Hepatitis-B-Virus

Hepatitis B ist eine Infektionskrankheit des Menschen, die durch eine selektive Schädigung der Leber durch ein Virus gekennzeichnet ist. Diese Form der Hepatitis ist in ihren Folgen die gefährlichste aller bekannten Formen der Virushepatitis. Ihr Erreger ist das Hepatitis-B-Virus (HBV).

Das Hepatitis-B-Virus-Antigen wurde erstmals 1964 von B. Blumberg im Blutserum eines australischen Ureinwohners entdeckt. Der Erreger selbst wurde 1970 von D. Dane (et al.) entdeckt und als Dane-Partikel bezeichnet, da nicht völlig klar war, ob es sich tatsächlich um ein Virus und nicht um dessen Bestandteile handelte. Anschließend verschwanden alle Zweifel, da in den Dane-Partikeln genomische DNA und virale DNA-abhängige DNA-Polymerase entdeckt wurden. Das Virion enthält drei Hauptantigene, für die 1974 folgende Bezeichnungen eingeführt wurden:

• HBsAg – oberflächliches oder lösliches oder australisches Antigen.
• HBcAg – Kernantigen (Cor-Antigen).
• HBeAg ist ein im Kern des Virions lokalisiertes E-Antigen. Im Gegensatz zu HBcAg ist es nicht nur im Virion vorhanden, sondern zirkuliert auch in freier Form oder als Komplex mit dem Anti-HBeAg-Antikörper im Blut. Es wird während der aktiven HBV-Replikation aus den Hepatozyten ins Blut freigesetzt.

Das Oberflächenantigen HBsAg kommt in drei morphologisch unterscheidbaren Varianten vor: 1) ist ein Superkapsid des gesamten Virions; 2) kommt in großen Mengen in Form sphärischer Partikel mit einem Durchmesser von 20 nm vor; 3) in Form von 230 nm langen Fäden. Sie sind chemisch identisch. HBsAg enthält ein gemeinsames Antigen, a, und zwei Paare sich gegenseitig ausschließender typspezifischer Determinanten: d/y und w/r, weshalb es vier Hauptsubtypen von HBsAg (und dementsprechend HBV) gibt: adw, adr, ayw und ayr. Antigen a gewährleistet die Ausbildung einer allgemeinen Kreuzimmunität gegen alle Subtypen des Virus.

Das Virion selbst, das Dane-Partikel, ist kugelförmig und hat einen Durchmesser von 42 nm. Das Virion-Superkapsid besteht aus drei Proteinen: dem Hauptprotein (Basisprotein), dem großen Protein und dem mittleren Protein. Das Genom ist im Kapsid eingeschlossen und wird durch doppelsträngige zirkuläre DNA mit einem Molekulargewicht von 1,6 MD repräsentiert. Die DNA besteht aus ungefähr 3200 Nukleotiden, aber ihr „Plusstrang“ ist 20–50 % kürzer als der „Minusstrang“. Das virusspezifische Protein ist kovalent an das 5'-Ende des langen Strangs gebunden. Die 5'-Enden beider Stränge sind komplementär und bilden 300 Nukleotide lange „klebrige“ Sequenzen, wodurch sich die Stränge zu einem Ring schließen. Der G+C-Gehalt in der Virion-DNA beträgt 48–49 Mol-%. Im Kern des Virions befindet sich neben genomischer DNA auch virale DNA-abhängige DNA-Polymerase. Der Minusstrang der HBV-DNA enthält nur vier Gene (S, C, P und X), die jedoch sehr kompakt organisiert sind. Die Gene S, C, P und X überlappen sich erheblich und steuern die Synthese der Folgeprodukte. Das S-Gen kodiert die Synthese des Haupthüllproteins und enthält alle Informationen über das Oberflächenantigen HBsAg. Darüber hinaus kodiert es die Synthese der mittleren und großen Hüllproteine. Die Proteine haben ein gemeinsames COOH-Ende, ihre Translation beginnt jedoch mit drei verschiedenen Initiatorcodons. Das C-Gen kodiert die Synthese der Kapsidproteine (HBcAg und HBeAg); obwohl diese Proteine von einem einzigen Gen kodiert werden, unterscheiden sich ihre Translationswege. Das P-Gen ist das größte. Es enthält Teile aller drei anderen Gene und kodiert Enzyme, die für die Virusreplikation notwendig sind. Insbesondere kodiert es die reverse Transkriptase, die RNase-H-Enzymdomäne und das 5'-terminale Protein des Minusstrangs. Gen X kodiert Proteine, die die Expression aller viralen Gene regulieren, insbesondere ein 17 kD großes Protein, das ein Transaktivator der Gentranskription ist.

Die Proteine, die das Oberflächenantigen bilden, existieren in glykosylierter (gp) und nicht glykosylierter Form. Glykosyliert sind gp27, gp33, gp36 und gp42 (die Zahlen geben das Molekulargewicht in kDa an). Das HBV-Superkapsid besteht aus dem Haupt-S-Protein (92 %), dem mittleren M-Protein (4 %) und dem großen L-Protein (1 %).

• Das Hauptprotein p24/gp27 oder Kernprotein (Protein S) ist der Hauptbestandteil der HBV-Hülle. In Abwesenheit anderer Hüllproteine polymerisiert es zu sphärischen Partikeln mit einem Durchmesser von 20 nm, die aus 100 Polypeptidmolekülen bestehen.
• Das große Protein p39/gp42 oder lange Protein (Protein L) ist in allen drei Formen von HBsAg vorhanden. Es spielt eine wichtige Rolle bei der Morphogenese der Virionen und ihrem Austritt aus der Zelle. Das L-Protein enthält die Sequenz von Protein M, die am N-Terminus durch Sequenzen von 108 (ayw) oder 119 (adw, adr, ayr) Aminosäureresten ergänzt wird, die von der npe-Sl-Region des S-Gens kodiert werden.
• Das mittlere Protein, gp33/gp36 oder M-Protein, ist ebenfalls in allen drei morphologischen Formen von HBsAg vorhanden. Das M-Protein enthält an seinem N-Terminus eine 55 Aminosäuren lange Region, die von der prä-52-Region des S-Gens kodiert wird. Es wird angenommen, dass diese Region eine wichtige Rolle bei der Erkennung von Leberzellen eines begrenzten Wirtsspektrums (Mensch, Affe und Schimpanse) durch das Hepatitis-B-Virus spielt. Die von den npe-S-Regionen des S-Gens kodierten Proteinsequenzen sind hoch immunogen, und ihre Determinanten befinden sich auf der Virionoberfläche. Daher spielen Antikörper gegen diese Antigene eine wichtige Rolle bei der Bildung der Immunität gegen Hepatitis B.

Die Synthese viraler Proteine wird auf der Ebene der Transkription und Translation streng kontrolliert. Während der Transkription des viralen Genoms werden zwei Arten von mRNA synthetisiert:

• das kleinere – 2100 Nukleotide – kodiert die Haupt- und Mittelproteine der Membran;
• groß – 3500 Nukleotide, d. h. länger als die genomische DNA selbst; es enthält terminale Wiederholungen mit einer Länge von 100 Nukleotiden.

Dieser mRNA-Typ kodiert das Kapsidprotein und die Produkte des P-Gens. Er dient zudem als Matrix für die Replikation viraler DNA. Das Genom enthält Enhancer (Transkriptionsverstärker) – regulatorische Elemente, die die Expression aller viralen Gene aktivieren und vor allem in Leberzellen wirken. Insbesondere das S-Gen wird nur in Leberzellen und unter dem Einfluss von Steroidhormonen in sehr hoher Konzentration exprimiert. Dieser Umstand erklärt, warum chronische Hepatitis B und Leberkrebs (Hepatom) bei Männern häufiger auftreten als bei Frauen, deren Steroidhormonspiegel niedriger ist.

Andere regulatorische Elemente des Hepatitis-B-Virus modulieren (kontrollieren) die Synthese einzelner Proteine. Beispielsweise wird das große Protein nur in geringen Mengen synthetisiert. Der größte Teil davon befindet sich auf der Oberfläche infektiöser Virionen. Das Hauptprotein und in geringerem Maße auch das mittlere Protein werden jedoch in großen Mengen synthetisiert und verlassen die Zellen als Teil von Oberflächenantigenpartikeln, die im Blutserum um ein Vielfaches häufiger vorkommen als reife Virionen. Die Anzahl der Oberflächenantigenpartikel kann 1011–1013 pro 1 ml Blut (mehrere hundert µg) betragen.

Das Hepatitis-B-Virus wurde in eine neue Virenfamilie isoliert – Hepadnaviridae, Gattung Orthohepadnavirus. Ähnliche Hepadnaviren wurden bei verschiedenen Tieren (Zieselhörnchen, Murmeltieren, Streifenhörnchen, Pekingenten) gefunden.

Hepadnaviren vermehren sich auf eine etwas ungewöhnliche Weise. Insbesondere erfolgt die Replikation der genomischen DNA über ein Zwischenglied – die RNA –, also über den Mechanismus der reversen Transkription.

Lebenszyklus des Hepatitis-B-Virus.

• Adsorption an der Zelle.
• Eindringen in die Zelle über den Mechanismus der Rezeptor-vermittelten Endozytose (beschichtete Grube -> beschichtetes Vesikel -> Lysosom -> Freisetzung des Nukleokapsids und Eindringen des viralen Genoms in den Leberzellkern).
• Intrazelluläre Reproduktion.

Beim Eindringen in die Zelle wird die kurze („Plus“-) DNA-Kette verlängert (vervollständigt). Im Zellkern synthetisiert die zelluläre DNA-abhängige RNA-Polymerase 3500 Nukleotide lange RNA (Prägenom) und kürzere mRNA für die Synthese viraler Proteine. Anschließend werden Prägenom und virale DNA-Polymerase in ein neu synthetisiertes Kapsid verpackt, das ins Zytoplasma transferiert wird. Dort findet die reverse Transkription des Prägenoms statt. Darauf wird ein neuer „Minus“-DNA-Strang synthetisiert. Nach Abschluss der Synthese des „Minus“-DNA-Strangs wird die prägenomische RNA zerstört. Die Virion-DNA-Polymerase synthetisiert einen „Plus“-Strang auf dem „Minus“-Strang. Die nun doppelsträngige virale DNA kann lange Zeit in der Zelle existieren und für den nächsten Replikationszyklus in den Zellkern zurückkehren. Wenn sich das neue Viruspartikel nicht weiter repliziert, wird das gebildete Nukleokapsid, das die Zellmembran durchdringt, von einem Superkapsid umhüllt, löst sich von der Zelle ab und die Verlängerung der kurzen „Plus“-DNA-Kette stoppt sofort. Deshalb variiert die Länge dieses Fadens. Bei einer typischen akuten Form der Hepatitis B treten nacheinander folgende serologische Marker im Blut auf: HBsAg, HBeAg und Antikörper (IgM, IgG): Anti-HBcAg, Anti-HBeAg und Anti-HBsAg.

Das Hepatitis-B-Virus enthält kein Onkogen, es wurde jedoch festgestellt, dass virale DNA, wenn sie in ein Zellchromosom (in verschiedene Teile davon) eingeführt wird, dort verschiedene genetische Umlagerungen hervorrufen kann – Deletionen, Translokationen, Amplifikationen, die zur Entwicklung von Leberkrebs führen können – eine der schwerwiegendsten Folgen der Virushepatitis B.

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Resistenz gegen das Hepatitis-B-Virus

Das Hepatitis-B-Virus ist hochresistent. Es bleibt bei Raumtemperatur drei Monate und im gefrorenen Zustand mehrere Jahre lebensfähig. Das Virus wird durch Autoklavieren (120 °C), 30-minütiges Kochen, 60-minütiges Kochen bei 180 °C und 10-stündiges Erhitzen bei 60 °C vollständig inaktiviert. Es ist in saurer Umgebung resistent, wird jedoch in alkalischer Umgebung zerstört. Das Virus stirbt bei Behandlung mit H2O2, Chloramin, Formalin, Phenol und UV-Bestrahlung ab.

Pathogenese und Symptome der Hepatitis B

Das Virus gelangt über den hämatogenen Weg direkt in die Leber. Humorale und zelluläre Autoimmunreaktionen spielen eine wichtige Rolle in der Pathogenese der Hepatitis. Es wird angenommen, dass die Schädigung der Hepatozyten weniger mit der direkten Wirkung des Virus selbst zusammenhängt, sondern vielmehr mit immunologischen Reaktionen des Wirtes. Diese entstehen im Zusammenhang mit der Veränderung der Zellmembran durch virale Proteine, die die Bildung von Autoantikörpern gegen Leberzellen induzieren. Daher kann die Entwicklung einer chronischen Hepatitis und Leberzirrhose als Autoimmunerkrankung angesehen werden.

Zelluläre Autoimmunreaktionen auf virale Proteine in der Hepatozytenmembran werden durch T-zytotoxische Lymphozyten und andere Leberkillerzellen vermittelt. Daher kann eine akute Leberdystrophie als Abstoßungsreaktion einer Art Heterotransplantat angesehen werden.

Die Inkubationszeit beträgt 45 bis 180 Tage, im Durchschnitt 60-90 Tage. Der klinische Verlauf der Hepatitis B ist sehr vielfältig. Die Krankheit kann latent verlaufen, nur im Labor nachweisbar, typisch ikterisch oder malign, und tödlich verlaufen. Das präikterische Stadium dauert von einem Tag bis zu mehreren Wochen. Die ikterische Phase ist in der Regel lang und durch deutliche Symptome gekennzeichnet (Gelbsucht, Hyperbilirubinämie, Dunkelfärbung des Urins, Gelbfärbung der Sklera). Die protrahierte Form tritt bei 15-20 % der Patienten auf, 90 % entwickeln eine chronische Hepatitis B. Bei Patienten mit einer protrahierten Form treten häufig Autoimmunprozesse auf, die mit einer Erhöhung der antihepatischen Antikörper einhergehen, die mittels Immunosorbent-Assay (IFM) nachgewiesen werden. Bei Kindern verläuft die Hepatitis B in einer milderen Form und oft ohne Entwicklung einer Gelbsucht, bei jüngeren Kindern meist asymptomatisch.

Die postinfektiöse Immunität (humoral und zellulär) ist langanhaltend, lebenslang und wird durch virusneutralisierende Antikörper (Anti-HBsAg) in Abwesenheit von Oberflächenantigenen im Blut verursacht. Eine latente Immunität wird häufig durch wiederholten Kontakt mit HBV beobachtet, was die weit verbreitete Immunität gegen das Virus in der Bevölkerung erklärt. Normalerweise erholen sich Patienten mit akuter Hepatitis B vollständig, da sich Antikörper dagegen ansammeln. In einigen Fällen werden jedoch trotz hoher Virusantigenkonzentrationen im Blut (der Umstand, der erklärt, warum parenterale Infektionen am häufigsten auftreten) keine Antikörper dagegen gebildet. Das Virus verbleibt in der Leber, und eine Person bleibt für lange Zeit, manchmal lebenslang, chronischer Träger. Dieser Umstand ist offensichtlich mit einer schwachen Immunantwort verbunden. Eine der häufigsten Folgen einer chronischen Hepatitis B ist Leberzirrhose und Leberkrebs, der sich nach einer Latenzzeit von bis zu 30–50 Jahren entwickelt.

Epidemiologie der Hepatitis B

Die Infektionsquelle mit dem Hepatitis-B-Virus ist ausschließlich der Mensch. Entgegen früherer Vorstellungen, dass eine Infektion mit dem Hepatitis-B-Virus ausschließlich parenteral erfolgt, ist nun nachgewiesen, dass es in verschiedenen Sekreten und Ausscheidungen vorkommt: in Speichel, Nasen-Rachen-Sekreten, Kot, Tränenflüssigkeit, Sperma, Menstruationsblut usw. Somit erfolgt die Infektion nicht nur parenteral, sondern auch sexuell und vertikal (von der Mutter auf den Fötus), d. h. eine Infektion mit dem Hepatitis-B-Virus ist praktisch auf verschiedene Weise möglich.

Weltweit sind an Hepatitis B so viele Menschen gestorben wie im gesamten Zweiten Weltkrieg. Laut WHO liegt die Zahl der HBV-Träger in verschiedenen Ländern oder Regionen zwischen 0,1 und 20 % der Bevölkerung.

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Diagnose von Hepatitis B

Die derzeit wichtigste Methode zur Diagnose von Hepatitis B ist der reverse passive Hämagglutinationstest (RPHA) zum Nachweis des Virus oder seines Oberflächenantigens HBsAg. Wie bereits erwähnt, enthält das Blut ein Vielfaches des Oberflächenantigens des Virus selbst (100- bis 1000-mal). Für die RPAHA-Reaktion werden mit Antikörpern gegen das Hepatitis-B-Virus sensibilisierte Erythrozyten verwendet. Ist das Antigen im Blut vorhanden, kommt es zur Hämagglutinationsreaktion. Die RPAHA ist einfach, bequem und hochspezifisch. Verschiedene immunologische Methoden (RSK, RPHA, IFM, RIM usw.) werden zum Nachweis von Antikörpern gegen das virale Antigen HBsAg eingesetzt. Zusätzlich werden PCR-Varianten zum Nachweis von HBV und seinen Antigenen eingesetzt.

Zum Nachweis von Antikörpern gegen das virale Antigen (HBsAg) im Patientenserum können verschiedene immunologische Methoden eingesetzt werden (CSC, RPGA, Präzipitationsreaktion, IFM, RIM etc.).

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Spezifische Prophylaxe der Hepatitis B

Angesichts der hohen Inzidenz von Hepatitis B und der Tatsache, dass es weltweit viele HBV-Träger gibt, empfiehlt die WHO eine obligatorische Impfung gegen Hepatitis B, die bereits im ersten Lebensjahr verabreicht werden sollte. Es werden zwei Arten von Impfstoffen zur Verfügung gestellt. Zur Herstellung des einen Impfstoffs wird das Plasma von Virusträgern als Ausgangsmaterial verwendet, da dieses das virale Antigen in ausreichenden Mengen zur Herstellung des Impfstoffs enthält. Die Hauptvoraussetzung für die Herstellung dieses Impfstofftyps ist seine vollständige Sicherheit, d. h. die vollständige Inaktivierung des Virus, die durch die Technologie zur Impfstoffherstellung gewährleistet wird. Zur Herstellung eines anderen Impfstofftyps werden gentechnische Methoden eingesetzt, insbesondere wird zur Gewinnung des Antigenmaterials ein rekombinanter Hefeklon verwendet, der das Oberflächenantigen des Hepatitis-B-Virus produziert.

Beide Impfstoffe sind hochwirksam (schützen 95 % der Geimpften). Die Immunität nach der Impfung hält mindestens 5–6 Jahre an. Es wurden Impfstoffe für Erwachsene, Neugeborene und Kleinkinder entwickelt – die wichtigste Komponente im weltweiten Kampf gegen Hepatitis B. Die vollständige Impfung besteht aus drei Injektionen:

I-Dosis – unmittelbar nach der Geburt; II-Dosis – nach 1–2 Monaten; III-Dosis – bis zum Ende des ersten Lebensjahres.

Diese Impfungen sind im erweiterten Impfprogramm der WHO enthalten und werden mit dessen Umsetzungskalender kombiniert (Impfungen gegen Tuberkulose, Poliomyelitis, Hepatitis B, Masern, Tetanus, Diphtherie und Keuchhusten werden gemäß den Empfehlungen der WHO im ersten Lebensjahr verabreicht).

Gammaglobulin mit Antikörpern gegen HBV wird zur passiven Notfall-Immunprophylaxe von Personen eingesetzt, die Kontakt zu einem Patienten mit Hepatitis B hatten.

Interferon und Amixin (zur Induktion seiner endogenen Synthese) werden zur Behandlung der Hepatitis B (akute und chronische Form) eingesetzt. Das neue Medikament Lamivudin (synthetisches Nukleosid) ist bei der Behandlung der chronischen Hepatitis B wirksam.