诺氟沙星对裂殖酵母基因组诱变效应的可忽略性研究及其临床安全性启示

这篇研究通过突变积累实验和RNA测序分析，揭示了氟喹诺酮类抗生素诺氟沙星（norfloxacin）在治疗浓度下对真核生物基因组稳定性的影响。研究表明，尽管诺氟沙星能显著增加细菌的突变率，但其对裂殖酵母（Schizosaccharomyces pombe）ATCC-16979的基因组突变率无显著提升（BPS突变率：对照组3.58×10?11 vs 处理组4.47×10?11），这可能得益于核苷酸切除修复（NER）通路的激活。研究为诺氟沙星的临床安全性提供了重要依据，支持其在人类治疗中的持续安全使用。

　　

基因组组装与注释

研究首先对裂殖酵母ATCC-16979进行了高质量的基因组从头组装（de novo assembly），结合牛津纳米孔长读长测序和Illumina PE150测序技术，获得了大小为12.52 Mb、GC含量36.06%的基因组，包含5,578个预测蛋白编码基因，其中47.55%与人类基因同源。该组装为后续突变分析提供了精准的参考基因组。

突变积累实验设计

通过突变积累（MA）实验，研究团队将100个裂殖酵母株系分别在含4 μg/mL诺氟沙星（模拟患者血清浓度）和不含药物的培养基中传代约900代。单细胞瓶颈传代策略有效降低了选择压力，使遗传漂变成为主导因素（有效种群大小N_e≈10）。最终对46个对照组和48个处理组株系进行全基因组测序（平均测序深度142×和69×）。

突变率与谱系特征

结果显示：

1. 自发突变率极低：对照组BPS突变率仅3.58×10^?11/位点/代，为已报道裂殖酵母中最低（较972h-低4.75倍），且呈现显著的A/T偏向性（4.33）和高转换/颠换比（2.00）。
2. 诺氟沙星无显著影响：处理组BPS突变率（4.47×10^?11）与对照组无统计学差异（Poisson检验，P=0.47），插入/缺失突变率和结构变异（SV）率同样未显著改变。
3. 选择压力分析：非同义/同义突变比在两组间无差异（χ²=1.04，P=0.31），证实突变积累过程中选择作用微弱。

转录组机制解析

RNA测序发现：

• 修复通路激活：36个基因显著上调，包括核苷酸切除修复（NER）关键基因POLR2（KEGG: K03017），可能通过修复潜在DNA损伤维持基因组稳定。
• 代谢重编程：74个基因下调，涉及生物膜形成和信号转导，而激酶活性和磷酸化通路活性增强，提示细胞应对抗生素压力的适应性反应。

讨论与意义

1. 真核与原核差异：与细菌中诺氟沙星通过SOS反应提升突变率不同，真核细胞依赖NER等保守修复机制抵消药物潜在损伤。
2. 临床安全性：研究证实治疗浓度诺氟沙星对人类基因组风险可忽略，为其持续使用提供分子依据。
3. 菌株特异性：ATCC-16979极低的自发突变率（虽生长最慢）提示突变率调控机制的复杂性，需进一步跨菌株研究。

该研究首次系统评估了诺氟沙星对真核基因组的诱变效应，结合多组学数据为抗生素安全性评估提供了创新范式，同时为理解DNA修复通路在药物压力下的进化响应机制开辟了新视角。