2018-10-14 09:38
作者 宛宝山 余方友
结核病仍然是公共卫生领域的巨大负担,致死率很高,仅2016年就报道有约1千万以上的活动性结核病患者,170万人因结核病而死亡。结核分枝杆菌(Mycobacteriumtuberculosis,Mtb)是结核病的病原菌。2014年,世界卫生组织(WHO)提出2035年前“消除结核病”的目标。该目标的实现,需要更好地对结核病进行预防、诊断和治疗。随着耐药结核杆菌在全球的出现,WHO建议对所有结核病患者进行药敏检测。然而,由于高昂的药敏检测费用以及缺乏足够的操作人员等,在很多结核病高负担地区,药敏检测难以有效开展。
WHO推荐几种分子药敏检测技术,如Xpert MTB/RIF、线性探针技术等,可快速分析结核分枝杆菌临床菌株的部分药敏信息。但是,这些基于PCR的分析方法仅检测有限数目的耐药相关的基因突变,阴性结果并不能完全表明相应的菌株对抗结核药物为敏感。
由于检测速度快,通量高,全基因组测序技术(Whole-genomesequencing,WGS)已逐渐用于临床的辅助诊断中。若所有耐药相关的基因突变都被鉴定,那么通过WGS就可快速预测结核分枝杆菌临床菌株对抗结核药物的药敏信息,且WGS检测覆盖全基因组区域,费用也可能比传统的表型药敏检测低。于是,WGS技术是否可用于准确预测结核分枝杆菌对于一些抗结核药物的药敏信息,值得研究。鉴于上述原因,“CRyPTIC”财团和“100000个基因组”项目(The CRyPTIC Consortium and the 100000 Genomes Project。CRyPTIC,即:Comprehensive Resistance Prediction for Tuberculosis: an International Consortium,由牛津大学领衔的全球多中心合作计划)资助了一项研究,旨在解答上述问题。该研究成果发表在近期的《The New England Journal of Medicine》杂志上。
在该研究中,研究人员收集了临床分离的10290株结核分枝杆菌,遍及6大洲,16个国家。随后针对这些菌株进行了4种一线抗结核药物(异烟肼、利福平、乙胺丁醇和吡嗪酰胺)表型药敏检测和WGS分析。最后以表型药敏检测结果为金标准,评估WGS数据能否准确预测结核分枝杆菌临床菌株的药敏信息。
由于标本登记信息错误或者耐药表型与WGS预测存在明显矛盾等原因,在前期分析中研究人员排除了81株结核分枝杆菌临床菌株。在剩余的10209株中,7516株有完整的4种一线抗结核药物的表型药敏检测结果,其他菌株的检测结果不完整,总共有4911株菌(48.1%)对4种一线药物均敏感。
基于全基因组序列的药敏分析主要聚焦于9个基因以及上游调控区,这些基因区域包括:ahpC、inhA、fabG1和katG(与异烟肼耐药相关),rpoB(与利福平耐药相关),embA、embB和embC(与乙胺丁醇耐药相关)以及pncA(与吡嗪酰胺耐药相关)。目前已知的与这些药物耐药性相关的突变是开展基于WGS的耐药性预测的依据。对于异烟肼、利福平、乙胺丁醇和吡嗪酰胺的WGS耐药性预测的灵敏度分别为97.1%、97.5%、94.6%和91.3%,特异度分别为99.0%、98.8%、93.6%和96.8%。从已有的结核分枝杆菌临床菌株全基因组序列数据出发分析WHO推荐的分子检测技术(如Xpert MTB/RIF、MTBDRplus和MTBDRsl等)的检测结果,发现这些分子检测方法检测异烟肼、利福平和乙胺丁醇的敏感度显著低于基于WGS的预测(P<0.001),但对于异烟肼和乙胺丁醇的检测,WHO推荐的分子检测技术特异性明显高于WGS的预测(P<0.001)。对于所有的4种一线药物,WGS药敏分析的阴性预测值都在98.5%以上。
为了指导临床用药,需要对结核分枝杆菌临床菌株进行所有4种一线药物的药敏检测。该研究已对7516个具有完整表型药敏数据的菌株进行4种一线药物的耐药谱预测,其中5865株菌株(78.0%)具有完整预测信息。在5865株菌中,89.5%(即5250株)的预测数据与临床检测数据吻合。4037株菌被预测为对4种药物均敏感,其中97.9%的菌株(即3952株)预测正确。在4007株经表型药敏试验证实对4种一线药物均敏感的临床菌株中,3952株通过WGS预测为均敏感,占98.6%。
此外,已有的耐药相关性基因突变范围以外的突变或者表型未知的突变,则不参与对4种一线抗结核药物耐药性的预测。这些情况被描述为“Unknown“或者”Failed“。在该研究具体实施过程中,实验方法的不统一、人为操作的失误、表型耐药结果和WGS预测结果的明显矛盾(如检测出含katG的S315T突变的菌株的表型药敏结果显示对异烟肼敏感,含rpoB的S450L突变的菌株实际对利福平敏感等等),使得实际预测与具体药敏实验结果有些不吻合,这都需要后续对相关临床菌株进行跟踪观察。
然而,本次研究结果仍清楚表明:与已有的基于PCR技术的分子药敏检测方法相比,基于WGS的药敏预测具有更高的表现性能,而且后者能检测所有的耐药相关性突变,而每一个少见突变都可能有未知的耐药表型。为了将研究扩展到二、三线抗结核药物的药敏预测,更多的研究工作和实验过程的改善都是必要的。基于目前研究的成果,英国公共卫生署考虑停止对那些被预测为对所有一线药物敏感的临床菌株进行表型药敏检测,类似的情形也发生在荷兰和纽约。
参考文献:
N Engl J Med. 2018 Oct 11;379(15):1403-1415. doi: 10.1056/NEJMoa1800474. Epub 2018 Sep 26.
作者:宛宝山 余方友 同济大学附属上海市肺科医院检验科
审阅评析:余方友 上海市肺科医院 陈宏斌 北京大学人民医院
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