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编号:10501782
锥虫抗药性的遗传特性
http://www.100md.com 《中国人兽共患病学报》 2000年第3期
     廖党金 沈杰

     关键词;锥虫 抗药性 遗传特性

    锥虫病是由锥虫寄生于人和动物的血液而引起人和动物的一种疾病。锥虫抗药性的产生,可能给人和家畜带来较严重的后果[1],国外于1908年已注意到锥虫的抗药性问题[2、3],而我国于1988年第一次口头报道在云南用厂方推荐的安锥赛治疗剂量难以治愈家畜锥虫病,1991年沈杰等正式报道了我国伊氏锥虫云南株和安徽株对安锥赛已产生抗药性[4]。迄今,报告产生抗药性的锥虫虫种有布氏锥虫(Trypanosoma brucei)等常见的8个种,其它未报告的锥虫并不意味着不产生抗药性。已报告产生抗药性的药物有苏拉明(Suramine)等30多种抗锥虫药物。抗药性是能遗传的,对锥虫抗药性的遗传特性的了解,能帮助我们正确地选择和使用药物、减少和避免抗药性的产生及怎样消除已有的抗药性具有极其重要的作用,其次也有助于锥虫的生理、生化及生物学研究。
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    1 抗药性形成的原因

    锥虫抗药性形成的主要原因是在一个地区长期使用一种药物或者使用抗药机制相同的一类药物,宿主体内少部分未被致死的虫体保存下来并繁殖,形成抗药虫株[4];另一方面,药物使用量不足,导致宿主体内虫体形成抗药性。锥虫抗药性的形成是虫体为适应环境,躲避药物作用的反应[5]。目前,对锥虫抗药性机制的形成还不很清楚,就已知的研究进展来看,主要体现在三个方面,一是抗药虫体的某些酶发生改变,其活性(或量)升高或者降低[6];二是虫体转运砷剂类药物的P2载体发生改变,使砷剂类药物进入虫体受阻[7];三可能是虫体的抗药基因被激活并得到表达,或者有关酶的基因发生扩增[8],等等。抗药性形成的过程是一代一代积累的过程,并且一旦形成,在一定时间内,要一代一代地遗传下去,无论是经小鼠诱导的抗药虫株[5],还是经培养基诱导的抗药虫株[9]都已表明。
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    锥虫的抗药性可分为单一抗药性、交叉抗药性和多抗药性。

    单抗药性:锥虫对一种药物产生了足够的抗药性后,而对其它药物仍没有抗药性。

    交叉抗药性:锥虫对一种药物产生抗药性后,也获得了对其它药物的抗药性。早在50年代就发现了抗锥虫药物之间存在交叉抗药性[10],这种抗药性较常见,如罗德西亚锥虫(T.rhodesiense)的硫砷密胺与二脒、三氮脒和甲黄酸盐(Methanesulphonate)的交叉抗药性[11],等等。迄今,仅双氟甲基鸟氨酸(Difloromethylornithine,DFMO)还未报告与其它抗锥虫药物有交叉抗药性[12]。锥虫抗药性的程度是否与交叉抗药性有关未见报道。

    多抗药性:在自然或人工诱导条件下,锥虫在接触一种以上一般不产生交叉抗药性的药物后,对这些药物都产生抗药性。将新霉素(Neomycin)和潮霉素(Hygromycin)的抗药性基因分别插入到锥虫体内,其杂交后代也携带这两种抗药基因[13,14]
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    寄生虫的抗药性是一个普遍现象,迄今对寄生虫抗药性的形成过程及机理还不太清楚。就目前了解的无论是虫体酶的变化,或代谢改变,还是基因,都还有许多问题待进一步探讨。抗药性的酶变化和代谢改变都要体现在相应的遗传物质上,主要表现为某些抗药基因被激活,并表达;DNA链上的某些碱基被修饰或被替换,即突变;染色体DNA发生扩增或者基因重排。多抗药性是一个更为复杂的现象,可能虫体体内更多的生理、生化过程发生改变。

    2 影响抗药性形成的因素

    影响抗药性产生的主要因素是虫体、药物和宿主。不同锥虫种和同种不同地理株,对同一药物产生的同等抗药程度,所需的时间不一样[15],即不同锥虫种和不同地理株对产生抗药性有影响。对不同种类药物产生的抗药性所需的时间不一样,在临床上有的药物仅使用一年后就产生了抗药性,有的药物使用几年以后才产生抗药性[1],另外药物的使用频率和使用量对锥虫抗药性的产生也有重要的影响。同样,宿主的免疫状况对锥虫抗药性的产生也具有很大影响,如伊氏锥虫(T.evansi)对苏拉明和贝尼尔产生抗药性,在用环磷酰胺(Cyclophosphamide)抑制免疫力小鼠体内的虫体比免疫正常小鼠体内的虫体产生的抗药性要高[17];用射线照射小鼠使其免疫抑制,在其体内的锥虫比免疫正常小鼠体内的锥虫对脒拉砷、贝尼尔和沙莫林(Samorin)产生抗药性更快;将免疫正常鼠体内的克隆锥虫、免疫抑制(用环磷酰胺抑制)鼠体内的未克隆锥虫和免疫抑制鼠体内的克隆锥虫对苏拉明产生同等程度抗药性所需的时间比较表明,在免疫抑制鼠体内的克隆锥虫产生抗药性最快,并且抗药程度也最高[15]
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    3 抗药性的稳定性

    根据Prichard对抗药性的定义[17],由于频繁使用药物,使虫体对药物的耐受量增加,并且这种耐受量的增加会遗传。因此,抗药性具有相对的稳定性,迄今有关锥虫抗药性的稳定性报告文章不多,但在研究锥虫抗药性机制时,抗药株的抗药性几乎都有一定的稳定性,据报告稳定时间最长的是罗德西亚锥虫对苏拉明的抗药性,28年后仍然稳定[2],稳定时间相对较短的是活跃锥虫(T.vivax)和刚果锥虫(T.congolense)对甲基硫酸喹嘧胺的抗药性,5~7个月后消失[19]

    锥虫抗药性的稳定性与锥虫种类、地理株、宿主种类、虫体发育期、药物种类、抗药性程度等因素有关。罗德西亚锥虫对对氨苯胂酸钠(Atoxyl)的抗药性连续经1 528只鼠传代,历经12.5年后,其抗药性仍然稳定,而罗德西亚锥虫对苏拉明的抗药性,连续经558只鼠传代4年后,其抗药性消失[19]。同一种锥虫对同一药物的抗药性,抗药程度不同,其抗药性的稳定性也不同,如活跃锥虫对三氮脒的抗药性,3.5mg/kg在32天内稳定,而7.0mg/kg在183天内稳定;刚果锥虫对溴乙菲啶(Homidium)的抗药性,1.0mg/kg在61天内稳定,而2.0mg/kg在376天内稳定[1]。不同锥虫虫种对同一药物的抗药程度,其抗药稳定性不同,如活跃锥虫和刚果锥虫对三氮脒的抗药性(7.0mg/kg),活跃锥虫在183天内稳定,而刚果锥虫在376天内稳定[1]。同一锥虫虫种,不同地理株对同一药物抗药性的稳定性也不同,如伊氏锥虫对苏拉明两个抗药株的抗药性(CD100)都为400mg/kg,一个地理株连续传186代,经21个月,其CD100仍然稳定,而另一个地理株连续传183代,经21个月,其CD100降至100mg/kg[20]。同种锥虫寄生于不同宿主,对同一药物的抗药稳定性差异不同,如分别来自鼠和兔的罗德西亚锥虫对二脒的抗药性(0.0125mg/kg),前者经4个月后大部分抗药性消失,1年后全部消失,后者经6个月后抗药性全部消失[1];但活跃锥虫对贝尼尔(7.0mg/kg)和甲基硫酸喹脒胺(Quinapyramine,5.0mg/kg)的抗药性,经蝇和羚羊发育的7个月稳定,而经蝇和牛发育的29个月稳定[20]。不同发育期的同一虫种的抗药稳定性差异不大,如刚果锥虫的循环发育期和血液期虫体,对三氮脒(3.5mg/kg)的抗药稳定性,前者221天内稳定,后者230天内稳定;活跃锥虫的循环发育期和血液期虫体对三氮脒(7.0mg/kg)的抗药稳定性,前者183天内稳定,后者164天内稳定[1]。不同的报告,锥虫的抗药稳定性差异也不一样,有的差异较小,如甲基硫酸喹嘧胺的抗药性,一个报告活跃锥虫的在5~7个月内消失,刚果锥虫的也是在5~7个月消失[19],而另一报告活跃锥虫的在6~9个月消失,刚果锥虫的也是在6~9个月消失;有的差异较大,如罗德西亚锥虫的苏拉明抗药稳定性,一个报告是连续用鼠传代,在2年4个月内稳定,另一报告是连续传代28年(是迄今报告锥虫抗药稳定性最长的)后仍然稳定。
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    药物决定锥虫抗药性的类型,抗药性类型和程度不同,其遗传稳定性也就不同,由突变引起的抗药性,可能其遗传稳定性相对较长。

    4 抗药性遗传的分子机理

    正如锥虫抗药性的形成所述,抗药性具有相对的稳定性,即它在锥虫的繁殖过程中,在一定的时间内,这种抗药性要从上一代遗传给下一代。DNA是遗传物质,抗药性的产生可能是锥虫的某些基因得以激活、或DNA链上的某些碱基发生突变、酶的染色体DNA发生扩增或基因重排等因素。如冈比亚锥虫(T.gambiense)对霉酚酸的抗药性机制是抗药株虫体的6.0Mb染色体发生扩增[9],这种染色体DNA的扩增会遗传给下一代。

    锥虫的生殖方式是无性繁殖的纵二分裂,即一个虫体分裂为两个新的个体。锥虫抗药性的遗传方式就应该是由上代传递给下代,无论是体内还是体外诱导产生的抗药性都已表明,如布氏锥虫对砷剂的抗药性[8]等,伊氏锥虫对苏拉明的抗药性[6]等,刚果锥虫对贝尼尔的抗药性[10]等,马媾疫锥虫(T.equiperdum)的甲磺酸盐抗药性和克氏锥虫(K.crusi)的二脒抗药性等。这些抗药性都有相对的遗传稳定性。更为直接的研究,利用同源重组,将已知抗药基因插入到无抗药性的锥虫体内,该抗药基因在繁殖后代的虫体得到表达而产生抗药性,如将腐草霉素(ble phleomycin)抗药基因插入到布氏锥虫体内,该基因在繁殖后代得到表达并表现出抗药性[22];另外将新霉素[23]和潮霉素[24]的抗药基因分别插入到布氏锥虫体内,繁殖后代的虫体携带有这种基因,这些都表明了锥虫可以通过遗传从亲本获得抗药性。
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    5 抗药性在遗传过程中的扩散

    虽然锥虫是无性繁殖,后代的抗药性可以从亲代单个个体获得,然而非常有趣的是近十来年的研究,锥虫还有可能从亲代两个个体获得抗药性,即像有性繁殖那样,“父母代”两个个体各具有不同药物(非交叉抗药性的药物)的抗药性,下一代通过遗传从父母获得并表现具有两种不同的抗药性(即双抗药性)。早在1986年之前,有些材料已间接表明两个锥虫个体同时通过采采蝇发育时,两个虫体的某些遗传物质发生交换[24,25]。1986年7月在英国的“Nature”上首次报道布氏锥虫的两个地理株同时经采采蝇后,单虫克隆繁殖后代虫体的苹果酸酶、碱性磷酸酶、葡萄糖磷酸变位酶和异柠檬酸脱氢酶等同工酶的酶带既有来自亲代一个株的,又有来自亲代另一个株的;染色体核型和DNA分析,两个地理株的某些遗传物质发生交换[27]。随后,这结果在几个实验室得到印证。更具有戏剧性的是布氏锥虫和罗德西亚锥虫同时感染采采蝇时,有些遗传物质也发生交换[28],这些显示了“两个亲代”的不同抗药特性可能同时遗传给后代。分别将潮霉素抗药基因插入罗德西亚锥虫体内和新霉素抗药基因插入布氏锥虫体内,再将这两个种同时感染采采蝇,在后代克隆繁殖的虫体中,约50%的虫体携带有这两种抗药基因[14],药敏试验表明部分虫体具有双抗药性[13],但这方面研究仅有1篇文章报道,还需进一步探讨。刚果锥虫对双脒药物的敏感株和抗药株,分别和混合感染山羊,药敏试验和PCR技术检测结果表明,在山羊体内抗药株的抗药性并不影响敏感株[28]。1959年罗德西亚锥虫的对氨苯胂酸钠抗药株和安锥赛抗药株混合经鼠和采采蝇循环发育后,这两种抗药性并未发生交换[29]
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    锥虫抗药性的遗传问题目前研究的还不深入,特别是两个个体之间抗药遗传物质的交换还是近十来年才了解的,在锥虫繁殖过程中,这种遗传物质交换并非是虫体必需的。在发生了交换的后代中,“两个亲代”个体的一些性状表现出来,而另一些性状消失,这可能是遗传物质交换后,基因发生重排的结果。

    6 总结与展望

    总观现有文献报道,对锥虫抗药性的遗传特性了解还不够深入,因此还有待于作进一步的研究。

    锥虫抗药性的遗传稳定性与抗药性机制的类型及抗药程度密切相关,在代谢调控水平上产生的抗药性,当其在无药物状态下,虫体可能通过自身调节,恢复原有代谢水平其抗药性消失;抗药基因在药物作用下被激活而产生抗药性,当其在无药物状态下,抗药基因失去激活的条件,其抗药性可能消失;但如果是DNA链的碱基发生突变而产生的抗药性,即使在无药物的状态下,这种抗药性可能也是比较稳定的。因此,抗药性机制的研究对了解和掌握锥虫抗药性的遗传稳定性非常重要,锥虫抗药性机制的研究是一个难度很大,但又是一个具有重要作用和非常有意义的攻关课题。
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    药物的交叉抗药性在临床上极其重要,它对正确地选择使用药物具有指导意义,如锥虫对A药物产生抗药性时,会对另外哪些药物也产生抗药性。反之,它对B药物产生了抗药性,又会对哪些药物有抗药性,迄今这方面的工作还非常薄弱。

    宿主的免疫状况对锥虫抗药性的形成有很大影响,而锥虫躲避宿主的免疫攻击的显著特点是通过自身的抗原变异,因此锥虫的抗原变异状况与其抗药性的形成是否有密切关系仍是一个待研究的内容。

    锥虫是无性二分裂繁殖,然而近年来的研究表明不同虫种通过采采蝇时,可以发生遗传物质交换,因此,深入开展这方面的研究工作是更全面地了解锥虫抗药性的遗传特性所必须的,同时对锥虫的生物学生殖方式也将会更深入地了解和认识。

    锥虫体内有多少抗药性基因?他们分别表达哪些蛋白质?都还有待揭示。

    廖党金(上海家畜寄生虫研究所 上海,200232)
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    沈杰(上海家畜寄生虫研究所 上海,200232)

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