二)拉米夫定相关性HBV变异
病毒变异是生物遗传进化的基本因素之一。由于病毒复制校正系统很差,出现碱基序列改变会直接导致蛋白表达改变,病毒的开放读码框架是相互重叠且几乎很少有不表达蛋白的基因序列,这与高等生物含有大量的重复无效基因不同,导致病毒基因的改变会直接影响到病毒性状的改变,使之更容易发生物种进化。这种进化是远远快于人类和高等生物的进化速度,而且在今天这种进化速度似乎远远的超过了人们的想象,SARS的出现使人们惊呼病毒疯了吗??是谁让病毒迅速进化,这些进化会怎样影响病毒,会怎样影响人类,全人类应该开始反思我们到底应该怎样和这个耐以生存的自然界和谐发展,否则谁也无法预测自然界会怎样惩罚人类。
乙型肝炎病毒和其它病毒一样,它的变异是在慢性感染过程中为适应生存环境而自然发生的,也可于发生在应用药物或接种疫苗后。HBV在复制中通过RNA中间体,在DNA-P和逆转录酶活性是有效而迅速的,但DNA-P缺乏校对酶活性,发生核苷酸替代变异后难以修正。已发现HBV序列的变异在基因组各个区域均可发生。HBV的前C/C、X、前S/S和DNA-P多个区域均可发生突变、插入或缺失、移框突变等,通常把病毒株分为野毒株(wide strain)和变异株(variation strain),一些变异株对临床预后和病毒学反应具有重要意义,有些变异并无生物学意义。以拉米夫定为代表的核甘类似物的广泛应用,让我们强烈的感受到具有高度保守特性的乙型肝炎病毒的变异也是那么的迅速,随着各种检测技术的出现,出现了越来越多位点的变异的报道。的确这些位点的变异的生物学特性,临床的影响还未完全清楚。但越来越多的研究已经确认拉米夫定相关性HBV变异是尽管是多位点的,但还是相对集中(99%)于P 基因YMDD 区域,所以拉米夫定相关性HBV变异的研究多集中在YMDD 的变异上。
1 HBV DNA 聚合酶结构与YMDD 基序
1. 1 HBV DNA 聚合酶及其逆转录酶RT 区。
P基因是最长的开放读框,与C、S与X基因重叠。P基因主要编码HBV 聚合酶 。HBV 聚合酶是乙肝病毒复制的物质基础。根据功能的不同, HBV聚合酶从氨基端开始分为四个区 , 分别为末端蛋白区(TP)、间隔区(SD)、逆转录酶区(RT )和RnaseH 区。其中逆转录酶RT 区是HBVDNA 聚合酶的主要功能区, 同时具有反转录酶及DNA 聚合酶活性, 作用是将前基因组RNA反转录成负链HBV DNA , 并以此负链DNA为模板合成正链DNA。HBV 的逆转录酶区可进一步为五个主要的功能域 ,A 区(421~ 436氨基酸)、B 区(506~ 528 氨基酸)、C 区(546~550 氨基酸)、D 区(576~ 589 氨基酸) 及E 区(592~ 600 氨基酸)。这五个区域的氨基酸高度保守, 为维持反转录酶活性所必须, 其中A、C、D 区为酶与三磷酸核苷结合的结合域,B、E 区为RNA 模板和引物定位域。目前临床应用的拟核苷类药物主要的靶位点位于逆转录酶RT区的B 及C 区, HBV 多聚酶的催化域即位于C区的YMDD 基序。
1. 2 HBV YMDD 基序。HBV YMDD 基序即酪氨酸-蛋氨酸-天门冬氨酸-天门冬氨酸序列, 位于HBV 聚合酶RT 区的C 区, 是HBV逆转录酶的活性部分, 属高度保守序列。YMDD 基序在RT 催化中心的核苷酸结合位点区, 是RT 发挥逆转录酶活性结合底物dNTP、合成DNA 所必须的功能序列, 也是拉米夫定抗病毒时HBV 最常出现变异的区域。
2 HBV YMDD 变异
2. 1 HBV YMDD 变异的含义及其常见的两种发生类型。HBV YMDD 变异是指在位于HBV 聚合酶RT 区C 区的YMDD 基序中, 蛋氨酸M 被异亮氨酸I 或缬氨酸V 所代替, 后者伴有RT 区B 区第528 位的亮氨酸L 被蛋氨酸M 取代的变异(L 528M 变异) , 可伴有逆转录酶其它编码区或HBV 基因组其它位点的变异。HBV YMDD 基序变异通常有Y VDD 变异(1型)和YIDD 变异(2型)两种形式。YVDD 变异是由于HBV P 基因区第739 位的腺嘌呤A 被鸟嘌呤G 取代(A →G) , 则其编码的YMDD 基序中的蛋氨酸M 变为缬氨酸V ,YMDD 变为YVDD,Y IDD 变异是由于HBV P 基因区第741 位的鸟嘌呤G 被胸腺嘧啶T取代(G→T ) , 则其编码的YMDD 基序中的蛋氨酸M 变为异亮氨酸I, YMDD 变为Y IDD。 最近,还发现一种新的变异类型,即YSDD变异或rtM204S变异(以往报告的基本是YVDD或YIDD变异),这种变异株是从1例接受拉米夫定治疗18个月的患者的血清中发现的。
2. 2 HBV YMDD 变异的发生背景--长期应用拉米夫定可诱导HBV 发生YMDD 变异。HBV 聚合酶是HBV DNA 复制中的关键酶, YMDD 基序在HBV 多聚酶RT区具有重要作用。HBV 多聚酶的催化结构在自然条件下很少发生变异, 但在长期应用拉米夫定后则极易发生变异, 以多聚酶RT 区C 区的YMDD 基序发生M 552 I 变异(Y IDD 变异)、M 552V 变异(YVDD 变异) 伴B 区L 528M 变异最常见。
3 拉米夫定诱发HBV P 基因区或其它基因区其他部位变异
虽然拉米夫定耐药的基因变异多发生于YMDD编码区,但长期应用拉米夫定还可诱发其他部位的基因变异, 如F512L 、V519L,L526M, A157D和E164D 等变异,还可以诱发乙型肝炎病毒基因组基部核心启动子和前核心区变异,等等,随着时间的延长,还有更多的位点的变异等待进一步的发现,同时这些位点的变异的价值也等待进一步评估。
4 YMDD变异株的生物学特性
HBV YMDD 变异也可自然存在或发生,这种自然存在的YMDD变异株的流行病学、与野生株的比例关系、致病性等均有待于进一步阐明
既往的研究表明,YMDD变异株的复制能力明显的低于野生株。体外试验显示YMDD变异株对拉米夫定的敏感性降低10000倍左右。研究提示,体外的YMDD变异株不能象野生株HBV那样有效的复制,复制能力明显下降。临床也发现,发生YMDD变异后,停止拉米夫定治疗后,野生株可重新替代变异株,提示YMDD变异株存在复制缺陷。
近年来随着对YMDD变异株的研究的进一步深入,发现并不是所有的YMDD变异株都存在复制缺陷,HBVYMDD变异株的复制能力并不是都是减弱的。Ono等的研究结果也提示YMDD基序之外变异可补偿HBV YMDD变异株的复制缺陷,使HBV的复制增强。YVDD 变异同时528 位亮氨酸(L)发生M 变异(1型YMDD变异)时,而此种双重变异则可增强其生长能力,一旦出现耐受性病毒株,部分病例可致发生“突破性肝炎(breakthrough hepatitis) ”,但症状较通常的野生型株所致肝炎为轻,然而也可引起重度急剧恶化。C区和前C区变异直接影响了拉米夫定抵抗变异病毒株的复制能力。前C区变异代偿性的伴有拉米夫定抵抗的复制能力减低,而C区变异则增加病毒的复制水平,即使在拉米夫定抵抗的变异株,其复制能力也超过过了基线的野生株的复制能力。最近发现,YMDD变异伴S 基因“a”决定簇内变异时,病毒的复制能力明显增强,患者可以出现病情恶化。由于HBV P 基因区含盖了整个表面抗原多肽(HBsAg) 编码区,因此,发生于多聚酶编码区的基因变异同样会导致HBsAg 氨基酸的变化,从而出现HBsAg 抗原性的改变。发生于YMDD 区的变异会相应地引起表面抗原多肽195 和196 位氨基酸的变化,但由于该突变区位于具有免疫保护作用的HBsAg 决定簇2a 决定簇的外面,因此,YMDD 区突变对HBsAg 介导的免疫应答影响不大。但其他部位的基因突变却有引起免疫失败的可能性,如多聚酶F512L 与V519L 的变异会相应地引起HBsAg 的A157D、E164D 的改变,HBsAg 的这两处变化正好位于其亲水区,与HBsAg 介导的免疫清除关系密切,该处突变有可能导致“中和反应逃避”。类似的情况也出现于用高效价抗2HBs 免疫球蛋,famciclovir 等治疗乙肝的过程。所以,在抗HBV 治疗的同时,也应设法降低其耐药毒株的出现率,尤其是尽量防止“免疫逃避”变异毒株的出现。
5 YMDD发生变异的两种机理
第一种是诱变学说,即在拉米夫定的作用下HBV 出现新的变异株。有文献报道,YMDD 变异以YVDD最多,其次为YIDD、混合变异。第二种是优势选择学说,即感染个体同时存在原型毒株(YMDD) 和不同的变异毒株群体(YIDD、YVDD) ,在治疗过程中原型毒株受拉米夫定抑制,而使变异毒株逐渐成为优势毒株。事实上大家目前喜欢用优势选择学说来解释这种现象,因为病毒变异是不断存在的,在还没有应用拉米夫定之前,变异株作为弱势株存在,而野生株作为优势株,应用药物之后,变异株存在生存优势,就被选择成为优势株,而这种选择并是一定都会降低病毒致病力。
拉米夫定治疗过程中出现病毒的变异格外受到重视,是因为拉米夫定对病毒的抑制作用下降,耐药株的大量出现,甚至临床病情的反复或加重。也许这都可以用YMDD变异来解释。但别望了,自然界中也存在YMDD变异株,更何况病毒在乙肝的发病机理中仅起到始动因子的作用。也许我们不应该把目光紧紧放在拉米夫定治疗过程中乙肝基因出现了多少位点的变异,更多的应该是研究变异的病毒到底怎样激发了机体的免疫反应。拉米夫定相关的变异一定与耐药有关吗?拉米夫定长期的应用是否具有激发机体的免疫的作用?
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