人类乙型肝炎病毒(hepatitis B virus,HBV),1986年国际病毒命名委员会正式将其划归为一个新的病毒科——嗜肝DNA病毒科( Hepadnaviridae )的成员。该科病毒的成员除了人HBV 外还有:①土拨鼠肝炎病毒(woodchuck hepatitis virus,WHV),1978年在美国新泽西州和马里兰州等地的野生土拨鼠中发现该病毒。土拨鼠肝炎和肝癌的发生率较高。②地松鼠肝炎病毒(ground squirrel hepatitis virus,GHV),是1980年在美国南加州的地松鼠中发现的。③鸭乙型肝炎病毒(duck hepatitis B virus,DHBV),1981年在我国江苏省启东县肝癌高发区分离自易发生肝癌的麻鸭,后来在北京鸭和美国商品鸭中也发现该病毒。④鹭乙型肝炎病毒(heron hepatitis virus,HHBV),1988年在德国的苍鹭中发现此种病毒。⑤毛猴乙型肝炎病毒(woolly monkey hepatitis virus,WMHBV),1998年在美国毛猴中发现此种病毒。其中人类乙型肝炎病毒、地松鼠肝炎病毒、土拨鼠肝炎病毒和毛猴乙型肝炎病毒属于嗜肝DNA病毒科正嗜肝DNA病毒属;鸭乙型肝炎病毒和鹭乙型肝炎病毒属于嗜肝DNA病毒科禽嗜肝DNA病毒属。
在HBV感染患者的血液中可见到3种不同形态与大小的颗粒。
平均直径为22nm,仅由主蛋白或同时由约5%的中蛋白组成,不含病毒核酸,无感染性。
由小球形颗粒连接而成,其长短不一。小球形颗粒和管型颗粒的产生是由于病毒颗粒包膜产量过剩。小球形颗粒和管型颗粒与Dane颗粒的比例依不同的病程差异较大,一般是Dane颗粒的10 4 ~10 6 倍,在患者血液中的含量可高达10 13 个/mL。
为完整的具有感染性的病毒颗粒,呈球形,直径为42nm,由包膜和核衣壳组成。核衣壳直径为27nm,含有乙型肝炎核心抗原(HBcAg)、单一分子的部分双链DNA以及依赖DNA的DNA聚合酶。核衣壳很重要的一个功能是作为病毒基因组的保护性容器。另一特征是P蛋白与长DNA链共价结合。患者血液中的Dane颗粒含量为10 4 ~10 9 个/mL。
在氯化铯平衡梯度离心中,HBV颗粒(42nm)的浮力密度为1.22g/cm 3 ,表面抗原颗粒(22nm)为1.18g/cm 3 。病毒外膜成分含有来自宿主细胞的脂类,约占外膜干重的30%。
HBV对理化因素有较强的抵抗能力,对热、低温、干燥、紫外线和一般消毒浓度的化学消毒剂,均能耐受。病毒在30~32℃可存活至少6个月,在-20℃可存活15年。病毒浓度较高时,60℃加热10h,或98℃加热1min,以及乙醚或pH值2.4处理6h均不能有效灭活乙型肝炎病毒。能够灭活HBV的常用方法和条件包括:121℃高压灭菌20min,100℃干烤1h,100℃直接煮沸2min,以及0.5%过氧乙酸、3%漂白粉溶液、5%次氯酸钠和环氧乙烷等的直接处理。HBV的感染性并非与其抗原性和免疫原性相一致,在一些能够灭活HBV感染性的条件下,其抗原性和免疫原性仍可较好保留。
HBV的基因组是已知DNA病毒中最小的,仅含3200bp,组成独特的带有部分单链区的双链DNA环状模式。长链为负链(L-),几乎形成完整的环,其5'末端有蛋白与之共价相连。短链为正链(S+),长度因毒株的不同而变化较大。其5'末端有一段戴帽的寡核苷酸与之相连。因此长链和短链的5'端均不能被多聚核苷酸酶磷酸化。长链和短链的5'端位置是固定的,短链可长可短。尽管短链的3'端长度有不同,但通过正、负链的5'端的黏性末端(含250bp)互补,使HBV基因组DNA形成部分环形结构。在正、负链5'端互补区的两侧各有由11个核苷酸(5'TTCACCTCTGG3')构成的同向重复(direct repeats,DRs),分别称为DR1和DR2,其中DR1在负链的5'端,DR2在正链的5'端。
HBV基因组非常独特,正链及负链DNA可分别编码,所有顺式调控序列均位于编码区内,无内含子。HBV DNA长链含有分别编码结构蛋白(pre-S、S和核心蛋白)以及复制蛋白(聚合酶和X蛋白)的4个ORF,编码区有广泛的重叠以充分扩大其编码容量(100%S、23%C、39%X基因分别与P基因重叠)。HBV基因组高度压缩,重复利用,使有限基因得到充分的利用(4个ORF的全长为4.7kb,而HBV DNA全长只有3.2kb)。这种基因组的结构特点在其他生物极为罕见。
HBV 基因含4个开放阅读框(open reading frame,ORF):SORF、CORF、PORF、XORF。
SORF长度为1185bp,由S、pre-S1和pre-S2区组成,3个区各有起始密码子ATG,但共同合用S区5'端的终止密码子。S区位于HBV DNA核苷酸第155~832位,编码含有226氨基酸残基的包膜主要表面蛋白,又称小表面蛋白,即乙型肝炎表面抗原(HBsAg)。主要表面蛋白是HBV颗粒衣壳和小球形颗粒和管型颗粒的主要成分,含量最高,占70%~80%。主要表面蛋白是HBV感染后的第一个血清学标志。pre-S2区位于HBV DNA核苷酸第3205~154位,pre-S2区 +S区编码包膜中蛋白。pre-S1区位于 HBV DNA 核苷酸第2848~3204位,pre-S1区+pre-S2区+S区编码包膜大蛋白。完整的病毒颗粒同时含3种外膜蛋白,以主蛋白为主,中蛋白5%~10%,大蛋白可达20%。
外膜蛋白含B细胞和T细胞抗原表位,可刺激宿主免疫应答。病毒靠外膜蛋白附着和侵入细胞。外膜蛋白可促使病毒的成熟和分泌。大蛋白有调节作用,可调节HBcAg核移,可抑制小球形颗粒分泌、可引起泡沫化。pre-S1和pre-S2有反式激活作用。
CORF的长度为639bp,编码HBcAg和乙型肝炎e抗原(HBeAg)。在CORF有2个起始密码子AUG。由CORF内部第2个起始密码子AUG转录翻译合成HBcAg,分子量为22kD。HBcAg是HBV的结构蛋白,是核衣壳的重要组成部分,为病毒颗粒子装配所必需。用常规技术无法在血清中检测出HBcAg,但在急性或慢性HBV感染患者的肝脏,能检出HBcAg。C蛋白由183aa组成,称为HBc/e蛋白序列。C蛋白由4个α螺旋组成,有2个内部螺旋形成反向平行的发夹。2个C蛋白单体形成1个二聚体,90个或120个二聚体亚单位装配成核心颗粒,电镜下可见的刺突即为暴露于表面的发夹结构。HBcAg B细胞表位可能位于或靠近这些刺突的表面。第78和143之间的序列以及半胱氨酸的交联参与二聚体的形成和装配过程。虽然半胱氨酸稳定核心颗粒,但并非病毒在体外复制所必需。C蛋白可分为2个区,即N端装配区至第144位,以及具有重要功能的富精氨酸区,位于颗粒的内部。C端区对前基因组RNA的结合和基因组的复制是必要的,并涉及核心蛋白的磷酸化和核转运。两区通过第145和第150位之间的氨基酸形成的绞链相连。
当从CORF 5'端第1个起始密码子AUG起始翻译时,所合成的蛋白称为前核心蛋白(precore protein,preC)。preC蛋白的N端含有19aa的信号肽。preC蛋白由信号肽介导进入内质网腔后,首先切去其中的信号肽,随后该蛋白富含精氨酸的C端在高尔基体中也被切除,形成成熟的HBeAg,分子量为17kD。HBeAg不是HBV的结构蛋白,不是病毒复制所必需,不插入到病毒颗粒子表面,而是分泌到细胞外,进入血液循环。HBeAg可在具有高滴度病毒的患者血清中检出。HBeAg可能参与免疫调节和复制调节。
PORF长度为2532bp,为HBV基因组中最长的ORF,它除了包含全部的SORF外,还与CORF和XORF有部分区域重叠。P蛋白介导前基因组RNA包装入核心颗粒,并在核心颗粒内合成HBV DNA基因组。它具有3种酶活性:DNA合成的引物酶(primase)的活性、依赖RNA(逆转录)和依赖DNA的聚合酶活性、RNA酶H活性。P蛋白的这些活性分别位于不同的区。N端为引物酶活性,接着是一段无意义的间隔系列,然后是聚合酶活性区,C端是RNA酶H区。在RT活性区,HBV聚合酶具有与其他RT酶共同的保守的残基[酪氨酸-甲硫氨酸-天冬氨酸-天冬氨酸(YMDD)]。
XORF最小,长度为435~462bp,编码长度为145~154aa的可溶性细胞内蛋白,即HBV X蛋白(HBx),分子量为24~28kD。HBx是一种多功能蛋白,不仅具有广泛的反式激活功能,而且可以通过许多复杂途径参与细胞的凋亡、DNA修复的调控、与P53的相互作用以及促进细胞周期的进程等。因此HBx与HBV在宿主肝细胞中的复制和诱导细胞的转录、增生、转化和凋亡以及与肝细胞癌的发生、发展关系非常密切。现已明确HBx并不与双链DNA直接结合,其引起的诸多功能是通过蛋白与蛋白相互作用实现的。
HBV 可转录为4种未经拼接过的 mRNA:3.5kb mRNA、2.4kb mRNA、2.1kb mRNA 和0.7kb mRNA。2.1kb mRNA合成外膜中蛋白和主蛋白,2.4kb mRNA主要合成外膜大蛋白,0.7kb mRNA合成X蛋白,3.5kb mRNA合成C蛋白和P蛋白,3.5kb mRNA含病毒编码的全部信息,是逆转录模板的病毒前基因组。
HBV基因组含4种启动子。S基因启动子(sp)有两个串联启动子,sp1位于HBV DNA 核苷酸第2219~2780位,可调节2.4kb mRNA 的转录,sp2位于 HBV DNA 核苷酸第2809~3152位,可调节2.1kb mRNA 的转录。C 基因启动子(cp)位于 HBV DNA 核苷酸第1643~1849位,cp由上游调节序列(CURS)和基本启动子(BCP)两部分组成。X 基因启动子(xp)位于 HBV DNA 核苷酸第1235~1374位,调节0.7kb mRNA 的转录。
HBV基因组含2种增强子,即增强子1(Enh1)和增强子2(Enh2)。Enh1位于HBV DNA 核苷酸第1070~1234位,Enh2位于 HBV DNA 核苷酸第1627~1774位。增强子可提高启动子的转录水平。
HBV感染周期大致可分为以下几个阶段:①感染性病毒颗粒感染肝细胞,病毒外膜与细胞膜融合,将核衣壳释放进入细胞质,在细胞质中脱去核衣壳;②病毒DNA基因组进入细胞质,为松弛环状 DNA(relaxed circular DNA,rcDNA),rcDNA 解脱正链5'端连接的 RNA片段、负链5'端连接的末端蛋白,进入细胞核,在HBV DNA多聚酶作用下延伸正链,将各链的缺口封闭,转变成共价闭合环状 DNA(covalently closed circular DNA,cccDNA),利用宿主的RNA聚合酶,cccDNA可以作为转录模板合成4种HBV mRNA;3.5kb mRNA含病毒DNA序列上的全部遗传信息,进入病毒核心的RNA是病毒基因组逆转录的模板,也称为病毒前基因组RNA;③mRNA出细胞核进入细胞质,被翻译成各种病毒蛋白;④HBV前基因组RNA与2种基因产物相互作用,形成未成熟的含RNA的核衣壳;⑤在衣壳内,在HBV逆转录酶的作用下,以3.5kb前基因组RNA为模板,逆转录出全长HBV负链DNA,同时在RNA酶H作用下RNA链被水解,由DNA多聚酶再合成互补的正链DNA;⑥DNA基因组即可重新进入细胞核,又可通过与表面蛋白相互作用,进入分泌途径的前高尔基腔,以有包膜的病毒颗粒出胞,没有核衣壳的表面蛋白的芽生形成小球形颗粒和管型颗粒。
自1979年克隆出第1株HBV DNA全序列后,相继有几百株HBV DNA全序列被相继克隆并收录入Genbank中,而至今尚未发现2株序列完全一样的HBV株。为了更好地研究HBV,根据HBV基因序列差异的多少,将HBV划分为不同的基因型。根据HBV全基因序列异质性≥8%的标准,目前将HBV分为A~H 8个基因型。最近有研究提出同一基因型的不同分离株由于毒力和临床表现的区别,有必要再分为基因亚型,如基因型A可分为Aa、Ae、Ac三种基因亚型,基因型B可分为Ba(a代表亚洲)、Bi(i代表日本)两种基因亚型,基因型C可分为C1~C4四种基因亚型,基因型F可分为F1、F2两种基因亚型。HBV基因型的分布具有人种和地域性的特征。A基因型主要分布在欧洲西北部和北美洲,B型和C型主要分布在亚洲东部,D型最多分布于欧洲南部和中东,E型基本分布于非洲西部,F型发现于美洲中部和南美洲,G型在法国、美国和墨西哥有零星分布,H型在美国中部有少量分布。我国以B和C两种基因型为主,也有少量的A和D基因型和B/C基因型混合感染,其中北方以C型为多,南方以B型占优势,各省之间不完全相同。近年来研究发现,HBV基因型与HBV流行病学特点、HBV标志物的表达、致病性、乙型肝炎的病程和转归及对药物的敏感性有关,HBV基因型具有非常重要的意义。
1988年Okamoto等测定了从日本和印尼的3名无症状携带者的血清中克隆3株adw亚型的 HBV DNA全长序列。这3株HBV的基因组均含有3215bp,其序列之间的差别仅为3.9%~5.6%。但这3株序列和已报道的源于美国携带者的相同亚型的2个HBV基因组差别较大,达8.3%~9.3%,已相当于adw和其他亚型的HBV基因组之间的差别。通过对18株HBV DNA序列进行比较,确定了将核苷酸序列差异≥8%为不同基因型的判断标准,将这18株 HBV DNA 序列分为 A(2株 adw)、B(4株 adw)、C(3株 adw、4株 adr和1株 ayr)、D(4株ayw)四种基因型,建立了HBV DNA基因型的分型方法。随后,一些学者相继应用该法对HBV进行基因分型。结果证实,根据HBV全基因组序列差异进行基因分型十分精确,是HBV基因分型的经典方法,也是其他基因分型方法参照的“金标准”。但测序所需的技术和实验条件高,费用大,无法在临床实验室开展。
20世纪90年代初瑞典学者Norder等对HBV基因分型进行了系统的研究。他们以PCR扩增HBV S基因,并进行测序,建立了简洁的遗传树图。将S基因测序结果与全基因组测序比较,发现S基因序列的变化同全基因序列的变化一致,单用S基因分型是可靠的,从而简化HBV DNA的分型方法,并且提出了E和F两种新的基因型。1995年Ohba等也证实,基于S基因核苷酸序列遗传树基础上的HBV基因分型是合理而稳定的。我国范金水等也报道了HBV S基因(33~533位核苷酸)DNA PCR扩增产物直接测序法分析HBV基因型的结果。
虽然得到很大程度上的简化,利用S基因序列进行分型仍和HBV全基因组测序分型法一样,需要测定序列,较烦琐且费用较高,在临床实际应用上仍存在困难。
早在1988年Okamoto等就指出不同基因型的序列有独特的限制性酶切位点,因而有不同的酶切图谱,提出可用限制性片段长度多态性(RFLP)分析技术进行基因分型。
1997年瑞典的另一研究室创立了基于扩增S基因的RFLP分析和遗传树图的分型新方法,分析了187例HBeAg阳性慢性携带者血清样本,结果与先前Norder等报道一致。1998年他们采用限制性内切酶Ava2和Dpn2消化pre-S区扩增片段的RFLP分析法,对HBV进行基因分型。该方法能够检测出所有已知的基因型A~F,可分析大量样本,适用于流行病学调查以及HBV基因型对感染病程潜在影响的研究。
泰国学者采用pre-S区PCR扩增产物RFLP技术对40名携带者、30名慢性肝炎、14名肝硬化、30名肝癌患者进行HBV基因型分析,结果表明PCR-RFLP分析法与测序法一样特异可靠,但廉价省时,对流行病学研究特别有用。
我国朱冰等采用HBV S基因2对引物和BamHⅠ、HpaⅡ、XhoⅠ和EcoRⅠ4种内切酶进行PCR-RFLP分析,建立HBV基因分型方法。
新近日本学者采用分子进化方法(molecular evolutionary method)对68株HBV全基因组序列和106株HBV S基因序列进行了分析,建立了简单的HBV基因分型方法。以S基因序列进行基因分型的结果与全基因组序列的遗传分析结果一致。对S基因序列进行校准后,以5种限制性内切酶HphⅠ、NciⅠ、AlwⅠ、EarⅠ和NlaⅣ消化和鉴定基因型特异性区域。用该法对源于不同国家的23个HBV分离株的S基因的PCR产物的鉴定结果,证实了这一RFLP基因分型法的正确性。只有基因型B缺少EarⅠ酶切位点,基因型C缺少AlwⅠ酶切位点。只有基因型E有NciⅠ酶切位点,基因型F有HphⅠ酶切位点。基因型A仅有NlaⅣ单个酶切位点,而基因型D被NlaⅣ酶解成265bp和186bp。
经过不断改进,HBV PCR-RFLP基因分析法技术简便、费用不高,精确度高,适用于具备分子生物学基本工作条件的临床实验室。
新近日本学者建立了酶联免疫吸附试验(enzyme-linked immunosorbent assay,ELISA)基因分型法。他们以针对HBsAg共同决定簇的抗体包被,捕获血清中的HBsAg。通过针对pre-S2区产物基因型特异性表位的酶标单克隆抗体进行基因分型。用该法对68份含有不同基因型的HBsAg的血清标本的分析结果,与S基因测序分型法完全一致。在含有HBsAg的514份日本人血清中,507份可被ELISA分型,可分型率为98.6%。其基因型分布为A型4.7%、B型38.1%、C型54.9%、D型0.4%、F型0.6%,无E型。来自巴西、中国、印度、印尼、肯尼亚、朝鲜、尼泊尔、巴布亚新几内亚、菲律宾和泰国的446份含有HBsAg的血清中有425份可被分型,分型率为95.3%,其中A型25.6%、B型24.2%、C型33.9%、D型11.7%,无E和F型。未能分型的血清,有些是不同基因型混合感染,有些是含有基因点突变而导致缺乏基因型特异性表位所致。ELISA基因分型法技术简便,适用于实验条件一般的实验室以及大量标本的检测。其缺点是无法对血清HBsAg阴性的HBV感染进行基因分型,以及有少数HBsAg无法分型。由于目前还没有其他实验室的应用报道,因此还有待于更大规模的进一步验证以及试剂的商品化。
HBV基因分型对研究HBV的起源和进化、流行病学、发病机制、诊断,以及疗效及预后判断等方面均有重要意义。
HBV是嗜肝DNA病毒科中的正嗜肝DNA病毒属的成员之一。已在许多种类的动物,包括土拨鼠、地松鼠和灵长类动物,发现该病毒。因此,嗜肝DNA病毒肯定经历了非常长的进化史,其组成成员可能比目前所认识的还要多。黑猩猩也可能有自己的嗜肝DNA病毒,即使是与HBV非常接近。日本学者新近对很可能是在非洲野外生活时感染的3只黑猩猩的HBV样序列进行了分析。其中2只黑猩猩(Ch256和Ch258)拥有的病毒基因组长度为3182bp,在pre-S1区有33bp的缺失,无法归入人类HBV的A~F 6个基因型中的任何一型,但与先前报道的源于伦敦动物园黑猩猩的病毒分离株极为相似。Ch256和Ch258分离株序列在遗传树图上与至今所报道的长臂猿、猩猩(orangutans)和大猩猩的HBV样序列不同,因此代表黑猩猩自身的HBV,称为ChHBV。第3只黑猩猩的病毒(Ch195)基因组长度为3212bp,属于HBV E基因型。由于大多数HBV-E存在于非洲人,Ch195可能来自于非洲人传染源。然而也可能是相反的情形,即在很久以前HBV-E就在非洲从黑猩猩传给人类。哺乳类嗜肝DNA病毒核心蛋白富含精氨酸的C末端高度保守。该区的分析结果表明,HBV-E/F和非人灵长类动物嗜肝DNA病毒的亲缘关系,比HBV-A/B/C/D与土拨鼠和地松鼠嗜肝DNA病毒的亲缘关系更为接近,支持HBV起源于非人灵长类动物的假说。
HBV基因型的分布在不同地区和人群有所不同,A型主要分布在北欧和非洲,B型和C型主要分布在东亚,D型主要分布在中东、北非和南欧,E型主要分布在非洲,F型主要分布在南非。
泰国学者对40名携带者、30名慢性肝炎、14名肝硬化、30名肝癌患者进行HBV基因型分析结果表明,C型为优势基因型,占68.6%,其中C1亚型占12.7%、C7占45.7%、C8占10.2%。B1占29.7%。
我国长春、大同、杭州、深圳、青岛、西安、昆明和拉萨8个城市43株HBsAg阳性和52株HBsAg阴性血清的基因型分析表明,虽然各城市间两类乙型肝炎的基因型存在一定差异,但总体上看,两类乙型肝炎的HBV主要型别构成基本一致,均以C型为主,分别为62.8%和61.5%;其次为D型,分别为14%和26.9%;B型分别为20.9%和9.6%;A型各1株。
广州、重庆、北京、沈阳四个城市的慢性无症状携带者及慢性乙型肝炎、肝硬化患者的HBV基因型以C型和B型为主。其中广州:B型32.8%、C型42.7%、BC混合型23.0%、其他1.6%;重庆:B型35.0%、C型40.0%、BC混合型25.0%;北京:B型25.0%、C型50.0%、BC混合型25.0%;沈阳:B型11.1%、C型88.9%。
法国和美国慢性HBV感染患者121份血清的分析揭示,基因型A为优势型别,占54%;基因型B、C、D、E、F分别各占3%、12%、19%、1%和0。另外有13株(占11%)不属于目前已知的A~F基因型中的任何一型,其基因组长度为3248bp,称其为基因型G。通过推算HBsAg序列,推测该新发现的G基因型毒株属于血清型adw2。
王珊珊等以4名HBsAg、HBeAg均阳性的女性携带者及其子宫内感染HBV的4例胎儿为对象,研究母儿间病毒的基因分型与S区变异株。以双脱氧链末端终止法检测母儿所携HBV S区451~660位核苷酸序列。母儿HBV S区同源性为98%~100%,检出530、546、581位点变异致使126位、131位、143位氨基酸替代。2对母儿均为B型。在另外2对母儿,母亲为B型,胎儿为AB混合型。结果提示母儿间HBV基因型别基本一致,但HBV宫内传播可能发生S基因变异。
HBV感染后的临床表现多种多样,非常复杂。如成人感染HBV后可产生不同疾病谱,从隐性感染、急性肝炎到慢性肝炎甚至异常严重的急性重型肝炎;即使接受同一HBV污染的受血者不一定产生同一类型的肝炎;干扰素(interferon,IFN)可用于慢性HBV感染的治疗,对很多患者有效,然而有些患者对IFN无反应。因此人们推测,除了机体的免疫应答存在个体差异以外,不同基因型的HBV可能具有不同毒力。目前已有一些关于HBV基因型与疾病类型关系的研究报道,也得出了一些初步结果。然而HBV基因型与肝病严重性和临床结局的关系的确定,尚有待于进一步的大规模追踪研究。
朱冰等发现广州地区肝硬化患者以C和B混合型为主,占50.0%,提示HBV DNA毒株的混合感染,有可能加重肝组织的损伤。
我国台湾地区学者对100名无症状携带者和170名经组织学证实的慢性肝炎和肝癌患者进行了HBV基因型分析,除了E型外,其他基因型均存在,B和C型为优势基因型。与无症状携带者比较,C型最常见于肝硬化及50岁以上的肝癌患者;B型更常见于50岁以下,特别是35岁的肝癌患者,其中大多数没有肝硬化。提示HBV C基因型与更为严重的肝病有关,B基因型则与台湾地区年轻人肝癌有关。
Lindh等研究了东亚43名HBV慢性携带者的病毒载量和肝损害与基因型和C启动子突变的相关性,发现基因型C携带者的肝脏炎症比基因型B更为严重,提示不同基因型之间可能存在致病性方面的差异。
综上所述,HBV基因分型方法学上已有比较重大的突破,建立了比较快速、简便的方法,如PCR-RFLP分析法,特别是ELISA基因分型法,如果试剂能商品化,并得到更多实验室的进一步验证,今后将能够在临床实验室大力推广应用。HBV基因分型方法为乙型肝炎的临床和分子流行病学研究提供了强有力的工具,十分有助于揭开HBV感染的临床表现及对治疗的反应复杂性的奥秘。
生物界中广泛存在着变异,当病毒周围生存环境发生功能改变时,为了适应环境的变化而得以生存和繁衍,它就随着环境变化而发生相应的变异,这是生物在自然界存在和发展的普遍特性。HBV是一种高变异的病毒,在它逆转录复制过程中,所需的HBV聚合酶缺失校正活性,不能去除错误掺入的碱基,使病毒在复制过程中发生一个或多个核苷酸的变异。变异的不断积累也使HBV的基因组核苷酸序列产生了较大的变化。HBV变异可以在慢性持续性感染过程中自然发生,并受各种内、外源性因素影响。HBV在体内是以准种形式存在的,在特定的环境选择压力下,适应性强的变异株被选择性扩增,代替原来占优势的野生株成为优势株;去除特定的选择压力后,野生株可以重新恢复成优势株。
C基因区可以编码HBcAg和HBeAg。C基因区包括Pre-C基因和C基因。C基因位于HBV基因组1901~2450nt之间,可以编码核壳蛋白HBcAg,HBcAg含有细胞毒性T淋巴细胞和B细胞所识别的抗原表位。细胞毒性T淋巴细胞能够识别并杀灭被感染的肝细胞中的HBV。HBV可以通过C基因其中主要在第81~101位氨基酸发生的错义突变,使细胞毒性T淋巴细胞对HBcAg的识别错误,影响细胞毒性T淋巴细胞对病毒的清除,造成HBV感染的持续。Pre-C基因的变异会影响HBeAg的表达,如1896nt的鸟嘌呤变异为腺嘌呤,使色氨酸密码子变异为终止密码子,使Pre-C蛋白的翻译终止,从而使HBeAg抗原合成终止。研究表明,C基因和Pre-C区基因的变异,与慢性乙型肝炎密切相关,是引起乙型肝炎患者病情发生变化的重要原因之一。
S基因区可分为S、pre-S1和pre-S2区。S区位于HBV的155~833nt,主要编码HBsAg,HBsAg是引起机体产生保护性抗体的主要成分。HBsAg含有保守的a抗原决定簇,a抗原决定簇位于HBsAg的124~147个氨基酸,是HBsAg主要的抗原表位。a抗原决定簇氨基酸的改变可能会有重要的生物学意义,可能改变其抗原性。如:587nt的鸟嘌呤变异为腺嘌呤,使位于HBsAg145的甘氨酸变异成精氨酸,改变了a抗原决定簇的结构域,使抗体不能识别HBsAg。pre-S1区常见缺失变异,缺失变异可能会丢失转录因子结合位点,导致HBsAg合成减少。pre-S2基因区含细胞毒性T淋巴细胞和B细胞的抗原表位,如果发生变异将可能会影响细胞毒性T淋巴细胞和B细胞的免疫应答。
X基因位于HBV基因组第1374~1818nt,可以编码HBx。1762nt的腺嘌呤变异为胸腺嘧啶和1764nt的鸟嘌呤变异为腺嘌呤,二者合称双突变,在HBV长期携带的HBeAg阴性的患者中高度流行,但在HBeAg阳性患者中较少见,双突变可导致HBeAg表达减少。在第1770~1777nt位的缺失突变,会影响核心基因启动子和增强因子Ⅱ,产生翻译终止密码子,导致HBV DNA复制和表达的抑制。1655nt的胞嘧啶变异为胸腺嘧啶,1764nt的腺嘌呤变异为胸腺嘧啶和1766nt鸟嘌呤变异为腺嘌呤可能与重症肝炎有关。HBx变异后,HBx的反式激活能力可能会发生变化,可能会影响HBV的复制。
P基因区是HBV基因,位于2375nt~0~1621nt,P基因主要编码HBV DNA聚合酶,P基因区某些位点的突变可影响HBV前基因组RNA的包装,从而影响病毒复制。
HBV耐药可以分为3种类型:①基因耐药,指HBV基因组中某些位点的变异而导致耐药,这种变异与耐药性有直接因果关系。②表型耐药,指在体外细胞培养体系中直接测定某种药物对HBV的抑制作用,以能抑制50% HBV复制的药物浓度(IC 50 )来评估HBV对该药物的敏感性。IC 50 值增加在5倍以下者仍被认为敏感,5~10倍者为部分耐药,10倍以上者为耐药。③临床耐药,指临床出现病毒复制不能被抑制,或HBV复制一度被抑制后又出现HBV DNA水平重新升高。
拉米夫定(LVD)是一种核苷(酸)类似物,能有效抑制HBV的复制,降低HBV DNA水平,但长时间使用拉米夫定会使患者产生耐药。拉米夫定诱导的耐药主要是由于P基因区变异,导致编码的HBV DNA聚合酶变异。HBV基因组739nt的腺嘌呤变异为鸟嘌呤和741nt的鸟嘌呤变异为胸腺嘧啶,这两个变异导致HBV DNA聚合酶的YMDD位点的甲硫氨酸(M)变异为异亮氨酸(I)和缬氨酸(V),形成YIDD或YVDD变异,从而导致拉米夫定的耐药。LVD 所诱导的YMDD变异的比例随着服药时间的延长而增加,当变异株成为优势株时,就可能出现耐药。在出现病毒变异耐药后,应根据患者的个体情况改用其他抗病毒药物治疗,但应注意的是,最好将新的抗病毒药物与LVD重叠使用1~3个月,以免造成因突然停用LVD,而引起病情加重。
恩替卡韦(entecavir,ETV)是环氧羟碳脱氧鸟苷,三磷酸形式的恩替卡韦主要通过抑制病毒聚合酶来抑制HBV的复制。恩替卡韦耐药主要是因为rt184、rt202、rt250的变异,恩替卡韦不能有效结合突变株的HBV多聚酶从而导致耐药。恩替卡韦耐药程度比拉米夫定低。
阿德福韦酯(adefovir dipivoxil,ADV)的二磷酸形式能够抑制DNA聚合酶,进而抑制HBV的复制。阿德福韦酯所诱导的变异是HBV DNA聚合酶236nt的N变异为T或181位的A变异为V。但其发生率很低,对于HBeAg阳性患者应用1、2、3年时耐药发生率分别为0、1.6%和3.1%。HBeAg阴性患者1、2、3年的耐药发生率分别为0、3.0%和5.9%~11%。
干扰素是有核细胞在对病毒等刺激机体产生免疫应答过程中分泌的一组宿主蛋白,可阻断HBV DNA的复制。通过干扰素治疗可以清除HBV患者的乙型肝炎e抗原,也能使HBV DNA转阴。另外,干扰素通过免疫调节机制,调节机体对HBV的免疫应答,以协助抗病毒效应。前C区核苷酸1896位点、核苷酸1814位点变异的患者对干扰素的应答较差,因其直接导致乙型肝炎e抗原不表达或表达降低。
有关HBV体外感染的细胞模型及体内动物模型参见本篇第七章第一节相关内容。
(林旭)