结核分枝杆菌耐药流行病学特征 与常用监测研究方法

作者:李桂莲 万康林
2021-12-16

【摘要】耐药结核分枝杆菌的出现和流行给结核病控制带来了新的挑战,从流行病学的角度研究和分析其流行特征和传播规律对及时阻断耐药结核病的传播以及发现新的防控措施具有重要意义。耐药监测和耐药专题调查主要利于发现耐药结核病的流行特征、变化趋势、危险因素和评价耐药负担情况;分子流行病学利于明确耐药结核分枝杆菌的传播范围和方向以及识别耐药结核病的爆发;地理流行病学与分子流行病学方法相结合,对监测耐药结核病的传播尤其是爆发具有重要意义。我国耐药结核病形势严峻,耐多药/利福平耐药结核病负担居全球第二位,加强耐药结核分枝杆菌流行病学的研究并提高其时效性,将对控制我国耐药结核病的传播具有重要意义。


【关键词】结核分枝杆菌;结核病;耐药监测;分子流行病学;地理流行病学

结核病是由结核分枝杆菌感染引起的慢性传染病,也是致全球死亡人数最多的单一传染病。然而耐药结核病的出现,特别是耐多药结核病(multi-drug resistant tuberculosis,MDR-TB)的出现给结核病控制带来了严重的威胁。据估计,目前全球约有5000万以上人口感染耐药结核分枝杆菌,WHO估计当今约有2/3患者处于发生耐药病例的危险之中。耐药结核分枝杆菌的扩散,一方面可能使目前的结核病化疗方案失去应有作用,加大耐药结核病的流行;另一方面,耐药结核分枝杆菌的流行给结核分枝杆菌快速药物敏感性诊断技术和抗结核疫苗的研发等增加了新的难度,进一步加剧了耐药结核病的流行。本文将对结核分枝杆菌耐药流行病学研究的主要方法以及流行特征的研究进展进行综述。


一、结核分枝杆菌耐药流行病学研究的常用方法

1. 耐药监测和耐药专题调查:耐药监测指在某一区域定期按照标准方法、选择一定数量结核病患者的菌株进行耐药检测,以获得该区域有代表性的耐药结核病流行数据。耐药监测不仅可从横断面反映一个地方的耐药情况,还可以通过纵向比较反映一个地方耐药结核病的变化趋势。目前世界上多个国家和地区将结核分枝杆菌的耐药性监测、耐药结核分枝杆菌的流行特征分析作为结核病控制规划的一个重要组成部分。1994年,世界卫生组织(World health organization,WHO)和国际防痨及肺部疾病联合会(International Union Against Tuberculosis and Lung Disease,IUATLD)启动了第一项全球性的结核病耐药监测项目,这个项目的主要目标是以标准化的方式收集世界范围内关于国家层面的抗结核药物耐药程度和类型的具有可比性的数据,并监测一段时间内的变化趋势[1]。在从1994到1997年间,WHO/IUATLD共组织了来自五大洲的35个国家对约5万名结核病例进行了耐药监测[2]。我国的山东、浙江、广东、湖北、辽宁、河南、内蒙古、湖南、新疆、北京、上海、重庆、黑龙江相继加入该项目。自1994年启动全球耐药监测项目后,WHO/IUATLD又分别于2000年、2004年和2007年开展全球耐药监测项目[3-5],目前WHO通过系统收集来自169个国家(覆盖了WHO的194个成员国中的87%)的耐药数据进行分析报告[6]。169个国家包括113个拥有持续监测(surveillance)系统的国家(对患者结核分枝杆菌分离株进行常规药敏试验),以及56个依靠对从代表性患者收集的临床分离株进行流行病学调查(survey)的国家。由此可见,耐药监测区别耐药专题调查,前者注重调查的持续性。目前随着分子检测工具的广泛应用,越来越多的国家正在从依赖定期调查过渡到建立基于常规诊断检测的持续监测系统。


我国分别于1979年、1984/1985年、1990年、2000年以及2010年进行了5次全国结核病流行病学调查(简称“流调”)。除第一次流调外,后4次均对结核病患者的分离株进行了耐药检测,分析了耐药结核病的流行情况,并显示出我国结核病耐药率总体呈逐年下降的趋势。此外,我国原国家卫生部于2007-2008年首次组织了全国结核病耐药性基线调查,该调查采用分层整群抽样的方法,随机抽取全国31个省份(香港、澳门、台湾除外)共70个县(区)的结核病患者进行耐药监测[7]。在此基础上,为完善符合国际疾病监测标准的结核病耐药监测网络,国家结核病参比实验室计划在70个点的基础上扩展到更多的耐药监测点(区、县),开展全国结核病动态监测工作,分析我国结核分枝杆菌的流行、耐药性、变异以及传播模式等[8]。我国多个省份如天津也在开展耐药结核病的监测工作。


耐药率是耐药监测常用的指标,包括原发耐药率和获得性耐药率。原发耐药率是由从未治疗过的代表性样本中测得的耐药率,反映了耐药结核病的传播状况,也是反映一段时间内结核病防治规划执行情况最佳的流行病学指标。在实际调查过程中,由于较难掌握患者过往用药情况,常用初始耐药率代替原发耐药率[9]。获得性耐药率不能作为反映耐药结核病传播的流行病学指标,但可用于评价当地过去结核病的控制情况以及当前结核病治疗的疗效[9]。1994年WHO/IUATLD组织的全球结核病耐药监测项目明确要求将初始耐药和获得性耐药进行区分[10]


耐药监测除了能够为评价国家结核病控制规划执行情况提供参考指标外,还可以探讨引起耐药的危险因素,以便采取针对性的防控措施。


2. 分子流行病学方法:开展耐药结核分枝杆菌的分子流行病学研究,有助于研究耐药结核分枝杆菌的基因型特征和传播规律。用于研究结核分枝杆菌分子流行病学的研究方法同样适用于耐药结核分枝杆菌的研究。由于结核分枝杆菌感染后通常具有潜伏期长的特点,传统的基于三间(时间、空间和人间)分布的流行病学研究方法研究结核病的传播具有一定的局限性。自二十世纪九十年代以来,应用分子生物学方法区分不同的结核分枝杆菌,并结合传统流行病学研究建立的分子流行病学让人们更好地理解了结核病的传播特点,为有效控制结核病提供了有效的工具。常用的分子方法有IS6110-限制性片段长度多态性分析、寡核苷酸间隔区分型法(Spacer oligonucleotide typing,Spoligotyping)、数目可变串联重复序列(Variable-Number Tandem Repeat,VNTR)分型方法以及近年发展起来的全基因组测序技术[11-13]。武洁等人利用全基因组测序技术结合流行病学调查研究9株具有相同VNTR型别的MDR结核分枝杆菌,结果发现使用15个单核苷酸多态性(SNP)差异的阈值可将以上菌株分成2簇(分别为7株和2株),他们认为基于菌株SNP差异构建的传播链可显示每个簇内菌株的传播方向和耐药突变积累的过程,从而准确判断传播路径和方向,识别传染源和传播缺失环节[14]


3. 地理流行病学方法:将结核分枝杆菌基因分型信息和地理流行病学方法相结合,应用于耐药结核病的研究,可获得耐药结核分枝杆菌的流行规律和结核病疫情的动态变化趋势。进行地理流行病学研究的工具和技术有地理信息系统(geographic informationsystem,GIS)、时空扫描分析软件(saTScan)、遥感技术(RS)、全球卫星定位系统(GPs)等,其中GIS和时空扫描软件saTScan是进行结核病地理流行病学研究的重要工具。Disratthakit等人建立了一个将结核分枝杆菌的基因组数据和GIS系统相结合的信息系统,他们认为该系统可迅速发现MDR-TB的爆发,有利于结核病防控机构及时采取措施对MDR-TB的传播进行干预[15]


二、全球耐药结核病的流行现状

据估计,2019年全球约有46.5万人被诊断为利福平耐药结核病(rifampicin-resistant tuberculosis,RR-TB),其中78%为MDR-TB,初治病人和复治病人中MDR/RR-TB的患病率分别为3.3%和17.7%。前苏联国家中>25%的初治病人和>50%的复治病人罹患MDR/RR-TB,耐药负担最为严重。2019年全球约50%的MDR/RR-TB负担发生在印度(27%)、中国(14%)和俄罗斯(8%),约18万人死于MDR/RR-TB[6]。2020年,WHO首次报告了全球异烟肼耐药结核病的发病情况,初治病人和复治病人发病率分别为13.1%和17.4%,共约140万异烟肼耐药结核病例,其中110万病例对利福平敏感,换言之,异烟肼耐药-利福平敏感的结核发病率约为11%[6]


此外,根据105个国家向WHO报告的数据,MDR/RR-TB中耐氟喹诺酮类药物的比例为20.1%(95%CI:15.5-25.0%)[6]


三、我国耐药结核分枝杆菌的流行现状

据WHO估计,2019年我国结核病发病人数位居全球第三位,发病率下降速度离终止结核病策略的目标要求(2020年结核病发病率比2015年下降20%)尚有一定差距。同时,我国的MDR/RR-TB负担也相当严重,发病人数列全球第二位。我国2007-2008年开展的全国结核病耐药基线调查结果显示,我国的结核病总耐药率为39.12%,耐多药率为8.32%,广泛耐药率为0.74%,四种主要抗结核药的耐药顺位为链霉素(28.93%)>异烟肼(18.96%)>利福平(9.63%)>乙胺丁醇(6.52%)[7]。该调查还显示初治病人的总耐药率为35.16%,耐多药率为5.71%,广泛耐药率为0.47%,四种主要抗结核药的耐药顺位为链霉素(27.69%)>异烟肼(16.01%)>利福平(6.65%)>乙胺丁醇(4.91%);复治病人总耐药率为55.17%,耐多药率为25.64%,广泛耐药率为2.06%,四种主要抗结核药的耐药顺位为异烟肼(38.51%)>链霉素(37.20%)>利福平(29.40%)>乙胺丁醇(17.18%)[7]。和全球相比,我国总耐药率、总耐多药率和不同抗结核药物的总耐药率及初复治病人的RR/MDR-TB率均处于较高水平,说明我国的耐药结核病处于较严重的状态[6, 7]


四、耐药结核分枝杆菌的流行特征

耐药结核分枝杆菌所致的结核病称为耐药结核病,传统的流行病学分析显示耐药结核病具有地域差异、年龄和性别分布差异以及和当地结核病控制政策相关的耐药变化趋势。如从全球看,前苏联国家、中国和印度最为严重[6];我国多个研究显示农村地区患者耐药率高于城市[16, 17],而上个世纪90年代多个研究显示城镇的初始耐药率高于农村[9],这种区域的变化可能是由于上个世纪90年代城市刚开始化疗,管理措施薄弱等致初始耐药率高,到如今城市人群医疗服务可及性高、经济和文化水平较高、健康意识提高使初始耐药率下降,而农村人口在这些因素相对较差致耐药结核分枝杆菌的传播在农村增加。多个研究显示41~60岁是耐药或MDR-TB的危险因素[18, 19]。有的研究认为男性是耐药结核病的危险因素[20],但是国家耐药基线调查数据显示女性是复治病人发生耐药和MDR的危险因素[7]。据WHO估计,全球MDR/RR-TB负担多年来变化较小,处于较稳定的状态。尽管我国的MDR/RR-TB总体负担较大,但我国多个地区如海南[21]、南宁[19]等地区的总耐药率和耐多药在2004年或2005年后呈下降趋势,上海2013-2017年的数据也显示总耐药率和耐多药率呈下降趋势[22]。当然还有部分地区报告初治耐多药率出现上升趋势[23],应加强防控,防止MDR-TB的蔓延。


分子流行病学研究对人们了解耐多药结核分枝杆菌致病力和传播能力的差异具有重要意义。北京基因家族菌株是中国的主要流行株(>50%)[24, 25],该基因型菌株曾被报道引起多起MDR-TB的爆发[26, 27],有的研究显示其与耐多药、以及多种药物耐药相关[24],然而Tang等人发现北京基因型菌株对左氧氟沙星、阿米卡星、卷曲霉素和对氨基水杨酸的耐药性反而比非北京基因型低[28]。当然,从流行病学的角度,不同菌株传播能力的差异是更为关注的问题。一般认为,除特殊的菌株(如北京基因型菌株)和在特定的人群(如在HIV感染人群)中,耐药菌株的致病力和传播力比敏感株弱。Chisompola等人通过综述发现,家系4(lineage 4)是非洲的主要流行株,认为“现代型”菌株的适应能力更强、更容易传播,同时作者发现耐多药菌株和广泛耐药株也更容易引起社区和社区之外的结核病爆发,并认为分子流行病学工具尚未在非洲发挥应有的作用[29]


五、展望

WHO目标2035年终止结核病流行作为阶段性目标之一,减少95%结核病死亡病例和90%感染病例,最终目标是在2050年消灭结核病。我国的耐药结核病形势严峻,为如期完成终止结核病策略的任务目标,应加强耐药结核分枝杆菌的耐药监测、分子流行病学和地理流行病学研究,摸清耐药结核分枝杆菌传播的脉络,找到阻断耐药结核病传播的卡控点,为耐药结核病控制策略的制定和调整提供参考。我们的任务依然非常艰巨,道路依然漫长,让我们共同努力,同结核病这一人类最古老的疾病斗争下去,直到取得最终胜利!


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基金项目:国家科技重大专项(No.2018ZX10101002,2018ZX10103001-003-012)

作者单位:102206 北京,中国疾病预防控制中心传染病预防控制所,传染病预防控制国家重点实验室,

感染性疾病诊治协同创新中心

通信作者:万康林,Email:wankanglin@icdc.cn