基于全基因组测序的湖州市结核病分子流行病学与耐药特征研究

《BMC Genomics》：Whole genome sequencing to characterize the molecular epidemiology and drug-resistance of tuberculosis in Huzhou, China

本研究针对低发病率地区结核病传播与耐药机制不清的问题，对湖州市350株结核分枝杆菌临床分离株进行全基因组测序分析。结果显示北京基因型（Lineage 2.2.1）占主导（80.0%），耐药率为24.6%（含2.0% MDR-TB和1.7% pre-XDR-TB），发现79.1%的耐药结核病可能由近期传播导致。该研究为低发病率地区结核病精准防控提供了重要基因组学依据。

　　

结核病至今仍是全球重大公共卫生挑战，尽管发病率呈缓慢下降趋势，但耐药结核病（DR-TB）的流行给结核病控制工作带来严峻考验。根据世界卫生组织（WHO）《2024年全球结核病报告》，2023年全球新发结核病患者约1080万例，其中中国新增病例约74.1万例，是全球结核病负担第三重的国家。耐药结核病，特别是耐多药结核病（MDR-TB）和广泛耐药结核病（XDR-TB），已成为实现结核病消除目标的主要障碍。

在中国，结核病防控已被纳入"健康中国2030"战略，并启动了《全国结核病防治规划（2024-2030年）》，目标是到2025年将结核病发病率降至52/10万，2030年降至43/10万。在这一背景下，湖州市作为浙江省北部的一个低发病率地区（2024年发病率为27.16/10万），于2023年7月启动了全国首个"无结核城市"倡议。然而，基于全基因组测序（WGS）的低发病率地区结核病分子流行病学研究仍较为缺乏。

为支持公共卫生行动并促进建立适合低发病率环境的WGS分子监测网络，季磊等研究人员对2023年3月至2024年9月期间湖州市培养阳性的结核病患者中获得的350株结核分枝杆菌（MTB）分离株进行了全基因组测序分析。通过系统发育分析、耐药特征分析和传播簇鉴定（使用≤12个SNP的阈值），揭示了该地区结核病的分子流行病学特征。该研究发表于《BMC Genomics》杂志。

研究人员采用的主要技术方法包括：从Lowenstein-Jensen培养基提取MTB基因组DNA，使用Illumina NovaSeq 6000平台进行150bp双端测序，测序深度为200x；使用TB-Profiler鉴定MTB谱系和抗结核药物耐药相关突变；基于最大似然法构建系统发育树；使用12个SNP阈值鉴定传播簇；通过空间核密度分析识别聚集性病例热点区域。

系统发育分析揭示湖州市MTB菌株的遗传特征

研究构建的最大似然系统发育树显示，湖州市的MTB菌株主要分为三个主要谱系。优势谱系为谱系2（占82.6%），其次为谱系4（欧洲-美洲型，占17.1%）和谱系1（印度-大洋洲型，仅占0.3%）。谱系2进一步分为两个亚谱系：谱系2.2.1和谱系2.2.2，均属于北京家族。其中，谱系2.2.1（现代北京菌株）是主导亚谱系，占所有菌株的80.0%（280/350）。

分子耐药特征

通过TB-Profiler对14种抗结核药物的耐药相关基因突变进行分析，发现86株菌株（24.6%）携带耐药相关遗传突变。耐药谱预测显示：利福平耐药结核病（RR-TB）占1.1%，异烟肼单耐结核病（HR-TB）占9.1%，耐多药结核病（MDR-TB）占2.0%，预广泛耐药结核病（pre-XDR-TB）占1.7%，其他类型耐药占10.6%。未检测到XDR-TB菌株。

研究共鉴定出53个与9大类抗菌药物相关的独特遗传突变。最常见的突变包括katG基因的Ser315Thr（n=29，与异烟肼耐药相关）、rpsL基因的Lys43Arg（n=22，与链霉素耐药相关）、rpoB基因的Ser450Leu（n=10，与利福平耐药相关）。值得注意的是，未检测到与氯法齐明、环丝氨酸或利奈唑胺（WHO推荐的MDR-TB治疗A组药物）相关的耐药突变，也未发现与新药贝达喹啉和德拉马尼相关的突变。

基因组聚类MTB病例的识别及其风险因素

使用12个SNP阈值，研究识别出28个推定的传播簇（C01-C28），包含65株菌株，聚类率为18.6%。最大的簇（簇2）包含9株菌株，其余簇包含2-3株菌株。空间分析发现，聚类病例主要集中在长兴县主城区和湖州市吴兴区主城区两个人流密集区域。

风险因素分析显示，60岁以下患者更可能参与近期传播事件（P=0.035），而谱系类型、耐药状态、性别、职业和本地居住情况与聚类无统计学关联。

基因组聚类病例的流行病学联系

在28个基因组簇中，仅一个簇（C17）显示出确认的流行病学联系。该簇包含3例病例，其中2例（A2024204和A2024354）为同一学校的学生，第3例（A2024131）为一名农民，虽不认识这两名学生，但与其中一名学生居住在同一村庄，地理距离小于2000米。

耐药结核病的传播特征

研究识别出的86株DR-TB分离株中，10株被聚类到5个不同的簇中，DR-TB病例的聚类率为11.6%。比较耐药突变谱发现，同一簇内的10株DR-TB菌株（C04、C06、C12、C16、C20）表现出相同的耐药谱和一致的耐药相关突变。结合治疗初治病例中的DR-TB病例，估计湖州市研究期间高达79.1%（68/86）的DR-TB患者可能是由DR菌株传播引起的。

讨论与结论

该研究系统描述了湖州市结核病的分子流行病学特征，发现北京基因型（主要为亚谱系2.2.1）是当地流行的优势基因型，与我国中部、南部和东部地区的报道一致，但与西南地区存在差异。湖州市的总体耐药水平相对较低，MDR-TB和pre-XDR-TB的检出率分别为2.0%和1.7%，低于包括上海和浙江省在内的华东地区七年研究报道的水平（分别为5.1%和2.1%）。

研究发现谱系2和谱系4分离株的总体耐药率相当（分别为28.05%和23.59%），无统计学显著差异。但谱系2菌株对链霉素的耐药率显著高于谱系4，而HR-TB在谱系4菌株中更常见。

湖州市的聚类率（18.6%）高于瑞士（8.0%）和荷兰（14.2%）等低负担国家，但低于全国水平的聚类率（23.0%）。DR-TB的近期传播占比（11.6%）也低于上海（31.8%）、深圳（25.2%）和宁波（23.8%）。这种相对较低的聚类率可能与湖州市人口相对稳定、流动人口比例较低、研究观察期较短（18个月）以及"无结核城市"倡议的实施有关。

研究结论强调，近期传播，特别是在年轻个体中，对湖州市DR-TB负担贡献显著。基于WGS的监测显示该地区耐药水平中等且传播有限，支持正在进行的"无结核城市"倡议。针对年轻、流动人群加强基因组监测和早期干预可能进一步遏制低发病率环境下的结核病传播。将全基因组测序纳入常规监测为及时、有针对性的干预提供了有力工具，支持湖州市"无结核城市"倡议，并为国家结核病消除行动做出贡献。