Les mécanismes complexes de la résistance aux antirétroviraux
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Les mécanismes complexes de la résistance aux antirétroviraux Revue critique de l'actualité scientifique internationale sur le VIH et les virus des hépatites n°42 - janvier-février 96 MUTATIONS Les mécanismes complexes de la résistance aux antirétroviraux Laurent Bélec Laboratoire de virologie et Inserm U430 - Hôpital Broussais (Paris) Development of zidovudine resistance mutations in patients receiving prolonged didanosine monotherapy Demeter L.M., Nawaz T., Morse G., Dolin R., Dexter A., Gerondelis P., Reichman R.C. Journal of Infectious Diseases, 1995, 172, 1480-1485 Une étude montrant une sélection de mutations conférant la résistance à la zidovudine chez deux malades recevant la didanosine en monothérapie prolongée, est l'opportunité d'analyser la complexité des interactions multiples entre la réplication virale et les molécules antirétrovirales. http://publications.crips.asso.fr/transcriptase/42_288.htm (1 sur 9) [09/07/2003 12:57:31] Les mécanismes complexes de la résistance aux antirétroviraux Le phénomène de résistance du VIH aux molécules antirétrovirales constitue un problème d'interprétation difficile. L'infection à VIH est une infection chronique active. Les molécules antirétrovirales actuelles n'inhibent que partiellement la réplication du VIH, en diminuant de 10 à 100 fois la quantité de virus plasmatique. Cette inhibition incomplète de la réplication virale, associée à un renouvellement viral incessant, rapide, important, représente les conditions idéales de sélection de mutants résistants sous l'effet de la pression de sélection médicamenteuse. La résistance fait habituellement référence à une diminution de la sensibilité du virus à une molécule antirétrovirale, mesurée in vitro dans un système de culture cellulaire. Les variants peuvent être présents au sein de la population virale initiale, ou encore apparaître à la suite d'une mutation au cours de la réplication virale en présence du médicament. ¬ L'énumération de la liste des mutations de résistance induites par chaque antirétroviral peut apparaître très formelle; elle constitue cependant le pré-requis indispensable pour appréhender la complexité des interactions multiples entre la réplication virale et les molécules antirétrovirales. La résistance aux analogues nucléosidiques de la transcriptase inverse est la mieux documentée; Larder et coll. ont été les premiers, dès 1989, à rapporter que les isolats provenant de malades sous zidovudine (AZT) devenaient progressivement résistants après 6 mois environ de traitement [1]. Certains patients traités depuis plus de 11 mois par la zidovudine avaient des isolats montrant une augmentation importante de la CI50, d'un facteur supérieur à 100 par rapport à l'isolat recueilli avant traitement et testé en parallèle. ¬ La résistance à la zidovudine est associée à l'apparition de mutations spécifiques au niveau du gène pol, induisant des substitutions d'acides aminés au niveau de la transcriptase inverse. Au total, cinq mutations principales ont été rapportées au niveau des codons pol 41 (Mét —> Leu), pol 67 (Asp —> Asn), pol 70 (Lys —> Arg), pol 215 (Thr —> Tyr ou Phe) et pol 219 (Lys —> Gin) du gène de la transcriptase inverse. http://publications.crips.asso.fr/transcriptase/42_288.htm (2 sur 9) [09/07/2003 12:57:31] Les mécanismes complexes de la résistance aux antirétroviraux Une évolution continue des mutations a été observée par Boucher et coll. chez 18 patients initialement asymptomatiques qui recevaient de la zidovudine, de telle sorte qu'au bout d'un certain temps, des souches virales de résistance élevée ont remplacé celles de faible résistance [2]. La première mutation apparaît transitoirement en pol 70. La disparition de cette mutation est contemporaine de l'apparition des mutations en pol 41 et pol 215, et, chez certains patients, de la réapparition de la mutation en pol 70. Apparemment, un traitement prolongé est nécessaire avant qu'un virus partiellement résistant contenant des mutations en pol 41, 70 et 215 ne devienne hautement résistant, en acquérant d'autres mutations, situées en pol 67 et 219. De fait, ces dernières mutations sont rarement observées dans les deux premières années de traitement. L'étude des prélèvements séquentiels de patients inclus dans le protocole Concorde a confirmé la rareté des mutations des codons 67 et 219; elle a montré également que la mutation au niveau du codon 70 peut persister isolément pendant plusieurs mois, voire disparaître sans annoncer l'apparition ultérieure de mutation sur le codon 215, ce qui laisse penser que la mutation en pol 70 n'a pas de valeur pronostique [3]. La signification clinique de l'émergence de mutants résistants à la zidovudine commence à être mieux comprise. Ainsi, l'apparition d'une résistance pourrait être prédictive d'une évolution clinique plus rapidement défavorable. Ceci a été démontré au cours de l'essai ACTG 116B/117 (essais comparant l'alternance pour la ddl versus la poursuite de la zidovudine, après au moins 16 semaines de zidovudine, chez des patients ayant moins de 300 lymphocytes CD4/mm3), dans lequel les malades (15 %) ayant des isolats de VIH hautement résistants à la zidovudine (CI50>1 µM) avaient une aggravation clinique plus rapide, en tenant compte des facteurs de confusion potentiels que sont la lymphocytémie CD4 ou encore le phénotype syncytium-inducing [4]. Dans cette étude, un haut niveau de résistance à la zidovudine était également un marqueur indépendant de décès. La mutation en pol 215 apparaît bien corrélée à l'existence d'isolats ayant un phénotype de résistance in vitro. ¬ Bien que de signification clinique encore discutée, la mutation en pol 215 serait liée à une augmentation de la charge virale circulante, à une aggravation clinique ainsi qu'à http://publications.crips.asso.fr/transcriptase/42_288.htm (3 sur 9) [09/07/2003 12:57:31] Les mécanismes complexes de la résistance aux antirétroviraux un pronostic défavorable. Ainsi, l'apparition d'une mutation en pol 215 peut constituer un marqueur de détérioration imminente du statut immunologique. Dans un groupe de 38 malades traités par la zidovudine depuis 34 mois en moyenne, une diminution de 50 % du taux des lymphocytes CD4 circulants était observée chez 17 patients dont les isolats viraux avaient une mutation en pol 215, alors que 21 autres patients, dont les isolats viraux étaient de génotype sauvage, avaient une augmentation moyenne du taux de lymphocytes CD4 de 11 % [5]. Chez des patients de l'essai Concorde, appartenant tous au groupe traité immédiatement par la zidovudine, une étude cas contrôle a été réalisée pour rechercher une corrélation entre la résistance à la zidovudine et la progression clinique, l'évolution de la charge virale plasmatique, et celle du nombre de lymphocytes CD4 [3]. A partir du 12e mois de traitement (M12) et à M17, l'analyse multivariée montre que le meilleur prédicteur de la progression clinique est l'apparition de la mutation en pol 215. Par ailleurs, Japour et coll. ont corrélé l'existence des mutations en pol 215 et pol 41, conférant la résistance à la zidovudine, avec l'évolution clinique, chez 188 malades inclus dans l'essai ACTG 116B/117 [6]. L'existence combinée des mutations en pol 215 et pol 41 était significativement corrélée avec un risque plus élevé de progression clinique (x 1,8), ainsi qu'avec un risque majoré de décès (x 5,4). L'existence isolée de la mutation en pol 215 était également liée à un mauvais pronostic, sans toutefois que le seuil de significativité ne soit atteint (p = 0,07). De façon intéressante, le bénéfice du changement thérapeutique AZT —> ddI était indépendant de la présence de ces mutations, suggérant qu'il pourrait être associé à d'autres marqueurs prévisionnels d'évolution, comme la charge virale plasmatique [6]. Signalons enfin que Smith et coll. ont rapporté que les isolats de VIH-1 porteurs de mutations conférant la résistance à la zidovudine pouvaient être détectés dans le plasma durant de longues périodes après arrêt de la zidovudine et relais par la ddI, ce qui signifie que ces variants résistants peuvent se répliquer in vivo en l'absence de pression de sélection médicamenteuse [7]. http://publications.crips.asso.fr/transcriptase/42_288.htm (4 sur 9) [09/07/2003 12:57:31] Les mécanismes complexes de la résistance aux antirétroviraux ¬ La résistance à la didanosine (ddI) a été décrite par St Clair en 1991 chez 5 patients ayant été traités auparavant par la zidovudine, avec une augmentation d'un facteur 5 à 30 de la CI50 de leurs isolats vis-à-vis de la ddI après 6 à 12 mois de traitement par la ddI [8]. La diminution de la sensibilité à la ddI est principalement associée à des mutations au niveau de pol 74 (Leu —> Val) et pol 184 (Mét —> Val) de la transcriptase inverse. Les souches virales qui possèdent ces mutations présentent une résistance croisée avec la zalcitabine, mais pas avec la zidovudine. De plus, la mutation au niveau du résidu 184 est associée avec un niveau très élevé de résistance à la didanosine et à la zalcitabine. Les mutations de résistance peuvent croiser entre elles, et ainsi conférer la résistance à plusieurs antirétroviraux [9]. Elles peuvent également interagir entre elles : - Certaines mutations conférant la résistance aux antirétroviraux interagissent de façon additive ou synergique : par exemple, la CI50 est significativement plus importante en cas d'association des mutations de résistance à la zidovudine en pol 41 et en pol 215, induites par mutagénèse dirigée, qu'en cas de mutations isolées [10]. - Certaines mutations conférant la résistance aux antirétroviraux semblent interagir négativement les unes avec les autres (effet suppresseur), ce qui pourrait privilégier certaines associations thérapeutiques. Ainsi, au cours des associations AZT + ddI ou AZT + ddC, l'émergence de la mutation de résistance à la zidovudine en pol 215 préviendrait dans une certaine mesure la sélection des mutations en pol 74 ou en pol 184 [9]. - Enfin, certaines mutations semblent pouvoir supprimer l'effet d'une mutation vis-à-vis d'un autre antirétroviral, et ainsi resensibiliser une souche de VIH devenue résistance [11]. Ainsi, des souches de VIH ayant les mutations pol 41 et/ou pol 215 conférant la résistance à la zidovudine peuvent se comporter comme des souches phénotypiquement sensibles, à cause de l'addition des mutations conférant la résistance à d'autres antirétroviraux. A l'extrême, certaines mutations paraissent exclusives l'une de l'autre. Par exemple, la principale mutation conférant la http://publications.crips.asso.fr/transcriptase/42_288.htm (5 sur 9) [09/07/2003 12:57:31] Les mécanismes complexes de la résistance aux antirétroviraux résistance aux inhibiteurs non nucléosidiques de la transcriptase inverse, en pol 181, «supprime» la mutation en pol 215 conférant la résistance à la zidovudine, et vice versa [9]. Notons que l'effet suppresseur et la resensibilisation paraissent pouvoir être associés. Ainsi, au cours de l'association thérapeutique AZT + 3TC, l'apparition de la mutation en pol 184 permet de restaurer dans une certaine mesure la sensibilité des isolats résistants à la zidovudine; inversement, les variants de VIH résistants à la zidovudine ne développeraient pas de résistance vis-à-vis de la 3TC [11,12,13], ce qui contribuerait à l'intérêt de l'association thérapeutique AZT+3TC. ¬ Les observations rapportées récemment par Demeter et coll. compliquent encore un peu plus l'imbroglio apparent dans l'écheveau des mutations conférant la résistance aux antirétroviraux. Il s'agit de deux personnes infectées par le VIH-1, l'une naïve de tout traitement antirétroviral (malade A: 130 CD4/mm3), l'autre ayant déjà reçu 5 mois de traitement par la zidovudine en monothérapie (malade B: 356 CD4/mm3), et qui ont reçu de la ddI en monothérapie de façon prolongée (> 2 ans), à doses progressivement croissantes. Les isolats viraux obtenus avant le traitement par la ddI ne présentaient pas de mutations de résistance à la zidovudine, et leur phénotype était de type sensible. Cependant, après une prise prolongée et exclusive de ddI en monothérapie, des mutations conférant la résistance à la zidovudine pouvaient être identifiées en PCR différentielle (pol 41 [Mét —> Leu], pol 67 [Asp —> Asn], pol 70 [Lys —> Arg], et pol 215 [Thr —> Tyr]), et les isolats viraux présentaient un phénotype de résistance à la zidovudine. La mutation en pol 74, conférant la résistance à la ddI, n'était que transitoirement identifiée chez le patient A, en association avec une augmentation de 2 à 3 fois de la CI50 vis-à-vis de la ddI. Les autres isolats du patient A et tous ceux du patient B restaient sensibles à la ddI. Chez les deux patients, la prise occulte de zidovudine semblait exclue, comme en attestait la négativité des recherches toxicologiques de zidovudine et de ses métabolites circulants. L'hypothèse d'une surinfection par un isolat de VIH-1 http://publications.crips.asso.fr/transcriptase/42_288.htm (6 sur 9) [09/07/2003 12:57:31] Les mécanismes complexes de la résistance aux antirétroviraux résistant à la zidovudine paraissait également exclue: le malade A avait, depuis de nombreux mois, le même partenaire séronégatif pour le VIH; chez le malade B, l'analyse séquentielle de régions variables du gène de la transcriptase inverse ne permettait pas de détecter de nouveaux variants qui seraient apparus de façon contemporaine à ceux présentant des mutations de résistance à la zidovudine. ¬ Au total, ces deux observations, bien documentées, suggèrent fortement que la ddI en monothérapie prolongée est susceptible d'induire la sélection de mutants résistants à la zidovudine. Elles sont de plus compatibles avec les études qui montrent la persistance de la mutations en pol 215 lors de l'alternance AZT —> ddI en monothérapie [14]. Dans le même sens, une diminution modérée de la sensibilité à la ddI est observée pour une diminution d'un facteur 10 de la sensibilité à la zidovudine [15]. Ces observations indiquent que la pression de sélection induite par la ddI pourrait être favorable aux mutants porteurs de résistance à la zidovudine. Les auteurs n'avancent pas d'hypothèse satisfaisante pour expliquer cet avantage sélectif. Il est possible que ces résistances à la zidovudine confèrent une résistance modérée à la ddI, difficilement évaluable avec le test phénotypique employé. Des changements conformationnels subtils de la transcriptase inverse conduiraient ainsi à une moindre activité antivirale de la ddI. Quoi qu'il en soit, le mécanisme de l'induction de 1 à 4 mutations de résistance à la zidovudine sous l'effet de la ddI demeure mystérieux. ¬ Les observations de Demeter et coll. suggèrent que, au moins pour zidovudine, des résistances à cette molécule peuvent être sélectionnées par une autre molécule antirétrovirale, en l'occurrence la ddl. Ces observations de sélection croisée de mutants résistants restent limitées: elles ne permettent pas encore de conclure à un phénomène général. Cependant, par extension, il est possible de formuler l'hypothèse éventuelle selon laquelle la pression de sélection médicamenteuse puisse induire des résistances vis-à-vis d'autres molécules antirétrovirales. Dès lors, le traitement antirétroviral deviendrait éminemment complexe, voire http://publications.crips.asso.fr/transcriptase/42_288.htm (7 sur 9) [09/07/2003 12:57:31] Les mécanismes complexes de la résistance aux antirétroviraux imprévisible, puisque la sélection de mutants résistants pourrait dépasser le cadre restreint de la molécule qui en induit directement la sélection. Seules des techniques de séquençage large des gènes codant pour les cibles virales des molécules antirétrovirales permettraient alors d'identifier l'ensemble des résistances, directes et croisées, induites par une molécule antirétrovirale donnée ou une association antivirale. En corollaire, si le nombre de mutations de résistance identifiées a tendance à devenir important, et si leur interprétation devient de moins en moins univoque, leur détermination restera réservée au domaine de la recherche, car elle demeurera illusoire en pratique médicale. La mesure de la charge virale circulante, provirale ou plasmatique, constitue dès lors la seule approche globale pour identifier l'échec thérapeutique, liée à l'émergence de résistance comme à d'autres causes. - Laurent Bélec 1 - Larder B, Kemp S «Multiple mutations in HIV-1 reverse transcriptase confer high-level resistance to zidovudine (AZT)» Science, 1989, 246, 1155-1158 2 - Boucher C, O'Sullivan E, Mulder J et al. «Ordered appearance of zidovudine resistance mutations during treatment of 18 human immunodeficiency virus-positive subjects» J Infect Dis, 1992, 165, 105-110 3 - Brun-Vézinet F «Résistance aux antirétroviraux» ANRS Information, 1995, 16, 30-35 4 - Johnson V «Nucleoside reverse transcriptase inhibitors and resistance of human immunodeficency virus type 1» J Infect Dis, 1995, 171 (suppl 2), S140-S149 5 - Kozal MJ, Shafer RW, Winters MA et al. «A mutation in human immunodeficiency virus reverse transcriptase and decline in CD4 lymphocyte numbers in long-term zidovudine recipients» J Infect Dis, 1993, 167, 526-532 6 - Japour A, Welles S, D'Aquila R et al. «Prevalence and clinical significance of zidovudine resistance mutations in human immunodeficiency virus isolated from patients after long-term zidovudine treatment» J Infect Dis, 1995, 171, 1172-1179 7 - Smith M, Koerber K, Pagno J «Long-term persistence of zidovudine resistance mutations in palsma http://publications.crips.asso.fr/transcriptase/42_288.htm (8 sur 9) [09/07/2003 12:57:31] Les mécanismes complexes de la résistance aux antirétroviraux isolates of human immunodeficiency virus type 1 of dideoxynosinetreated patients removed from zidovudine therapy» J Infect Dis, 1994, 169, 184-188 8 - St Clair MH, Martin JL, Tudor-Williams G et al. «Resistance to ddI and sensitivity to AZT induced by a mutation in HIV1 reverse transcriptase» Science, 1991, 253, 1557-1559 9 - De Clerq E «Antiviral therapy for human immunodeficiency virus infections» Clin Microbiol Rev, 1995, 8, 200-219 10 - Kellam ., Boucher C, Larder B «Fifth mutation in human immunodeficiency virus type 1 reverse transcriptase contributes to development of high-level resistance to zidovudine» Proc Nath Acad Sci USA, 1992, 89, 1934-1938 11 - Larder BA, Kemp SD, Harrigan PR «Potential mechanism for sustained antiretroviral efficacy of AZT-3TC combination therapy» Science, 1995, 269, 696-699 12 - «High-level resistance to (-) enantiomeric 2' - deoxy-3' -thiacytidine (3TC) in vitro is due to one amino acid substituion in the catalytic site of HIV-1 reverse transcriptase» Antimicrob Agents Chemother, 1993, 37, 2231-2234 13 - Tisdale M, Kemp SD, Parry NR, Larder BA «Rapid in vitro selection of human immunodeficiency virus type 11 resistance to 3' thiacytidine inhibitors due to a mutation in the YMDD region of reverse transcriptase» Proc Natl Acad Sci USA, 1993, 90, 5653-5656 14 - Kozal M, Kroosdsma K, Winters M, et al. «Didanosine resistance in HIV infected patients switched from zidovudine to didanosine monotherapy» Ann Interm Med, 1994, 121, 263-268 15 - Mayers DL, Japour AL, Arduino JM et al. «Dideoxynucleoside resistance emeges with prolonged zidovudine monotherapy» Antimicrob Agents Chemother, 1994, 38, 307-314 http://publications.crips.asso.fr/transcriptase/42_288.htm (9 sur 9) [09/07/2003 12:57:31]
