发展中国家每年约有3%的死亡归因于结核。多药耐药性（multidrug-resistant，MDR）结核（定义为同时对异烟肼及利福平耐药）的出现，及其向广泛耐药性（extensively drug-resistant，XDR）结核的发展，已经不再只是因病致病这么简单了。MDR及XDR结核已被认为是一种人为现象，可归因于治疗期间因错误的剂量及治疗方式而导致的获得性耐药。Sarah Fortune及其同事在《Nature Genetics》杂志发表文章，评估了与MDR及XDR结核相关的结核分枝杆菌耐药突变菌株的比例，并认为某些患者甚至在治疗开始前就已出现MDR。这一出乎意料的发现改变了我们对于获得性耐药的理解。

耐药率

    40多年前，Hugo David在实验室内针对非饱和结核分枝杆菌菌株H37Rv，应用Luria-Delbrück波动试验（fluctuation tests）计算了与耐药性密切相关的细菌突变率。得出的结论是获得性耐药的平均突变率较低：平均每一代的每个细菌对于三种一线抗结核治疗药物异烟肼、利福平、乙胺丁醇的突变比例分别为2.6×10−8，2.3×10−10 及1×10−7。由此，对于获得性耐药的低耐药率意味着结核患者治疗前同时存在对异烟肼和利福平耐药的概率极低。

    目前，全世界范围内已经确定的结核分枝杆菌菌种一共有6个谱系。这些菌种可能是由于对不同地理位置人类的同域适应性而出现的，这个过程与宿主-病原菌的互动作用有关。应用多序列多态性谱系分析发现，结核分枝杆菌H37Rv菌株为4系。而那些MDR结核发生率较高的地区，2系结核分枝杆菌H37Rv占主导地位（包括北京地区）。

    Ford等人应用分离出的2系及4系结核分枝杆菌进行了Luria-Delbrück波动试验，发现2系菌株获得性抗利福平的耐药性是4系菌株的11倍；而对于异烟肼及乙胺丁醇，2系及4系菌种获得性耐药模式相似。本文作者通过对结核分枝杆菌的测序，发现获得性耐药的差异在于谱系特异性基础突变率。作者分离了加拿大不列颠哥伦比亚省爆发结核的4系结核分支杆菌菌株，并对其做了全基因组测序。在评估了患者结核分枝杆菌的突变率后，发现与体外试验所得的突变率类似。模拟试验表明，结核患者在治疗前2系结核分枝杆菌多药耐药性的概率很可能是4系菌株的23倍左右。在这些模拟试验基础上，作者预测临床上感染2系结核分枝杆菌的患者出现多药耐药性的比例大约是0.1%～1%。这一预测意味着结核分枝杆菌谱系的可变性对临床上遇到的多药耐药性结核的影响重大，甚至会影响治疗开始前的结核患者。

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通往MDR结核的新模式

    尽管Ford等人的研究重点是结核患者治疗前多药耐药性的发生概率，但2系菌株的高突变率同样意味着在开始治疗后，患者获得性耐药的比例也很高。宿主自身生理学及药代动力学的差异同样对获得性耐药影响重大。应用相同治疗方案及治疗剂量的患者，血药浓度-时间曲线（drug concentration-time profiles）各不相同，哪怕对于同一患者，每天的血药浓度-时间曲线也存在差异。比如，遗传因素对于利福平及异烟肼的清除率影响很大，而乙胺丁醇及吡嗪酰胺的代谢则主要受患者体重的影响。当某些药物迅速清除时，许多严格遵照标准剂量单药治疗的患者疗效显著，这直接导致患者出现获得性MDR耐药的概率不到1%。Ford等人观察发现，抗生素的血液浓度能够影响耐药相关基因的获得性突变数，从而成为获得性耐药的促进因子。

    在最近的一个抗结核分枝杆菌治疗模型中，试验人员持续数小时至数天将抗生素诱导入胞内，结果发现，药代动力学的变异——基于亚治疗剂量的抗生素浓度，以及其他一些因素，激活了兼性外排泵（efflux pumps）。这类转运蛋白通过将进入胞内的抗菌药物泵出胞外从而起到保护细菌的作用，随着细菌持续多次自我复制的进行，形成了低水平的耐药。一种抗生素能诱导多种此类转运蛋白，每个外排泵能与多种配体结合，多个泵对于抗生素的感应会导致低水平的多重抗生素耐药。最终，细菌在外排泵的保护下，经过多轮复制后发生与高水平多药耐药密切相关的基因突变。

    Ford等人的发现揭示了对于感染2系结核分支杆菌的患者耐药形成模型的两种变化。首先，除了感染了细菌突变率很高的2系结核分枝杆菌的患者，99%感染了对治疗药物敏感的结核分枝杆菌的患者，耐药模式都极其相似。其次，对于一小部分在治疗前就存在2系MDR结核杆菌感染的患者，只对吡嗪酰胺及乙胺丁醇有效。然而，考虑到细菌针对乙胺丁醇的高突变率及其能诱导并激活多重耐药的外排泵，可能1周内就会发生针对乙胺丁醇的获得性耐药。吡嗪酰胺在治疗1周后才会显示出抗菌活性，其突变发生率大约为3%，如果吡嗪酰胺作为单药治疗，那么在2～3周内几乎必定会发生针对吡嗪酰胺的获得性耐药。在这种模式下，宿主生物变异性的驱动过程及2系结核杆菌过高的感染变异率，也许就能解释为什么MDR结核会在南非、亚洲及西欧爆发了。要解决该问题，我们必须为相关治疗方案设计一个能有效杀灭治疗前就存在MDR的结核杆菌，并在早期阻断获得性耐药发生的初始药物剂量。

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(作者：胡俊、费正弦)

参考文献：《Nature Genetics》2013;45:720-721