病毒基因組復(fù)制的一個(gè)常見(jiàn)特征是高突變率，這有助于病毒躲避新療法并對(duì)原本有效的抗病毒藥物產(chǎn)生耐藥性。近日，一項(xiàng)新研究揭示了單純皰疹病毒（HSV）如何通過(guò)改變其DNA聚合酶的構(gòu)象，從而對(duì)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(duì)藥物的敏感性。

該研究不僅加深了我們對(duì)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(jiàn)解。這項(xiàng)研究還解答了長(zhǎng)期以來(lái)關(guān)于為什么某些病毒而非其他病毒對(duì)抗病毒藥物敏感，以及病毒如何對(duì)藥物變得無(wú)效的問(wèn)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(lái)思考耐藥性問(wèn)題。這項(xiàng)研究幫助我們從一個(gè)全新的角度來(lái)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(guò)程中通過(guò)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(zhǎng)期以來(lái)一直是研究的焦點(diǎn)，許多研究試圖捕捉它們?cè)诓煌瑯?gòu)象下的形態(tài)。然而，關(guān)于聚合酶構(gòu)象動(dòng)態(tài)變化對(duì)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(duì)試圖了解聚合酶的變化如何使病毒對(duì)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(lái)，我們已經(jīng)解析了許多來(lái)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?duì)某些藥物敏感，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(dòng)，即它們的構(gòu)象動(dòng)態(tài)，是影響其對(duì)藥物相對(duì)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(guò)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(lái)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(jì)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(guò)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(shí)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(shí)才部分閉合，只有在添加脫氧核苷酸時(shí)才完全閉合。然而，事實(shí)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(shí)我認(rèn)為耐藥突變將幫助我們理解聚合酶如何識(shí)別藥物模擬的天然分子的特征。我很高興這項(xiàng)研究表明我當(dāng)時(shí)的想法是錯(cuò)誤的，并且最終給了我們一個(gè)明確的理由，解釋為什么HSV聚合酶會(huì)被該藥物選擇性抑制。”

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