病毒基因組復(fù)制的一個常見特征是高突變率，這有助于病毒躲避新療法并對原本有效的抗病毒藥物產(chǎn)生耐藥性。近日，一項新研究揭示了單純皰疹病毒（HSV）如何通過改變其DNA聚合酶的構(gòu)象，從而對治療產(chǎn)生耐藥性。研究人員利用冷凍電子顯微鏡（cryo-EM）技術(shù)，展示了病毒DNA聚合酶的構(gòu)象變化如何影響病毒對藥物的敏感性。

該研究不僅加深了我們對病毒蛋白構(gòu)象變化如何促進(jìn)耐藥性的理解，還為理解其他病毒的藥物效力和耐藥性提供了新的見解。這項研究還解答了長期以來關(guān)于為什么某些病毒而非其他病毒對抗病毒藥物敏感，以及病毒如何對藥物變得無效的問題。

哈佛醫(yī)學(xué)院微生物學(xué)副教授兼霍華德·休斯醫(yī)學(xué)研究所（HHMI）研究員喬納森·亞伯拉罕（Jonathan Abraham）博士表示：“我們的研究表明，我們必須跳出傳統(tǒng)的藥物結(jié)合位點(diǎn)來思考耐藥性問題。這項研究幫助我們從一個全新的角度來看待藥物耐藥性?！?/p>

該研究成果發(fā)表在《細(xì)胞》（Cell）雜志上，論文題為《病毒DNA聚合酶結(jié)構(gòu)揭示抗病毒藥物耐藥機(jī)制》（“Viral DNA polymerase structures reveal mechanisms of antiviral drug resistance”）。

HSV是一種影響全球數(shù)十億人的病毒，除了廣為人知的引發(fā)唇皰疹和發(fā)熱性水皰外，它還可能導(dǎo)致嚴(yán)重的眼部感染、腦炎以及免疫力低下人群的肝損傷。此外，HSV還可在分娩過程中通過產(chǎn)道傳染給嬰兒，導(dǎo)致新生兒的致命性感染。

DNA聚合酶作為重要的藥物靶點(diǎn)，長期以來一直是研究的焦點(diǎn)，許多研究試圖捕捉它們在不同構(gòu)象下的形態(tài)。然而，關(guān)于聚合酶構(gòu)象動態(tài)變化對耐藥性的影響，迄今為止仍缺乏詳細(xì)的理解。

HSV聚合酶是抗病毒藥物阿昔洛韋（acyclovir）的靶點(diǎn)，阿昔洛韋是治療HSV感染的首選藥物，而磷甲酸（foscarnet）則是治療耐藥感染的二線藥物。亞伯拉罕的研究團(tuán)隊試圖了解聚合酶的變化如何使病毒對常規(guī)劑量的抗病毒藥物產(chǎn)生抵抗力，進(jìn)一步探討為什么阿昔洛韋和磷甲酸在某些變異形式的HSV聚合酶上效果不佳。

亞伯拉罕博士指出：“多年來，我們已經(jīng)解析了許多來自不同生物體的聚合酶結(jié)構(gòu)，但我們?nèi)晕赐耆斫鉃楹文承┚酆厦笇δ承┧幬锩舾?，而另一些則不然。我們的研究揭示了聚合酶的不同部分如何移動，即它們的構(gòu)象動態(tài)，是影響其對藥物相對敏感性的關(guān)鍵因素?！?/p>

研究人員利用冷凍電子顯微鏡技術(shù)，確定了DNA結(jié)合的HSV聚合酶全酶在多種構(gòu)象下與抗病毒藥物的相互作用結(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)揭示了“催化亞基Pol和過程因子UL42如何結(jié)合DNA以促進(jìn)持續(xù)的DNA合成”。研究人員意外地發(fā)現(xiàn)，在缺乏即將到來的核苷酸的情況下，聚合酶的手指域在閉合狀態(tài)下存在多種構(gòu)象。

結(jié)合結(jié)構(gòu)分析和計算模擬，研究表明，一些遠(yuǎn)離藥物結(jié)合位點(diǎn)的突變通過改變聚合酶手指的位置而賦予抗病毒耐藥性，這些手指負(fù)責(zé)在DNA復(fù)制時關(guān)閉藥物進(jìn)入。

這一發(fā)現(xiàn)出乎意料。此前，科學(xué)家們一直認(rèn)為聚合酶僅在與DNA結(jié)合時才部分閉合，只有在添加脫氧核苷酸時才完全閉合。然而，事實證明，HSV聚合酶只需靠近DNA就能完全閉合。這使得阿昔洛韋和磷甲酸更容易結(jié)合并阻止聚合酶的運(yùn)作，從而中止病毒復(fù)制。

“我研究HSV聚合酶和阿昔洛韋耐藥性已經(jīng)有45年了，”哈佛醫(yī)學(xué)院生物化學(xué)與分子藥理學(xué)教授唐納德·科恩（Donald Coen）博士表示?！爱?dāng)時我認(rèn)為耐藥突變將幫助我們理解聚合酶如何識別藥物模擬的天然分子的特征。我很高興這項研究表明我當(dāng)時的想法是錯誤的，并且最終給了我們一個明確的理由，解釋為什么HSV聚合酶會被該藥物選擇性抑制?！?/p>

參考文獻(xiàn)：https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(24)00842-0?_returnURL=https%3A%2F%2Flinkinghub.elsevier.com%2Fretrieve%2Fpii%2FS0092867424008420%3Fshowall%3Dtrue

編輯：王洪

排版：李麗