结核分枝杆菌对异烟肼耐药的分子机制研究进展

结核分枝杆菌对异烟肼耐药的分子机制研究进展

汪玥

徐州医科大学医学技术学院 江苏徐州 221000

摘要：结核是目前威胁全球人类健康的传染病之一。在结核治疗过程中，异烟肼作为抗结核一线药物用药十分广泛，但由于各种原因，导致耐药菌株日益增多，对结核治疗提出严峻挑战。异烟肼的耐药机制十分复杂，本文将对连年来较为常见的几种使异烟肼耐药的基因做扼要论述。

关键词：结核分枝杆菌；耐药基因；异烟肼

结核病（tuberculosis，TB）的病原菌为结核分枝杆菌复合群（Mycobacterium tuberculosis complex, MTBC），其中以结核分枝杆菌（M. tuberculosis, MTB）最为常见。TB在全世界广泛流行，严重威胁着全球人类的健康，全世界曾经有三分之一的人（约20亿）曾受到MTB的感染。根据世卫组织全球结核病报告（2015）^[1]估计，全球约有20%复治结核病患者和3.3%的新发结核病为耐多药结核病（Multidrug-resistant tuberculo-sis, MDR-TB），定义为结核分枝杆菌至少对异烟肼(Isoniazid, INH)和利福平(Rifampicin, RIF)耐药，目前全球MDR-TB的治愈率仅50%，MDR-TB 患者约有30万人，2014年约19万人死于MDR-TB。因此，防控耐药结核病，尤其是 MDR-TB 的很是需要。

INH是应用最广泛的一线抗TB药物之一，也是直接督导下短程化疗（DOTS）战略中药物的重要组成部分。随着INH耐药的增加，单耐INH以及与其他药物组成的耐药形式增加了TB的治疗难度。对此，海内外就INH耐药的分子机制方面均做了大量研究。现将MTB对INH耐药分子机制的研究现状作简要阐述。

1.INH耐药总体情况

INH是一种前体药物，结构为一个吡啶环连接一个酰肼基，性质稳定。INH可通过被动扩散的形式进入MTB增长期，对其高度敏感。有关研究指出，INH造成MTB耐药的分子机制主要涉及过氧化氢酶－过氧化物酶基因（katG）、烯酰脂酰载体蛋白还原酶基因（inhA）、β－酮酰基酰基运载蛋白合成酶基因（kasA）、烷基氢过氧化物还原酶基因（oxyR）等多基因的多位点突变，其中最主要的是katG和inhA基因，分别占总耐药基因的83.9%和16.5%^[2]。

2.katG基因

相关研究显示^[3]， katG基因缺失的耐INH突变株可恢复对INH的敏感性，因此认为katG基因缺失是MTB 耐药的一种重要机制。katG基因编码过氧化氢－过氧化物酶，INH进入细胞后，能被过氧化氢－过氧化物酶氧化成异烟酸，参与烟酰胺腺嘌呤二核苷酸辅酶I(NAD)的合成，从而对细胞壁中杆菌酸的生物合成起到抑制作用，损害MTB抗氧化和抗侵袭的功能屏障，产生耐药。

有报道指出^[4]，INH耐药50% ～95%发生于katG的突变位点，katG基因突变包括完全缺失、点突变碱基的插入和缺失，造成katG基因功能缺失，产生耐药。最常见的是315位密码子发生突变，主要为从丝氨酸(Ser) 到苏氨酸(Thr) (AGC → ACC)^[5]，此外，也可换成异亮氨酸 (ATC)、苏氨酸(ACA)、天冬氨酸（AAC）、甘氨酸 (GGC)和精氨酸(AGA、AGG、CGC)^[6,7]。

3. inhA 基因

InhA基因编码烯酰基还原酶(InhA)，能催化短链脂肪酸前体形成分枝菌酸，与分枝菌酸生物合成有关，是INH的作用靶点。其生化合成可被INH阻断，破坏细胞壁使细菌死亡，因此，inhA 基因与耐药性密切相关。

INH耐药10%～35%发生于inhA 基因突变^[8]。InhA对 INH-NADH 复合物的活化被InhA基因突变阻止，使INH失去效力，产生耐药。点突变、碱基缺失多在启动子区出现，少数在编码区出现，有研究指出^[9]，低耐药菌(MIC = 0.2 μg/ml)常会引起 inhA编码的基因突变。研究发现^[10]，密码子突变常发生在90位异亮氨酸(Lle) →脯氨酸(Pro)、94位苏氨酸(Ser) →丙氨酸(Ala)、280位苏氨酸(Ser) →丙氨酸(Ala)，致INH低水平耐药，使编码的InhA 蛋白与 NADH亲和力下降，抑制分枝菌酸的生物合成。

研究表明^[11]，inhA基因与katG 基因发生联合突变时，可使细菌的耐药水平显著提升，对耐药有协同作用。此外，不仅inhA基因突变可使INH耐药，还可使跟INH结构类似的乙硫异烟肼耐药^[12]，这可能与inhA基因突变后产生蛋白对INH及结构相似的药物具有共同的空间位阻效应有关。

4. kasA 基因

KasA基因编码β-酮酰基运转蛋白合成酶，该酶属于Ⅱ型脂肪酸合酶系统，参与MTB生物合成。INH耐药约10%发生于

kasA 基因突变，目前发现的突变位点有：66、121、269、312、387等，其中最常见的突变位点是 G312S，但在一定比例的敏感菌株中也存在312位点的改变，提示可能存在多态性位点。

5. axyR-ahpC 基因

由AxyR基因表达的调节蛋白既是感受氧压的感受器，又是基因转录的活化剂，细菌的oxyR调节子参与氧化－应激调节路径，能被环境中的刺激物激活。oxyR基因无生物活性，是假基团，无关MTB对INH的敏感性，但可控制表达解毒酶基因katG和ahpC，对细菌的耐药性产生影响。突变的ahpC基因可看做是katG基因突变的标志，故可作为判断INH耐药的有效指标。有研究指出，突变常位于启动子区域(ahpC－oxyR间隔区)，已证实的能使ahpC表达增强的相对于转录起始密码子的启动子突变位点有—6、—9、—11、—12、—42 位等。

6.小结与展望

INH是目前治疗TB最广泛最高效的药物之一，主要涉及到kat G、inh A、kas A、oxyR、等多种基因，尽管耐药机制的研究已经有了很大的进展，但还是存在着未知：比如有20%左右的耐药菌株不存在基因突变机制，因此可能存在其他的耐药机制，需更进一步研究。研究耐药基因的分子机制是为了在以后寻找新的抗结核药物、合理用药、个体化用药等提供依据，为结核患者带来福音。由此看来，研究之路任重道远。

参考文献：

[1] World Health Organization. Global tuberculosis report 2015. Geneva: World Health Organization, 2015.

[2] Rahim Z，Nakajima C，Raqib R，et al. Molecular mechanism of rifampicin and isoniazid resistance in Mycobacterium tuberculisis from Bangladesh［J］. Tuberculoss (Edinb)，2012，92(6):529-534.

[3] 杨亚滨，博晓真，高飞. 抗结核药物耐药分子机制的研究进展［J］. 内蒙古医学杂志，2015，32(2):195-198.

[4] 彭章丽，刘梅，石亚萍，等 . 结核分枝杆菌 katG、inhA、ahpC 等突变与 INH 耐药关系的研究［J］. 中华临床医师杂志:电子版，2013，22:9865-9868.