综述：HIV整合酶抑制剂耐药性的时间演变

《Viruses》：Temporal Evolution of Drug Resistance to HIV Integrase Inhibitors Indrani Choudhuri, Jocelyn G. Olvera, Avik Biswas, Allan Haldane, Ronald M. Levy and Dmitry Lyumkis

　　

HIV-1整合酶（IN）链转移抑制剂（INSTIs）因其高效力和对病毒抑制的持久作用，已成为现代抗逆转录病毒治疗（ART）的核心药物。然而，HIV-1 IN中出现的耐药性突变（DRMs）可能会损害长期治疗效果。尽管在公共数据库和文献中已广泛记录了在INSTI治疗下出现的多种不同DRMs，但这些突变在患者中显现、累积和巩固的时间线尚未在临床和实验研究中得到系统整合。本综述通过检查来自HIV感染者（PLWH）的病毒和体外选择实验的突变动力学数据，综合了当前关于HIV-1 IN中DRMs时间演变的证据。研究人员将实验时间线与近期基于Potts适应性景观结合动力学蒙特卡罗（KMC）模拟的计算预测进行了比较，并识别出可区分快速、中速和慢速显现DRMs的可重复动力学类别。迅速显现的DRMs，如E92Q和N155H，通常在药物压力下早期出现，通常代表低屏障适应反应；而最具临床意义的突变，如Q148H/K/R、G140A/S和E138K，仅在延长治疗后出现，且通常需要补偿性突变背景才能持续存在。尽管体内和体外系统之间的绝对显现时间差异很大，但跨数据集的一致时间趋势支持了存在潜在的表位约束（epistatic constraints），这些约束塑造了耐药性的演变。理解DRMs的时间线具有临床意义，因为它为解释病毒学失败时的耐药性提供了框架，为耐药性检测的最佳时机提供了信息，并可能有助于在确立持久耐药性之前更早识别高风险进化轨迹。

1. 引言

自人类免疫缺陷病毒（HIV）流行四十多年来，抗逆转录病毒治疗（ART）的进步重新定义了携带该病毒生存的意义。尽管全球新感染人数呈下降趋势，但HIV仍然是重大的全球健康问题。ART方案目前依赖七种不同的药物类别，其中整合酶（IN）链转移抑制剂（INSTIs）代表了当前的一线化合物。INSTIs通过阻断HIV整合过程中的链转移步骤发挥作用，阻止病毒DNA（vDNA）插入宿主DNA。美国食品药品监督管理局（FDA）目前已批准五种INSTIs用于临床使用，包括第一代药物拉替拉韦（RAL）和埃替拉韦（EVG），以及第二代药物多替拉韦（DTG）、比克替拉韦（BIC）和卡博特格拉韦（CAB）。其中，RAL和EVG的遗传耐药屏障相对较低，而DTG和BIC表现出显著更高的屏障，CAB则处于中间水平。随着INSTIs的使用，HIV IN中耐药性突变（DRMs）的出现损害了药物的疗效。这些突变可分为主要DRMs和辅助DRMs，前者直接降低药物敏感性，后者则增强耐药性或对补偿主要DRMs带来的复制适应性代价。近年来，长效注射剂CAB的出现进一步拓展了INSTIs的应用，但其耐药性问题同样值得关注。本综述旨在填补现有文献中关于特定DRMs在时间线上如何显现的知识空白，通过整合计算预测、临床（体内）和实验室（体外）数据，探讨DRMs显现的时间和进展、特定DRMs出现的规律以及快/慢显现背后的序列依赖性模式。

1.1. 动力学协同进化模型预测HIV耐药性的时间显现

近期一项研究跟踪了病毒酶PR、RT和IN中52种DRMs的时间进程，这些DRMs在ART治疗的PLWH中至少以1%的频率出现。该研究利用了基于多位点序列比对（MSAs）构建的Potts序列协变统计能量模型，该模型旨在捕捉蛋白质内的表位相互作用网络。Potts能量被用作序列适应性的代理指标，其变化反映了突变相对于野生型残基的适应性改变。为了获得获得耐药性的动力学，研究人员将药物经验证的Potts适应性模型与动力学蒙特卡罗（KMC）程序相结合，从一组药物 naive 的患者序列开始生成序列轨迹。KMC程序通过Metropolis类型的规则接受或拒绝提议的定点突变，从而模拟突变在体内共识序列中固定的过程。结果显示，某些DRMs在药物暴露后迅速出现，表现出高“适应频率”；而另一些DRMs则在长期的定向药物压力后才显现，依赖于辅助突变的积累。预测的时间常数与文献中的临床获得时间紧密吻合，证实了序列依赖性表位相互作用在塑造耐药性演变动力学中的作用。这一计算框架并非基于突变出现的顺序进行训练，而是从横断面序列流行模式中推断出来的，其预测的显现顺序源于在药物经验证的适应性景观下从药物 naive 序列开始的进化轨迹。

1.2. PLWH和细胞培养筛选中IN DRMs实验显现的数据管理

临床研究记录了PLWH中主要HIV-1 IN DRMs的出现，这些体内研究捕捉了在宿主免疫、依从性和药代动力学等复杂参数影响下的耐药获得动态。相比之下，体外筛选实验通过在受控细胞培养条件下将病毒暴露于递增浓度的药物中，剔除了外部混杂因素，提供了更简单可控的环境来分离病毒在选择性压力下的内在进化能力。研究人员整理了体内和体外的DRMs显现时间线，纳入了2008年至2026年的出版物，排除了仅报告汇总突变频率或无明确时间点数据的试验。

1.3. DRMs在体内和体外的动力学

本节讨论了13种个体DRMs及其在体内和体外的显现动态，并根据Potts分析得出的τ值将其分为快速（≤12周）、中速（12-24周）和慢速（≥24周）三类。

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  快速显现DRMs：如E92Q和N155H。E92Q在约两周内即可检测到，常与N155H共同出现，是INSTI暴露的早期适应反应。N155H虽在早期频繁出现，但常具有进化不稳定性，可能被Q148H或Y143R等赋予更高耐药性的突变所取代。
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  中速显现DRMs：如Y143R/C和Q148R。Y143R通常在12-28周内出现，一旦确立往往作为稳定的进化终点。Q148R是关键的高水平耐药突变，在体内通常与G140A/S或E138K同时出现以提供补偿。
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  慢速显现DRMs：如G140A、E138K和Q148H。这些突变通常在治疗数月后出现，需要复杂的突变背景支持。G140A和E138K常作为Q148H/K/R的辅助突变出现，帮助恢复因主要突变导致的病毒适应性损失。Q148H是临床最显著的DRMs之一，常在16-65周内伴随G140S出现。

此外，针对第二代INSTIs出现的DRMs，如G118R和R263K，研究也发现其显现具有时间特异性。R263K作为主要的DTG逃逸突变，可在约14-24周或更长时间后检测到，常伴随M50I等辅助突变。

1.4. HIV-1 IN中额外DRMs的显现

除上述主要DRMs外，针对第二代INSTIs还出现了其他相关DRMs，包括M50I、T66A/I/K、L74M、G118R和R263K。其中，T66变异体可作为早期的EVG耐药突变，在约2周内出现。G118R通常表现为晚期显现，在长时间药物暴露后（如36-168周）出现，且常伴有R263K和E138K。这些突变的显现强调了第二代INSTIs治疗中复杂的进化路径。

1.5. IN以外的DRMs显现

近期研究表明，INSTI耐药性可能涉及IN以外病毒基因的突变，包括包膜蛋白（Env）和核衣壳（NC）。在体外筛选实验中，Env突变（如Env-A541V）和NC突变（如NC-N17S、G19S）可先于IN突变出现。这些非靶向基因突变不直接改变药物结合，而是通过加速早期感染后步骤（如缩短逆转录完成到整合的时间）或通过细胞间传播增强病毒扩散，间接提高对INSTIs的耐药性。这提示了对病毒进行全基因组测序以理解全面耐药演变的重要性。

1.6. 计算和实验数据的一般趋势与见解

通过计算和实验方法的比较，揭示了INSTI耐药性演变的时间层级。一小部分快速显现的DRMs（如E92Q、N155H）在药物暴露后几周内出现，反映了较低的适应性惩罚；而最具临床意义的DRMs（如Q148通路）则通过多步骤进化路径在数月后显现。体内和体外时间线的比较显示，尽管相对顺序可能一致，但绝对显现时间存在差异。这种差异源于体内复杂的生物环境（如遗传多样性、药代动力学波动）与体外简化系统的不同。Potts模型结合KMC模拟虽然能重现临床观察到的相对顺序，但由于其基于患者序列数据构建，可能在模拟体外进化时存在偏差。总体而言，这些数据表明耐药性演变没有单一通用轨迹，而是强烈依赖于发生的生物和选择环境。

2. 结论

HIV-1 IN中DRMs的时间演变代表了病毒遗传学、宿主反应和药物药理学的复杂相互作用。本研究提供了一个整合框架，旨在将焦点从静态编目DRMs转向理解这些突变显现、持续和巩固的动态过程。早期突变通常带来适度的耐药性且适应性代价最小，而后期的突变虽然耐药性更强，但往往需要辅助突变来恢复适应性。阐明这些进化轨迹的时间动态对于指导临床干预至关重要。目前大多数研究仅在病毒学失败时报告DRMs，缺乏对突变何时出现的纵向洞察。未来，系统性地绘制耐药性演变的时间图谱应成为临床试验和耐药监测的常规组成部分，特别是随着长效和高屏障INSTIs的部署。整合进化建模与临床及实验时间线，将为预测耐药性轨迹、制定个性化治疗策略以及设计具有更高持久性的下一代抗逆转录病毒疗法提供强有力的框架。