過去十年,國內批准用於治療慢性乙型肝炎的藥物已從一種普通干擾素增加到包括聚乙二醇干擾素、拉米夫定、阿德福韋酯、恩替卡韋、替比夫定在內的6種藥物,國外還有替諾福韋酯以及恩曲他濱。儘管核苷(酸)類藥物與干擾素相比服用方便,副作用少,但在48周療程結束停藥後,往往不能獲得病毒持續抑制而延長療程,甚至可能是無限期的。長期應用該類藥物可伴有病毒耐藥風險的增加,病毒耐藥及患者依從性差是導致慢性乙型肝炎抗病毒治療失敗的兩個最重要原因。
核苷(酸)類藥物治療失敗分為原發性治療失敗(初始治療無應答)和繼發性治療失敗,所謂原發性治療失敗,是指在開始抗病毒治療後三個月內,血清乙型肝炎病毒(HBV) DNA濃度下降小於1× log10 IU/ml;而繼發性治療失敗則被定義為初始抗病毒治療有效(三個月內,血清HBV DNA濃度下降大於或等於1×log10 IU/ml),但一段時間後病毒反跳,血清HBV DNA濃度比治療中最低值升高大於或等於1×log10 IU/ml。病毒變異及耐藥是繼發性治療失敗的最重要的原因。
一、乙型肝炎病毒複製特點及其變異的產生
在HBV DNA的複製過程中,需要經過一個逆轉錄的過程,由於病毒逆轉錄酶缺乏3’-5’核酸外切酶活性,所以無法對錯配的核苷(酸)酸進行校讀,導致HBV DNA的天然複製錯誤率比其他DNA病毒高10倍左右。HBV基因在複製過程中不斷產生天然變異,從而在未經治療的HBV感染者體內常常形成一群基因序列十分相似、但不完全等同的病毒株組成的準種(quasispecies)。由於HBV DNA的重疊讀框特點,大部分的HBV DNA準種會導致其複製能力的下降,在特定環境下的優勢株就是在特定選擇壓力下複製能力最強的準種。
內源性(宿主免疫應答)和外源性(抗病毒藥物或病毒傳播過程)選擇壓力下的HBV變異株(準種)池的存在為HBV提供了生存優勢,使得其在免疫應答(前C區或e抗原逃逸)、預防性疫苗(疫苗逃逸)和抗病毒藥物(病毒耐藥)前就存在變異逃逸株。
HBV對抗病毒藥物的耐藥反映了病毒對於藥物抑制敏感性的下降,緣於藥物選擇性壓力下病毒的適應性變異。已經確定了兩種型別的耐藥變異:主要耐藥變異和代償性耐藥,前者直接降低病毒對藥物的敏感性,而後者則可能增強病毒的複製能力,因為主要耐藥變異往往伴隨著病毒複製適應性的降低。
代償性耐藥變異的重要性在於它能在準種記憶的基因庫裡彌補耐藥變異株的缺陷。耐藥變異株出現的標誌包括病毒載量的上升,一般從最低點升高大於1logIU/ml,和(或)病毒多聚酶區出現已知的基因耐藥標誌,血清谷丙轉氨酶的升高以及最終臨床症狀的惡化。
二、乙型肝炎病毒耐藥產生的相關因素
HBV耐藥的發展至少取決於以下六個因素:
(1)病毒複製的數量和速率;
(2)病毒聚合酶的保真性;
(3)藥物的選擇壓力;
(4)肝臟複製空間總量;
(5)耐藥病毒株的複製適應性;
(6)藥物的基因屏障。
1、病毒複製的數量和速率 HBV高複製導致的病毒高更新率使得慢性感染者血清中的迴圈病毒濃度常常大於108―1010病毒顆粒/毫升。假定迴圈中的病毒半衰期為一天,每天新產生的病毒顆粒也要超過1011 。HBV基因組有3200個鹼基對,聚合酶錯配率為10-4至10-5/鹼基/迴圈,這便導致了迴圈病毒總體中含有大量帶有突變的基因組(準種),因此每天每個鹼基都可能發生變化。
然而,HBV 基因組中以讀框移位方式重疊的ORF 結構可限制最終產生的有活力的突變體的數量。HBV 準種池中優勢株的穩定性維持有賴於來自宿主固有免疫和適應性免疫系統的特定的選擇壓力以及病毒本身的生存和複製能力。
2、病毒聚合酶的保真性 HBV突變率大約為1.4至3.2×10-5氨基酸置換/位點/年,約為其他DNA病毒的10倍,與RNA病毒如逆轉錄病毒一致。與細胞聚合酶不同,HBV聚合酶是逆轉錄酶,缺少校正活性。由於HBV準種池的存在,在進行抗病毒治療之前,就有可能存在帶有一個或兩個與耐藥有關突變的變異株。
3、藥物的選擇壓力 治療過程中選擇出耐藥相關變異的機率取決於藥物的效力,這種機率可以用鐘形曲線來表示。低抗病毒效力的藥物並不會對病毒施加明顯的選擇壓力,耐藥株出現的風險也不高。反之,由於變異依賴病毒複製,因此,徹底抑制病毒複製的藥物也幾乎不給變異產生的機會。
由於單藥療法只在單一的靶位點不同程度地發揮抗病毒作用,所以它有著較高的機率選擇出耐藥變異。理想的治療方案能在病毒生命週期的不同階段抑制病毒,從而顯著減少耐藥發生的風險。在藥物選擇壓力存在的情況下,只有病毒複製存在才可發生耐藥。
4、肝臟複製空間總量 HBV的複製空間是指肝臟容納新的轉錄模板或cccDNA分子的潛力。這表明病毒變異株的最終接收依賴於原始野生病毒株的損耗,並受著其他因素如病毒複製適應性和肝細胞的增殖和更新的影響。在正常肝臟中,肝細胞的更新很慢,半衰期約為100天。在炎症活動和中毒時,半衰期會減少到10天以下。
在完全感染的肝臟中,新生的HBV cccDNA 分子只有在生成未感染的肝細胞時才可合成,而未感染的肝細胞可通過肝臟的正常生長、肝細胞的增殖和更新或感染的肝細胞中野生型病毒的cccDNA 的消耗而獲得。
5、耐藥病毒株的複製適應性 複製適應性可定義為在自然選擇壓力下生成子代的能力,它不以產量來衡量病毒複製能力,而是通過體外共感染競爭試驗來測定,但是這一方法不適用於HBV ,因為缺乏針對HBV 感染的適合的細胞培養系統。有臨床研究顯示了對拉米夫定耐藥HBV 的複製適應性。Thibault 等首先報道了對拉米夫定耐藥HBV 在患者之間的傳播性;另一些研究小組發現在停藥後至少三個月,拉米夫定耐藥株可作為共同優勢株與野生型HBV 共存,而在停藥約一年後,則作為非優勢株與野生型HBV 共存。
6、基因屏障 核苷(酸)類藥物的基因屏障是指主要耐藥變異所需核苷酸突變的數目。對左旋核苷類如LMV和無環硫酸鹽類藥物如ADV,只需一個突變。例如,rtM204I導致LMV耐藥而rtN236T造成ADV耐藥。對環戊烷類成員ETV來說,至少需要3個變異:rtM180L和rtM204I加上rtI169、rtS184、rtS202和rtM250中的一個。
7、其他因素 影響抗病毒治療的宿主因素包括過往用藥史、順應性、宿主基因因素(如先天性代謝缺陷)和通過一系列細胞內磷酸化(肝細胞內的補救酶類)有效地將核苷類藥物轉化為其活性代謝物的能力。另外,有一些隱匿的場所可能是抗病毒藥物效力無法達到的,而作為HBV關鍵的複製中間體,cccDNA一般對常規療法不敏感。
三、不同核苷(酸)類藥物的特異耐藥模式
目前國內已上市的藥物一類是左旋脫氧胞苷類似物包括拉米夫定(LMV)、替比夫定(LdT);第二類為無環磷酸鹽類,阿德福韋酯(ADV);第三類為環戊烷類藥物,其中包括脫氧鳥苷類似物恩替卡韋(ETV)。之所以強調其化學分類,是因為這可能影響核苷(酸)類藥物耐藥的模式和通路。
LMV耐藥變異 LMV耐藥變異位點在HBV聚合酶的催化區或稱為C區的YMDD序列上。LMV治療過程中選擇出的主要耐藥變異位點在RT區,rtM204I/V/S(C區)伴或不伴rtM180L (B區)。其他耐藥變異包括rt181T/V。代償性變異發生在HBV聚合酶的其他區域,如rtL80V/I,rtV173L和rtT184S。在拉米夫定的治療過程中,其耐藥發生率以每年14 %到32 %的速度遞增。LMV最主要的耐藥變異rtM204V/I與LDT有交叉耐藥性,而與ADV無交叉耐藥性,但rtA181T則有交叉。值得注意的是rtM204V/I會降低對ETV的敏感性。
在體外實驗中,LMV相關的耐藥變異使得病毒對LMV的敏感性下降了至少100倍甚至超過1000倍。rtM204I突變可單獨存在,而rtM204V和rtM204S只伴隨著A或B區的其它突變出現。拉米夫定耐藥的分子機制是聚合酶YMDD 基序中的蛋氨酸被纈氨酸或異亮氨酸替換後,其ß-甲基造成了拉米夫定三磷酸鹽結合空間的減少,形成空間阻礙,從而阻止拉米夫定三磷酸鹽與HBV聚合酶的結合。
LDT耐藥變異 替比夫定為天然胸腺嘧啶脫氧核苷的L-對映體,耐藥位點與拉米夫定相似,都發生在YMDD區,rtM204I替換是最常發生的變異。
ADV耐藥變異 最初發現阿德福韋酯耐藥與聚合酶B 區rtA181T和D 區N236T 突變有關。阿德福韋耐藥變異較LMV耐藥少見,用藥兩年後的耐藥發生率約為2,三年4,四年18而五年則達到了29。rtN236T 不會顯著影響病毒對拉米夫定的敏感性,但rtA181T/V突變株可與拉米夫定發生部分交叉耐藥。逆轉錄酶區的另一個變異(rtI233V)也被證實與ADV耐藥相關。臨床研究顯示,在所有的CHB病人中,有近2發生了rtI233V變異,但此變異在ADV治療失敗或無應答中的確切作用目前還不明確。
ETV耐藥變異 恩替卡韋耐藥最初只在對拉米夫定耐藥的病人中出現,其耐藥的出現與病毒聚合酶基因的突變有關,主要是B 區rtI169T或rtS184G,C 區rtS202I 和E 區rtM250V。未出現拉米夫定耐藥時, rtM250V 可使IC50 增加9 倍, 而rtT184G + rtS202I 沒有這種作用;而在存在rtL180M和rtM204V變異時,IC50可增加超過100倍。最近有報道稱在初治患者中發現了ETV原發性耐藥變異。對初治患者恩替卡韋第一年的耐藥發生率非常低,而五年也不過1.3。然而,對曾經接受過拉米夫定的病人來說,改用恩替卡韋后四年的耐藥率高達40。
rtT184G合併rtS202I 變異的耐藥機制是其構象變化,包括核苷酸結合區的幾何學改變和位於YMDD 基序附近的聚合酶與模板DNA 相結合的改變。rtM250V 耐藥的分子機制是DNA 模板鏈、引物鏈以及新參入的dNTP 之間相互結合的改變。
四、聚合酶區和S區的基因重疊所導致的問題
HBV病毒外膜(S抗原)基因完全重疊在聚合酶基因中,因此核苷(酸)類藥物耐藥變異會導致S抗原的改變。聚合酶和S抗原的基因重疊之所以重要,是因為普通的拉米夫定耐藥變異株如(rtV173L+rtL180M+rtM204V)的S抗原有著重要而顯著的改變(sE164D+sI195M),從而導致體外實驗中其與S抗體(疫苗相關性)的結合力明顯下降。同樣,在阿德福韋治療失敗患者中,超過40的病例中可發現rtA181T單獨或伴隨rtN236T出現。Rt區的rtA181T變異可導致與其重疊的S抗原出現Sw172(終止密碼子)改變。
Warner和Locarnini等發現此種HBV變異株有分泌功能缺陷,病毒顆粒被滯留在細胞內,而且此變異能抑制HBV野生株病毒顆粒的分泌。這些研究的臨床意義在於病毒學上的耐藥定義(在連續兩次間隔超過一個月的樣本中,HBV DNA從最低點上升超過1logIU/ML)在此種變異株被(共)選擇出來時不再適用。rtA181T出現後,病毒載量只是在12個月內從最低點逐漸上升。因此,在患者接受抗病毒治療時,除了需要觀察病毒載量,還應該進行基因分型和聚合酶區測序。
結語
HBV對核苷(酸)類藥物耐藥的實質上是在藥物選擇壓力下,HBV準種中的變異株的篩選,由於 cccDNA的長半衰期及被感染肝細胞的長壽命,導致慢性乙型肝炎患者需要長期的治療及監測,在此期間應選擇適宜的藥物和治療方案,預防或減少病毒耐藥變異株出現,提高抗病毒的療效。目前已出現的HBV聚合酶區耐藥變異模式十分複雜,眾多代償性變異的出現,使得後續的補救治療不得不選擇折中的策略。
如何正確看待病毒載量、HBV的基因型以及聚合酶區的序列測定結果都需要進一步研究,也非常需要可用的和更廣泛的互動式資料庫程式為補救治療提供依據。如果病毒複製能被長期有效抑制,病毒載量將降至不可能出現新耐藥病毒準種的程度。
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