作者：尹金风，张红伟，高志东，姜慧，秦李祎，朱晨迪，高谦，贺晓新，李卫民

第一作者及单位：尹金风，首都医科大学附属北京胸科医院；张红伟，北京市疾病预防控制中心

通讯作者及单位：李卫民，首都医科大学附属北京胸科医院；贺晓新，北京市疾病预防控制中心

Transmission of multidrug-resistant tuberculosis in Beijing, China: An epidemiological and genomic analysis 

Yin J，Zhang H，Gao Z，Jiang H，Qin L，Zhu C，Gao Q，He X，Li W.

Front Public Health，2022，10：1019198.

doi：10.3389/fpubh.2022.1019198.

PMID: 36408017

背景：耐多药结核病(MDR-TB)的持续传播对全球结核病控制构成严重威胁。了解其传播模式对控制该疾病至关重要。本研究旨在评估 MDR-TB的传播程度，确定与MDR-TB传播相关的高危人群及场所。

方法：我们对2018—2020年北京市MDR-TB患者进行了一项基于人群的回顾性研究，并通过全基因组数据评估MDR-TB的近期传播水平。通过核密度估计进行空间聚类分析。将TransPhylo推断传播链与流行病学调查相结合确定传播事件。通过logistic回归研究发生传播的危险因素。

结果：2018—2020年北京市有241例MDR-TB患者，其中146(60.58%)例可用于全基因组数据分析。耐药预测表明新发MDR-TB患者中，北京市FQ耐药率高达39.74%。146例菌株中有36株成簇，表明发生近期传播的比例为24.66%。44.82%(13/29)成簇患者与其他人居住在相同小区、相邻小区或街道。所推断的传播链共发现3个簇中6个传播事件，其中4个传播事件发生在住宅区及其附近公共场所。logistic回归分析发现，年龄25～34岁是近期传播的危险因素。

结论：北京市MDR-TB的近期传播是一个严峻的问题，住宅区是常见的传播场所；其次，MDR-TB患者高水平FQ原发耐药提示需在药敏监测下谨慎用该药，从而降低MDR-TB负担。

研究背景

耐多药结核病(MDR-TB)的持续传播对全球结核病控制构成严重威胁。了解其传播模式对控制该疾病至关重要。本研究旨在评估北京市MDR-TB的传播程度，确定与MDR-TB传播相关的高危人群及场所。

研究方法

一、研究人群与设计

北京作为中国的首都，下辖16个区，常住人口2100多万人。该地区所有确诊和疑似肺结核患者均需转诊到结核病定点医疗机构进行治疗和管理。所有诊断为病原学阳性肺结核患者需要通过GeneXpert进行耐药筛查。经GeneXpert技术检测为利福平耐药肺结核患者且在北京市进行治疗的患者需要登记到结核病管理信息系统。对于筛查出的利福平耐药肺结核患者，需进行痰培养并进行表型药敏试验。所有培养阳性菌株主要储存在两个市定点医疗机构(北京胸科医院、北京结核病控制研究所)。本研究以北京市2018—2020年在北京胸科医院上报的经表型药敏试验确诊为MDR-TB（利福平和异烟肼耐药）的患者为研究对象。

二、流行病学调查

征得患者的知情同意后，对入组患者进行流行病学调查。通过自制问卷收集患者确诊前5年内的密切接触者、社会接触者和经常去的地方，包括其居住场所、工作场所、娱乐场所等的详细地址。其次，调查患者确诊MDR后行为方式的变化。明确的流行病学关联定义为两个病例彼此认识；可能的流行病学关联定义为两个病例居住在同一小区或同村、或活动场所存在交集。

三、统计分析

患者的人口学、临床特征来自于结核病管理信息系统及北京胸科医院病例管理系统。采用R软件(version 4.1.1)进行统计分析。卡方检验或Fisher精确检验用于比较组间差异，P<0.05的变量放入多元logistic回归用于估计成簇患者危险因素并计算OR值及95%置信区间。P<0.05认为是显著的。ArcGIS (version 10.2; Esri)软件用于空间分析及可视化。通过使用高斯平滑的核密度估计方法将MDR-TB的点数据映射到地图上，分析MDR-TB的空间聚集情况。

基于全基因组数据推断成簇患者中的传播链。本研究仅对大小≥4的簇推断传播关系。首先，采用BEAST(version 2.6.6)软件推断具有时间的系统进化树；其次，基于产生的时间系统进化树，采用R包TransPhylo重建传播树并预测病例之间发生传播的概率(https://github.com/xavierdidelot/TransPhylo)。

研究结果

一、研究人群及基本特征   2018—2020年北京市共报告了9012例病原学阳性结核病患者，经分子药敏确诊的利福平耐药结核病患者有500 (5.55%)例，排除培养阴性(12.80%)、培养阳性非利福平耐药(8.6%)、培养或药敏结果缺失(16.40%)的患者，最终经表型药敏确诊的利福平耐药结核病患者311 (62.20%)例，包括241(77.49%)例为       MDR-TB患者(Figure 1A)，其中159例（65.98%）在北京胸科医院诊断和治疗，146例MDR-TB患者临床分离菌株完成了全基因组测序。测序菌株对应患者人数占总患者的60.58%(146/241)(Figure 1B)，且与所有患者在年龄、性别、初复治、流动人口(流动人口定义为不在北京出生的人，可通过身份证号推断)占比分布上均未有显著性差异(Supplement Table 1)。 入组   M   DR-TB   患者基本信息见   T   able 1   。   146   例患者中位年龄   44(   28～56)   岁，   71.23   %   的患者   为男性，分别有   17.12%   和   16.44   %   的患者为失业人员及退休人员，新发结核病患者占到   52.74%   ，   66.44%   的患者在京居住时间超过   10   年，   57(39.04%   )   例患者为流动人口。流动人口中结核病患者年龄   [   31(27～43)]   明显低于本地人口中结核病患者   [   53(36～59)]   ，流动人口中   50.88%   的患者在京居住时间低于   5   年，从事零售业的患者高于本地患者   (   17.   5   4% vs 2.2   5   %)   。  
二、MDR-MTB的基因组数据分析  
基于146(60.58%)株MDR-MTB全基因组数据构造系统进化树(Figure 2)，配对菌株之间平均snp距离为（358±243） SNPs（Supplement Figure 1）。其中，111(76.03%)株属于lineage2.3，30(20.55%)株属于lineage2.2，5(3.42%)株       属   于lineage4。所构建的进化树也展示了对11种药物的耐药情况(Supplement Table 2)，54.79%的菌株出现FQ耐药突变，其中新发MDR-TB患者中，FQ耐药突变比例为39.74%。考虑到FQ耐药的积累可能是由于患者确诊至菌株入组过程中的药物应用所致，为此我们分析了患者菌株的采样时间分布(Supplement Figure 2)，发现以确诊时间为参考的平均采样延迟时间为24 d，进一步排除延迟超过30 d的21(14.38%)例患者后，发现新患者中FQ耐药突变的比例仍为40.29%，表明可排除采样延迟带来的偏倚。另外，在43(29.45%)株MDR-MTB中发现了利福平耐药补偿性突变，频率最高的为       rpoC 基因上的       rpoC V483G、       rpoC V483A突变(Supplement Figure 3)。 

Figure 2: MDR-MTBC phylogeny and resistance mutations of isolates. First row showed whether it is clustered. Others show drug resistance associated mutations to first-line and second-line drugs (different mutations represented by different colors), and putative compensatory mutations in the RNA polymerase genes rpoA, rpoB and rpoC. MTBC lineage are differentiated into three clades. Red, blue, and cyan branches indicated lineage 4, ancient Beijing, and modern Beijing strains, respectively. INH = isoniazid, RIF = rifampicin, SM = streptomycin, EMB = ethambutol, Z PZA= pyrazinamide, FQ = fluoroquinolone, AMK= amikacin, KAN = kanamycin, CPM = capreomycin, PAS = para aminosalicylic acid, CM= compensatory mutations 

以SNP≤12作为界定成簇菌株的阈值，146例患者中36(24.66%)例是成簇的，分为12个簇，表明MDR-TB的近期传播。新患者中出现MDR-TB是因为发生了MDR菌株的传播，将新患者和基因成簇患者界定为是由传播引起的病人，则推断北京市MDR-TB中63.01%(92/146)患者是由传播引起(Figure 1B)。  
三、耐多药结核病的空间分布  
MDR-TB患者的分布呈现地理异质性，主要的空间聚集热点为中心城区，其中病例数最多者为朝阳区，然后依次为丰台区、通州区。本地人口与流动人口则呈现出两种不同的空间分布，前者集中在北京市中心城区，后者则主要在城区的四周分散分布(Figure 3)。 在12个簇中有7个只包含本地人口，2个只有流动人口，剩余的3个混合簇则表明了本地人口与流动人口间的MDR-TB传播。观察成簇患者的地理分布发现本地人口间的MDR-TB传播更具空间聚集性，在郊区及市中心均存在传播热点，而流动人口之间则倾向于跨区传播，此外在混合簇中仅发现1簇患者的居住地址相近(Figure 3D)。
四、成簇病例的传播链推断  
为了进一步描述患者之间传播关系，对成簇患者进行流行病学调查，36例患者中有29(80.55%)例接受了调查，7例患者失访或拒绝调查。29例患者中有13(44.82%)例患者与其他人存在可能的流行病学联系，包括13例患者与其他人居住在相同小区、相邻小区或街道（距离≤3km），7例患者与其他人存在共用场所：餐馆。然而，仅有4例患者（13.79%）报告与其他病例存在明确流行病学联系(均为朋友关系)。成簇患者中有8例为流动人口，2例患者来自同一家乡，可能在原籍发生了传播，其余患者来自不同的省市，可能是来到北京后发生了本地传播。另外我们又运用TransPhylo对簇病例大于4的Cluster3、4和12又进行了重点分析。 Cluster3中Y1与Y2居住在相邻小区，两人常去家附近饭馆就餐，二者存在交集；推断传播链发现Y2为Y1的次级病例，且传播概率为0.99。Cluster4中的4例居住在临近小区或同一小区，4例生活环境存在交集，其中Y6与Y7常在家附近餐馆聚餐。推断传播链发现，Y5首次感染了Y6，Y6进一步感染了同一小区的Y8，及自己的朋友Y7，患者之间发生直接传播的概率均大于0.6。传播链佐证了流行病学调查结果。Cluster12中包含了8例患者，有3例患者属于同一村庄，2例患者相互认识，3例患者常去村中的饭馆吃饭，另有患者Y11与Y15工作场所在同一街道，相距3.3km。在所推断的传播链中，明确了Y11与Y15之间可信的传播关系。并找到了没有流行病学联系的Y12与Y16之间的偶然传播事件。值得关注的是，纵然Y10与Y14存在流行病学联系，但Transphylo估计由于缺失病例存在，两者之间不存在直接的传播关系 (Figure 4)。

五、近期传播危险因素  
比较成簇患者与不成簇患者之间的差异评估影响近期传播的危险因素。成簇患者中女性比例显著高于不成簇患者(44.44% vs 23.64%;  P=0.029)，本地人口成簇比例也高于流动人口 (31.04% vs 14.64%;       P=0.029)。成簇患者中居住时间≥10年的比例、痰涂片阳性率及存在补偿性突变的比例均高于非成簇患者，但均没有统计学差异(Supplement Table 4)。在多元logistic回归分析中，与不成簇患者相比，年龄分组25～34岁[3.19 (1.14～9.35)]更容易成簇(Table 2)。

研究结论

本研究基于MDR-TB流行病学调查和临床分离菌株的全基因组数据刻画了北京市MDR-TB的传播模式。我们推断当地MDR-TB中约有63%的患者是由传播引起的。44.82%的成簇患者在住宅区及附近公共区域发生了传播。基于WGS推断确定了3个传播簇中的6个传播事件，其中4个传播事件发生在住宅区及附近。

综上所述，MDR-MTB的传播在MDR-TB负担中扮演着重要角色。本研究发现，住宅区是常见的传播场所，还需进一步研究社区环境中的结核病传播特征。在北京市MDR-TB患者的高水平FQ原发耐药的情况下，需要针对MDR-TB患者强调基于FQ药敏监测下的谨慎用药，从而降低MDR-TB的负担。

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编辑：王   然   

审校：郭   萌

发布日期：2022-12-02

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