流感病毒及其治療藥物簡介
中山醫學大學附設醫院藥劑科藥師 廖文聰、蕭如君
中山醫學大學醫學系講師 蔡敏鈴
摘要
抗流感病毒的藥物除了原有的神經胺酸酶抑制劑，近來又有兩種新機轉藥物上市，分別是病毒RNA-dependent RNA polymerase(RdRp)的選擇性抑制劑favipiravir及帽依賴型核酸內切酶抑制劑（cap-dependent endonuclease inhibitor）baloxavir。本篇先介紹流感病毒如何感染宿主及病毒複製過程，讓讀者能更了解這兩種新藥物的作用機轉，同時介紹目前已上市的抗流感病毒藥物的使用方法、劑量及相關的臨床研究。
關鍵字：baloxavir、cap-snatching、cap-dependent endonuclease inhibitor、流感
壹、前言
流感（Influenza）是由流感病毒引起的急性呼吸道感染疾病，全球每年約有25至50萬左右的死亡病例。流感病毒A和B型會引起季節性的流行，C型通常只會造成輕微的上呼吸道感染。流感症狀包括發燒、頭痛、流鼻水、喉嚨痛、咳嗽、肌肉酸痛及疲倦等。病毒通常透過宿主咳嗽而在空氣中傳播或接觸到被病毒污染的表面來散佈，故戴口罩或經常洗手都可減少病毒傳播的風險。世界衛生組織建議，高危人群每年應接種流感疫苗以降低感染的風險1。
貳、流感病毒簡介
流感病毒屬正黏病毒科（Orthomyxoviridae family），Influenza A virus（IAV）和type B virus（IBV）的病毒基本結構為，都具有由宿主端取得的脂質膜，形成病毒的外殼，稱為包膜（envelope），在包膜的表面上存在著病毒的血凝素、神經胺酸酶和較少的基質蛋白2（Matrix proteins 2）M2，包膜下面由基質蛋白1（Matrix proteins 1）M1支撐著，使病毒可以形成直徑約為100 nm的球體，或是長度20μm的細絲。包膜內部有8個螺旋型的病毒核糖核蛋白複合物（viral ribonucleo protein complexes = vRNP），每個vRNP是由不同的病毒基因片段（vRNA）包裹著多個核蛋白（Nucleoprotein）NP並和單個異源三聚體病毒聚合酶（heterotrimeric viral polymerase）（此病毒聚合酶為由PB1，PB2和PA所形成的病毒RNA依賴性RNA聚合酶（viral RNA-dependent RNA polymerase））結合所形成2(圖一)。IAV和IBV皆是負譯單鏈（negative-sense, single-stranded viral）的RNA病毒，負譯單鏈RNA病毒需要RNA聚合酶的作用，以自身為模板合成與自身互補的正譯RNA，之後才能以此正譯RNA作為mRNA轉譯出蛋白質。IAV和IBV有8個負譯單鏈RNA病毒基因片段，可編碼出10至14種病毒蛋白13(表一)。
圖一 A型流感病毒及vRNP結構示意圖2。（繪圖：廖文聰）
表一 IAV的病毒基因片段及其編碼產物13,14
藉由病毒的內在結構蛋白NP和M的抗原性差異，可將流感病毒分為A、B、C和最近發現的D型2,3。C型和D型流感病毒中的血凝素-酯酶融合蛋白(hemagglutinin–esterase fusion protein )取代了血凝素和神經胺酸酶所以只有7個病毒基因片段2,4。HA和NA分別主導了病毒在宿主間的進入和釋放，且根據其抗原性質可將IAV分類出許多亞型2。儘管有許多可能的亞型組合，目前只有H1N1和H3N2亞型以及兩種抗原性不同的IBV（維多利亞株和山形株）在人群中流行。IAV其表面抗原（HA和NA）在對抗宿主免疫系統時會不斷突變，病毒的聚合酶使病毒表面抗原表位（surface antigen epitopes）突變，讓病毒可再度感染相同的宿主，這種點突變稱為抗原微變（antigenic drift）通常造成季節性或地區性的流行。另外在細胞同時感染兩個IAV病毒期間，若兩個病毒之間互相交換vRNA而產生新品種病毒時，則稱為抗原移型（antigenic shift）常會造成流感的大流行2,3。
參、A型流感病毒感染宿主的過程
一、A型流感病毒的結合與融合（fusion）
當IAV搜尋到合適的位於宿主細胞表面，末端含有唾液酸殘基（sialic acid residues）的糖綴合物（glycoconjugates）時，IAV會利用其包膜上的HA受體結合位點（HA1區域）和糖綴合物上的唾液酸受體結合，讓病毒附著於宿主細胞上並觸發內吞作用（endocytosis）形成內體（endosome）。內體中較低的pH值會使病毒HA的結構產生變化，使位於HA2區域的融合肽（fusion peptide）露出並插入內體的膜，形成類似髮夾的結構，此結構不久後會坍塌成六個螺旋束並促進病毒的包膜和內體的膜產生半融合，之後進一步塌陷成髮夾狀的三聚體以促進融合孔的形成。半融合發生後低PH值會誘發病毒的M2通道打開並使病毒內部產生酸化，酸化會使M1與RNP核心之間的蛋白-蛋白相互作用減弱，使得病毒RNP和M1解離進而釋放病毒的核糖核蛋白（vRNP）到宿主細胞質中。vRNP 上有眾多的NP，NP上有核定位序列分子可用來吸引銜接蛋白importin-α前來結合，而importin-α之後會被importin-β轉運受體識別並將vRNP導向細胞核將其運入核質。IAV將其vRNP從宿主細胞表面運送至核質約需花1小時2(圖二)。
圖二 A型流感病毒進入宿主細胞核示意圖2。（繪圖：廖文聰）
二、A型流感病毒RNA（vRNA）的複製
IAV病毒基因的複製涉及兩個步驟，先轉錄互補RNA（complimentary RNA=cRNA），然後使用cRNA作為模板來複製流感病毒的RNA（viral RNA=vRNA）。在細胞核內病毒基因的複製和轉錄需要病毒基因編碼的的PB2、PB1和PA 三個次單位組成的異源三聚體RNA依賴性RNA聚合酶（RNA-dependent RNApolymerase）來進行。在複製vRNA時，首先vRNA模板進入聚合酶PB1內的活性位點進行轉錄，轉錄完成得到的cRNA會和新合成的NP及新合成的聚合酶組裝出一個新的cRNP，之後cRNP內的cRNA進入聚合酶PB1內的活性位點進行轉錄出vRNA，vRNA同樣會和新合成的NP及新合成的聚合酶組裝出一個新的vRNP，如此循環轉錄的過程2(圖三)。
圖三 A型流感病毒RNA（vRNA）複製示意圖2。（繪圖：廖文聰）
三、A型流感病毒傳訊RNA（mRNA）的轉錄
IAV的mRNA轉錄時需要一個特殊結構，cRNA及vRNA則不需要，這結構位於宿主mRNA的頭端，我們稱之為帽子結構（cap），IAV會搶走宿主帽子結構來作為合成病毒mRNA的起點。當病毒的vRNP到達細胞核時需藉由病毒聚合酶的PA亞基和宿主細胞的RNA聚合酶II C末端結構域（RNA polymerase II C-terminal domain=RNA pol II CTD）結合來協助病毒mRNA的轉錄。轉錄一開始需藉由搶帽"cap-snatching"機制來啟動。病毒聚合酶的PB2亞基與宿主mRNA的5'帽結合（5'cap of a host mRNA），帽結合點約位於宿主mRNA的10-13個核苷酸的區域，下游段則被PA亞基中的5'帽狀結構依賴型核酸內切酶（cap-dependent endonuclease）切割分離。在獲得宿主mRNA帽引物後，PB2則會改變結構方向將獲得的帽引物導入至PB1亞基，在PB1亞基中宿主mRNA的3'端鹼基對和病毒vRNA的 3'端的互補序列相連接，連接後病毒聚合酶開始mRNA的轉錄工作。轉錄進行到聚合酶在病毒vRNA 5'端遇到5–7個連續的尿嘧啶（uracil）鹼基時，會產生聚合酶停滯（reiterative stuttering）過程，在此過程中，聚合酶可以重複轉錄幾次核苷酸，但卻不會再使mRNA鏈有進一步增長發展，且可讓病毒透過聚腺苷酸化（polyadenylation）在mRNA鏈上添加poly A尾巴(poly A tail)而終止轉錄的工作2(圖四)。
圖四 A型流感病毒傳訊RNA（mRNA）轉錄示意圖2。（繪圖：廖文聰）
四、A型流感病毒vRNP的轉譯與出芽
IAV蛋白質的合成來自於宿主的胞質核醣體（cytosolic ribosomes），可用於PB1、PB2、PA、NP、NS1、NS2和M1等mRNA的轉譯，而內質網相關的核醣體（endoplasmic reticulum (ER)-associated ribosomes）則可轉譯HA、NA和M2等病毒膜蛋白，這些膜蛋白透過高爾基氏體（Golgi）運輸到宿主的細胞質膜（plasma membrane）。複製後期，病毒核糖核蛋白（vRNPs）會從細胞核中輸出，經過複雜的機轉最終組裝成新的未成熟IAV，並將其運送到細胞質膜的出芽區域來獲得病毒膜蛋白。出芽時，子代病毒透過HA與宿主細胞表面的唾液酸殘基結合，保持與受感染細胞表面的聯繫，之後NA利用其具有的唾液酸酶（SA hydrolysis）活性將宿主細胞表面的唾液酸和位於其下的糖分子間的糖苷鍵（glycosidic linkage）催化水解，透過去除局部SA殘基，NA可防止子代病毒的HA繼續結合在細胞表面來促進病毒的釋放2。
肆、抗流感病毒藥物個論
依據藥物的作用機轉可將流感抗病毒藥物分成四大類
一、M2蛋白抑製劑（M2 protein inhibitors）
藉由抑制病毒M2離子通道來阻礙病毒的複製，早期投與對IAV有效但對缺乏M2藥物作用標地的IBV無效。代表藥物有amantadine和 rimantadine，由於某些國家將該藥定位成感冒的OTC（over-the-counter）藥品，致使民眾取得容易及大量使用於禽流感的預防，故在2005年H3N2對該藥已經有91%的抗藥性，因此目前已不建議用於抗流感病毒的治療1。
二、神經胺酸酶抑制劑
NA的抑制劑可阻礙病毒從宿主細胞釋出，目前共有三種藥物
（一） Oseltamivir phosphate：是oseltamivir carboxylate（OC）的前驅藥，利用肝臟的酯酶(esterase)轉變成活性代謝物OC，是強力的NA抑制劑。
(1) 使用途徑及劑量：口服劑型，13歲以上建議劑量為75毫克，每天2次，連續服用5天，超過1歲到12歲以下兒童服用劑量(表一)。0到12個月則是每公斤3mg每天2次，連續服用5天。若是作為預防使用則每次服用劑量不變唯頻次須改為每日一次連續10天。輕中度肝功能不良者無須調整劑量，腎功能不良者如表二。懷孕及授乳婦女皆可使用5。
表一 孩童Oseltamivir體重(kg)與治療劑量對照表5（口服劑量皆為一日2次連續5天）
表二 腎功能不全者根據肌酸酐清除率(creatinine clearance)治療劑量對照表5
(2) 副作用及注意事項：兒科患者在服用Oseltamivir時曾發生癲癇、自殘、妄想、幻覺、嗜睡或意識障礙等報告，而噁心、嘔吐是較常見的副作用。
（二） zanamivir：建議5歲以上兒童及成人才可使用。
(1) 使用途徑及劑量：經口吸入劑型，成人治療劑量為每天兩次，每次吸入兩劑(每劑5毫克)，連續5天。用於預防時則每天一次，每次吸入兩劑，連續10天。若仍有接觸風險則可續用到最多一個月。兒童、老年及肝腎功能不良者無需調整劑量6。
(2) 副作用及注意事項：兒童使用後有時會有癲癇、譫妄、幻覺與行為表現異常等現象。碟盤吸入用的粉劑泡囊不可將其調配成溶液供霧化器或呼吸器吸入，因其中含有乳糖會阻塞這些器械的正常使用。口服生體可用率很差約2–3％，故不建議直接服用。懷孕及授乳時則需小心評估6。
（三） Peramivir hydrate：建議於症狀發生後48小時內使用。預防使用之有效性尚未確立故不建議預防性使用。
(1)使用途徑及劑量：18歲以上治療劑量為300 mg，單次點滴靜脈注射15分鐘以上，症狀嚴重者可增至600mg。住院高風險患者可每日一次600mg連續5至10日7,8。腎功能不良者劑量如表三、四，肝功能不良者無須調整劑量。2到12歲以上的孩童每公斤12mg單一劑量，最多600mg。13到17歲以上的青少年600mg單一劑量。17歲以下的住院高風險患者合理使用劑量尚未建立，經驗療法約每公斤6到12mg一日一次，連續5至10日8。
(2)副作用及注意事項：用於懷孕婦女資料有限，授乳時不可使用。最常見的不良反應為腹瀉、嗜中性白血球減少及蛋白尿，亦有幻覺、瞻妄與異常行為的報告。
表三 成人腎功能不良者peramivir治療劑量對照表8
表四 住院高風險成人且腎功能不良者peramivir治療劑量對照表8
三、 病毒RNA-dependent RNA polymerase(RdRp)的選擇性抑制劑
Favipiravir在人體內代謝成具有活性的favipiravir-ribofuranosyl-5'-triphosphate (favipiravir-RTP)呋喃核糖基三磷酸形式，其抑制流感病毒RdRp的機轉未明，有一說是favipiravir-RTP被病毒誤認是嘌呤核苷酸，而誤插入新生病毒的RNA中進而阻礙病毒RNA鏈的複製。有些研究則是推測favipiravir-RTP誘導病毒產生致命的RNA鹼基轉化，使其產出無活力的病毒子代9。因人類沒有RdRp所以不會抑制人類細胞中的RNA或DNA合成。我國以專案方式自日本進口並將其定位為儲備用藥，當出現新型A型流感且對NA抑制劑無效時才可使用。成人服用劑量為第一天每次1600mg一日兩次，之後的四天則降為每次600mg一日兩次，共服用五天10。具畸胎性故孕婦及小兒禁用。
四、 帽依賴型核酸內切酶抑制劑（cap-dependent endonuclease inhibitor）
Baloxavirmarboxil是一種前趨物，水解成為活性的baloxavir，可抑制流感病毒的帽依賴型核酸內切酶，使病毒無法利用「搶帽」(cap snatching)機制獲得宿主的mRNA，進而抑制病毒的複製。只要服用一次即可達到抗病毒的效果。40到79公斤的12歲以上兒童及成人於出現流感症狀48小時內服用40mg單一劑量，80公斤以上患者則服用80mg單一劑量。禁止和乳製品、含多價陽離子的制酸劑等一起服用以免降低baloxavir的血清濃度。孕婦及授乳婦不宜使用11。
伍、臨床研究
共1366人完成CAPSTONE 1試驗。實驗設計為隨機給20至64歲患者服用單次baloxavir(80公斤以上80mg，小於80公斤服用40mg)，或oseltamivir 75 mg一天兩次連續五天，或安慰劑。讓有流感症狀的12至19歲患者於流感症狀出現第一天就服用單次baloxavir或安慰劑。觀察患者咳嗽、喉嚨痛、頭痛、發燒等流感症狀。症狀緩解的中位時間，baloxavir組和安慰劑組比為53.7比80.2小時，baloxavir快26.5小時，症狀出現24小時內就治療效果更佳，比安慰劑快32.8小時，超過24小時才治療則只快13.2小時。baloxavir和oseltamivir組，症狀緩解的中位時間則分別為53.5和53.8小時，兩者相似。退燒的中位時間baloxavir組和安慰劑組比為24.5比42小時。恢復健康的中位時間baloxavir組和安慰劑組比為129.2比168.8小時。治療後一天病毒減少量baloxavir優於oseltamivir優於安慰劑組。副作用發生率baloxavir、oseltamivir和安慰劑組分別為20.7％、24.6％、24.8％。
陸、結論
Baloxavir和oseltamivir比較雖然無法使症狀緩解的中位時間加快，但降低病毒數量的能力明顯較優，近來雖已有抗藥性流感病毒株出現，但因其獨特的新機轉故可做為當神經胺酸水解酶抑制劑失效時的另一選擇。對於流感病毒複製的機轉更加了解，將有助於日後更多抗流感病毒的藥物上市。
Introduction to influenza virus and its new treatment
Wen-Tsung Liau1, Ju-Chun Shiao1, Min-Ling Tsai2
Department of pharmacy, Chung Shan Medical
University Hospital1
Institude of Medicine, Chung Shan Medical
University2
Abstract
In addition to the neuraminidase inhibitors, a selective inhibitor of viral RNA-dependent RNA polymerase, favipiravir and cap-dependent endonuclease inhibitor, baloxavir, the new drugs of anti-influenza virus have been introduced into the market. This article will introduce how the influenza virus infects the host and the process of virus replication so that readers can understand the mechanism of these two new drugs. It also introduces the properties of these drugs, doses, and related clinical studies of currently available anti-influenza virus drugs.
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14. Lutz Gürtler, Georg Behrens, René Gottschalk. " Virology of Human Influenza" Influenza report (2006): 87-91.
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