东亚地区新生隐球菌菌种复合体种群的遗传多样性特征及其意义.pdf
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1、综述东亚地区新生隐球菌菌种复合体种群的遗传多样性特征及其意义刘益婷1 张健烽1 王美懿1 张宇2 陈敏3(1.天津中医药大学研究生院,天津 3 0 1 6 0 0;2.天津市中医药研究院附属医院皮肤科,天津 3 0 0 1 3 1;3.上海长征医院皮肤科,上海市医学真菌分子生物学重点实验室,上海 2 0 0 0 0 3)【摘要】近年来,新生隐球菌菌种复合体已被世界卫生组织列为病原真菌名录首位,其引发的侵袭性隐球菌病在全球的发病率呈现上升趋势,且菌株基因型与毒力等表型相关。该文系统回顾了来自东亚地区的新生隐球菌菌种复合体种群的群体遗传多样性研究的相关研究,对分离自东亚地区的新生隐球菌菌种复合体临
2、床与环境分离菌株种群的基因型、交配型、群体扩张特征、耐药趋势等多个方面进行综述,为揭示新生隐球菌菌种复合体在我国等东亚国家的种群进化、扩张模式、耐药趋势等群体遗传学特征的研究提供一定的科学基础。【关键词】新生隐球菌菌种复合体;基因型;交配型;耐药;遗传多样性【中图分类号】R 3 7 9.5 【文献标志码】A 【文章编号】1 6 7 3-3 8 2 7(2 0 2 3)1 8-0 4 4 8-0 6 新生隐球菌菌种复合体(C r y p t o c o c c u s n e o f o r-m a n s s p e c i e s c o m p l e x,C N S C)是一种重要的致病
3、性担子 酵 母,是 隐 球 菌 感 染 中 最 常 见 的 致 病 菌种1-2,全世界每年新发隐球菌病有超过8 0%由其感染所致。既往研究发现,分离自中国等东亚地区的新生隐球菌菌种复合体种群以S T 5/VN I型菌株为主,且遗传多样性极低,累及的患者有相当比例免疫功能正常,这种流行病学及群体遗传学特征在全球都是独特的。新生隐球菌菌种复合体主要存在于土壤、桉树等树木以及鸟类粪便中,尤其是鸽粪,与鸟类迁徙有着密切的联系3。其主要感染途径为包含孢子或小荚膜菌体的气溶胶被人体吸入,再穿越肺血屏障进入人体循环系统,尤其以肺-淋巴复合体的形式潜伏在人体,在人体免疫功能低下的时候增殖引起播散感染,当穿过宿
4、主血脑屏障引起播散传染,可发展成隐球菌性脑膜脑炎、脑脊髓膜炎等4。近年来,各种新型分子标记技术的研发应用推动了新生隐球菌菌种复合体的进化和群体遗传学基金项目:国家自然科学基金面上项目(8 2 1 7 2 2 9 1)作者简 介:刘 益 婷,女(汉 族),硕 士 研 究 生 在 读.E-m a i l:l i u y i t-i n g 6 0 6 01 6 3.c o m通信 作 者:陈 敏,E-m a i l:c h e n m i n 9 6 1 1 2 3 31 6 3.c o m;张 宇,E-m a i l:n i u n i u z y 7 3 7 5a l i y u n研究5。二
5、十世纪八十年代开始,利用免疫学方法根据新生隐球菌菌种复合体的多糖荚膜组成的不同,将新生隐球菌菌种复合体分为A血清型、D型血清菌株及其杂合子 A D 血清型菌株;其中A血清型菌株在全球优势分布(8 0%),而D血清型菌株则在欧洲地区分布率较高1,6;在我国等东亚地区,A血清型菌株也是最主要的致病菌株3,7-1 2。自1 9 9 0年代起,基因组 D NA 限制性片段长度多态性分析(r e s t r i c t i o n f r a g m e n t l e n g t h p o l y m o r-p h i s m,R F L P)、P C R指纹图谱(P C R f i n g e
6、r p r i n t-i n g)、扩增性片段长度多态性分析(a m p l i f i e d f r a g-m e n t l e n g t h p o l y m o r p h i s m,A F L P)、多位点序列分析(m u l t i-l o c u s s e q u e n c e t y p e,ML S T)、全基因组 序 列 分 型(w h o l e g e n o m e s e q u e n c e t y p i n g,WG S T)等先后应用于新生隐球菌菌种复合体的分子流行病学及群体遗传学研究,极大地提高了人类在该研究领域的认识水平1 3-1 5。
7、目前,以噬菌体核心序列M 1 3为单引物的 P C R 指纹图谱技术,可以将全球的 A 血清型菌株划分为 VN I 型、VN I I 型和 VN B 型三个分型1 6;国际人与动物真菌学学会(I n t e r n a t i o n a l S o c i e t y f o r H u m a n a n d A n i m a l M y c o l o g y,I S HAM)推荐的ML S T技术,可以将VN I 型菌株划分为 S T 4、S T 5、S T 6、S T 3 1、S T 9 3 等数百种序列(s e q u e n c e t y p e,S T)型菌株1 7,这84
8、4 中国真菌学杂志 2 0 2 3年1 0月 第1 8卷 第5期 C h i n J M y c o l,O c t o b e r 2 0 2 3,V o l 1 8,N o.5 也是目前在新生隐球菌菌种复合体分子分型研究中应用最为广泛的技术路线,但基于全基因组序列的WG S T分型技术是该研究领域的发展方向。详见图1。S T 5/VN I型菌株广泛分布于全世界,但其在东亚地区占比极高(9 5%)1 2,1 8-2 3,且不同于全球大多数其他国家,东亚地区的新生隐球菌菌种复合体感染病例中的H I V阴性和免疫功能正常的宿主占比较高1 9,2 4-2 7,这种特征在全世界都是独特的。因此,系统
9、回顾我国等东亚国家和地区的新生隐球菌菌种复合体的临床与环境分离菌株种群的遗传多样性特征、播散路径、耐药趋势等研究结果,对分离自东亚地区新生隐球菌菌种复合体种群的基因型及交配型分布、群体扩张特征等多个群体遗传学角度进行综述,为提高揭示新生隐球菌菌种复合体感染的精准防治水平在我国等东亚国家进化和种群扩张的模式等群体遗传学特征的研究提供理论科学基础。1 东亚地区新生隐球菌菌种复合体种群的群体遗传多样性特征 新生隐球菌菌种复合体在全球范围内广泛分布,基于全基因组序列的系统发育学分析提示其起源于非洲2 8-2 9,且不同遗传谱系的菌株在地理分布、毒力及对抗真菌药物的敏感性等方面存在显著差异3 0-3 2
10、。根据目前已经报道的数据3 3,A血清型的S T 5/VN I 型菌株(9 5%)在东亚地区的分布最占优势,与其他地区有显著不同1,1 8,2 1。例如2 0 1 3年,有学者对泰国2 2 2株临床分离株进行分析,其 中 主 要 以S T 4(4 1.9%;9 3/2 2 2)、S T 5(1 3.5%;3 0/2 2 2)、S T 6(3 7.8%;8 4/2 2 2)为主1 9。2 0 2 0年,有学者在印度收集2 9 6株临床分离株,以及2 2 7株环境分离株;对其中1 0 5株(9 1株临床和1 4株环境分离株)进行分析,所有分离菌株分子分型均属于VN I型;临床株群体中7 8%(7
11、1/9 1)属于S T 9 3型,环境株中2 9%(4/1 4)属于S T 9 3型3 4。分离自中国、日本、韩国等东亚地区的新生隐球菌菌种复合体种群具有相似的遗传多样性特征,与分离自其他亚洲国家如泰国(S T 4、S T 6/VN I)、印度(S T 9 3/VN I)的新生隐球菌菌种复合体种群基因型结果有显著不同2 0,2 3。目前,东亚地区除蒙古国和朝鲜未有新生隐球菌菌种复合体报道外,均有新生隐球菌菌种复合体相关报道,其中以来自中国的报道最多。从2 0 1 3年至2 0 2 2年,先后有学者对北京、四川、江西、华东地区等多地进行报道3 5-4 5。对其统计得出,总共1 3 2 7株临床株
12、,9 0.2%(1 1 9 7/1 3 2 7)株临床株属于S T 5型新生隐球菌菌种复合体,占绝对优势。日本、韩国也有相应报道,经统计,其临床株优势分型菌株也是S T 5型,分别占比9 1.8%(6 7/7 3)1 9-2 0、9 5.6%(1 7 5/1 8 3)1 2,2 2。例如,2 0 1 3年有学者对亚洲4 7 6份新生隐球菌菌种复合体临床分离株进行研究(2 2 8株来自H I V阳性患者),其中属于东亚地区的分别来自中图1 新型分子标记技术推动隐球菌菌种复合体的分类学及群体遗传学的研究F i g.1 N o v e l m o l e c u l a r m a r k e r
13、t e c h n i q u e s h a v e a d v a n c e d t h e t a x o n o m y a n d p o p u l a t i o n g e n e t i c s o f C r y p t o c o c c u s s p e c i e s c o m p l e x944 中国真菌学杂志 2 0 2 3年1 0月 第1 8卷 第5期 C h i n J M y c o l,O c t o b e r 2 0 2 3,V o l 1 8,N o.5 国的 上 海 和 香 港 地 区 以 及 日 本 共1 3 8株,其 中8 8.4%(1
14、 2 2/1 3 8)属于新生隐球菌菌种复合体S T 5型1 9;2 0 1 3年,对日本长崎的3 5株从H I V阴性患者中分离的新生隐球菌菌种复合体进行了分析,9 1.4%(3 2/3 5)为VN I型,3株为VN型;其中8 8.6%(3 1/3 5)属于S T 5型2 0;2 0 1 4年,对分离自韩国首尔地区的4 6株新生隐球菌菌种复合体临床分离株进行分析,均为VN I型,9 5.7%(4 4/4 6)属于S T 5型1 2;2 0 1 5年,对韩国1 3 7株新生隐球菌菌种复合体的临床分离株和1 0株环境分离株进行分析,临床分离株中9 9.3%(1 3 6/1 3 7)为VN I型,
15、1株为VN型;VN I型菌株中9 6%(1 3 1/1 3 7)属于S T 5;环境分离株中均为VN I型,其中S T 5(n=7),S T 3 1(n=3)2 2;2 0 1 5年,对北京两所医院的新生隐 球 菌 菌 种 复 合 体 临 床 分 离 株 进 行 分 析,2 7.2%(2 2/8 1)来自H I V阳性患者,其中9 7.5%(7 9/8 1)为新生隐球菌菌种复合体 VN I 型,1株VN B型;其中9 3.8%(7 6/8 1)株属于S T 5型,其中S T 2 9 6、S T 2 9 5菌 株 是 首 次 在 中 国 报 道3 5;2 0 1 5年,对四川地区的新生隐球菌菌种
16、复合体临床分离株进行分析,9 1株新生隐球菌菌种复合体均为VN I 型,对其中1 8株进行ML S T分析,8 8.9%(1 6/1 8)株属于S T 53 6;2 0 1 6年,对在中国哈尔滨、辽宁、四川等7个地区共收集了3 0 3株新生隐球菌菌种复合体临床 分离株,9 6.4%(2 9 2/3 0 3)属于S T 5型,6.3%(1 9/3 0 3)属于S T 3 1型3 7;2 0 1 7年,来自北京地区的新生隐球菌菌种复合体临床和环境分离株研究发现,2 5株临床分离株中9 6%(2 4/2 5)为VN I型,1株 为VN;8 8%(2 2/2 5)属于S T 5型3 8;2 0 1 8
17、年,对江西的8 6株新生隐球菌菌种复合体临床分离株进行研究,4 0.7%(3 5/8 6)来自于H I V阳 性 患 者,其 中8 4.9%(7 3/8 6)属 于S T 5型,以 及7种 其 他S T型,其 中S T 3 1 9和S T 2 2 6之前未曾发现3 9;2 0 2 0年,对华东地区的9 7株新生隐球菌菌种复合体临床分离株进行研究,2 8.9%(2 8/9 7)来自于H I V阳性患者。其中9 9%(9 6/9 7)为VN I型,1株 为VN型;其 中9 2.8%(9 0/9 7)属于S T 5型4 0;2 0 2 1年,对北京一医院从H I V阳性患者中分离出的7 4株新生隐球
18、菌菌种复合体进行分析,有6 5株进行分型,分为 1 2种S T型,其中7 8.5%(5 1/6 5)属于S T 5型4 1;2 0 2 1年,对江西1 9 9株新生隐球菌菌种复合体临床分离株进行分析,3 7.2%(7 4/1 9 9)来自H I V阳性患者,其中8 9.4%(1 7 8/1 9 9)属于S T 5型4 2;2 0 2 1年,对四川 1 3 0株新生隐球菌菌种复合体临床分离株进行了研究,分别为8 7.7%(1 1 4/1 3 0)属于S T 5,1 0%(1 3/1 3 0)属于S T 3 14 3;2 0 2 2年,对华东1 3 3新生隐球菌菌种复合体临床分离株进行了研究,4
19、5.9%(6 1/1 3 3)来自H I V阳性患者,除了4株未明确分型外,9 6.2%(1 2 8/1 3 3)为VN I型,1株为VN型;其中9 0.2%(1 2 0/1 3 3)株为S T 5型4 4;2 0 2 2年,对中国台湾南部的1 0 9株新生隐球菌菌种复合体临床分离株,并对其中9 0株进行了ML S T分析,9 8.9%(8 9/9 0)为VN I型,1株为VN型,其中8 2.3%(7 9/9 0)属于S T 5型4 5。综上,东亚各地区(蒙古与朝鲜未见相关报道)的优势S T型如下:在中国,临床株优势S T型为S T 5型,占9 0.2%;但环境株优势S T型为S T 3 1型
20、,占4 7.2%,S T 5型仅占1 2%。韩国临床株和环境株优势S T型 均 为S T 5型,分 别 占9 5.6%和7 0%。日 本 临 床 株 优 势S T型 为S T 5型,占9 1.8%,环境未见报道。目前学术界普遍认为隐球菌感染的主要途径是吸入源于环境的含孢子或菌体的气溶胶1-2。然而,2 0 1 7 年一项来自中国北京及其周边地区的新生隐球菌菌种复合体环境分离株的研究却发现 S T 5 型菌株在该地区的新生隐球菌菌种复合体环境株种群中占比极低(约 6.2%;5/8 6),处于优势分布地位的是 S T 3 1 型菌株(占比约 6 6.7%;5 4/8 1)3 8。针对这一反常现象,
21、2 0 2 1年,笔者等在长三角地区 1 1 个城市开展新生隐球菌菌种复合体环境分离菌株的遗传多样性研究,发现处于优势分布地位的仍然是 S T 3 1 型菌株(约 2 1.3%;1 3/6 1),S T 5 型菌株占比约 1 9.7%(1 2/6 1),亦远低于其在临床株种群中的优势分布比例4 6。临床与环境菌株种群的 S T 型分布存在显著的差异,临床株种群以S T 5 型为主,环境株种群以 S T 3 1 型为主,这提示S T 5 型菌株可能较 S T 3 1 型等其他S T型菌株具有更高的毒力。2 交配型新生隐球菌菌种复合体(C r y p t o c o c c u s n e o f
22、 o r-m a n s s p e c i e s c o m p l e x,C N S C)属于典型的异宗交配的担子菌酵母,其在自然环境中主要是单倍体交配型和交配型a细胞之间的交配。交配型的确定可以通过特异性引物对S T E 2 0位点的等位基因054 中国真菌学杂志 2 0 2 3年1 0月 第1 8卷 第5期 C h i n J M y c o l,O c t o b e r 2 0 2 3,V o l 1 8,N o.5 进行P C R1 2;也可以通过新生隐球菌菌种复合体(血清型A)分别与KN 9 9(a)和 KN 9 9()在酵母膏胨葡 萄 糖 琼 脂 培 养 基(y e a
23、s t p e p t o n e d e x t r o s e,Y P D)上共培养,或新生隐球菌菌种复合体(血清型D)分别与J E C 2 0(a)和J E C 2 1()在Y P D上共培养4 7。交配型基因位点(m a t i n g t y p e,MAT)是目前已鉴定基因位点中最大的一个,超过1 0 0 k b4 8。研究发现,我国等东亚国家的新生隐球菌菌种复合体种群菌株绝大多数都是A血清型的配型菌株(占比大于 9 9%),其毒力也强于 a 配型菌株,且更易扩散到中枢神经系统1,3,4 7-4 8。既往研究表明,临床和环境分离出的新生隐球菌菌种复合体菌株绝大多数都是血清型A(MA
24、T)(超过9 0%)和血清型D(MAT),仅仅极少数的菌株属于A D血清型杂 合 子 菌 株,其 中 血 清 型A a D 占 比 相 对较多2 9,4 7,4 9-5 1。3 抗真菌药物的敏感性近年来,因为临床抗真菌药物的不规范使用以及自然环境中的唑类抗真菌农药的广泛使用,新生隐球菌菌种复合体在全球的耐药率也在不断上升。2 0 1 6年,有学者对国内多省的野生型菌株和非野生型菌株分别进行了药物敏感性测试,发现野生型菌株对常用抗真菌药物敏感,而非野生型菌株有2 3株对氟康唑(f l u c o n a z o l e,F L U)的M I C8 m g/L3 7。2 0 1 9年,有学者对上海
25、、四川、浙江以及广东的多株儿童感染患者的新生隐球菌菌种复合体进行药物敏感性研究,也有多株新生隐球菌菌种复合体分别对5-氟胞嘧啶(5-f l u o r o c y t o s i n e,5-F C)、氟康唑和伊曲康唑(i t r a c o n a z o l e,I T R)药物敏感性降低的的报道5 2。近年来,国内有多位学者对新生隐球菌菌种复合体进行药物的敏感性测试,其M I C整体呈上升趋势,其中尤以对氟康唑为明显,详见图2。4 结 论总结近1 0年来全球各地的多项针对隐球菌临床分离菌株的相关研究结果,我们发现以中国为代表的东亚地区国家隐球菌感染有独特的分子流行病学特征,如遗传多样性程
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