复旦大学黄广华/上海市肺科医院褚海青团队合作发现农药戊唑醇诱导热带念珠菌交叉耐药的机制

摘要

热带念珠菌是一种重要的人体机会性致病真菌。近年来，我国临床上分离的热带念珠菌菌株对一线唑类药物的耐药比例逐年升高，血流和深部感染相关菌株的耐药率达到30%。临床热带念珠菌感染的发病率和耐药率的升高给治疗带来了极大的困难，严重威胁患者的生命健康。然而，在欧美等发达国家，热带念珠菌临床菌株的唑类耐药水平相对较低，通常在3%左右。

与人体专性共生的白念珠菌和光滑念珠菌不同，热带念珠菌不仅是一种人体共生菌和机会性致病菌，也广泛存在于自然环境中，能够长期定植于沙滩、土壤、湿地、蔬菜水果和果树等自然生态位。2024年黄广华和褚海青团队合作研究发现，人体和环境来源的热带念珠菌不同分离株在遗传上具有高度相关性，而且耐药特征和机制非常相似，说明临床和环境菌株之间存在交流传播(Hu et al., IJAA, 2024)。

农业真菌病害防治中大量应用的三唑类杀菌剂在化学结构和作用靶标上与医用唑类药物相似，都是靶向麦角甾醇合成通路的14-α-去甲基化酶（Cyp51或Erg11）。农药的残留可能不仅导致植物病原真菌耐药性的进化，还可能导致定植于环境中的人体病原真菌耐药水平的提升。我国与欧美国家的热带念珠菌临床菌株耐药水平的差异可能不仅与临床唑类药物的应用有关，与农业上杀菌剂的大量应用也有密切关系。戊唑醇是我国农业生产上应用最多的三唑类杀菌剂之一。复旦大学黄广华/上海市肺科医院褚海青团队利用实验室进化方法，合作发现农药戊唑醇能通过调控染色体可塑性，快速诱导热带念珠菌对医用唑类药物交叉耐药的现象，证明了环境中唑类药物的应用对人体病原真菌耐药性形成的促进作用。研究成果最近以“An agricultural triazole induces genomic instability and haploid cell formation in the human fungal pathogen Candida tropicalis”为题发表于国际著名期刊PLoS Biology上。PLoS Biology杂志同期为该成果配发了国际著名微生物学家 Kaustuv Sanyal教授撰写的评论文章。

该研究发现戊唑醇处理对药物敏感的野生型菌株后，快速诱导出对戊唑醇表现出高耐药性的菌株。交叉耐药实验发现，这些菌株同时对临床一线抗真菌药物氟康唑和伏立康唑等展示出明显的交叉耐药现象。流式细胞术和全基因组测序分析发现，大部分戊唑醇诱导的耐药菌株均发生了明显的染色体核型变异，形成包括染色体加倍、缺失或部分缺失的多种非整倍体。这种核型变异通常伴随着ERG11、ERG5和ERG3等重要耐药相关基因拷贝数的变化，这种遗传多样性特征为热带念珠菌在药物和环境胁迫条件下提供了选择优势。

更有意思的是，研究团队从戊唑醇诱导的热带念珠菌耐药菌株中鉴定出多株单倍体菌株。至今为止，热带念珠菌中没有发现减数分裂现象和完整的有性生殖过程。过去的一百多年中，热带念珠菌被认为是一种二倍体酵母菌，不能以单倍体的形式存在。进一步研究发现，与二倍体菌株相似，单倍体形式的热带念珠菌也具有菌丝发育和white-opaque形态转换能力，并且能与单倍体或二倍体菌株进行交配，形成二倍体或三倍体细胞。另外，研究团队从来自西班牙的热带念珠菌临床菌株中鉴定到一株单倍体菌株，说明该病原体能以单倍体形式存在于自然界中。由于单倍体细胞只含有一套染色体，其发现将为热带念珠菌的生物学研究提供便捷的遗传工具。

图1. 戊唑醇诱导热带念珠菌核型变异和表型多样性的形成

图2. 戊唑醇诱导热带念珠菌单倍体细胞的形成

总之，该研究从“同一健康(one-health)”的视角揭示了农用三唑类杀菌剂对热带念珠菌基因组稳定性和耐药性的影响，阐明了环境中的农药残留对人体病原真菌耐药性进化的促进作用。热带念珠菌单倍体形式的发现改写了该菌是“专性二倍体物种”的历史，为其遗传学和功能基因组学研究提供了高效的筛选工具和实验模型。

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