR, Manns MP. Mutational pattern of hepatitis B virus on sequential therapy with famciclovir and lamivudine in patients with hepatitis B virus reinfection occurring under HBIg immunoglobulin after liver transplantation [J]. Hepatology, 1999, 30(1): 244-256.
[4] Delaney WE 4th, Yang H, Westland CE, Das K, Arnold E, Gibbs CS, Miller MD, Xiong S.The hepatitis B virus polymerase mutation rtV173L is selected during lamivudine therapy and enhances viral replication in vitro [J]. J Virol, 2003, 77 (21): 11833-11841.
[5] Warner N, Locarnini S, Kuiper M, Bartholomeusz A, Ayres A, Yuen L, Shaw T. The L80I substitution in the reverse transcriptase domain of the hepatitis B virus polymerase is associated with lamivudine resistance and enhanced viral replication in vitro [J]. Antimicrob Agents Chemother, 2007, 51(7): 2285-2292.
[6] Warner N, Locarnini S. The antiviral drug selected hepatitis B virus rtA181T/sW172*mutant has a dominant negative secretion defect and alters the typical profile of viral rebound [J]. Hepatology, 2008, 48(1): 88-98.
[7] Tenney DJ, Levine SM, Rose RE, Walsh AW, Weinheimer SP, Discotto L, Plym M, Pokornowski K, Yu CF, Angus P, Ayres A, Bartholomeusz A, Sievert W, Thompson G, Warner N, Locarnini S, Colonno RJ.Clinical emergence of entecavir-resistant hepatitis B virus requires additional substitutions in virus already resistant to lamivudine [J]. Antimicrob Agents Chemother, 2004, 48(9): 3498-3507.
[8] Liaw YF, Gane E, Leung N, Zeuzem S, Wang Y, Lai CL, Heathcote EJ, Manns M, Bzowej N, Niu J, Han SH, Hwang SG, Cakaloglu Y, Tong MJ, Papatheodoridis G, Chen Y, Brown NA, Albanis E, Galil K, Naoumov NV,GLOBE Study Group. 2-Year GLOBE trial results: Telbivudine is superior to lamivudine in patients with chronic hepatitis B [J]. Gastroenterology, 2009, 136 (2): 486-495.
[9] Nakanishi H, Kurosaki M, Asahina Y, Onuki Y, Ueda K, Nishimura Y, Tsuchiya K, Kitamura T, Uchihara M, Miyake S, Enomoto N, Izumi N.Polymerase domain B mutation is associated with hepatitis relapse during long-term lamivudine therapy for chronic hepatitis B [J]. Intervirology, 2005, 48(6): 38l-388.
[10] Woo HY, Park H, Kim BI, Jeon WK, Cho YK, Kim YJ. Comparison of mass spectrometric analysis and TRUGENE HBV genotyping for monitoring lamivudine resistance in chronic hepatitis B patients [J]. Antivir Ther, 2007, 12 (1): 7-13.
[11] Iacomi F, Vincenti D, Vairo F, Solmone M, Mariano A, Piselli P, Puro V, Capobianchi MR, Antonucci G. Effect of HIV co-infection on mutation patterns of HBV in patients with lamivudine-resistant chronic hepatitis B [J]. J Med Virol, 2009, 81 (7): 1151-1156.
[12] Angus P, Vaughan R, Xiong S, Yang H, Delaney W, Gibbs C, Brosgart C, Colledge D, Edwards R, Ayres A, Bartholomeusz A, Locarnini S. Resistance to adefovir dipivoxil therapy associated with the selection of a novel mutation in the HBV polymerase [J]. Gastroenterology, 2003,125 (2): 292-297.
[13] Hadziyannis SJ, Tassopoulos NC, Heathcote EJ, Chang TT, Kitis G, Rizzetto M, Marcellin P, Lim SG, Goodman Z, Ma J, Arterburn S, Xiong S, Currie G, Brosgart CL, Adefovir Dipivoxil 438 Study Group. Long-term therapy with adefovir dipivoxil for HBeAg-negative chronic hepatitis B [J]. N Engl J Med, 2005, 352(26):2673-2681.
[14] Osiowy C, Villeneuve JP, Heathcote EJ, Giles E, Borlang J. Detection of rtN236T and rtA181V/T mutations associated with resistance to adefovir dipivoxil in samples from patients with chronic hepatitis B virus infection by the INNO-LiPA HBV DR line probe assay (version 2) [J]. J Clin Microbiol, 2006, 44(6): 1994-1997.
[15] Schildgen O, Sirma H, Funk A, Olotu C, Wend UC, Hartmann H, Helm M, Rockstroh JK, Willems WR, Will H, Gerlich WH. Variant of hepatitis B virus with primary resistance to adefovir [J]. N Engl J Med, 2006, 354 (17): 1807-1812.
[16] Villet S, Pichoud C, Billioud G, Barraud L, Durantel S, Trépo C, Zoulim F. Impact of hepatitis B virus rtA181V/T mutants on hepatitis B treatment failure [J]. J Hepatol, 2008, 48(5): 747-755.
[17] Locarnini S. Primary resistance, multidrug resistance, and cross-resistance pathways in HBV as a consequence of treatment failure [J]. Hepatol Int, 2008, 2(2):147-151.
[18] Ghany M, Liang TJ. Drug targets and molecular mechanisms of drug resistance in chronic hepatitis B [J]. Gastroenterology, 2007, 132(4): 1574-1585.
[19] Lee K, Chu CK. Molecular modeling approach to understanding the mode of action of L-nucleosides as antiviral agents [J]. Antimicrob Agents Chemother, 2001, 45(1): 138-144.
[20] Das K, Xiong X, Yang H, Westland CE, Gibbs CS, Sarafianos SG, Arnold E. Molecular modeling and biochemical characterization reveal the mechanism of hepatitis B virus polymerase resistance to lamivudine (3TC) and emtricitabine (FTC) [J]. J Virol, 2001, 75 (10):4771-4779.
[21] Chong Y, Stuyver L, Otto MJ, Schinazi RF, Chu CK. Mechanism of antiviral activities of 3′-substituted L-nucleosides against 3TC-resistant HBV polymerase: a molecular modelling approach [J]. Antivir Chem Chemother, 2003,14 (6): 309-319.
[22] Gish RG. Clinical trial results of new therapies for HBV: implications for treatment guidelines [J]. Semin Liver Dis, 2005, 25(Suppl 1):29-39.
[23] Sheldon J, Camino N, Rodés B, Bartholomeusz A, Kuiper M, Tacke F, Núez M, Mauss S, Lutz T, Klausen G, Locarnini S, Soriano V. Selection of hepatitis B virus polymerase mutations in HIV-coinfected patients treated with tenofovir [J]. Antivir Ther, 2005, 10 (6): 727-734.
[24] Lampertico P, Marzano A, Levrero M, Santantonio T, Andreone P, Brunetto M, Di Marco V, Fagiuoli S, Mazzella G, Raimondo G. A multicenter Italian study of rescue adefovir dipivoxil therapy in lamivudine resistant patients: a 2-year analysis of 604 patients [J]. Hepatology, 2006, 44(Suppl 2): S51.
[25] Ghany M,Liang TJ.Drug targets and molecular mechanism of drug resistance in chronic hepatitis B . Gastroenterology,2007,132(4):1574-1585.
[26] Olinger CM, Jutavijittum P, Hübschen JM, Yousukh A, Samountry B, Thammavong T, Toriyama K, Muller CP. Possible new hepatitis B virus genotype, southeast Asia [J]. Emerg Infect Dis, 2008, 14(11): 1777-1780.
[27] Tatematsu K, Tanaka Y, Kurbanov F, Sugauchi F, Mano S, Maeshiro T, Nakayoshi T, Wakuta M, Miyakawa Y, Mizokami M. A genetic variant of hepatitis B virus divergent from known human and ape genotypes isolated from a Japanese patient and provisionally assigned to new genotype J [J]. J Virol, 2009, 83(20):10538-10547.
[28] Wiegand J, Hasenclever D, Tillmann HL. Should treatment of hepatitis B depend on hepatitis B virus genotypes? A hypothesis generated from an explorative analysis of published evidence [J]. Antivir Ther, 2008, 13 (2):211-220.
[29] Damerow H, Yuen L, Wiegand J, Walker C, Bock CT, Locarnini S, Tillmann HL.Mutation pattern of lamivudine resistance in relation to hepatitis B genotypes: hepatitis B genotypes differ in their lamivudine resistance associated mutation pattern [J]. J Med Virol, 2010, 82(11): 1850-1858.
[30] 成軍. 乙型肝炎病毒耐藥的研究進(jìn)展[J/OL]. http://www.ihepa.com/ArticleView_1705.html.
[31] Locarnini S, Yuen L. Molecular genesis of drug-resistant and vaccine-escape HBV mutants [J]. Antivir Ther, 2010, 15(3 Pt B): 451-461.
[32] Teo CG, Locarnini SA. Potential threat of drug-resistant and vaccine-escape HBV mutants to public health [J]. Antivir Ther, 2010,15(3 Pt B): 445-449.