NucS Thr74Ile基因导致一种在全球范围内广泛传播的临床分枝杆菌（Mycobacterium abscessus）亚种（abscessus）克隆出现突变表型
《International Journal of Antimicrobial Agents》：NucS Thr74Ile Confers Mutator Phenotype in a Globally Disseminated Clinical
Mycobacterium abscessus subsp.
abscessus Clone
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Mycobacterium abscessus复合体（MABC）临床分离株中NucS基因多态性与耐药性突变的关系研究。通过全基因组测序发现7种NucS多态性，其中 Thr74Ile（c.C221T）多态性在广泛传播的Mabs克隆中占主导地位，该多态性通过降低NucS错配修复活性，显著增加获得性大环内酯类（如erm41 T28C）和氨基糖苷类（如rrs1374A→G）耐药突变频率，揭示NucS多态性是MABC治疗失败的重要分子机制。
Juan Li|Junsheng Fan|Zhili Tan|Anqi Li|Siyuan He|Yani Lin|Bing Li|Haiqing Chu
中国上海同济大学医学院上海肺科医院呼吸与重症监护医学系
摘要
目的
产生对一线药物（大环内酯类和阿米卡星）耐药性的突变是导致Mycobacterium abscessus复合群（MABC）感染治疗失败的主要原因；然而，易于发生耐药性突变的突变株尚未得到充分研究。NucS是一种关键的DNA错配修复蛋白，可维持分枝杆菌的基因组稳定性。本研究探讨了自然存在的NucS多态性是否与临床MABC菌株的突变表型有关。
方法
:从公共数据库中获取的临床MABC分离株的全基因组数据被用于识别自然存在的NucS多态性。通过系统发育分析阐明了常见的NucS Thr74Ile多态性与耐药性突变之间的关系。通过使用M. abscessus亚种abscessus（Mabs）的同源系统，检查这些多态性对耐药性突变率的影响，从而分析它们对NucS活性的影响。
结果
:共鉴定出7种NucS多态性。值得注意的是，最常见的MABC亚种Mabs的nucS C221T/erm(41) T28C分离株属于一个全球广泛分布的克隆。这些对药物敏感的菌株通过rrl和rrs突变分别表现出较高的获得性大环内酯类和阿米卡星耐药性潜力，而一些菌株通过进化回归野生型erm(41) T28而恢复可诱导的大环内酯类耐药性。在Mabs同源系统中，NucS Thr74Ile（c.C221T）多态性被确定为这一过程的关键驱动因素。
结论
:这些发现表明存在一个全球广泛分布的临床Mabs突变克隆，其耐药性突变潜力可能受到NucS Thr74Ile多态性的影响，这凸显了开发新疗法和加强社区监测的迫切需求。
引言
非结核分枝杆菌（NTM）是指除Mycobacterium tuberculosis复合群和Mycobacterium leprae以外的其他分枝杆菌[1,2]。NTM是新兴的机会性病原体，可引起难以治愈的疾病；其中，NTM引起的肺部疾病临床表现与结核病相似，是最常见的[3]。在结核病负担较高的地区，4%-15%的疑似结核病例和18%-20%的疑似多重耐药病例最终被证实是由NTM引起的[4]。Mycobacterium abscessus复合群（MABC）是最常见的NTM致病菌，通常由三个亚种组成：M. abscessus亚种abscessus（Mabs）、M. abscessus亚种massiliense（Mmas）和M. abscessus亚种bolletii（Mbol）[5,6]。其中Mabs最为普遍[7,8]。
MABC具有内在的多重耐药性，需要长期治疗（≥12个月），通常使用包含大环内酯类（如克拉霉素）和氨基糖苷类（如阿米卡星）的方案[9,10]。然而，由于高比例的可诱导性和获得性大环内酯类耐药性，治疗效果常常不佳[11,12]。野生型erm(41)基因通过靶向核糖体修饰赋予可诱导的大环内酯类耐药性[13]。这种耐药机制非常普遍，大约80%的Mabs和所有Mbol都携带功能性erm(41)基因；相比之下，Mmas和约20%的Mabs由于截短或T28C替换而失去可诱导的耐药性[14,15]。获得性大环内酯类耐药性是由23S rRNA基因rrl位置2270/2271（Escherichia coli编号为2058/2059）的碱基替换引起的，最常见的变化是2270位的A>G或A>C替换[16,17]。MABC中rrl突变的出现极具破坏性，因为它会导致高水平的大环内酯类耐药性，使治疗效果远低于可诱导的耐药性（8%对比22%[11]）。获得性阿米卡星耐药性通常由16S rRNA基因rrs位置1374（Escherichia coli编号为1408）的A>G突变引起，导致治疗完全失败[18,19]。如果不严格采用联合治疗方案，大环内酯类和阿米卡星的获得性耐药率将显著增加，这突显了在治疗期间防止这种耐药性出现的紧迫性[19,20]。
染色体的突变能力是分枝杆菌耐药性发展的关键因素，这主要是由于NucS这种与古菌错配特异性内切酶同源的蛋白质所介导的缺陷性错配修复系统[21,22]。分枝杆菌的NucS优先修复转换错误（即A:T>G:C, G:C>A:T），从而抑制获得性大环内酯类和阿米卡星耐药性[22]。研究表明，活性降低的多态性NucS可能是M. tuberculosis突变表型的驱动因素[23]。然而，直到最近才在MABC中检测到突变株。抗重组也是错配修复的另一个特征[24]。大约14.0%的全球广泛分布的Mabs临床分离株通过突变或重组重新获得功能性erm(41) T28，从而由于恢复了可诱导的大环内酯类耐药性而导致预后显著恶化[15]。然而，这种耐药性逆转与错配修复失活之间的机制联系尚未明确。
本研究的目的是确定临床MABC分离株中是否存在自然存在的NucS多态性，并评估这些多态性对克拉霉素和阿米卡星耐药性的影响，以作为突变表型的标志。
部分摘录
临床MABC分离株中NucS多态性的分析
在三项基于WGS的流行病学研究中分析了临床MABC分离株（Mabs、Mmas和Mbol）的全基因组测序（WGS）数据，每例患者仅有一个已知分离株的信息[15,25,26]，数据来自Sequence Read Archive（SRA）。过滤掉低质量读段后，将处理后的读段映射到参考基因组序列Mabs ATCC 19977，并使用Freebayes（版本1.3.2）分析错义单核苷酸多态性（SNPs）。NucS Thr74Ile多态性在临床M. abscessus亚种abscessus分离株中较为常见
分析了来自东亚、欧洲、澳大利亚和北美的871株独特临床MABC分离株（574株Mabs、273株Mmas、24株Mbol）的基因组数据（表S1）。与Mabs参考菌株ATCC 19977相比，这些分离株中存在7种NucS序列多态性（图1和S1）。其中Thr74Ile多态性最为普遍（在所有地区约占Mabs的20%），而其他六种多态性（Arg15Trp、Glu62Gly、Gly64Ala、Ser68Ala、Pro73Ser等）讨论
本研究提供了流行病学和实验室证据，证明存在具有较高大环内酯类和阿米卡星耐药性潜力的临床MABC突变株，这种耐药性受自然存在的多态性NucS活性降低的影响；NucS Thr74Ile多态性在广泛分布的Mabs克隆中占主导地位。
大环内酯类和阿米卡星耐药性基因中的转换突变经常导致MABC感染的治疗失败。
致谢
我们衷心感谢美国罗德岛普罗维登斯的Stephen H. Gregory博士对本文的编辑工作。
资助
本研究得到了以下机构的支持：国家自然科学基金（编号81672063、81971973、82270005和81800003）、上海市自然科学基金（编号22ZR1452000）、上海市科学技术委员会科技创新计划（编号23S11901400）以及上海市卫生健康委员会卓越项目（编号20244Z0017）。资助方未参与研究设计、数据收集与解释或论文提交的决定。作者贡献
HQC、BL和JL共同构思并设计了本研究。JL、JSF、ZLT、AQL、SYH和YNL进行了实验并分析了获得的数据。JL起草并修订了论文。HQC、BL、JSF、ZLT、AQL、SYH和YNL对论文的重要内容进行了修订。所有作者均同意最终版本。
