2024年首篇！复旦大学张文宏团队合作取得新进展

结核病是一个重大的全球公共卫生威胁。尽管长期使用对氨基水杨酸(PAS)作为二线抗结核药物，但其耐药机制尚不清楚。

2024年1月5日，复旦大学张文宏及陈嘉臻等团队合作在 mBio 在线发表题为“Mutations in the promoter region of methionine transporter gene metM (Rv3253c) confer para-aminosalicylic acid (PAS) resistance in Mycobacterium tuberculosis”的研究论文，该研究发现甲硫氨酸转运基因metM (Rv3253c)启动子区域突变导致结核分枝杆菌对氨基水杨酸(PAS)产生耐药性。该研究在7H11固体培养基中分离出90株耐PAS的结核分枝杆菌(MTB) H37Ra突变体，对MTB进行全基因组测序、基因过表达、转录水平比较和氨基酸水平测定，并利用β-半乳糖苷酶检测结核分枝杆菌启动子活性，以阐明PAS耐药的机制。作者发现90个PAS耐药突变体中有47个(52.2%)在metM (Rv3253c)和Rv3254的基因间区有9个不同的突变。β -半乳糖苷酶测定证实突变只增加了metM的启动子活性，而Rv3254没有。

有趣的是，在MTB中，通过MetM的启动子或外源表达MetM或其结核分枝杆菌同源物(MSMEI_1796)以蛋氨酸依赖的方式过表达诱导PAS抗性。因此，当使用缺乏蛋氨酸的标准7H10或7H9培养基时，metM启动子突变体的药敏结果可能会产生误导。在代谢水平上，PAS处理导致突变体细胞内蛋氨酸水平高于野生型，从而拮抗PAS并赋予抗性。此外，在临床结核分枝杆菌菌株中鉴定出12种不同的metM启动子突变。总之，该研究发现了MTB中PAS耐药的新机制。metM (Rv3253c)启动子的突变上调metM转录并提高细胞内蛋氨酸，从而拮抗PAS。该结果揭示了MTB中PAS耐药性的机制，并突出了当前PAS敏感性培养基的问题。

结核病(TB)仍然是对全球公共卫生的巨大威胁，在2019年冠状病毒病(COVID-19)大流行发生之前，它是单一传染性病原体导致死亡的主要原因，其致死率甚至超过了艾滋病毒/艾滋病。仅在2020年，估计就报告了990万例新发结核病病例。相当于每10万人中127例。耐多药结核病(MDR-TB)或利福平耐药结核病的患病率在新诊断患者中约为3%-4%，在有治疗史的患者中约为18%-21%。1946年最初用于结核病治疗的对氨基水杨酸(PAS)已成为二线抗结核药物。鉴于耐多药结核病的增加，在强化治疗阶段，PAS经常作为C组药物纳入耐多药结核病方案。虽然PAS与链霉素联合应用以减少耐药结核病的出现可以追溯到1952年，但耐药的确切机制仍然难以捉摸。作为一种通过叶酸合成途径激活的前药，PAS可以生物转化为叶酸中间类似物羟基-H2Pte和羟基-H2Pteglu，从而破坏结核分枝杆菌(MTB)的叶酸代谢。

已知的PAS抗性相关基因，包括thyA、dfrA、folC和ribD，编码MTB中负责叶酸生物合成的酶。在来自中国的临床分离株中，在PAS耐药的临床分离株中最常遇到和发现folC突变。对MTB H37Rv、H37Ra和牛分枝杆菌Calmette- Gusamrin (BCG)的自发PAS抗性突变株的研究已经确定了folC突变是PAS抗性的来源。相比之下，thyA、dfrA和ribD的突变最初是通过牛分枝杆菌BCG的转座突变文库发现的。首先在PAS耐药的牛分枝杆菌卡介苗转座突变体中发现，随后在临床分离株中发现，其PAS耐药性高达100倍。dfrA或ribD的过表达也导致MTB中PAS的耐药。在高表达水平下，RibD可以作为PAS靶标的替代二氢叶酸还原酶(DHFR)发挥作用，补偿MTB中编码DHFR的dfrA的遗传缺失。在MTB分离物中，ribD上游11bp处的一个自发突变增加了ribD的表达，导致PAS抗性。

metM过表达菌株的PAS敏感性试验（图源自mBio ）

上述基因突变的临床PAS耐药菌株的发生率为61.1% ~ 91.8%。虽然这些结果并不完全一致，但它们共同表明，已知的耐药突变不能解释所有PAS耐药病例。先前的研究试图通过在含有PAS的培养基中体外筛选MTB突变体来阐明其他未知的耐药机制。对folC突变株和非folC PAS抗性菌株的多组学比较显示，非folC突变株对外源蛋氨酸的吸收增加，减轻了抑制剂的影响，增强了DfrA和ThyA的表达。

该研究确定了MTB中新的PAS耐药机制，涉及metM启动子区域的突变，该突变导致metM转录增加，细胞内蛋氨酸运输和积累增加，最终导致PAS耐药。该发现为MTB中PAS耐药的机制提供了新的见解，有助于改进PAS耐药菌株的检测和改进治疗策略。

原文链接：

https://journals.asm.org/doi/10.1128/mbio.02073-23

转自：“TOP大学来了”微信公众号

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