NatGenet:四项研究同时解码结核病

　　至今为止，人们都没有找到一个好的时机彻底消灭肺结核，不仅如此，肺结核病菌变得更加猖獗。

　　结核病是一种由结核分枝杆菌引起的慢性呼吸道传染病，严重危害人类健康。我国的结核发病率位于世界第二，每年有130万新发结核病患者。其中，多耐药结核病人有10万人。耐多药(MDR)和广泛耐药(XDR)结核分枝杆菌的广泛出现使结核病越来越难以治愈。结核病耐药机制的是当前全球结核病研究竞争中最为激烈的热点和难点。

　　尽管有人类几十年抗生素研究的积累，耐药结核菌的不断壮大仍然限制了许多治疗方案的实施。在2010年，至少有650000个病例出现了针对有效一线抗生素的耐药性。到了2012年，无法有效治愈的完全耐药结核病菌株Mycobacterium tuberculosis在印度被检测到。

　　现在，共计 93 名科学家的四个独立的研究团队为来自世界不同地区的结核分枝杆菌进行了全基因组测序，相关研究论文均刊登在9 月 2 日出版的Nature Genetics杂志上。这些研究将有望为耐药性结核病疫情的出现提供新见解，并为耐药性测试和药物开发提供新标靶。

　　“耐药结核病治疗的最大瓶颈是从怀疑病因到确诊的时间延迟，” 哈佛大学公共卫生学院流行病学家Megan Murray说，她是其中一个团队的带头人。有了更完整耐药突变列表，医生就可以避免给患者开出不对症的无效药，同时迅速找到更合适的治疗方法。

　　抗性图谱

　　Murray 的研究团队为全球 123 种具有代表性的结核分枝杆菌菌株(包括耐药性菌株)进行了全基因组测序和分析并构建了序列进化树。随后该研究小组借鉴了菌株之间的进化关系，开发出一种在微生物基因组中搜寻耐药性标记的新方法，并在结核分枝杆菌的基因组中确认了 39 个与耐药性有关的基因组区段。

　　第二个研究团队是由中国科学院生物物理学研究所的毕利军率领的，他们对来自中国 12 个省份的 161 株结核分枝杆菌(其中 44 株敏感菌，94 株多耐药菌，23 株泛耐药菌)菌株进行了全基因组测序和系统分析，获得了我国临床耐药结核分枝杆菌中已知耐药相关基因的突变，新发现了与结核分枝杆菌耐药性相关的 72个编码基因和28个基因间隔区的突变。由于该研究分析的菌株来源于全国各地，其结果具有广泛的代表性。

　　这两个研究得到的突变名单很少有重叠，这可能是因为他们使用的研究方法略有不同以及研究所用的菌株抗药性的进化起点不尽相同。但Murray表示两项研究“整体的结论是相符合的，与耐药性进化关联的基因比我们想象的多得多，产生耐药性的方式也有很多。” 过去认为M. tuberculosis 利用激活药物相关酶的突变引发抗药性。Murray论文的共同作者、南非斯泰伦博斯大学的结核病专家Robin Warren说： “我们停留在这个理论中太久，新发现表明耐药性产生的机制非常复杂。”

　　在第三项研究中，来自西班牙公共健康研究中心和中国复旦大学等机构的研究人员，分析了 259 个结核分枝杆菌菌株复合体基因组序列，为这种病菌的遗传多样性和与人类宿主一起的进化过程提供了见解。分析结果显示，分枝杆菌菌株复合体约 70 万年前在非洲出现，然后随人类迁徙而蔓延出非洲。

　　药物壁垒

　　在上述研究中确定的许多抗性区域的序列能够影响围绕在M. tuberculosis细胞周围的蜡质细胞壁。有些突变能够改变这些蜡质细胞壁的结构，而有些改变其通透性。还有一些抗性序列能够影响驱逐药物进入细胞内的分子泵的产生。还有的能够提高 M. tuberculosis 变异的速度，从而更迅速地产生有益突变。研究人员还确定了有可能影响的其它抗性基因的突变，这类突变要么提高病菌自身活动，要么能够修复外界带来的不利影响，使药物无法产生作用。

　　但是研究人员确定的许多突变区域所扮演的角色目前还不清楚。“我们所获得的突变名单中，大约有一半的基因我们只知道名字而不知道它们的作用，”Murray说。例如，她的名单包括的PE / PPE家族16个基因与M. tuberculosis 有关，但它的角色在很大程度上是未知的。

　　纽约阿尔伯特•爱因斯坦医学院的结核病专家William Jacobs表示，研究者应该验证他们所获得的突变名单。“你必须能够去除这些突变，并指出它们能引发什么表型改变，”他说。

　　Murray的研究小组最初将ponA1基因突变引入到M. tuberculosis中，结核病菌的抗性增强了两倍。“这需要该基因突变的大规模发生，”她说。

　　这些最新的研究表明，M. tuberculosis 通过一些渐进的变化与微妙的影响发展成抗药性。“这可能是经过小步的积累而获得的耐药性，” Murray说。来自美国罗格斯大学新泽西医学院等机构的科学家David Alland的另一个研究结果也支持了这一观点，该论文也发表在Nature Genetics。他的研究团队为渗入了一线抗结核药乙胺丁醇的结核分枝杆菌菌株进行了基因组测序，并在63个临床菌株中找到与研究结果相关的发现。他们发现了一种发生在至少4个互作基因上的突变，能够提高病菌的抵抗能力，从而使一些菌株耐药性比正常菌株高出16倍。

　　了解这些进化步骤能够帮助医生监测菌株耐药性的发展变化，或者提早研发出相应的药物。“目前这还是一个梦想，因为我们都没有结核病药物开发的靶点作为具体目标，而这一点更加难以把握，”无国界医生组织的流行病学家Helen Cox补充说，“但总体信息是，耐药性比简单的‘耐药与敏感’的传统理解复杂得多。”