合肥地區(qū)耐多藥結(jié)核分枝桿菌異煙肼、鏈霉素及乙胺丁醇耐藥相關(guān)基因位點(diǎn)表達(dá)研究

戚應(yīng)杰,劉 婷,查曉丹,石玉如,王 云,岳 莉,馬筱玲

(中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)附屬第一醫(yī)院/安徽省立醫(yī)院感染病院區(qū)檢驗(yàn)科,安徽合肥 230000)

近年來(lái)，全球結(jié)核病的防控面臨嚴(yán)峻的考驗(yàn)，尤其是耐多藥結(jié)核病(MDR-TB)的流行，MDR-TB定義為至少對(duì)利福平(RFP)和異煙肼(INH)耐藥。據(jù)2018年世界衛(wèi)生組織(WHO)全球結(jié)核病報(bào)告估計(jì)[1]，目前全球MDR-TB 患者約有30 萬(wàn)人,且MDR-TB的治愈率僅有55%，2017年約有18萬(wàn)人死于MDR-TB。MDR-TB 的防控迫在眉睫。INH、鏈霉素(SM)、乙胺丁醇(EMB)是現(xiàn)階段治療結(jié)核病最為常用的一線藥物[2]。本文采用基因芯片法與測(cè)序法對(duì)101株耐多藥結(jié)核分枝桿菌三種常用一線藥物INH、SM、EMB的耐藥基因位點(diǎn)表達(dá)情況進(jìn)行更進(jìn)一步探究，為應(yīng)用適合合肥地區(qū)甚至更大范圍快速檢測(cè)MDR-TB INH、SM、EMB的耐藥性提供更多的分子診斷數(shù)據(jù)。現(xiàn)將結(jié)果報(bào)道如下。

1 材料與方法

1.1 菌株來(lái)源 101株耐多藥結(jié)核分枝桿菌均取自2013年1月至2017年12月在本院接受診治的結(jié)核病患者。結(jié)核分枝桿菌標(biāo)準(zhǔn)野生對(duì)照株為H37Rv(ATCC27294)由中國(guó)疾病預(yù)防控制中心傳染病控制所提供。

1.2 儀器與試劑 美國(guó)ABI公司ABI7300基因擴(kuò)增儀；深圳亞能公司YN-H16分子雜交儀；操作按儀器說(shuō)明書(shū)進(jìn)行。結(jié)核耐藥突變檢測(cè)試劑盒購(gòu)自深圳亞能生物技術(shù)有限公司； INH、 RFP、EMB、 SM藥敏培養(yǎng)基和菌種鑒別培養(yǎng)基購(gòu)自珠海貝索生物技術(shù)公司。

1.3 方法

1.3.1 菌株分離鑒定和體外藥物敏感試驗(yàn) 分離到的陽(yáng)性分枝桿菌菌株，采用WHO推薦的改良羅氏培養(yǎng)基比例法，培養(yǎng)2～3周，用含對(duì)硝基苯甲酸(PNBA) 和噻吩-2-羧酸肼(TCH) 的鑒別培養(yǎng)基進(jìn)行菌種鑒定。各含藥培養(yǎng)基內(nèi)的藥物臨界濃度分別為INH 0.2 mg/L，RFP 40 mg/L，SM 4 mg/L，EMB 2 mg/L。菌株在做藥物敏感性試驗(yàn)的同時(shí)采用PNB/TCH進(jìn)行菌群的初步鑒定，鑒別結(jié)核、非結(jié)核和牛分枝桿菌，見(jiàn)表1。

1.3.2 細(xì)菌基因組DNA提取 從改良L-J培養(yǎng)基斜面生長(zhǎng)良好的耐多藥結(jié)核分枝桿菌刮取一菌環(huán)，溶于200 μL緩沖液(pH=8.0)中，經(jīng)85 ℃水浴30 min滅活，取菌懸液20 μL加入20 μL M裂解液混勻，然后95 ℃沸水煮沸10 min，相對(duì)離心力(RCF)=6 285×g離心2 min，取上清液轉(zhuǎn)移至新管中即為DNA模版，-20 ℃保存。

表1 結(jié)核、非結(jié)核和牛分枝桿菌鑒定

1.3.3 耐多藥結(jié)核分枝桿菌基因聚合酶鏈反應(yīng)(PCR)擴(kuò)增 取4 μL DNA模版加入擴(kuò)增管內(nèi)，RCF=3 142 g離心2 s后放入PCR儀按程序擴(kuò)增，擴(kuò)增條件為：95 ℃ 10 min，95 ℃ 45 s、54 ℃ 30 s、68 ℃ 60 s×40次，68 ℃延伸5 min。從http://ww.ncbi.nlm.nih.gov的Genbank中獲得結(jié)核分枝桿菌標(biāo)準(zhǔn)株H37Rv的katG、inhA、embB、rpsL、rrs基因序列[3]。采用primer premier 5.0設(shè)計(jì)引物，引物序列見(jiàn)表2。

表2 基因合成引物序列

1.3.4 基因芯片雜交、洗膜顯色與結(jié)果判斷 將PCR產(chǎn)物25 μL加入離心管中沸水煮10 min，放入已經(jīng)預(yù)熱的雜交箱中于58.3 ℃雜交2 h，取出膜條洗滌15 min，最后將膜條浸泡在顯色液中避光顯色觀察結(jié)果，藍(lán)色為檢出該位點(diǎn)。該基因芯片法可檢測(cè)異煙肼耐藥相關(guān)突變位點(diǎn)：315M、-15M；鏈霉素耐藥相關(guān)突變位點(diǎn)：43M、88M；乙胺丁醇耐藥相關(guān)突變位點(diǎn)：306M1、306M2、306M3。

1.3.5 DNA序列分析 101株耐多藥菌株和部分正常樣本送往深圳亞能生物公司進(jìn)行序列分析，以便于檢測(cè)DNA擴(kuò)增的特異性和基因芯片雜交結(jié)果的準(zhǔn)確性，同時(shí)便于挖掘新的耐藥基因突變位點(diǎn)。測(cè)序結(jié)果比對(duì)用GENUe軟件中的Align將測(cè)序結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)菌株H37Rv的基因序列進(jìn)行比對(duì)[4]，確定基因突變位點(diǎn)。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理 采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)軟件SPSS19.0對(duì)收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理與統(tǒng)計(jì)分析，率及構(gòu)成比等計(jì)數(shù)資料的比較行χ2檢驗(yàn)，P<0.05表示差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié) 果

2.1 101株MDR-TB的SM、EMB耐藥率 101例MDR-TB中對(duì)SM耐藥的70例，耐藥率69.3%；對(duì)EMB耐藥的52例，耐藥率51.4%；對(duì)SM和EMB二者均耐藥的45例，耐藥率44.5%。

2.2 基因芯片法檢測(cè)INH、SM及EMB基因突變位點(diǎn)分布情況 101例MDR-TB中基因芯片法檢出95例INH耐藥相關(guān)基因，其中74例katG基因315M位點(diǎn)突變，突變率為77.8%；85例inhA基因-15M位點(diǎn)突變，突變率為89.4%；72例315M與-15M位點(diǎn)共同突變，突變率為75.7%。檢出64例rpsL SM耐藥相關(guān)基因，其中57例43M位點(diǎn)突變，突變率為89.0%；7例88M位點(diǎn)突變，突變率為11.0%。檢出47例embB EMB耐藥相關(guān)基因，其中16例306M1位點(diǎn)突變，突變率為34.0%；32例306M2位點(diǎn)突變，突變率為68.0%；2例306M3位點(diǎn)突變，突變率為4.2%。

2.3 測(cè)序法檢測(cè)INH、SM及EMB基因突變位點(diǎn)分布情況 101例MDR-TB中測(cè)序法檢出98例INH耐藥相關(guān)基因突變，其中72例katG基因315位點(diǎn)突變，突變率為73.4%，2例katG基因463位點(diǎn)突變，突變率為2.0%；86例inhA基因-15位點(diǎn)突變，突變率為87.7%，1例inhA基因-8位點(diǎn)突變，突變率為1.1%，1例inhA基因-17位點(diǎn)突變，突變率為1.1%；10例oxyR-ahpC基因-12位點(diǎn)突變，突變率為10.2%,8例oxyR-ahpC基因-10位點(diǎn)突變，突變率為8.2%。檢出68例SM耐藥相關(guān)基因突變，其中59例rpsL基因43位點(diǎn)突變，突變率為86.8%；9例rpsL基因88位點(diǎn)突變，突變率為13.2%；4例rrs基因512位點(diǎn)突變，突變率為5.9%，6例rrs基因513位點(diǎn)突變，突變率為8.8%，6例rrs基因516位點(diǎn)突變，突變率為8.8%。檢出50例embB EMB耐藥相關(guān)基因，其中44例306位點(diǎn)突變，突變率為88.0%；2例406位點(diǎn)突變，突變率為4.0%。

3 討 論

隨著抗菌藥物大量應(yīng)用使得結(jié)核病也出現(xiàn)了新的分型，MDR-TB便是其中之一。MDR-TB的出現(xiàn)不僅增加了結(jié)核病治療的難度，而且為患者的生命安全帶來(lái)了極大的威脅，MDR-TB控制的關(guān)鍵是早期選擇敏感藥物聯(lián)合治療[5]。INH、SM和EMB是抗結(jié)核治療的主要一線藥物，如何早期快速檢測(cè)其在MDR-TB中的耐藥性對(duì)MDR-TB的及時(shí)有效治療至關(guān)重要。目前的研究表明，結(jié)核分枝桿菌耐藥的主要機(jī)制是因?yàn)榛蛲蛔?，結(jié)核分枝桿菌katG、inhA、embB、rpsL基因的點(diǎn)突變分別與結(jié)核分枝桿菌耐受INH、EMB和SM的藥物密切相關(guān)[6]。本研究采用比例藥敏法選取101株MDR-TB，發(fā)現(xiàn)SM耐藥率為69.3%，EMB耐藥率為51.4%，遠(yuǎn)高于我國(guó)非MDR-TB的耐藥率[7]，這可能是這兩種藥物在臨床使用頻率過(guò)高有關(guān)。為進(jìn)一步探究合肥地區(qū)MDR-TB的耐藥基因位點(diǎn)表達(dá)情況，同時(shí)挖掘有無(wú)新的基因型及突變位點(diǎn)，本研究采用PCR+反向點(diǎn)雜交(RDB)相結(jié)合的基因芯片技術(shù)和測(cè)序法檢測(cè)101株MDR-TB的INH、SM、EMB的耐藥基因位點(diǎn)表達(dá)情況。結(jié)果發(fā)現(xiàn)101例MDR-TB中基因芯片法和測(cè)序法分別檢出95例和98例INH耐藥相關(guān)基因突變，另外幾例沒(méi)有檢出耐藥相關(guān)基因位點(diǎn)突變，可能存在本研究之外的基因型及位點(diǎn)或其他耐藥機(jī)制，與INH耐藥的相關(guān)基因很多，最常見(jiàn)的有katG、inhA、ndh、oxyR-ahpC、kasA等[8]。本研究中katG基因315位點(diǎn)和inhA基因-15位點(diǎn)均具有較高的突變率，提示INH耐藥相關(guān)基因以katG基因315位點(diǎn)和inhA基因-15位點(diǎn)為主，與國(guó)內(nèi)文獻(xiàn)報(bào)道一致[9-10]。測(cè)序法檢測(cè)結(jié)果提示還存在其他基因型及位點(diǎn)表達(dá)，本研究還檢測(cè)出2例katG基因463位點(diǎn)突變，1例inhA基因-8位點(diǎn)突變，1例inhA基因-17位點(diǎn)突變，特別是檢測(cè)出10例oxyR-ahpC基因-12位點(diǎn)突變，突變率為10.2%,8例oxyR-ahpC基因-10位點(diǎn)突變，突變率為8.2%。提示實(shí)驗(yàn)室運(yùn)用分子生物學(xué)手段進(jìn)行INH耐藥基因位點(diǎn)檢測(cè)時(shí)應(yīng)重視oxyR-ahpC基因及其位點(diǎn)突變的檢測(cè)。SM是氨基環(huán)醇糖苷類抗菌藥物，研究表明，編碼小亞基核糖體蛋白s12的rpsl和編碼16sRNA的rrs基因突變是MTB耐SM的主要分子機(jī)制[11]。本研究檢出SM耐藥相關(guān)基因rpsL，其常見(jiàn)突變位點(diǎn)為43和88，其中以43位點(diǎn)突變?yōu)橹?，突變率分別為89.0%(基因芯片法)和86.8%(測(cè)序法)；測(cè)序法同時(shí)又檢出4例rrs基因512位點(diǎn)突變，突變率為5.9%，6例rrs基因513位點(diǎn)突變，突變率為8.8%，6例rrs基因516位點(diǎn)突變，突變率為8.8%，說(shuō)明rrs也是SM耐藥的一個(gè)常見(jiàn)耐藥相關(guān)基因，這與其他研究報(bào)道觀點(diǎn)一致[11]。本研究中約有5%SM耐藥株沒(méi)有檢出rpsl和rrs基因位點(diǎn)突變，是否存在其他耐藥機(jī)制或耐藥相關(guān)基因有待進(jìn)一步研究。EMB是治療MDR-TB的重要藥物，本文中EMB的耐藥率高達(dá)51.4%，與國(guó)內(nèi)有些研究報(bào)道一致[12-14]。EMB的耐藥機(jī)制研究顯示，結(jié)核分枝桿菌EMB耐藥性的產(chǎn)生主要與embCAB基因座突變有關(guān)，且以embB突變?yōu)橹鱗15]，有研究報(bào)道在EMB耐藥菌株中embB306位點(diǎn)突變率約為68%[16]。本研究檢出embB306位點(diǎn)的突變率為88%，明顯高于其他研究報(bào)道的突變率，可能系研究的對(duì)象為耐多藥分枝桿菌有關(guān)[16]；測(cè)序法同時(shí)檢出2例embB406位點(diǎn)突變，提示embB406位點(diǎn)也可能是耐藥相關(guān)基因位點(diǎn)之一。

4 結(jié) 論

測(cè)序技術(shù)有助于從全基因組水平探討INH、SM及EMB的耐藥機(jī)制，耐多藥結(jié)核分枝桿菌INH、SM及EMB耐藥基因位點(diǎn)表達(dá)可作為臨床檢測(cè)耐藥性的有效依據(jù)；應(yīng)當(dāng)將INH耐藥相關(guān)oxyR-ahpC基因和SM耐藥相關(guān)rrs基因納入我國(guó)快速分子診斷產(chǎn)品中，以提高耐多藥結(jié)核分枝桿菌耐藥性檢測(cè)的敏感度。