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Pattern of Mutations in Hepatitis B Virus Reverse Transcriptase Gene during Lamivudine Therapy in Patients with Chronic Hepatitis B Virus Infection

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(1)

대한소화기학회지 2003;41:480-485

서 론

13)

B형 간염 바이러스(hepatitis B virus, HBV)는 우리 나라

접수: 2003년 1월 4일, 승인: 2003년 3월 28일 연락처: 조몽, 602-739, 부산광역시 서구 아미동 1가 10

부산대학교병원 소화기 내과

Tel: (051) 240-7225, Fax: (051) 254-3127 E-mail: king9256@hanmail.net

※ 본 논문의 요지는 2002년 11월 25일 대한소화기학회에서 구연 발표되었음.

성인의 5.3%가,1 전 세계적으로는 약 3억 5천만 명 정도가 만성적으로14)감염되어 있을 것으로 추정된다.2 만성 B형 바 이러스 간염은 장기적으로 비대상성 간경변이나 간세포암

Correspondence to: Mong Cho, M.D.,

Internal Medicine, Pusan National University College of Medicine 1Ga, Ami-dong, Seo-gu, Busan 602-739, Korea

Tel: +82-51-240-7225, Fax: +82-51-254-3127 E-mail: king9256@hanmail.net

라미부딘 치료 중인 만성 B형 간염 바이러스 감염 환자에서 B형 간염 바이러스 역전사효소의 변이 양상

부산대학교 의과대학 내과학교실, (주)에스제이하이테크*

이상용·허 정·최철웅·이주호·김광하·강대환·송근암·조 몽·양웅석·장현정*·박희경*

Pattern of Mutations in Hepatitis B Virus Reverse Transcriptase Gene during Lamivudine Therapy in Patients with Chronic Hepatitis B Virus Infection

Sang Yong Lee, M.D., Jeong Heo, M.D., Cheul Woong Choi, M.D., Joo Ho Lee, M.D., Gwang Ha Kim, M.D., Dae Hwan Kang, M.D., Geun Am Song, M.D., Mong Cho, M.D.,

Ung Suk Yang, M.D., Hyun Jung Jang*, and Hee Kyung Park*

Department of Internal Medicine, Pusan National University College of Medicine;

Institute for Biomedical Research, SJ-Hitech Co., Ltd*, Busan, Korea

Background/Aims: Lamivudine resistant hepatitis B viruses (HBV) by mutations of YMDD motif in the HBV reverse transcirptase are very common in the patients with long-term lamivudine therapy. We investigated the pattern of mutations in and outside of YMDD motif of HBV reverse transcriptase gene during lamivudine therapy in patients with chronic hepatitis B infection. Methods: The study included 80 patients with chronic hepatitis B infection. To determine mutations in the HBV reverse transcriptase, the nucleotide 581-870 of the HBV reverse transcriptase was amplified and analyzed by direct sequencing method. Results: Amino acid changes were detected in 45 (56%) out of 80 patients. YMDD mutants were detected in 62% (28/45) and amino acid changes were detected outside of YMDD motif in 38% (17/45). M552I (82%, 23/28) was more common than M552V (18%, 5/28) in YMDD mutants. L528M was noted in 27% (12/45). F569Y (13%, 6/45), S571A (13%, 6/45), I572V (18%, 8/45) were common amino acid changes. Conclusions: Mutations were frequently detected outside of YMDD motif as well as YMDD motif of HBV reverse transcriptase gene in patients with lamivudine therapy.

Most of the mutations in outside of YMDD motif were combined with YMDD mutants. No consistent mutation

was found outside of YMDD motif in lamivudine resistant patients. (Korean J Gastroenterol 2003;41:480-485)

Key Words: YMDD mutations; Lamivudine; Hepatitis B virus

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이상용 외 10인. 라미부딘 치료 중인 만성 B형 간염 바이러스 감염 환자에서 HBV 역전사효소의 변이 양상

의 중요한 선행 질환이다. 따라서 만성 B형 간염에서 간염 바이러스를 제거하여 심각한 비가역적 간손상으로 인한 간 경변으로의 이행이나 간암의 발생을 예방하는 것은 매우 절실한 임상적 과제 중의 하나이다.

만성 B형 간염 치료제로서 다수의 약제가 연구되고 있으 나 현재 효과가 인정된 것은 알파 인터페론과 라미부딘이 다. 만성 B형 간염에 대한 인터페론의 치료 효과는 서구인 에서 30-40%에 이르지만, 수직감염이 많은 동양인에서 인 터페론의 효과는 15-20%로 서구인에 비해 낮은 경향을 보 인다.3,4

뉴크레오사이드 유사체인 라미부딘은 HBV의 pregenomic RNA로부터 역전사되는 바이러스 DNA의 염기 배열 내에 삽입됨으로써 바이러스의 증식을 강력히 억제한다. 만성 B형 간염 환자에게 라미부딘을 투여시 대부분의 환자에서 혈청 HBV DNA가 소실되고 혈청 ALT치 및 조직학적 소 견도 호전되어 HBeAg 음전율은 1년 17%, 2년 27%, 3년 33%, 4년 47%에 이른다.5 그러나 장기간 투여하게 되면 라미부딘에 저항성을 나타내는 HBV가 흔히 출현하며,6 출현 빈도는 라미부딘 투여 기간에 비례한다. 보통 6개월 이 경과하면 10%에서 내성이 발생하며 1, 2, 3, 4년 후에 는 각각 17, 40, 55, 67%의 내성이 발생한다.5 임상적 내성 (phenotypic resistance)은 HBV DNA가 음전 후 재출현하는 경우로 유전적 내성(genotypic resistance)이 나타난 지 수 개월 후에 나타난다. 유전적 내성은 HBV 역전사효소 내 의 YMDD 영역의 돌연변이에 의하여 YIDD (M552I) 변이 형과 YVDD (M552V) 변이형이 밝혀져 있고,7,8HBV 역전 사효소 L528M 변이도 YMDD 영역의 돌연변이와 동반될 때 라미부딘에 대한 저항성을 증가시킨다고 알려져 있 다.9,10

본 연구는 라미부딘으로 치료 중인 만성 B형 간질환 환 자에서 HBV DNA의 역전사효소내 YMDD 영역과 그 주위 영역의 변이의 분포를 알아보고, YMDD 영역의 변이를 보 이지 않으면서 YMDD 영역 이외 HBV DNA 역전사효소 영역내 변이가 임상적 내성과 관련성이 있는지 알아보고자 하였다.

Table 1. Primers Used in Sequencing and Enzyme Digestion Assay

Primer Sequence Nucleotide Direction

BF 105 5´-TCCTGCTGCTATGCCTCATC-3´ 411-430 sense BR 112 5´-TTCCGTCGACATATCCCATGAAGTTAAGGGA-3´ 895-865 antisense BF 111 5´-TCGGACGGAAACTGCACTTG-3´ 581-600 sense BR 109 5´-AAGGGAGTAGCCCCAACGTT-3´ 870-851 antisense

대상 및 방법

1. 대상

B형 간염 바이러스 감염과 관련된 만성 간질환으로 라미 부딘 치료를 받고 있는 환자 80명을 무작위로 선택하였다.

평균 연령은 41세(16-72세), 남녀 수는 각각 60, 20명이었으 며, 이 중 35예가 만성 간염, 45예가 간경변이었다.

2. HBV DNA 정제 및 정량

환자의 혈액을 채혈 즉시 냉장 보관하여 한 시간 동안 혈액 응고 후 3,000 rpm에서 5분간 혈청을 원심분리하여 -70℃에서 보관하였으며, 알칼리 방법을 이용하여 HBV DNA를 추출하 였다. 멸균된 1.5 mL 원심관에 1 M NaOH 8 µL와 냉동 보관 된 혈청 72 µL 첨가하여 10초간 진탕한 후 37℃에서 1시간 동안 반응시켰다. 80 µL의 혈청과 NaOH 혼합물에 동량의 0.1 M HCl를 첨가하여 10초간 진탕한 후 12,000 rpm에서 10 분간 원심분리하여 상층액을 새 원심관으로 옮겨 -20℃에 보 관하였다. 상기 과정으로 추출된 DNA는 4 µL씩 PCR을 위한 template로 사용하였다. HBV DNA 정량은 Cobas Amplicor HBV Monitor법 (Roche, Basel, Switzerland)을 이용하였다.

3. DNA 염기서열 분석

염기서열 분석을 위한 주형 DNA는 BF105와 BR112 시 발체를 이용하여 500 mM KCl, 100 mM Tris HCl (pH 9.0), 1% Triton X-100, 0.2 mM dNTP (dATP, dGTP, dTTP and dCTP), 1.5 mM MgCl2, 20 pmol 시발체와 1 U Taq DNA 중합효소(QIAGEN, Hilden, Germany)로 구성된 PCR 반응 물에 알칼리 방법에 의해 정제된 HBV DNA 4 µL와 함께 총 25 µL가 되게 하였다. 이 혼합액을 94℃에서 4 분간 반 응시켜 충분히 변성시킨 후 94℃에서 1분, 58℃에서 1분, 72℃에서 3분씩 35회 반응시켰으며, 마지막으로 72℃에 서 10분간 연장하였다. 이차 PCR은 일차 PCR 산물 1 µL 와 BF111, BR109 시발체를 이용하여 반응 혼합물이 총 50 µL volume이 되게 하고 일차 PCR 반응과 동일한 조건 하에서 PCR을 시행하였다(Table 1). 반응이 끝난 후 2%

481

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The Korean Journal of Gastroenterology: Vol. 41, No. 6, 2003

agarose gel에 전기영동하여 약 290 bp의 PCR 산물을 확인하였다. 확인된 290 bp band를 gel slicing한 후 gel extraction kit (NucleoGen, Ansan, Korea)를 이용하여 분리하 여 DNA 염기서열 분석에 주형 DNA로 사용하였다. DNA 염기서열 분석은 BaseStation 51 DNA Fragment Analyzer (MJ research, Waltham, MA, USA)를 이용하여 분석하였다.

주형 DNA 농도를 20 ng/µL, 시발체 농도를 1.6 pmol로 하 여 ABI prism BigDye terminator sequencing kit (PE Biosystems, Foster City, CA, USA)를 이용하여 반응시키 고, 95℃에서 5분간 반응시킨 후, 96℃에서 10초, 50℃에서 5초, 60℃에서 4분씩 25회 반응시켰으며, 마지막으로 72℃

에서 10분간 연장시켰다. 반응이 끝난 후 PCR 산물을 에탄 올로 침전시킨 후 건조시켜 loading buffer인 formamide/50 mM EDTA (5:1) 6 µL에 녹여 90℃에서 2분간 변성시켰다.

BaseStation 51 DNA Fragment Analyzer에서 전기영동하고 염기서열 분석 프로그램으로 결과를 분석하였다.

결 과

1. 대상 환자의 특성

대상 환자 80예의 평균 연령은 41세였으며, 남녀 비는 3:1 (60/20)이었다. 혈청 HBV DNA의 중앙값은 1.21×108 copies/mL였고, 치료 기간의 중앙값은 13.2개월(2.7-44개월) 이었다. 만성 간염이 35예, 간경변이 45예였으며, HBeAg 양성이 51명, 음성이 29명이었다(Table 2).

Table 2. Clinical Features of Patients

Mean of age (yr, range) 41 (16-72) Sex ratio (male/female) 60/20 HBeAg-positive/-negative 51/29 Mean of serum HBV DNA (copies/mL) 1.21×108 Underlying disease

Chronic hepatitis 35 Liver cirrhosis 45 Treatment duration with lamivudine

(months, range)

13.4 (2.7-44.0)

2. HBV DNA 중합효소 내 역전사효소 영역의 아미노산 변이

HBV DNA 중합효소내 역전사효소 염기 배열 581-870 사이의 영역을 직접 염기서열 분석을 통하여 HBV 역전사 효소 영역내 아미노산의 변이를 관찰하였다. 전체 80예 중 45예(56%)에서 아미노산의 변이가 관찰되었고, 14예에서

Table 3. The Pattern of Amino Acid Changes in HBV Reverse Transcriptase in Patients with Lamivudine Therapy

* HBV reverse transcriptase all genotypes amino acid numbering.

HBV DNA polymerase genotype C amino acid numbering.

야생형이 관찰되었으며, 21예는 nested PCR에서 HBV DNA 가 검출되지 않았다. 아미노산의 변이가 있었던 환자들의 평균 치료 기간은 12.9 (2.7-44.0)개월이었다. 아미노산 변 이는 주로 552번과 528번 아미노산에서 관찰되었고, 그 이 외의 영역에서도 다수 관찰되었다(Table 3).

임상적 내성을 보이지 않았던 57예를 분석한 결과 15예 는 nested PCR로 HBV DNA가 검출되지 않았고, 12예는 야 생형이 검출되었으며, 30예에서 아미노산의 변이가 있었다.

아미노산의 변이가 있었던 45예 중 28예(62%)에서 HBV 역전사효소의 YMDD 영역의 552번 아미노산(M) 돌연변이 가 관찰되었다. 28예 중 23예는 M552I, 5예가 M552V였 다. M552V 돌연변이는 항상 L528M 변이를 동반하였다.

YMDD 이외의 영역에서 아미노산의 변이가 많았던 곳은 L528M, F569Y, S571A, I572V였다. L528M은 아미노산의 변이가 관찰되었던 45예 중 12예(27%)로 이 중 5예는 M552V와 동반되었고, 6예는 M552I와 동반되었으며, 한 예는 YMDD 영역과 무관하게 발생하였다. F569Y는 6예 (13%)에서 관찰되었는데 이 중 1예에서 M552I와 동반되 었고, 나머지 5예는 YMDD 영역과 무관하게 발생하였다.

S571A는 6예(13%)에서 관찰되었으며 이 중 3예는 M552I 와 동반되었고, 3예는 YMDD 영역과 무관하게 발생하였다.

482

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Lee, et al. Pattern of Mutations in HBV Reverse Transcriptase Gene during Lamivudine Therapy

I572V는 8예(18%)에서 관찰되었으며 이 중 5예는 M552I와 동반되었고, 3예는 YMDD 영역과 무관하게 발생하였다.

그 외 아미노산의 변이로 N586H 3예, V539I, A542V, A548V 각각 2예, L577V, L577M, L577W, V555M, L547V, A559T, V562E, S567A, N574H, P585S 변이형이 각각 1예 발생하였다(Table 4).

3. YMDD 영역 이외의 아미노산의 변이와 라미부딘 저항성과의 관련성

임상적 내성을 보인 22예 중 아미노산 변이를 동반한 예 는 14예(64%)였고, 이 중 10예가 YMDD 돌연변이였으며 4예는 YMDD 영역의 변이가 동반되지 않은 변이였다. 나머 지 8예는 어떤 아미노산 변이도 관찰되지 않았다(Table 5).

Table 4. Prevalence of Amino Acid Changes in HBV DNA Reverse Transcriptase between nt 581 and nt 870

Amino acid changes

No. of patients (%)

(n=80)

Mean of serum HBV DNA level

(copies/mL)

Treatment duration (months) M552I

L528M I572V F569Y S571A M552V N586H V539I A542V A548V

23 (29) 12 (15) 8 (10) 6 (8) 6 (8) 5 (6) 3 (4) 2 (3) 2 (3) 2 (3)

2.45×108 4.59×107 2.01×108 1.84×106 2.68×108 1.10×108 5.36×104

- 1.94×102

-

13.2 11.9 17.3 8.9 19.9 12.0 9.9 13.9 8.4 5.8

Table 5. Amino Acid Changes among Breakthrough or Non-responder Group

Amino acid changes No. of patients (n=14) M552I

M552I/L528M M552I/L528M/V555M M552I/L577M M552I/L577V M552V/L528M M552V/L528M/P585S V562E/S571A/I572V F569Y

N574H N586H

3 1 1 1 1 2 1 1 1 1 1

고 찰

HBV 중합효소 유전자는 말단 단백(terminal protein), spacer, 역전사효소, RNase H를 암호화한다. 이 중 역전사효소는 바이러스의 증식에 결정적인 역할을 하는 효소로서 이 유 전자의 변이는 드문 것으로 알려져 있다. 그러나 뉴클레오 사이드 유사체인 라미부딘의 장기 사용으로 역전사효소의 변이는 빈번하게 발생하며 주로 YMDD 영역의 변이가 임 상적인 내성과 관계가 있는 것으로 알려져 있다. Ling 등과 Bartholomew 등의 보고에서 간이식 환자와 면역억제제 치 료를 받은 환자 중 라미부딘 내성을 보이는 경우 전 예에서 YMDD 변이와 관련이 있다고 하였으나11,12 국내의 김 등과 강 등에 의하면 비록 대상 환자 수가 많지 않으나 상당수가 YMDD 영역의 변이와 무관하다고 하였다.13,14 따라서 본 연구에서는 장기간 라미부딘을 투여하고 있는 환자를 대상 으로 YMDD 영역을 중심으로 한 역전사효소의 변이 양상 을 파악하고 YMDD 영역 이외의 변이 양상이 임상적인 내 성과 관련성이 있는지를 조사하였다.

임상적인 변이는 M552V형이 M552I형보다 흔한 것으로 알려져 있는데15-19 본 연구에서는 YMDD 영역 변이 중 82%

에서 M552I였으며 12%에서 M552V로 M552I가 흔하였다.

HBV 변이의 진행 과정에 대해서는 아직 알려져 있지 않 으나 라미부딘 투여 수 주 이내에 발생한 변이형은 모두 M552I형이었고 라미부딘을 사용한 적이 없는 무증상의 HBV 보유자에서도 M552I형이 많았던 점을 미루어 보면 변 이의 발생 과정 중 초기에는 YIDD형이 증식에 유리한 여건 을 가지고 있을 것으로 생각된다.

HBV는 인간 면역결핍 바이러스(human immunodefi- ciency virus, HIV)와 마찬가지로 독특한 변이 양상을 보이 는데, 역전사효소는 다른 변이보다 G→A변이가 빈번히 일 어나는 것으로 알려져 있다.20,21 HIV 라미부딘 내성에서 M184I형이 변이 과정 초기에 발생하고 후에 M184V형으로 대체되는 것으로 보고되는데,22 변이 발생의 측면에서는 M184I형이 유리하나 라미부딘에 대한 저항성은 M184V형 에 비해 약하여 증식 능력이 약하다.23또한 HIV의 YMDD 영역의 M184I 변이형은 M184V형의 전구 변이형으로 알려 져 있으나23,24이러한 사실은 HBV에서는 확인되지 않았다.

라미부딘 치료 후 장기간 관찰하면 아미노산 552와 528 번이 단일 변이에서 이중 변이로 발전하며 L528M/ M552I 와 L528M/M552V가 우세한 변이형으로 진화한다.25본 연 구에서 M552I는 26%에서 L528M을 동반하였으나 M552V 는 전 예에서 L528M을 동반하여 변이의 진행 과정은 M552I에서 M552V로, 단일 변이에서 이중 변이로 진행하 는 것으로 생각한다. 아미노산 552와 528번은 서로 근접해 있으나 기질의 결합과 촉매 활성에 대한 영향은 아직 잘 483

(5)

대한소화기학회지: 제41권 제6호, 2003

밝혀져 있지 않다.9 L528M은 HBV 중합효소의 B영역의 변이로서 자체는 저항성이 크지 않으나, YMDD와 같은 C영역 변이와 동반할 때 C영역 변이형의 증식 능력을 회 복시키고 라미부딘에 대한 저항성을 증가시킨다고 알려져 있다.26

YMDD 영역의 변이에 동반된 변이로는 L528M 외에 I572V, S571A가 각각 8예 중 5예와 6예 중 3예로서 모두 M552I에 동반되었다. A548V, S567A, L577M, L577V는 이 전의 연구에서도 보고되었으나 흔히 발생한 F569Y(6예), I572V(8예), N586H(3예) 등은 보고된 바가 없는 변이이 다.27 F569Y는 6예에서 발생하였으며 이 중 5예는 YMDD 변이를 동반하지 않았다. 1예에서 임상적인 내성을 나타냈 고, 나머지 4예는 임상적 내성을 나타내지 않았다. 임상적 내성을 보인 22예 중 4예는 YMDD 변이와 무관한 변이로 서 일정한 변이 양상을 보이지 않았다. 이 변이의 임상적인 내성과의 관련성 여부에 대해서는 연구가 더 필요하다.

본 연구는 장기간 라미부딘을 투여하고 있는 만성 HBV 감염 환자를 대상으로 한 단면 연구(cross-sectional study)로 서 바이러스 변이의 출현과 소실, 바이러스와 임상 양상과 의 관계를 규명하는 데 한계가 있을 것으로 생각한다.

결론적으로 장기간 라미부딘을 투여받고 있는 만성 간 질환에서 YMDD 영역의 변이는 흔하며 주로 M552I형이었 다. YMDD 이외의 영역에서의 아미노산의 변이도 빈번하 였다. YMDD 영역의 변이와 무관한 YMDD 이외의 역전사 효소의 아미노산 변화를 야기하는 변이는 일정한 양상을 보이지 않았으며 임상적인 라미부딘 내성과의 관련성에 대 해서는 연구가 더 필요하다.

요 약

목적: HBV DNA 역전사효소 YMDD 영역의 M552I와 M552V 돌연변이는 라미부딘에 저항성을 가지는 것으로 잘 알려져 있으나 YMDD 이외의 HBV DNA 역전사효소 영역의 변이의 존재와 의미에 대해서는 아직 잘 알려져 있 지 않다. 이에 저자는 라미부딘으로 치료 중인 만성 B형 간 질환 환자에서 HBV DNA 역전사효소 영역 중 YMDD 영 역과 그 주위 영역의 변이의 분포를 알아보고, YMDD 영 역 이외의 변이와 임상적 내성과의 관련성을 알아보고자 하였다. 대상 및 방법: 라미부딘으로 치료를 받고 있는 만 성 B형 간질환 환자 80명을 무작위로 선택하여 HBV DNA 정량을 하였고, nested PCR 방법을 이용하여 HBV DNA 역전사효소 영역을 직접 염기서열 분석하였다. 결과: 전체 80예 중 45예(56%)에서 아미노산의 변이가 관찰되었고, 14예에서 야생형이 관찰되었으며, 21예는 nested PCR에서 HBV DNA가 검출되지 않았다. 전체 아미노산의 변이가 있

었던 45예 중 28예(62%)에서 YMDD 영역의 552번 아미노 산(M) 돌연변이가 발생하였다. 28예 중 23예는 M552I, 5예 가 M552V였다. M552V 돌연변이는 항상 L528M 변이를 동반하였다. YMDD 이외의 영역에서는 L528M, F569Y, S571A, I572V의 아미노산의 변이가 많았다. 임상적 내성을 보인 22예 중 아미노산 변이를 동반한 예는 14예(64%)였 고, 이 중 10예가 YMDD 돌연변이였고, 4예는 YMDD 영 역과 무관한 돌연변이였다. 나머지 8예는 어떤 아미노산 변 화도 관찰되지 않았다. 결론: 라미부딘으로 치료받고 있 는 만성 B형 간질환 환자에서 YMDD 영역의 변이는 흔하 며 주로 M552I형이었다. YMDD 이외의 영역에서의 아미 노산의 변이도 빈번하였다. YMDD 영역의 변이와 무관한 YMDD 이외의 역전사효소의 아미노산 변화를 야기하는 변 이는 일정한 양상을 보이지 않았으며 임상적인 라미부딘 내성과의 관련성에 대해서는 연구가 더 필요하다.

색인단어: YMDD 돌연변이, 라미부딘, B형 간염 바이러스

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485

수치

Table 1. Primers Used in Sequencing and Enzyme Digestion Assay
Table 3. The Pattern of Amino Acid Changes in HBV Reverse Transcriptase in Patients with Lamivudine Therapy
Table 4. Prevalence of Amino Acid Changes in HBV DNA Reverse Transcriptase between nt 581 and nt 870

참조

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