跳动城乡网所有生物体(从真菌到哺乳动物)都有能力进化并适应环境。但病是变形大师，其变异能力比其他任何生物体都要强。因此，它们可以逃避治疗或对曾经有效的抗病药物产生耐药性。
哈佛医学院研究人员领导的一项研究对单纯疱疹病(HSV)，揭示了病对治疗产生耐药性的途径之一，这个问题对于免疫功能受损的人群(包括接受免疫抑制治疗的人群和天生免疫缺陷的人群)来说尤其具有挑战性。
研究人员利用一种名为低温电子显微镜(cryo-EM)的先进成像技术发现，负责病复制的蛋白质的各个部分移动到不同位置的方式可以改变病对药物的敏感性。
该研究结果于8月27日发表在《细胞》杂志上，解答了长期存在的问题：为什么某些病对抗病药物敏感，而其他病却不敏感，以及病如何变得对药物具有抗药性。该结果可能为阻止病超越有效疗法的能力的新方法提供参考。
违反直觉的结果
研究人员早就知道，病与抗病药物结合的部分会发生变化，从而产生抗药性。然而，令他们惊讶的是，哈佛医学院的研究人员发现，单纯疱疹病通常不会发生这种情况。
相反，研究人员发现，与耐药性相关的蛋白质突变通常发生在远离药物靶位的地方。这些突变涉及改变病蛋白质或酶的运动，从而使病能够自我复制。这提出了一种可能性，即使用药物来阻断或冻结这些病蛋白质的构象变化可能是克服耐药性的一种成功策略。
“我们的研究结果表明，我们必须超越典型的药物结合位点，”这项研究的资深作者、哈佛医学院布拉瓦尼克研究所微生物学副教授、布莱根妇女医院传染病专家乔纳森·亚伯拉罕(JonathanAbraham)表示。“这确实有助于我们从新的角度看待耐药性。”
研究人员指出，新发现推动了人们对病蛋白质构象改变(或蛋白质在执行功能时不同部分的运动方式的变化)如何导致耐药性的理解，可能有助于理解药物的有效性和其他病的耐药性。
据估计，HSV影响着全球数十亿人，最常见的原因是唇疱疹和发热性疱疹，但它也会导致免疫力低下的人出现严重的眼部感染、脑部炎症和肝损伤。此外，HSV还可以在分娩过程中通过产道从母亲传播给婴儿，并导致危及生命的新生儿感染。
源于结构和运动的抵抗线索
病无法自行复制。要做到这一点，病必须进入宿主细胞，在那里它们释放复制工具——一种称为聚合酶的蛋白质——来复制自身。
这项研究集中于一种这样的蛋白质——病DNA聚合酶，它对HSV的自我复制和繁殖至关重要。DNA聚合酶发挥其功能的能力源于其结构，这种结构通常被比作一只手，由三部分组成：手掌、拇指和手指，每个部分都发挥着关键作用。
由于这些聚合酶在促进病复制方面发挥着重要作用，因此它们是抗病药物的关键靶标，这些药物旨在阻止病自我复制并阻止感染的传播。HSV聚合酶是治疗HSV感染的主要抗病药物阿昔洛韦和用于治疗耐药性感染的二线药物膦甲酸钠的靶标。这两种药物都以病聚合酶为靶标，但作用方式不同。
长期以来，科学家一直在努力全面了解聚合酶的改变如何使病对正常剂量的抗病药物具有抵抗力，以及更广泛地说，为什么阿昔洛韦和膦甲酸钠对改变形式的HSV聚合酶并不总是有效。
“多年来，我们已经确定了各种生物体中许多聚合酶的结构，但我们仍未完全了解是什么原因导致某些聚合酶对某些药物敏感，而其他聚合酶则不然，”亚伯拉罕说。
“我们的研究表明，聚合酶不同部分的运动方式(即构象动力学)是它们对药物相对敏感性的一个关键因素。”
包括聚合酶在内的蛋白质并不是僵硬、静止的物体。相反，它们是灵活且动态的。它们由氨基酸组成，最初折叠成稳定的三维形状，称为天然构象——它们的基线结构。
但由于各种结合力和分散力的作用，蛋白质的不同部分在与其他细胞成分接触时以及在受到外界影响(如pH值或温度变化)时可以移动。例如，聚合酶蛋白的手指可以像手的手指一样张开和闭合。
构象动力学(蛋白质不同部分移动的能力)使它们能够用有限的成分有效地发挥许多基本功能。更好地了解聚合酶构象动力学是结构和功能之间缺失的联系，包括蛋白质是否对药物有反应，以及它是否会在将来对药物产生耐药性。
揭开谜团
许多结构研究已经捕捉到了各种不同构象的DNA聚合酶。然而，对聚合酶构象动力学对耐药性的影响缺乏详细的了解。为了解决这个难题，研究人员进行了一系列实验，重点研究了两种常见的聚合酶构象——开放构象和封闭构象——以确定每种构象如何影响药物敏感性。
首先，他们利用低温电子显微镜进行结构分析，以高分辨率可视化HSV聚合酶的多种构象以及与抗病药物阿昔洛韦和膦甲酸钠结合时的原子结构。药物结合结构揭示了这两种药物如何选择性地结合更容易采用一种构象而不是另一种构象的聚合酶。
其中一种药物膦甲酸(foscarnet)的作用原理是捕获DNA聚合酶的“手指”，使它们停留在所谓的封闭结构中。
此外，结构分析与计算机模拟相结合表明，远离药物结合位点的几种突变通过改变负责闭合药物以阻止DNA复制的聚合酶指的位置而产生抗病耐药性。
这一发现出乎意料。到目前为止，科学家们一直认为聚合酶只有在附着于DNA时才会部分关闭，只有在添加DNA构建块脱氧核苷酸时才会完全关闭。然而，事实证明，HSV聚合酶只要靠近DNA就能完全关闭。这使得阿昔洛韦和膦甲酸钠更容易附着并阻止聚合酶工作，从而阻止病复制。
“我研究HSV聚合酶和阿昔洛韦耐药性已有45年。当时我认为耐药性突变将有助于我们了解聚合酶如何识别药物模仿的天然分子的特征，”研究合著者、哈佛医学院生物化学和分子药理学教授唐纳德·科恩(DonaldCoen)表示。
“我很高兴这项研究证明我错了，并最终为我们提供了至少一个明确的原因，解释了为什么HSV聚合酶会被该药物选择性抑制。”
