B형 간염바이러스와 약제 내성

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B형 간염바이러스와 약제 내성

TiBMB- ”Drug Resistance”
B형 간염바이러스와 약제 내성
(Hepatitis B Virus and Antiviral Drug Resistance)
1
2
김두현 , 안성현 , 김균환
3,*
건국대학교 의학전문대학원 약리학교실
1
[email protected], [email protected],
3,*
[email protected]
서론
다. 숙주의 면역기능이 정상이면 간염은 일시적이며 초기
감염 후 약 45~180일의 잠복기를 거쳐 황달, 전신 피로감,
B형 간염바이러스 (Hepatitis B virus, HBV)는 1960년대
구토, 간 기능 장애 등의 증상을 보이게 된다. 이후 급성
Blumberg 박사에 의해 최초로 발견되었다. 감염은 수혈,
감염자는 바이러스의 항원을 인지하는 항체를 만들어 평
성접촉, 산도감염 등에 의해 일어난다. WHO에 의하면 전
생면역을 획득한다. 하지만 전체 감염 중 약 10% 정도는
세계적으로 약 4억 이상의 인구가 감염 되어있고 매년 약
만성감염으로 이어진다. 만성감염이 되면 바이러스가 간
3천만 명 정도가 새롭게 감염되며, 약 140만 명이 B형 간
세포에 직접 공격을 하진 않지만 지속적으로 복제와 생존
염 바이러스로 인해 매년 사망하고 있어 인류에 가장 많은
을 통해 간 조직에 서서히 염증이 생기고 합병증을 야기해
폐해를 주는 바이러스 중의 하나이다. HBV에 감염되면 만
간질환을 뒤따르게 하는 것이다 [1]. 또한 간은‘침묵의 장
성간염, 간경화, 간암 등의 간질환이 발생할 수 있고, 심하
기’라고도 부를 정도로 고통에 둔감하므로 만성 B형 간염
면 바이러스성 간질환으로 사망에 이르게 된다. 우리나라
환자는 대부분 별다른 증상을 느끼지 못한다. 그렇기 때문
HBV 감염자 수는 약 300만 명으로 추산 되고 있다 (통계
에 정기적인 진료와 검사가 매우 중요하다.
청, 2005). 서양인보다는 아시아·아프리카에 많이 감염
되어 있다고 보고되어 있다.
HBV의 간염은 급성(acute)과 만성(chronic)으로 나뉜
만성 B형 감염의 치료는 표 1에 나타낸 바와 같이 핵산
유도체 (nucleot(s)ide analog)를 경구 투여함으로써 바이
러스 증식을 억제시키게 된다 [2]. 치료 전 바이러스농도
KSBMB NEWS·12월호
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TiBMB
Drug Resistance
(viral titer)가 높을수록 간질환 진행은 빨라지고 예후가 더
나빠진다. 핵산 유도체 외 인터페론(interferon)을 주사하
여 치료하기도 하지만 핵산 유도체 만큼 효과를 기대하긴
어렵다 [3]. 현재까지 효과적으로 바이러스를 줄이는 방법
이 많이 연구되어 있고 항바이러스제도 많이 개발되어 있
으나, 아쉽게도 핵산 유도체는 장기간 사용시 HBV 내성발
현이라는 문제점이 발생하여 치료에 있어서 주요한 문제가
된다. HBV가 한 약제에 대해 내성이 생기면 비슷한 원리로
작용하는 다른 약제에 대해서도 교차내성이 생긴다 [4].
여기에서는 지금 임상에 사용되고 있는 HBV 약제와 내
성 바 이 러 스 출 현 에 의 한 바 이 러 스 돌 파 (viralbreakthrough) 현상을 일으키는 돌연변이들의 특성 등에
대하여 이해하고 알아보고자 한다.
본론
그림 1. HBV의 life cycle 및 약제 작용부위 [2]
진입하게 되고 부분 이중가닥인 HBV DNA는 circular 형
태로 전환되어 cccDNA로 된다 [5]. cccDNA로 부터 생성
1. HBV의 특징
된 viral RNA는 core, surface, polymerase 등을 만들고,
HBV의 완전한 형태를 Dane 입자(직경 42 nm)라고 하
세포질에서 원래의 viral DNA로 전환이 가능한 pregen
며 유전자로는 3.2 kb의 이중가닥 DNA를 가지고 있는 바
omic RNA를 중심으로 encapsidation이 진행된다 [2].
이러스이다 [5]. DNA주변은 캡시드 (capsid) 단백질이 둘
Preg enomic RNA로 부터 성공적으로 DNA 전환까지 마
러싸고 있고 외피(surface) 단백질이 그 주변을 감싸고 있
친 HBV virion은 budding 된다. 이후 주변 간세포에 감염
는 형태로 존재한다. 간세포에 특화되어있는 굴성
되거나 재감염이 되어 꾸준히 증식하게 된다.
(tropism)이 있고 non-cytotoxicity 상태로 지속적인 감염
pregenomic RNA는 capsid 안에서 DNA로 전환되는데,
을 일으키는 특징이 있다. HBV는 숙주 범위가 매우 좁다.
이때 핵산 유도체가 신생 DNA 가닥에 끼어들어가 궁극적
사람과 침팬지 외의 다른 동물에는 감염되지 않는 특징이
으로 합성을 종식시키게 된다 [7]. HBV의 중합효소
있다. 유사한 바이러스로는 WHV(woodchuck hepatitis
(polymerase)는 4개의 도메인으로 구성되어 있고 특히
virus), DHBV(duck hepatitis B virus) 등이 알려져 있다
RT(reverse transcriptase)도메인이 DNA합성에 관여하는
[5]. 특히 WHV는 HBV와 염기서열 70%의 상동성을 보이
부분이다. 따라서 이 부분을 target으로 하는 다양한 약제
고 우드척에서 간암을 발생시키는 것으로 알려져 있어
(drug)가 개발된 상태이고, HBV 중합효소의 RT 도메인
HBV 연구에 중요한 모델로 이용되고 있다.
안의 활성부위(active site)에 돌연변이가 생기면 약제 내
HBV virion이 간세포에 감염되면 외피단백질이 벗겨지
게 된다 [6]. 그 후 capsid 내의 바이러스 유전자가 핵 내로
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생화학분자생물학회소식·12월호
성의 원인이 된다.
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B형 간염바이러스와 약제 내성 (Hepatitis B Virus and Antiviral Drug Resistance)
[표 1] Approved anti-HBV drugs [8]
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TiBMB
Drug Resistance
2. 만성 B형 간염바이러스 치료에 사용되는 약제 종
세포 내 인산화효소에 의해서 인산화 되어 활성화된 후 라
류 및 특징
미부딘과 유사한 기전으로 항바이러스 효과를 나타낸다.
FDA의 승인을 받은 만성 B형 감염의 치료제인 핵산 유
이는 라미부딘에 내성을 보이는 바이러스에도 효과적으로
사체로서는 라미부딘(lamivudin), 아데포비어(adefovir),
작용한다. ADV의 IC50 값은 0.2~6.3 uM이다 [9].
엔테카비어(entecavir), 텔비부딘(telbivudin), 클레부딘
(clevudine), 테노포비어(tenofovir)가 현재 세계적으로 사
엔테카비어 (ETV)
용 중에 있다 [8]. 흥미로운 사실은 라미부딘 같은 경우 원
엔테카비어는 guanosine nucleoside analogue로써 미
래 HIV로부터 발생한 에이즈(AIDS) 치료제로서 사용되던
국 FDA에 2005년 3월에 승인 되었으며, 기존의 다른 약제
약제이었으나, HBV 억제에 큰 효과가 발견되어 오히려
와 대비하였을 때 훨씬 뛰어난 약효와 적은 부작용을 보이
HBV 약제로 더 많이 사용되었다. 그 이유는 레트로(retro)
는 것으로 알려져 있다 [10]. ETV의 IC50는 3.75 nM로 가장
바이러스 계열과 HBV의 중합효소의 RT 도메인이 구조적
낮다 [11].
으로 유사하기 때문이다. 이처럼 작용하는 원리를 착안해
유사하지만 다른 구조의 다양한 약제를 개발하였고, 각 약
텔비부딘 (LdT)
제의 구조 및 특징은 표 1에 정리가 되어있으며 자세한 내
텔비부딘은 thymidine nucleoside analogue로써 자연
용은 아래 본문과 같다.
적 으 로 만 들 어 지 는 nucleoside인 thymidine의
unmodified L-isomer이 다 . 따 라 서 활 성 형 인 LdT
라미부딘(LMV)
triphosphate form으로의 인산화 반응이 쉽게 일어난다.
라미부딘의 항바이러스 작용 기전은 다음과 같다. LMV
HepG2.2.15 cell에서 IC50 값은 0.19 uM 이다 [12].
는 세포 내 인산화효소에 의해 순차적으로 인산화되어
LMV triphosphate가 되고, 곧 이어 diphosphate group이
클레부딘 (CLV)
제 거 되 고 나 면 LMV 5’
-monophosphate는 HBV
클레부딘은 pyrimidine 유도체로써 HBV polymerase에
polymerase의 작용에 의해 신생 바이러스 DNA에 유입된
대해서 DNA-dependent DNA activity를 억제할 뿐만 아니
다. 그러나, 이는 연쇄 중합을 위한 3’
-OH 기가 없는 핵산
라 reverse transcription과 priming도 방해하여 항바이러
유사체이므로 중합합성의 종결을 유도하게 됨으로써 바이
스 효과를 나타내는 것으로 알려져 있다. IC50은 0.9 uM이
러스 복제를 저해한다. 대부분의 항바이러스제의 작용 원
다 [9].
리는 이와 유사하다. 모든 HBV에 대한 in vitro 항바이러
스 활성은 HBV DNA를 cell에 transfection하여 IC50을 구
테노포비어 (TDF)
하는 것으로 측정하며 LMV의 IC50 값은 0.01 ~ 3.3 uM으
테노포비어는 가장 최근에 임상에 쓰이기 시작한 약제
로 알려져 있다 [9].
로써 ADV의 메틸 유도체이다. 따라서 항바이러스 기전 및
내성 등의 특성이 ADV와 매우 유사하다. 따라서, LMV에
아데포비어(ADV)
내성을 갖는 HBV를 in vivo와 in vitro 모두에서 잘 억제한
아테포비어는 adenosine monophosphate analog로써
다 [9]. 현재까지 임상적으로 내성이 잘 알려져 있지 않을
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정도로 내성 발생 빈도도 적다.
이 주위에 약제마다 특징적인 아미노산의 변이가 생기면
입체 장해(steric hindrance)가 생겨 약제가 끼어들어갈 수
3. 만성 B형 간염바이러스 치료에 따른 약제 내성의
없게 되어 내성을 일으키게 된다. 결국 약제마다 장기 투
특징
약 시 생기는 내성의 특징 및 원인 돌연변이가 다르기 때
바이러스를 효과적으로 치료하기 위해서는 상기의 약제
문에 각 약제마다 투여 후 돌연변이 발생을 지속적으로 모
들을 이용하여 단독치료(monotherapy)를 하거나 또는 병
니터링하여 최적의 항바이러스제를 선택하는 것이 치료에
용 요법(combination therapy)을 시행한다. 가장 내성 바
있어 가장 중요하다. 지금까지 연구된 각 항바이러스제에
이러스의 출현이 적고 빠르게 HBV를 치료할 수 있는 방법
대한 내성의 특징들은 다음과 같다.
들이 많이 연구되어 있으며 이를 바탕으로 현재 임상에 적
용되고 있다.
라미부딘 내성
HBV 만성감염의 치료를 위해서 상기 약제를 1년 이상
라미부딘 치료 시 내성 바이러스 출현 빈도는 매년
장기 투여하는 경우 다수의 경우에서 내성변이 바이러스
14~32% 정도씩 증가하며, 48개월 후에는 대략 80% 라는
가 발생하는 문제가 있다 [8]. 그림 2는 HBV의 중합효소의
높은 내성을 보인다 [13]. LMV에 대한 일차 내성 변이로는
3D 구조를 모델링으로 나타낸 것이다. 중합효소 중심부는
HBV polymerase의 RT C domain의 YMDD motif가 있다.
DNA 합성이 중심이 되는 활성부위(active site)가 있는데,
이는 rtM204I/V 돌연변이로써 YMDD가 YIDD 또는
YVDD로 각각 바뀐다.
아데포비어 내성
ADV의 내성 발생률은 LMV보다는 낮다고 알려져 있다.
HBeAg-음성 환자에서 ADV 단독치료 시 2년 후 약 2%의
환자에서 내성이 발생한다고 알려졌다. 그러나 5년간 단
독치료 시에서는 거의 30%의 내성률이 보였다 [14]. HBV
polymerase RT의 rtA181T/V와 rtN236T가 현재까지 알려
진 ADV 내성 원인 돌연변이이다 [15].
엔테카비어 내성
ETV는 현재 쓰이고 있는 약들 중에 가장 강력한 항바이
러스 효과가 보인다. 내성도 초기에는 나오지 않고 있으
며, 2년간 1% 미만의 환자에서 내성이 발견되었다 [16]. 또
한 LMV 내성인 rtL180M과 rtM204V에도 매우 효과적이다
[17]. 현재까지 밝혀진 ETV 내성변이는 rtI169T, rtL180M,
그림 2. HBV 중합효소 활성부위 (red box) 및 각 약제에 대한 내
성 돌연변이 [8]
rtS184G, rtM204I/V, rtS202I, rtM250V 등이 있다.
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TiBMB
Drug Resistance
텔비부딘 내성
결론
LdT의 일차 내성 변이는 rtM204I/V가 알려져 있으며,
rtL80I/V, rtL180M 등이 같이 종종 발견된다. 2년 치료 시
지금까지는 만성 B형 감염의 초기 치료 약제로 라미부
내성 빈도는 라미부딘 보다는 낮으나, 아테포비어나 엔테
딘을 주로 사용하고, 아데포비어는 대게 라미부딘 내성이
카비어 보다는 높다. In vitro 약제 감수성 실험에서
발생하였을 때 대체하여 사용하였지만, 최근에는 이들 항
rtM204I, rtL180M/rtM204V, rtI169T/rtM250V, rtT
바이러스제보다 장기간 투약을 해도 내성이 적게 발생하
184G/rtS202I 등이 내성을 보이는 돌연변이로 알려져 있
는 강력한 약제인 엔테카비어(entecavir)나 테노포비어
다 [7]. LdT는 L-nucleoside 유도체이기 때문에 LdT 내성은
(tenofovir) 등을 이용하여 치료한다. 그럼에도 불구하고
ADV, TDF, ETV와 교차내성이 없어서 이들의 내성 대체
B형 간염 바이러스 치료 약제를 장기간 사용하는 경우 B
치료제로 사용된다 [18].
형 간염 바이러스의 역전사 효소 도메인의 활성부위 내 약
제내성 변이 출현을 유도한다. 그러므로 항 바이러스 치료
클레부딘 내성
를 받는 동안 바이러스 돌파현상을 보이는 환자로부터 약
클레부딘의 일차 내성 변이는 rtM204I를 포함하고 있고,
제내성 B형 간염 바이러스 돌연변이의 유전자형 분석은
이에 대한 compensatory mutation으로는 rtL229V가 최근
향후 치료에 사용될 다른 계열의 항바이러스제 선택을 위
에 밝혀졌다. 또한 rtL129M + rtV173L + rtM204I + rtH337N
해서 반드시 선행되어야 한다.
의 quadruple mutation이 발견 되었는데 이는 매우 강한
내성을 보이며 CLV와 LMV에 모두 내성을 보였다 [9].
또한 약제와 병용 가능한 생체 내 면역 물질을 이용한
치료법을 동시에 연구해야 한다. B형 간염 바이러스를 치
료하는데 있어 현재 약제를 이용한 치료가 주를 이루고 있
테노포비어 내성
다. 이러한 약제 사용에 대한 부작용을 완화시키기 위해
테노포비어는 내성발생이 가장 적은 약제로 알려져 있
많은 연구진에 의해 세포부터 동물모델까지 끊임없이 연
고 아직까지 환자에게서 내성 바이러스가 발견되지 않았
구하며 최적의 조건을 찾아냄에도 불구하고, 내성 억제에
다. HBV와 HIV 동시 감염자에서 TDF 치료 시 rtA194T 변
대한 완벽한 조건을 찾기는 힘든 실정이다. 따라서, 약제
이가 rtL180M + rtM204V 변이와 함께 발견되었으나, 세포
치료에만 몰두하는 것이 아니라 인체 내의 면역 시스템을
주를 이용한 in vitro 실험에서 rtA194T 변이는 rtL180M
이해하는 다양한 연구를 진행하고 이를 이용한 다양한 시
+rtM204V 변이 여부와 관계없이 TDF에 부분적으로 내성
도들이 진행되고 있다. 예를 들면 항체치료나 pegIFN같은
을 보였다 (약 5~7배) [19].
단백질 치료제 등이 있다 [3].
더 나아가, 기존의 항바이러스제와는 작용기전이 전혀
이처럼 약제들을 단독치료(monotherapy)를 하거나 병
다른 항바이러스제의 개발이 반드시 필요하다. 현재 사용
용 요법(combination therapy)을 사용하여 장기간 치료
되고 있는 모든 약제는 바이러스의 중합효소 저해제이다.
시 일부 환자에게서 내성이 발생하여 만성 B형 감염의 치
따라서 HBV 의 다른 생활사를 표적으로 하는 새로운 항바
료에 어려움을 초래할 수 있으므로 적절한 약제의 선택 및
이러스제의 개발이 절실하다. 결국, 기존 항바이러스 약제
치료 시기가 매우 중요하다.
치료와 더불어 항체치료나 새로운 표적 항바이러스제를
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▶▶▶
이용한 병용 요법(combination therapy)이 더 연구된다
면, 부작용이 적으며 완벽한 만성 B형 간염의 치료방법으
로서 새로운 길을 열 수 있을 것이다.
사사
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