【摘 要】
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目的:了解锁掷酵母科真菌侵袭性感染的临床特征;综合评价实验室鉴定性能、体外药物敏感性并探究其唑类耐药机制;建立胶红酵母高分辨率分子分型方法并结合全基因组序列进行分子流行病学调查;系统性评价红冬孢锁掷孢酵母的毒力表型及探索相关机制。方法:本研究纳入中国医院侵袭性真菌病监测网(CHIF-NET)2010年至2019年21家监测中心收集的侵袭性感染非重复锁掷酵母科真菌77株,并将可获得的16个环境菌株和
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目的:了解锁掷酵母科真菌侵袭性感染的临床特征;综合评价实验室鉴定性能、体外药物敏感性并探究其唑类耐药机制;建立胶红酵母高分辨率分子分型方法并结合全基因组序列进行分子流行病学调查;系统性评价红冬孢锁掷孢酵母的毒力表型及探索相关机制。方法:本研究纳入中国医院侵袭性真菌病监测网(CHIF-NET)2010年至2019年21家监测中心收集的侵袭性感染非重复锁掷酵母科真菌77株,并将可获得的16个环境菌株和3个动物分离株用于与临床菌株比较分析。比较基质辅助激光解吸-电离飞行时间质谱(MALDI-TOF MS)对锁掷酵母临床分离株的鉴定能力,并检测菌株对抗真菌药物的敏感性。耐药机制方面,通过高质量基因组组装及注释,获取红冬孢锁掷孢酵母和胶红酵母唑类药物靶基因ERG11序列,利用转录组分析和异源表达评价ERG11表达水平和获得性突变对唑类药物敏感性的影响,并使用AlphaFold2预测Erg11蛋白结构。胶红酵母分子流行病学调查中,建立微卫星分型方法,并结合rDNA序列分型(ITS+D1/D2)和全基因组单核苷酸多态性(SNP)对84株3种来源的胶红酵母进行亲缘关系分析。毒力评价方面,综合检测体外毒力因子和适应力表型,构建免疫低下小鼠血流感染模型,检测红冬孢锁掷孢酵母感染小鼠的器官真菌负荷及生存曲线,并结合组织病理学改变判断菌株侵袭力;通过crtYB和Ace2基因敲除分别构建色素缺失株和假菌丝形态菌株并评价其对毒力和耐药性的影响。结果:77株锁掷酵母中,胶红酵母(Rhodotorula mucilaginosa)占比94.8%(73/77),另有小红酵母(R.minuta)、R.diobovata、河道红冬孢锁掷孢酵母(Rhodosporidiobolus fluvialis)和天津红冬孢锁掷孢酵母(R.tianjinensis)各 1株。MALDI-TOF MS可以100%正确鉴定胶红酵母和小红酵母,但罕见的红酵母及红冬孢锁掷孢酵母需依赖分子生物学进行鉴定。胶红酵母除棘白菌素天然耐药外,分别有6.8%(5/73)和98.6%(72/73)的临床菌株存在唑类全耐药和交叉耐药,并有12.3%(9/73)分离株新出现了 5-氟胞嘧啶(5-FC)非敏感表型;4个非胶红-锁掷酵母临床株氟康唑(FZ)的最小抑菌浓度(MIC)均≥64 μg/mL。耐药机制方面,河道红冬孢锁掷孢酵母、天津红冬孢锁掷孢酵母临床株基因组上分别存在2个和4个ERG11序列,并且总体表达水平显著高于唑类敏感菌株新型隐球菌;锁掷酵母单一ERG11序列异源表达后氟康唑MIC均显著升高至耐药水平(64->256μg/mL);河道红冬孢锁掷孢酵母crtYBΔ菌株唑类MIC比野生型(WT)菌株下降1-2个浓度梯度。分子流行病学调查发现,68.5%(50/73)的临床分离株集中在rDNA序列2型;15个分型位点组合的微卫星(MT)分型以0.979的DP值将73个临床分离株鉴定至50个MT基因型;MT最小生成树和全基因组SNP系统发育树均发现一个聚集了 48个临床株、2个动物株和1个环境株的流行簇。该流行簇菌株来源于国内不同地区的多家医院,并且分离年从2012年连续到2019年;其中,天津一家医院单一 MT流行基因型(MT03-MT06)分离株达3-6个,甚至一个分支上的MT05和MT06型共计9个分离株都对5-FC不敏感。此外,2个动物株、1个环境株与2个临床株同属MT02型,并在SNP进化树上聚集在一起。毒力方面,红冬孢锁掷孢酵母存在荚膜并分泌脲酶,其对CO2的耐受性与感染小鼠的毒力表型一致;河道红冬孢锁掷孢酵母Ace2Δ菌株致病力强于WT菌株;小鼠感染天津红冬孢锁掷孢酵母5 d内死亡,组织病理显示肺泡上皮基本脱落,肺泡间隔及支气管周围可见大量淋巴细胞及出血;早期伏立康唑治疗虽然可将脑组织中的真菌负荷降低50%,但肺组织菌载量无显著改变。结论:我国侵袭性锁掷酵母科真菌感染以胶红酵母血流感染为主,国际上首次出现红冬孢锁掷孢酵母人类血流感染病例2例,并命名了其中一个新种——天津红冬孢锁掷孢酵母。ERG11复制、点突变和过表达联合导致了锁掷酵母对唑类特别是氟康唑高度耐药,类胡萝卜素产生也是其多药耐药的基础。首次建立胶红酵母微卫星分型方法并发现了中国地区广泛存在的胶红酵母流行簇,以及一个新出现的棘白菌素-唑类-5-FC耐药的克隆株。红冬孢锁掷孢酵母是条件致病菌,可引发小鼠侵袭性感染及死亡;体外敏感的伏立康唑在感染早期对肺部菌体清除无益;菌丝形态是河道红冬孢锁掷孢酵母的高毒力形态。
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