AIDS-epidemin har i flera avseenden representerat en unik infektion. Två år efter att AIDS identifierades som ett eget sjukdomstillstånd kunde det infektiösa agens humant immunbristvirus typ 1 (HIV-1) isoleras och karakteriseras. Det är i år 25 år sedan det skedde (1 ). Med isoleringen och karakteriseringen av HIV-1 öppnades möjligheten till en serologisk test för att identifiera smittade men ännu inte sjuka personer och även möjligheten att hindra smitta via blod och blodprodukter genom att testa blodgivarna. Detta var 1985. Efter ytterligare två år startade den första antivirala behandlingen av AIDS-patienter med zidovudin, en revers transkriptashämmere som utvecklats 1964 för cancerbehandling men som inte visade någon effekt på tumörer hos möss (2 ). Effekten var däremot påtaglig för AIDS-patienterna. Ganska snart blev det emellertid klart att behandlingen inte längre verkade pga. uppkomst av virusvarianter som var resistenta mot zidovudin (3 , 4 ). Uppkomst och selektion av virusvarianter resistenta mot de antivirala medlen har blivit en av de största utmaningarna i dagens behandling av HIV-infektionen.
Denna artikel ger en översikt över medikamentell resistens hos HIV.
Material och metoder
Kliniska erfarenheter och urval av relevanta och nyligen publicerade artiklar utgör material till denna artikel.
Resistent HIV
Resistens är förmågan hos ett virus eller en bakterie att förmera sig i närvaro av medikament. Utveckling av resistens hos virus är en dynamisk process med samtidig närvaro av många virusvarianter (quasispecies) med olika grad av känslighet/resistens för medikamentet.
Mekanismer för uppkomst av HIV-varianter
Är HIV-infektionen mer benägen att generera virus med resistensmutationer vid antiviral behandling? Svaret är både ja och nej. Ja på grund av unika steg i virus livscykel som karakteriserar retrovirus och nej för att även andra virus med RNA-genom har enzym (RNA-polymeraser) som felkopierar den genetiska informationen. HIV-genomet består av två RNA-molekyl som via revers transkriptaset omskrivs till en DNA-kopia. Med hjälp av det HIV-specifika enzymet integras byggs detta provirala DNA in i en av cellens kromosomer. Inte nog med att revers transkriptaset är opålitligt i sin kopieringsfunktion och saknar korrekturläsning men dessutom sker kopieringen så att den startar på ena RNA-strängen för att sedan fortsätta på den andra RNA-strängen. Därmed ökas virusvariabiliteten ytterligare och kan ge upphov till nya virusvarianter. Med den stora virusproduktion som sker var dag hos en infekterad individ betyder det att i princip kan potentiella resistensmutationer finnas närvarande redan innan behandlingen har startat (faktaruta 1).
Faktaruta 1
Faktorer av betydelse för uppkomst och selektion av resistens
Virusrelaterade:
Stor daglig virusproduktion 1010 partiklar/dag
Snabb omsättning av fria viruspartiklar (t 1/2 i plasma < 6 timmar)
Revers transkriptas är ett opålitligt enzym som saknar korrekturläsning och har en felkopieringsfrekvens på 10 – 4 – 10 – 5 per bas och replikationscykel, vilket ger 1 mutation/dag för vart baspar i virusgenomet
Varje tänkbar mutation kan ske 10 000 gånger/dag
Principiellt kan mutationer finnas innan start av behandling
Patientrelaterade:
Tar inte alla medicindoser vid alla tillfällen
Nedsatt absorption eller intolerans ger suboptimala medicinkoncentrationer och otillräcklig virussuppression
Interferens med andra medikamenter
Drogrelaterade:
Olika genetiska barriärer för utveckling av resistens hos antivirala medel
Korsresistens med andra medel inom gruppen
Behandling av HIV-1 infektion – angrepp på flera nivåer
Den medikamentella behandlingen riktar sig mot tre faser i virus livscykel – tidig, mellan och sen (faktaruta 2, fig 1).
Figur 1 HIVs livscykel och angreppspunkter för dagens tillgängliga antivirala mediciner. HIV binder först till CD4-molekylen på cellytan och därefter till koreceptor CCR5 (eller CXCR4). Fusionen med cellmembranet medieras av gp41. I cytoplasman omskriver revers transkriptaset virus-RNA till DNA vilket integreras i cellkärnan med integraset. Nya viruspartiklar knoppar av från cellmembranet och då klyver proteaset de stora polyproteinerna till funktionella proteiner. Tidig fas: a) Blockering av CCR5, b) blockering av fusion med cellmembranet. Mellanfas: c) Nukleosid och non-nukleosid revers transkriptasinhibitorer, d) integrasinhibitor. Sen fas: e) Proteasinhibitorer
Faktaruta 2
Antiretrovirala medels effekt i HIVs replikationscykel
Tidiga: Blockerar virus bindning till koreceptor (R5-inhibitor) eller blockerar fusion av gp41 med cellmembranet
Mellan: Revers transkriptasinibitorer blockerar omskrivning av viralt RNA till proviralt DNA och integrasinhibitorer blockerar integrering av detta DNA i kromosomalt DNA
Sena: Proteasinhibitorer blockerar virus mognadsprocess
Tidig fas innebär blockering av själva infektionsprocessen så att virus inte kan tränga igenom cellmembranet. Det första medikamentet i denna kategorien var enfuvirtide (T20), som hindrar fusionen mellan gp41 och cellmembranet, medan det nyligen registrerade maraviroc går på att blockera steget innan gp41, nämligen bindningen av höljeproteinet gp120 till CCR5, som är den ena av HIVs koreceptorer på cellytan.
Mellanfasen är intracellulär och går på att blockera revers transkriptaset och det HIV-specifika integraset. Därmed hindras en omskrivning av virusets RNA till en DNA-kopia. Om så ändå har skett, skall detta provirala DNA hindras från kromosomal integrering med den nyligen registrerade integrashämmaren raltegravir. Nukelosid/nukleotid och non-nukleosid revers transkriptasinhibitorer har haft och har fortsatt stor betydelse i behandlingen av HIV-infektion och räknas som bärebjälkarna i behandlingen. Det finns per idag 14 registrerade läkemedel som hämmar revers transkriptaset.
Den sena fasen karakteriseras av en mognadsprocess då det HIV-specifika proteaset spjälkar de stora polyproteinerna i viruspartikeln, som knoppar av från den infekterade cellens membran. Tillgången på proteasinhibitorer i kombination med revers transkriptasinhibitorer blev ett genombrott i HIV-behandlingen i 1996 och det var därmed möjligt att uppnå suppression av virus så det icke kunde detektas i plasma. Idag finns nio registrerade läkemedel som hämmar proteaset.
Strategier för att begränsa uppkomst av resistens under behandling
Antiretroviral behandling baserar sig på principen att vid långvarig, i detta tillfälle livslång, behandling av en infektionssjukdom måste man använda fler medikamenter och med olika angreppspunkter för att undgå uppkomst av resistenta virus. Principen är välkänd och gott dokumenterad från t.ex. behandling av tuberkulos. För HIV är utgångspunkten i behandlingen att ge tre olika mediciner. Vanligast blev att ge två nukleosid revers transkriptasinhibitorer och en proteasinhibitor men också två nukleosid revers transkriptasinhibitorer och en non-nukleosid revers transkripasinhibitor visade sig fungera, även om samtliga är riktade mot revers transkriptaset, därför att de har olika verkningsmekanismer.
Uppföljning av patienterna
Behandlingseffekten följs med övervakning av CD4-tal och virusnivåer i plasma (HIV-RNA) och målsättningen är att komma under detekterbara mängder. Påvisbart virus är emellertid inte nödvändigtvis det samma som tillkomst av HIV-resistens. Det kan vara att patienterna inte tar medicinen enligt ordination. Bristande absorption av drogerna eller interferens med andra medikamenter patienten behandlas med kan också leda till suboptimala koncentrationer och därmed resistensutveckling. Koncentrationsbestämningar av aktiva droger kan utföras vid Ullevål universitetssykehus (5 ).
Resistensbestämning av patientens virus både innan start av behandling och vid behandlingssvikt finns med i de nya rekommendationerna från International AIDS Society USA (6 ).
Metoder för resistensbestämning
Resistens mot de givna läkemedlen är ett reellt hot mot framgångsrik behandling av patientens HIV-infektion. Det finns två metoder för påvisning av resistens – genotypisk metod och fenotypisk metod.
Genotypisk resistenstest
TruGene och ViroSeq baseras på sekvensering av revers transkriptas- och proteasgenerna hos patientens plasmavirus. Den genotyp man får fram måste sedan tolkas, vilket är det kritiska och avgörande steget i denna metoden. Erfarenhetsmässigt från patient och in vitro-data känner man till vissa kritiska «major» resistensmutationer som kan identifieras men pga. den stora förekomsten av samtidiga virusvarianter finns en rad mutationer («minor») av olika betydelse. Olika drogklasser har olika känslighet för uppkomst av resistens, dvs. genetisk barriär. Non-nukleosid revers transkriptashämmare är känsligast med att en enda mutation ger resistens och t.o.m. korsresistens för andra medel i samma grupp. Tolkningen är krävande och det finns därför ett antal «algoritmer» för att underlätta arbetet (7 ). Det finns också en god norsk utgåva av algoritmen (8 ).
Fenotypisk resistenstest
Antivirogram och PhenoSense har likheter med de klassiska resistenstesterna för andra mikroorganismer genom att de bedömmer hur mycket av drogen som skall till för att inhibera 50 % av replikationen. Tekniken kräver tillgång till säkerhetslaboratorium och är arbetsintensiv. Med rekombinant genteknologi skapas ett virus som har revers transkriptas- och proteasgenerna från patientens plasmavirus. Detta hybridvirus testas sedan för känslighet mot de olika medikamenterna. Ett av de stora problemen med denna metod har visat sig vara att definiera vilken koncentration som ger kliniskt relevant resistens (cut-off nivåerna).
Genotypisk vs fenotypisk resistensbestämning
Båda metoderna har sina fördelar och nackdelar (faktaruta 3). Genotyping går fortare och utförs i Norge till skillnad mot fenotyping. Medan genotyping har visat sig kosteffektivt (9 ) vid behandling av patienter har prospektiva studier inte visat det samma för fenotyping (10 ).
Faktaruta 3
Genotypisk vs fenotypisk metod för bestämning av HIV-resistens, fördelar och nackdelar
Genotypisk:
relativt rask
mindre kostbar
tekniskt enklare
kräver tolkning (algoritm)
indirekt mått på resistens, kan ej bedömma interaktion mellan mutationer
Fenotypisk:
direkt mått på resistens
anger interaktion mellan mutationer
resultat enklare att förstå
tar relativt lång tid
kräver speciallaboratorium
betydligt dyrare än genotypisk test
En kompromiss kan vara en kommersiell «servicebaserad geno/fenotyping» som Virtual Phenotype, där det finns samlad information om 314 000 genotypiska sekvenser och fenotypisk information om 86 000 «kliniska isolat». Den korrelativa databasen innehåller samlad information om 53 000 prov. En prospektiv studie visade god överensstämmelse mellan fenotypisk bestämning och Virtual Phenotype (11 ).
Kontinuerlig behandling eller behandlingspauser?
Den viktigaste och mest utslagsgivande faktor för framgångsrik behandling är att patienterna slaviskt följer medicineringen och tar alla doser vid alla tidpunkter. Det anses att > 95 % av doserna måste tas för att undgå resistensutveckling. Detta tillsammans med det faktum att behandlingen ger en god del biverkningar har rest frågan om det är möjligt med behandlingspauser för att göra vardagen och livssituationen lättare. Konklusionen från flera studier visar att i de flesta tillfällen blir det sämre resultat med risk för resistensutveckling. Det anbefalls därför inte behandlingspauser utan att har man startat behandling gäller den livet ut. Undantaget kan vara patienter med låga virusnivåer före behandling och betydligt högre CD4-tal än vad som är vanligt vid behandlingsstart (12 ).
Arkivariska sekvenser
Det faktum att HIV i sin livscykel genomgår integrering i cellens genom bjuder på speciella utmaningar vid behandling. Det innebär att virusvarianter som selekterats med varierande grad av resistens mot medikamenterna och som har infekterat nya celler finns kvar som arkivariska sekvenser lagrat i det provirala DNA i vilande celler.
Om detta virus inte har en replikativ fördel under pågående behandling är det inte säkert att dess närvaro kan avslöjas vid en resistensundersökning. Virus finns lagrat och vid en ändrad behandling kan denna mutation eventuellt gynna uppkomsten av en oväntad och oförutsedd resistens mot den nya behandlingen. Det är därför strategiskt viktigt vid byte av behandlingsregim att man försöker byta till två nya droger som förväntas vara aktiva mot patientens virus.
Arkivariska sekvenser innebär också att det s.k. vildtypevirus finns lagrat. Detta är patientens ursprungliga virus som vanligtvis är känsligt för medicinerna. När sekundär eller förvärvad resistens har uppstått sviktar behandingen och patienterna har nu virus i blodet med påvisbara resistensmutationer. Avbryts behandlingen kommer patientens drogkänsliga «obehandlade» vildtypevirus tillbaka från sitt «sovande» tillstånd och det går att få kontroll över virusreplikationen med nya mediciner. Men, arkivariska sekvenser betyder också att virusvarianter med olika grad av resistens från tidigare behandlingsepisoder finns lagrade. Det är viktigt att tänka på vid byte av behandling och tolkning av resistensdata. När det gäller smitta med primärt resistenta virus finns inget som svarar till vildtypevirus hos patienterna, och det ger principellt ett sämre utgångsläge för behandling (13 , 14 ).
HIV-1-subtyper och naturlig polymorfism
Alla idag tillgängliga antiretrovirala droger har utvecklats mot subtyp B som «standardvirus» – det virus som var början på epidemien i den västliga världen. Med ett ökande antal patienter från icke-västliga delar har man sett att patienter med grupp O- och HIV-2-infektion har virus med polymorfism i revers transkriptasgenen som ger naturlig resistens mot non-nukleosid revers transkriptasinhibitorer (15 – 17 ). Om inte resistensen finns från början kan den naturliga polymorfismen leda till en raskare selektion av resistens. Det är behov för ökad kunskap i detta fältet med tanke på den intensifiering av antiretroviral behandling som sker i afrikanska och asiatiska länder. Behandlingsprogrammen kan äventyras och leda till ökad resistensproblematik om det visar sig att behandlingen som erbjuds är suboptimal för de HIV-varianter som är i cirkulation.
Internationell övervakning av primär HIV-1-resistens
Under flera år har det internationellt varit en ökad oro för spridning av HIV med resistensmutationer, och det har registrerats förekomst av mutationer hos nysmittade personer (primär resistens) (18 – 20 ). Orsaken till övervakningen är att smitta med resistenta virus kan minska effekten av tillgänglig behandling för den smittade patienten. En fransk studie visade att förekomst av primärt förvärvade resistensmutationer resulterade i suboptimal behandling med längre tid till virussuppression (21 ). Omfattningen av resistens i den smittade populationen kan också ha betydelse för val av medikamenter vid eventuell postexpositonsprofylax. Övervakningen kan dessutom ge en indikation om i vilken grad personer med känd HIV-infektion bidrar till smitta i samhället och ge underlag till mer målrättad förebyggande information.
Från januari 2001 t.o.m. december 2005 deltog Norge och 16 andra europeiska länder i ett EU-finansierat projekt, Strategy to Control Spread of HIV Drug Resistance (SPREAD), för att övervaka spridningen av HIV-resistens i Europa. Detta program fortsatte 2006 med EuropeHIVResistance (EHR)-programmet och expanderade till totalt 32 deltagande länder. I dessa europeiska samarbeten fungerar Folkehelseinstituttet som koordinatorsinstitution. Arbetsgruppen består av en national koordinator/virolog, en epidemiolog och en klinisk representant. Norges bidrag är anonym information om 30 patienter/år med nyupptäckt HIV-1-infektion. Informationen består av epidemiologiska och demografiska persondata, CD4-tal, HIV-RNA-nivå och sekvensdata från revers transkriptas- och proteasgenerna. SPREAD-programmet har varit en framgång och visar på styrkan i europeiskt samarbete. Ambitionsnivån är hög för att kunna använda insamlat material i olika forskningsprojekt (faktaruta 4). I den första rapporten analyserades retrospektiva data från 2 208 obehandlade patienter som fått en HIV-diagnos i perioden 1996 – 2002 och då påvisades minst en resistensmutation hos 13,5 % av patienterna (22 ).
I den andra rapporten som presenterade prospektiva data för 1 245 patienter under 2002 – 03, var frekvensen 9,1 % (23 ). Det vanligaste var resistensassocierade mutationer bara mot en medikamentklass, och nukleosid revers transkriptasinhibitorer svarade för 5,4 % av dessa mutationer. Förklaringen är antagligen att dessa var de första medicinerna som togs i bruk. Vanligtvis var det zidovudin monoterapi eller i bästa fall duoterapi när det blev fler tillgängliga preparat, vilket vi har lärt oss är suboptimal behandling och leder till resistensutveckling över tid.
Faktaruta 4
Ytterligare intentioner med SPREAD-Programmet
Upprätta en europeisk databas med HIV-resistenta stammar tillgängliga på internet
Generera viruspaneler med representativa mutationer som kan användas av forskare och industrien för utveckling av nya droger och nya tester
Utveckla modeller för att identifiera riskgrupper med spridning av resistent virus och analys av faktorer som kan bidra till risk för överföring av resistenta virus
Införa validering och kvalitetskontroll av laboratorier som utför genotypisk resistenstestning
Nationell övervakning av primär HIV-1-resistens
Sedan januari 2006 samlar Folkehelseinstituttet in genotypiska sekvensdata från revers transkriptas- och proteasgenerna från personer med nydiagnostiserad HIV-1-infektion i Norge. Detta är ett uppdrag från Helse- og omsorgsdepartementet och ingår som del i strategiplanen för förebygging av HIV och sexuellt överförbara sjukdomar samt för att få en uppfattning om förekomsten av resistensmutationer på populationsnivå över tid. Rent praktiskt så tas ett extra plasmaprov i samband med verifieringsprovet vid nyupptäckt HIV-1-infektion hos en patient. Plasmaprovet sänds till ett av de tre referenselaboratorierna som utför HIV-resistensundersökningar (Haukeland universitetssykehus, Rikshospitalet och Ullevål universitetssykehus). Datainsamlingen är anonym men är kopplad till numret på MSIS-meldeskjemat, och det skall utges årliga rapporter om situationen i Norge (24 ). För 2006 kom det in DNA-sekvenser från 118 av 275 (42 %) nydiagnostiserade personer till registret och av dessa var det i 14 fall (11,9 %) en eller flera resistensassocierade mutationer, vilket är ungefär samma nivå som i SPREAD-programmet. Inte oväntat var det mutationer mot revers transkriptasinhibitorer som dominerade.
Konklusioner
Tillgången på antiretrovirala mediciner har inneburit ett genombrott i behandlingen av HIV-infektionen. Det är en livslång behandling som kräver att patienterna tar medicinerna regelbundet för att minimera utveckling av resistenta virus. Eftersom smitta med resistenta virus kan spridas vidare är det viktigt att ha en övervakning av förekomsten av resistens hos nydiagnostiserade patienter; dels från epidemiologisk synpunkt men också med tanke på att behandingsmöjligheterna kan reduceras. En ljuspunkt är emellertid att medicinrepertoiren har utökats med hämmare mot både integraset och CCR5-koreceptoren. Idag ges dessa medel till patienter med höggradigt resistenta virus. Om de ges tidigare i infektionsförloppet är det möjligt att vi kan få ändå bättre kontroll på den låggradiga virusreplikationen och därmed minska resistensutvecklingen. Uansett så kommer HIV-infektionen att kräva samarbete, övervakning och ökad kunskap på nationell och internationell nivå.
