基于全基因组测序的电子健康记录病例对照研究：诊断前氟喹诺酮类药物暴露与结核分枝杆菌获得性耐药关联分析

《Journal of Infection》：Association between pre-diagnostic fluoroquinolone exposure and possible acquired fluoroquinolone resistance in Mycobacterium tuberculosis in Shanghai: an EHR-based case-control study using whole-genome sequencing

本研究针对结核病(TB)患者中氟喹诺酮类(FQ)获得性耐药机制不明确的问题，通过整合全基因组测序(WGS)与电子健康记录(EHR)数据开展病例对照研究。研究发现上海地区TB患者中FQ耐药率达7.4%，其中93.5%为可能获得性耐药，且诊断前FQ暴露与耐药风险呈剂量反应关系(aOR:单次4.31，多次13.18)。该研究为优化FQ合理使用策略提供了重要流行病学证据。

　　

在全球传染病防控领域，结核病(Tuberculosis, TB)重新成为单一感染源致死的头号杀手，2023年估计有1080万新发病例和125万死亡病例。在这一严峻形势下，氟喹诺酮类(Fluoroquinolones, FQ)药物作为广谱抗生素，不仅是治疗多种细菌感染的常用药物，更因其对结核分枝杆菌(Mycobacterium tuberculosis, MTB)的强大杀菌活性，成为世界卫生组织(WHO)推荐的多重耐药/利福平耐药结核病(MDR/RR-TB)治疗方案中的A类优先药物。值得注意的是，WHO正在积极探索将莫西沙星用于4个月疗程方案，以缩短目前药物敏感结核病的6个月标准疗程。

然而，FQ的广泛使用犹如一把双刃剑。与大多数抗结核药物不同，FQ是广谱抗生素，常被用于治疗各种细菌感染，特别是呼吸道感染。患者在确诊结核病前，常常会接受FQ单药经验性治疗。令人担忧的是，MTB中 conferring FQ耐药的突变（如gyrA G88C）可在FQ治疗13天内产生。因此，FQ的不合理使用可能通过选择新生突变株，导致在未确诊结核病患者中出现获得性耐药。此外，FQ耐药MTB在社区中的传播也增加了原发性FQ耐药MTB感染的风险。

尽管这一问题日益突出，但结合基因组学与流行病学方法，系统研究诊断前FQ暴露如何导致FQ耐药结核病的研究仍然有限。复旦大学公共卫生学院流行病学教研室的研究团队在上海市开展了相关研究，该地区作为中国大都市，其医疗服务覆盖从初级卫生中心到三级综合医院，完善的电子健康记录(Electronic Health Record, EHR)平台使得获取结核病患者在诊断前在所有医疗机构中的FQ使用记录成为可能。同时，对上海市所有MTB临床分离株进行全基因组测序(Whole-Genome Sequencing, WGS)的应用，有助于建立结核病耐药监测和传播簇检测系统，从而区分传播性FQ耐药和可能获得性FQ耐药。

该研究发表于《Journal of Infection》，旨在整合基于WGS的MTB基因组数据与结核病患者的临床记录，阐明诊断前FQ暴露与可能获得性FQ耐药之间的关联。

关键技术方法概述

研究采用病例对照设计，纳入2022-2023年上海市所有培养阳性的肺结核患者。病例为经WGS鉴定的可能获得性FQ耐药结核病患者，对照组为随机选择的FQ敏感患者（1:1比例）。诊断前12个月内的FQ处方数据从上海EHR平台提取。WGS在上海市CDC常规进行，使用NovaSeq 6000或MGISEQ-2000平台。通过生物信息学分析（包括TBProfiler工具）预测基因型耐药谱和基因分型，基于≤5个SNPs的遗传距离定义基因组簇，从而区分传播性和可能获得性FQ耐药。统计分析采用单因素和多因素logistic回归，并通过限制性立方样条(Restricted Cubic Splines, RCS)评估剂量反应关系。

研究结果

研究人群和FQ耐药谱

在2022-2023年期间上海市报告的4554名新诊断的培养阳性肺结核患者中，3496份（96.5%）合格的WGS数据被纳入基因组分析。WGS-based药物敏感性测试(Drug Susceptibility Testing, DST)鉴定出260株（7.4%）携带FQ耐药突变的分离株。进一步的基因组聚类分析显示，39株分离株属于17个基因组簇（遗传距离≤5 SNPs）。在排除每个簇中最早发病的12例指示病例后，6.5%（17/260）的FQ耐药病例被归类为传播性耐药，而剩余的93.5%（243/260）被归类为可能获得性耐药。

人口统计学和临床特征

为探讨可能获得性FQ耐药的危险因素，研究纳入了243名可能获得性FQ耐药结核病患者和243名随机选择的FQ敏感结核病患者进行病例对照分析。可能获得性FQ耐药组以男性（67.5%）、年龄≥65岁（46.5%）和上海户籍（60.5%）为主。多因素logistic回归分析显示，利福平耐药（调整后优势比aOR 7.16, 95% CI 3.71–14.58）和北京基因型（aOR 2.15, 95% CI 1.08–4.42）与可能获得性FQ耐药风险增加显著相关。

诊断前FQ处方模式

在诊断前12个月期间，两组患者的FQ处方频率分布存在显著差异。FQ敏感患者中82.7%无FQ暴露记录，而可能获得性FQ耐药组中这一比例仅为40.7%。相反，可能获得性FQ耐药组中接受单次FQ处方（17.3% vs. 8.6%）和多次FQ处方（42.0% vs. 8.6%）的比例均显著高于敏感组。

可能获得性FQ耐药的危险因素

FQ暴露与可能获得性FQ耐药之间存在强烈的剂量依赖关系。多因素分析显示，与无FQ暴露者相比，接受单次FQ处方的aOR为4.31（95% CI 2.37–8.04），而接受多次FQ处方的aOR高达13.18（95% CI 7.72–23.45）。RCS分析揭示了处方数量与耐药概率之间存在非线性剂量反应关系。

FQ处方特征分析

可能获得性FQ耐药组共记录了784份FQ处方，而FQ敏感组为124份。与敏感组相比，耐药组的FQ处方更可能在诊断前≥61天开具，更多来源于非结核定点医疗机构（L1-L3），且更多用于肺外疾病。Sankey图直观显示，两组中最大比例的处方均来自非结核定点三级医院（L3）用于非结核性呼吸系统疾病。然而，耐药组中此类处方有59.4%在诊断前≥61天开具，而敏感组中50.0%在诊断前≤30天开具。

研究结论与意义

这项基于人群的前瞻性基因组监测研究揭示了上海市结核病患者中FQ耐药率高达7.4%，且绝大多数（93.5%）为可能获得性耐药。病例对照分析确立了诊断前FQ暴露是可能获得性FQ耐药的最强预测因子，并存在明确的剂量反应关系。处方模式分析表明，大多数FQ暴露发生在结核诊断前两个月以上，且多由非结核定点三级医院因非结核性呼吸系统疾病而开具。

这些发现具有重要的公共卫生意义。首先，研究结果强调了在结核病高负担地区开展系统性FQ耐药监测的必要性。其次，明确诊断前FQ暴露与获得性耐药之间的强关联性，突显了在普通医疗机构中加强结核病快速准确诊断能力、减少诊断延迟的紧迫性，以避免对未确诊结核病患者不当使用FQ。第三，研究揭示的剂量反应关系为临床FQ的合理使用敲响了警钟，提示应严格限制FQ的不必要使用，特别是对于呼吸道感染的经验性治疗。

该研究创新性地整合了大规模基因组数据与全面的电子健康记录，为理解FQ耐药结核病的流行病学特征和驱动因素提供了强有力的证据。研究结果呼吁临床医生、公共卫生管理者和政策制定者共同努力，通过促进抗生素的合理使用、加强结核病早期诊断和耐药监测，来遏制FQ耐药结核病的蔓延，保护这类核心抗结核药物的有效性，这对于实现全球终结结核病流行的目标至关重要。