病毒基因组复制的一个常见特征是高突变率，这有助于病毒躲避新疗法并对原本有效的抗病毒药物产生耐药性。近日，一项新研究揭示了单纯疱疹病毒（HSV）如何通过改变其DNA聚合酶的构象，从而对治疗产生耐药性。研究人员利用冷冻电子显微镜（cryo-EM）技术，展示了病毒DNA聚合酶的构象变化如何影响病毒对药物的敏感性。
该研究不仅加深了我们对病毒蛋白构象变化如何促进耐药性的理解，还为理解其他病毒的药物效力和耐药性提供了新的见解。这项研究还解答了长期以来关于为什么某些病毒而非其他病毒对抗病毒药物敏感，以及病毒如何对药物变得无效的问题。
哈佛医学院微生物学副教授兼霍华德·休斯医学研究所（HHMI）研究员乔纳森·亚伯拉罕（Jonathan Abraham）博士表示：“我们的研究表明，我们必须跳出传统的药物结合位点来思考耐药性问题。这项研究帮助我们从一个全新的角度来看待药物耐药性。”
该研究成果发表在《细胞》（Cell）杂志上，论文题为《病毒DNA聚合酶结构揭示抗病毒药物耐药机制》（“Viral DNA polymerase structures reveal mechanisms of antiviral drug resistance”）。
HSV是一种影响全球数十亿人的病毒，除了广为人知的引发唇疱疹和发热性水疱外，它还可能导致严重的眼部感染、脑炎以及免疫力低下人群的肝损伤。此外，HSV还可在分娩过程中通过产道传染给婴儿，导致新生儿的致命性感染。
DNA聚合酶作为重要的药物靶点，长期以来一直是研究的焦点，许多研究试图捕捉它们在不同构象下的形态。然而，关于聚合酶构象动态变化对耐药性的影响，迄今为止仍缺乏详细的理解。
HSV聚合酶是抗病毒药物阿昔洛韦（acyclovir）的靶点，阿昔洛韦是治疗HSV感染的首选药物，而磷甲酸（foscarnet）则是治疗耐药感染的二线药物。亚伯拉罕的研究团队试图了解聚合酶的变化如何使病毒对常规剂量的抗病毒药物产生抵抗力，进一步探讨为什么阿昔洛韦和磷甲酸在某些变异形式的HSV聚合酶上效果不佳。
亚伯拉罕博士指出：“多年来，我们已经解析了许多来自不同生物体的聚合酶结构，但我们仍未完全理解为何某些聚合酶对某些药物敏感，而另一些则不然。我们的研究揭示了聚合酶的不同部分如何移动，即它们的构象动态，是影响其对药物相对敏感性的关键因素。”
研究人员利用冷冻电子显微镜技术，确定了DNA结合的HSV聚合酶全酶在多种构象下与抗病毒药物的相互作用结构。这些结构揭示了“催化亚基Pol和过程因子UL42如何结合DNA以促进持续的DNA合成”。研究人员意外地发现，在缺乏即将到来的核苷酸的情况下，聚合酶的手指域在闭合状态下存在多种构象。
结合结构分析和计算模拟，研究表明，一些远离药物结合位点的突变通过改变聚合酶手指的位置而赋予抗病毒耐药性，这些手指负责在DNA复制时关闭药物进入。
这一发现出乎意料。此前，科学家们一直认为聚合酶仅在与DNA结合时才部分闭合，只有在添加脱氧核苷酸时才完全闭合。然而，事实证明，HSV聚合酶只需靠近DNA就能完全闭合。这使得阿昔洛韦和磷甲酸更容易结合并阻止聚合酶的运作，从而中止病毒复制。
“我研究HSV聚合酶和阿昔洛韦耐药性已经有45年了，”哈佛医学院生物化学与分子药理学教授唐纳德·科恩（Donald Coen）博士表示。“当时我认为耐药突变将帮助我们理解聚合酶如何识别药物模拟的天然分子的特征。我很高兴这项研究表明我当时的想法是错误的，并且最终给了我们一个明确的理由，解释为什么HSV聚合酶会被该药物选择性抑制。”
参考文献：https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(24)00842-0?_returnURL=https%3A%2F%2Flinkinghub.elsevier.com%2Fretrieve%2Fpii%2FS0092867424008420%3Fshowall%3Dtrue
编辑：王洪
排版：李丽
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