多药联用下病人体内结核菌的微进化
高谦团队—揭示多药联用下病人体内结核菌的微进化2017-05-12 结核帮
结核病耐药率的攀升是全球结核病防控面临的巨大挑战。对于初治且药物敏感的结核病人，世界卫生组织推荐使用6个月的多药联用方案，以防止耐药结核病产生。在多药联用下，尽管85%以上的结核病人能成功治愈，但我们并不清楚病人体内的结核菌是否发生了微进化，即治疗前后的结核菌群是否存在遗传差异？同时，复治结核病人的耐药率比初治结核病人高约5倍，提示病人体内可能发生过对结核菌的耐药筛选，但我们对这些微进化过程一直很不清楚。
Ø 利用超深度测序追踪结核菌群体中的低频突变
近日《Genome Biology》（《基因组生物学》）在线发表了以复旦大学与美国NIH和河南省胸科医院合作的的研究工作，对治疗过程中的病人体内结核菌的耐药微进化进行了深入研究。该研究利用超深度全基因组测序技术，从52例结核病人的队列中选取12例具有代表性的结核病人，在不同的治疗时间点（0、2、4、6、8、16、24周）对结核菌群体中频率在1.5%以上的基因突变进行检测并追踪其动态变化。利用群体遗传学和马尔科夫链等方法模型，分析比较了“有效药物数量≥4”（有效多药联用）与“有效药物数量<4”（非有效多药联用）的病人体内结核菌所受的选择压力以及微进化动态过程的差异（有效药物定义：该病人所感染结核菌不具有耐药性的药物）。
Ø “有效”与“非有效”多药联用下的微进化过程差异
研究发现，病人体内结核菌群体中存在大量“转瞬即逝”的低频突变（即只在某个时间点样检测到），说明治疗开始前病人体内结核菌就积累了较大的突变库，并可能成为耐药突变的来源。在治疗过程中，“有效多药联用”表现为对低频突变强烈的纯化选择，并且使结核菌群体在遗传上保持稳定，没有检测到任何耐药突变的筛选。而在“非有效多药联用”下，结核菌则经历微进化过程则截然不同：表现为对耐药突变的显著富集、结核菌从敏感转变为耐药、低浓度耐药向高浓度耐药进化等。
以上结果说明，多药联用治疗方案的有效与否是决定结核菌微进化方向的关键，即如果结核菌已经对治疗方案中的某些药物耐药，其进一步积累耐药性的几率很大，并且直接影响治疗效果。但遗憾的是，传统的药敏实验需要1-2个月才能获得结果，而且在我国约90%的结核病人未做药敏实验，医生的治疗在很大程度上是经验性治疗，存在较大盲目性，而且更难以实现在治疗过程中根据耐药的变化调整治疗方案。因此，在治疗过程中发生耐药性积累是很普通的现象。
Ø “非有效多药联用”下的结核菌耐药筛选全过程
该研究还“实时监测”到病人体内结核菌从耐药突变出现到筛选固定的全过程。病人P10是一名初治结核病人，感染的是一株已经对利福平、异烟肼等药物耐药的结核菌。在治疗开始时，由于病情严重且耐药信息未知，医生给予了包含7种药物的治疗方案。但实际上，在这7种药物中，该结核菌只对左氧氟沙星和乙胺丁醇两种药物敏感，因此是典型的“非有效多药联用”。在治疗后第4周，就检测到左氧氟沙星的耐药突变“gyrA A90V”，其频率达到40%。而两周后又检测到一个新耐药突变“gyrA D90G”（频率约30%）。之后，携带“gyrA A90V”突变的亚群持续扩张，并在第16周后占据整个群体。在该种情况下，即使对该病人进行了传统药敏检测，在获得药敏结果（也就是治疗2个月左右）时，耐药结核菌已经占据了整个群体近90%，耐药谱已然扩大，获得的药敏结果已经不能真实反映结核菌当前的耐药状态。
Ø 总结与提示
该研究首次刻画了在“有效”和“非有效”多药联用下病人体内结核菌截然相反的耐药微进化动态过程：即前者表现为强烈的纯化选择，阻止了耐药性获得；而后者则表现为对耐药突变的正选择，发生耐药突变的积累与富集。该研究结果表明在结核病治疗中，基于及时、准确的药敏结果制定治疗方案对于提高治愈率、减少耐药产生具有十分重要的意义。
原文链接：
[url]https://genomebiology.biomedcentral.com/articles/10.1186/s13059-017-1196-0[/url]
来源：《Genome Biology》（《基因组生物学》）
[url]https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzAxMzEzOTU1Mg==&mid=2651021077&idx=4&sn=b38d9905c2eef5257a2992d3c0920fd4&chksm=8050d41ab7275d0c335c17562715c942615ac0c94c5cdf6aa499715a68c3f732e737960c0c7e&mpshare=1&scene=22&srcid=0629maJeeicBaN4gh1DejYzs#rd[/url]
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