低适应性rpoB突变在利福平耐药结核分枝杆菌中的宿主免疫、补偿性进化与诊断挑战

《Tuberculosis》：Low-fitness rpoB mutations in rifampicin-resistant Mycobacterium tuberculosis: Host immunity, compensatory evolution, and diagnostic challenges

　　

： 背景：rpoB S450L突变是结核分枝杆菌（Mycobacterium tuberculosis）中最常见的高适应性利福平耐药突变。然而，多种与不同适应性代价相关的替代性rpoB突变已被报道，尤其是在特定临床环境中。本系统综述批判性评估了低适应性rpoB突变、宿主免疫状态、HIV合并感染、补偿性进化及诊断不一致性之间的关系。 方法：研究人员在多个科学数据库中进行系统性文献检索。纳入报告携带替代性或临界rpoB突变的利福平耐药M. tuberculosis的遗传学、表型、结构或临床数据的研究。对数据进行定性综合，以检验宿主免疫状态、细菌适应性、补偿性进化及诊断性能之间的关联。 结果：共21项研究符合纳入标准。现有临床证据表明，低适应性非S450L rpoB突变（尤其是密码子430、435、441和445位点）在晚期HIV感染患者中流行率更高。现有证据提示，HIV相关免疫抑制可能减弱宿主驱动的净化选择（purifying selection），从而促进低适应性耐药变异体的持续存在。基因组学和结构学研究鉴定出rpoA、rpoB和rpoC中的补偿性突变，这些突变可能部分恢复细菌适应性，同时维持利福平耐药性。若干临界rpoB突变在分子检测与表型药物敏感性试验（phenotypic drug susceptibility testing, pDST）之间产生不一致结果。 结论：HIV相关免疫抑制可能通过促进低适应性rpoB突变的持续存在，影响利福平耐药M. tuberculosis的进化轨迹。整合分子诊断、基因组监测和宿主免疫谱分析，可能改善利福平耐药结核病的检测和临床管理，尤其是在结核病-HIV合并感染高负担地区。

论文解读文章

一、研究背景与问题提出

结核病（Tuberculosis, TB）由结核分枝杆菌（Mycobacterium tuberculosis, Mtb）引起，至今仍是全球范围内由单一传染源导致死亡的主要原因之一。尽管在诊断、治疗和全球防控策略方面取得重大进展，结核病仍然构成沉重的公共卫生负担，尤其是在人类免疫缺陷病毒（human immunodeficiency virus, HIV）感染高流行的地区。HIV合并感染通过损害CD4? T细胞介导的免疫、破坏肉芽肿结构和削弱巨噬细胞功能，显著增加从潜伏感染向活动性结核病进展的风险，从而促进疾病进展、播散和死亡。

利福平（rifampicin）是一线抗结核治疗方案的基石药物，其通过结合RNA聚合酶β亚基（由rpoB基因编码）抑制细菌转录，从而阻断新生RNA链的延伸。超过95%的利福平耐药临床分离株在rpoB基因81个碱基对区域——即利福平耐药决定区（rifampicin resistance-determining region, RRDR）内携带非同义突变。然而，这些耐药突变在生物学上并不等价。S450L突变因适应性代价低、传播效率高而被视为高适应性突变，而其他突变如密码子430、435、441和445位点的变异则与RNA聚合酶功能受损和细菌适应性降低相关，属于低适应性突变。

宿主免疫在耐药结核分枝杆菌菌株出现和持续存在的进化景观中日益被认识到是重要决定因素。HIV感染进行性耗竭CD4? T淋巴细胞、破坏肉芽肿完整性并损害巨噬细胞介导的免疫应答，从而降低宿主控制分枝杆菌复制的能力。在晚期免疫抑制条件下，通常消除适应性较差细菌群体的选择压力可能减弱，从而可能允许携带低适应性rpoB突变的利福平耐药菌株存活和增殖。此外，尽管许多低适应性rpoB突变通过降低RNA聚合酶效率造成实质性生物学代价，结核分枝杆菌可通过补偿性进化部分克服这些劣势——在rpoA、rpoB和rpoC基因中鉴定出的次级突变被认为可补偿rpoB突变的适应性代价。

低适应性rpoB突变还带来重要的诊断和治疗挑战。包括Xpert MTB/RIF和Xpert MTB/RIF Ultra在内的分子检测通过识别RRDR内突变来检测利福平耐药性，但若干替代性或临界rpoB突变与接近表型药物敏感性试验（pDST）临界断点的最低抑菌浓度（minimum inhibitory concentration, MIC）相关，导致分子与培养方法之间产生不一致的耐药结果。尽管利福平耐药的分子机制、HIV相关结核病、补偿性进化和诊断不一致性各自已被广泛研究，但这些领域大多被独立研究，当前进化模型主要考虑rpoB突变对细菌群体的适应性效应，而未充分纳入宿主免疫状态的影响。因此，开展本系统综述以批判性综合关于HIV相关免疫抑制、低适应性rpoB突变、补偿性进化与诊断不一致性之间关系的现有证据。

二、研究设计与主要技术方法

本系统综述按照系统综述和荟萃分析优先报告条目（PRISMA）指南进行。研究人员在PubMed、Web of Science和Google Scholar数据库中进行了全面文献检索，检索时间截至2026年6月，检索策略结合医学主题词表（MeSH）和自由文本关键词，涵盖三大核心概念：结核分枝杆菌感染、HIV感染与宿主免疫状态、rpoB突变与利福平耐药。采用布尔运算符（AND/OR）优化检索的敏感性和特异性，未设置语言限制以减少地理和发表偏倚，并手动筛查符合条件文章的参考文献列表以识别额外相关研究。纳入标准涵盖报告利福平耐药M. tuberculosis和rpoB突变的临床、流行病学、分子或实验证据，报告HIV感染状态或其他宿主免疫状态指标，提供rpoB突变分子表征或关于其生物学适应性、补偿性进化、传播或诊断意义证据的研究。数据提取采用预定义框架，涵盖研究特征、宿主免疫特征、病原体基因组特征、补偿性进化和临床结局等类别。鉴于纳入研究在设计、患者群体、突变谱和报告结局指标方面存在异质性，定量荟萃分析被认为不适当，因此采用定性叙述方法进行综合。根据已发表证据将rpoB突变按细菌适应性效应分类：S450L等低适应性代价突变为高适应性突变，密码子430、435、441和445位点的少见突变为低适应性突变。最终共21项研究符合纳入标准并纳入定性综合，研究人群涵盖撒哈拉以南非洲、南亚和东南亚、东亚、中东及拉丁美洲等地区，包括临床病例报告、实验室验证研究、多中心临床队列和国家监测数据集。

三、研究结果

3.1 研究特征

共21项研究符合预定纳入标准并纳入定性综合。纳入研究代表结核病和HIV合并感染负担各异的地区，涵盖临床和流行病学调查、分子机制研究、进化研究和诊断研究。研究人群和样本量差异较大，从单一临床病例报告和实验室验证研究到多中心临床队列和国家监测数据集不等。

3.2 高适应性与低适应性rpoB突变按宿主免疫状态的分布**

在直接检验HIV感染与适应性相关rpoB突变的研究中，HIV合并感染与携带更大适应性代价变异体的比例升高相关。Loiseau等人分析了来自9个高结核病负担国家的312株耐药M. tuberculosis基因组，发现低适应性rpoB变异体在HIV阳性患者中占72.3%，而在HIV阴性患者中占51.4%；在具有完整临床信息的患者中，HIV合并感染仍与低适应性变异体独立相关（校正后OR 4.58，95% CI 1.69–12.44；p = 0.003）。Seid等人同样报告HIV合并感染患者中低适应性非S450L rpoB变异体比例高于HIV阴性患者（80.0% vs. 14.3%；p = 0.041），尽管耐药分离株数量较少。Ssengooba等人则在乌干达未发现适应性代价突变在HIV阳性患者中显著更频繁的证据。Strauss等人记录了在高HIV流行环境中低适应性耐药菌株的传播，提供具有实质性适应性代价的菌株仍可传播的流行病学证据。其他TB/HIV研究如Mai等人在越南发现200例TB/HIV分离株中84例（42.0%）存在耐药，其中16/18（88.9%）利福平耐药分离株携带RRDR rpoB突变。来自伊朗、中国、菲律宾、墨西哥和印度西部的研究同样表征了HIV影响人群中的耐药模式和菌株多样性。Cuella-Martin等人在卢旺达证明了rpoB突变谱的地理变异。

3.3 与低适应性rpoB突变相关的补偿性进化**

基因组研究揭示RNA聚合酶基因突变可与利福平耐药同时出现并促进携带适应性代价变异体的存活。Kateete等人在乌干达MDR菌株中鉴定出rpoB次级突变和rpoC非同义突变，最常见的rpoC非同义突变为Gly594Glu和Val483Ala，但该研究未确定rpoA突变或这些非同义突变与低适应性rpoB突变的关联。Lempens等人对孟加拉国394株全基因组测序MDR-TB分离株的分析显示，临界rpoB突变在传播簇中的比例（35.6%）与常见rpoB突变（34.5%）相当，表明临界突变尽管存在潜在适应性代价仍可持续存在和传播。Brown等人重建了LAM4/KZN XDR-TB谱系的长期进化，提出菌株特异性次级rpoB突变可能抵消利福平耐药的适应性代价。

3.4 与临界rpoB突变相关的诊断不一致性**

分子检测利福平耐药与表型药敏试验之间的不一致性是所有诊断研究中的反复主题。Salaam-Dreyer等人在南非研究463例利福平单耐药TB患者，发现与低水平耐药相关的L430P突变在利福平单耐药分离株中占32/230（13.9%），而在MDR-TB分离株中仅占10/889（1.1%）；10株经表型检测的L430P分离株中7株在0.5 μg/ml临界浓度下表现为敏感。Shah等人观察到3330株分离株中16例分子与生长法利福平耐药结果不一致，涉及7种不同rpoB突变，其中5例患者治疗失败或复发。Rukasha等人发现189株MDR分离株中S450L占105株（56%）、H445Y占27株（14%），不同rpoB突变具有独特的利福平和利福布汀MIC特征。Yang等人报告一例HIV感染患者Xpert MTB/RIF利福平耐药结果不一致。Akalu等人注意到RRDR已知序列之外的利福平耐药相关突变。Van Deun等人和Van Deun与Decroo进一步强调临界rpoB突变可在分子与表型利福平药敏试验之间产生临床相关不一致性。Machowski和Kana则展示了使用定义遗传模拟物作为标准化对照来验证基于突变的分子诊断检测方法。

四、讨论总结与结论翻译

讨论总结：本综述通过整合21项研究的证据，强调了宿主免疫状态对利福平耐药结核分枝杆菌进化动态的影响。尽管当前进化模型强调高适应性rpoB S450L突变因适应性代价最小和传播效率高而占主导地位，但现有证据表明免疫受损个体中存在不同模式。HIV相关免疫抑制可能通过进行性CD4? T细胞耗竭、肉芽肿完整性破坏和巨噬细胞功能损害，减弱通常限制低适应性耐药变异体持续存在的选择压力，从而允许这些突变持续存在。低适应性rpoB突变（尤其是密码子430、435、441和445位点）在晚期HIV感染患者中富集，代表了对常规进化模型预测的适应性模式的偏离。细菌适应可超越初级利福平耐药突变的获得，延伸至RNA聚合酶复合物内的补偿性突变，这些次级突变可能通过改善RNA聚合酶功能和细菌适应性来补偿初级rpoB突变的适应性代价，但宿主免疫状态在塑造补偿性进化中的作用仍不清楚。临界rpoB突变（包括L430P、D435Y、H445L和L452P）常产生接近既定临界断点的MIC值，导致分子与表型药敏试验结果不一致，患者可能尽管携带利福平耐药菌株仍接受标准一线治疗，增加治疗失败和持续传播的风险。研究结果需结合地理、流行病学和菌株谱系多样性进行解读，区域变异应被考虑，强调持续分子流行病学监测的重要性。现有证据存在异质性、机制研究不足、宿主免疫定量指标与细菌适应性参数很少同时评估等局限性，因果关系尚未确立。

结论翻译：本系统综述突显了利福平耐药结核分枝杆菌中宿主免疫状态、细菌进化与诊断性能之间的复杂相互作用。现有证据表明，HIV相关免疫抑制可能促进低适应性rpoB突变的持续存在，而RNA聚合酶复合物内的补偿性突变可能部分恢复细菌适应性并促进耐药菌株的长期持续存在和传播。此外，若干替代性rpoB突变与临界表型耐药相关，增加了分子与表型药敏试验不一致的可能性。这些发现强调，利福平耐药的解读应超越单个耐药突变鉴定的范畴，考虑细菌适应性、补偿性进化、宿主免疫状态及其对诊断准确性和临床管理的影响。未来整合全基因组测序、结构生物学、微生物表型分析、免疫学谱分析和临床结局数据的前瞻性研究，对于增进对利福平耐药M. tuberculosis进化动态的理解，以及支持在结核病-HIV合并感染高负担地区制定更准确的诊断和监测策略至关重要。