シミアン免疫不全ウイルス感染アカゲザルを対象としたリポペプチド融合阻害剤の治療効果と耐性の選択

Therapeutic Efficacy and Resistance Selection of a Lipopeptide Fusion Inhibitor in Simian Immunodeficiency Virus-Infected Rhesus Macaques.

• Danwei Yu
• Jing Xue
• Huamian Wei
• Zhe Cong
• Ting Chen
• Yuanmei Zhu
• Huihui Chong
• Qiang Wei
• Chuan Qin
• Yuxian He

抄録

我々は最近，ヒト免疫不全ウイルス1型（HIV-1），HIV-2およびシミアン免疫不全ウイルス（SIV）に対して強力な抗ウイルス活性を有するリポペプチド系膜融合阻害剤群を報告した。本研究では，このようなリポペプチドであるLP-52の治療効果を，病原性SIVmac239に慢性感染したアカゲザルを用いて評価した。1匹のサルを対象としたパイロット試験では、低用量のLP-52の単剤投与により、血漿中のウイルス負荷が検出限界以下にまで急速に減少し、構造的に中断された3ラウンドの治療期間中もウイルスの抑制が維持されました。その結果、4匹のサルでLP-52の治療効果が確認されたが、3匹のサルではLP-52治療下でウイルスがリバウンドしていた。次に、抵抗性の原因となっているSIVの変異体の特徴を明らかにした。配列解析の結果、SIV gp41のN末端ヘプタドリピート（NHR）のV562AまたはV562M変異とC末端ヘプタドリピート（CHR）のE657G変異は、LP-52に対して高い耐性を示し、ペプチド医薬品T20と2つの新規リポペプチド（LP-80とLP-83）に対して交差耐性を示すことが明らかになった。さらに、耐性変異がNHR部位との多様な融合阻害剤の安定性を大きく低下させ、V562AまたはV562MとE657Gとの併用により、SIVmac239感染を媒介するウイルスエンベロープ（Envs）の機能が著しく損なわれ、ウイルス6-ヘリカルバンドル（6-HB）コア構造の熱安定性が低下することを示した。結論として、今回のデータは、膜融合ステップを標的とした新規抗HIV薬の開発を容易にしただけでなく、薬剤耐性を発現するためのウイルス進化のメカニズムの理解にも貢献している。抗HIVペプチド薬T20（エンフビルタイド）は、ウイルス感染症治療薬として唯一の膜融合阻害薬であるが、抗ウイルス活性が比較的弱く、半減期が短く、薬剤耐性を誘発する遺伝的障壁が低いことが特徴である。これまでに、HIV-1, HIV-2, SIVの分離株に対して極めて強力かつ広範な抗ウイルス活性を有するリポペプチド系融合阻害剤が設計され、臨床開発の候補となってきました。本研究では、リポペプチドであるLP-52の高い治療効果をSIVmac239感染アカゲザルにおいて確認した。また、選択された耐性変異の特徴を明らかにし、新たに設計された膜固定性を有する融合阻害剤の作用機序を明らかにしました。今回のデータは、HIV-1とSIVが抵抗性を発現する遺伝的経路を共有している可能性があり、リポペプチド融合阻害剤がそのテンプレートペプチドと同じ抵抗性プロファイルを持ち得ることを初めて示している。

We recently reported a group of lipopeptide-based membrane fusion inhibitors with potent antiviral activities against human immunodeficiency virus type 1 (HIV-1), HIV-2, and simian immunodeficiency virus (SIV). In this study, the therapeutic efficacy of such a lipopeptide, LP-52, was evaluated in rhesus macaques chronically infected with pathogenic SIVmac239. In a pilot study with one monkey, monotherapy with low-dose LP-52 rapidly reduced the plasma viral loads to below the limit of detection and maintained viral suppression during three rounds of structurally interrupted treatment. The therapeutic efficacy of LP-52 was further verified in four infected monkeys; however, three out of the monkeys had viral rebounds under the LP-52 therapy. We next focused on characterizing SIV mutants responsible for the resistance. Sequence analyses revealed that a V562A or V562M mutation in the N-terminal heptad repeat (NHR) and a E657G mutation in the C-terminal heptad repeat (CHR) of SIV gp41 conferred high resistance to LP-52 and cross-resistance to the peptide drug T20 and two newly designed lipopeptides (LP-80 and LP-83). Moreover, we showed that the resistance mutations greatly reduced the stability of diverse fusion inhibitors with the NHR site, and V562A or V562M in combination with E657G could significantly impair the functionality of viral envelopes (Envs) to mediate SIVmac239 infection and decrease the thermostability of viral six-helical bundle (6-HB) core structure. In conclusion, the present data have not only facilitated the development of novel anti-HIV drugs that target the membrane fusion step, but also help our understanding of the mechanism of viral evolution to develop drug resistance. The anti-HIV peptide drug T20 (enfuvirtide) is the only membrane fusion inhibitor available for treatment of viral infection; however, it exhibits relatively weak antiviral activity, short half-life, and a low genetic barrier to inducing drug resistance. Design of lipopeptide-based fusion inhibitors with extremely potent and broad antiviral activities against divergent HIV-1, HIV-2, and SIV isolates have provided drug candidates for clinical development. Here, we have verified a high therapeutic efficacy for the lipopeptide LP-52 in SIVmac239-infected rhesus monkeys. The resistance mutations selected have also been characterized, providing insights into the mechanism of action of newly designed fusion inhibitors with a membrane-anchoring property. For the first time, the data show that HIV-1 and SIV can share a similar genetic pathway to develop resistance, and that a lipopeptide fusion inhibitor could have a same resistance profile as its template peptide.

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