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恶性疟原虫海南分离株pfmdr1基因与氯喹抗性的相关性分析

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维普资讯 http://www.cqvip.com 2007,23(1I) 中国人兽共患病学报 Chinese Journal of Zoonoses 1143 文章编号:1002—2694(2007)l1一l143—04 恶性疟原虫海南分离株PJ’mdrl基因 与氯喹抗性的相关性分析 于 丹 ,江钢锋 ,陈沛泉 摘要:目的 了解海南省恶性疟原虫pfmdrl基因同氯喹抗性的关系。方法 采用套式PCR技术特异性扩增pfmd 1 42个样本中,P d 1 基因含有编码第86位、1042位和1246位氨基酸的基因片段.并对扩增产物进行RFLP分析。结果第86位氨基酸均未发生突变。即86位氨基酸是野生型的Asn,而不是突变型的Tyr。第1246位氨基酸发生突变的样本共有 7个・全部为抗性虫株。第1042位点PCR扩增结果阳性的37个样本中突变的样本共有1O个,其中9个为抗性虫株.一个为 敏感虫株。结论 我国海南省恶性疟原虫氯喹抗性产生与Pf.zdrl 86位氨基酸基因多态性无关,但第1042和1246位氨基 酸的突变更易在抗性虫株中检出。 关键词:恶性疟原虫;pfmdrl基因;氯喹抗性 中图分类号:R382.3文献标识码:A Analysis on the correlation between chloroquine resistance and pfmdr-1 gene in Plasmodium J'alciparum isolates from Hainan province YU Dan,JIANG Gang—feng,CHEN Pei—quan (Guangdong Pharmaceutical University.Guangzhou 5 10006,China) ABSTRACT:It had been reported that the major multi-drug resistance related gene in Plasmodium falciparum included P. falciparum multi-drug resistance gene pfmd ̄l,cg一2 gone and P.falciparum chloroquine resistance transporter pfcrt,and the single or synergistic action conferred to the chloroquine resistance in P._厂nlciparum.In the present study,the genetic polymer— phism in the pfmd ̄l gene in P.falciparum isolates from Hainan province was identified by PCR-RFLP method and the rela— tionship of pfmd ̄l mutation with chloroquine resistance in vitro was determined.Nested PCR was used to amplify the frag— ments of pfmdr-1 gene coding the 86。1042 and 1246 amino acids,and then the PCR products were digested with special re— striction endonucleases.In our study。42 isolates were tested,in which 22 isolates were found to be resistant to chloroquine and the others were susceptible.As demonstrated by PCR—RFLP,7 out of 42 isolates carried the D1246Y mutation,and all of these were resistant:tO chloroquine.Except 5 negative isolates,37 OUt of the 42 isolates had positive gene fragments coding the 1042 amino acids.In these 37 isolates。10 isolates had the N1042D mutation。9 of which wore chloroquine-resistant。and only one was susceptible,suRgesting a 90 agreement between the chloroquine resistance phenotype and the point mutation.In conclusion, it seems that no significant correlation can be detected between the development of chloroquine resistance in the isolate of P. falciparum in Hainan province and the pfmd ̄l gene polymorphism at 86 position amino acid,however,the association in the D1246Y and N1042D mutations with chloroquine resistance exist. KEY WORDS:Plasmodium falciparum;Pf.zdrl gene;chloroquine resistance 氯喹作为一种高效、低价的抗疟药,因其良好的 安全性和耐受性曾在临床上发挥重要作用。但在 2O世纪5O年代泰国和哥伦比亚同时发现恶性疟原 虫氯喹抗性后至今除了海地岛和西南亚的部分地区 外其抗药性已经遍布全球“ 。我国海南、云南、广 西等地也有氯喹抗性疟疾的流行。已有研究推测抗 性虫株基因组的改变,包括药物作用靶点、同药物吸 收/外排相关的物质通道、离子通道编码基因等的改 变都可能引发抗性,而且氯喹抗性产生是一个多基 因作用的结果。目前发现同该过程相关的基因主要 有恶性疟原虫多药抗性基因(P. 通讯作者;江钢锋,Email:jianggf@tom.conl lciparum mul一 作者单位:1.广东药学院寄生虫学教研室,广州 5l0006; 2.广州中医药大学热带医学研究所 维普资讯 http://www.cqvip.com 1144 中国人兽共患病学报 Chinese Journa1 of Zoonoses tidrug resistance,pfmdr1),cg2基因和恶性疟原虫 氯喹抗性转运蛋白编码基因(P. lciparum chlor— ouine resistance transporter,pfcrt)∞ 。这些基因 因公司完成。 2 结 果 2.1 药物敏感性测试结果42份疟疾患者血样经 或协同作用赋予恶性疟原虫氯喹抗性 “ 。 体外药物敏感性测试,其中具有氯喹抗性的虫株有 22个,氯喹敏感的虫株有2O个。 2.2 86位点测试结果42份血样经套式PCR扩增 本文对海南省恶性疟原虫氯喹抗性相关基因 pfmdrl进行多态性分析,以进一步了解该基因同 氯喹抗性之间的关系,对开展抗性疟原虫分子流行 含有编码86位氨基酸的pfmdrl基因片段,全部为 阳性,片段大小约为520bp。用性内切酶Apo 病学分析及深入了解疟原虫抗药性产生机制具有重 要参考价值。 1材料与方法 1.1虫株来源采集海南省恶性疟流行区门诊病 人经镜检确诊为恶性疟患者的血样。将血样置于灭 菌的1.5ml离心管中,一2O℃保存备用。 1.2药物敏感性测试采用改良的wHO推荐的 Rieckmann体外微量测定法 对采集的42份恶性 疟病人血样进行氯喹的敏感性测试。 1.3基因组DNA的提取每份血样取5O l血置于 灭菌的1-5ml离心管中,加入500 ̄1磷酸钠缓冲液 剧烈震荡后10 000r/min,离心lOmin,弃上清液。 重复上述步骤两次后加5O l三蒸水悬浮沉淀,沸水 浴10min,5 000r/min,离心lOmin,吸取上清,4。C保 存备用 。 1.4 目的基因的扩增 根据参考文献 ”分别设 计2对引物(表1)扩增含有86、1042、1246位点的 基因片段。5O l反应体系中包含5 l模板DNA,1 ×PCR Buffer,2.5mmol/L的MgC12(MBI),0.2 mmol/L的dNTP,各0.5mmol/L的上下游引物和 1.25U的Tag DNA Polymerase(MBI)。第1次反 应条件:94℃预变性2min,92℃变性30s,48。C退火 45s,65℃延伸lmin,共3O个循环,循环结束后65℃ 延伸5rain。以第1次反应产物为模板进行第2次 反应:94℃预变性2min,92 C变性30s,48。C退火 30s,65℃延伸45s,共3O个循环,循环结束后65℃ 延伸5rain。扩增产物经2 琼脂糖凝胶电泳观察分 析。 1.5 扩增产物的酶切Pfmdrl基因的86位点用 性内切酶Apo I进行酶切分析,可酶切野生型 基因;1042位点用性内切酶Ase I进行酶切分 析,可酶切野生型基因;1 246位点用性内切酶 EcoRV进行酶切分析,可酶切突变型基因。酶切产 物经2 9/6琼脂糖凝胶电泳后,紫外分析仪观察结果 并拍照。 1.6 目的基因片段的序列测定Pfmdrl基因 86、l 042、l 246三个位点各挑选几个样本的第二次 PCR扩增产物进行DNA测序,该工作交由拓扑基 I消化扩增产物,所有样本均被切开,酶切后DNA 片段大小约为220bp和300bp(图1)。表明所有虫 株的pfmdrl基因均为野生型,即86位氨基酸是 Asn,而不是突变型Tyr。 图1 Pfmdrl基因N86Y点突变酶切电泳结果 Fig.1 Electrophoresis result of pfmdrl gene N86Y muta‘ tion. 1:PCR产物对照;2:ApoI酶切产物;M:pUC Mix8 分子质量标记 l:Control of PCR product;2:pfmdrl product di- gested by Apo I restriction endonuclease;M:pUC Mix8 marker. 2.3 1042位点测试结果 有37份血样经套式 PCR扩增得到含有编码1042位氨基酸的pfmdrl 基因片段,片段大小约为350bp(图2a),性内切 酶Ase I消化后,1042位点基因型为野生型者形成 两个约120~130bp的片段和两个约50bp的小片 段,突变型者形成一个约250bp的大片段和两个约 50bp的小片段(图2b)。21个抗性株中有9个证实 为突变型Cys(41 ),其余为野生型(59 );16个 敏感株中有1个为突变型(5%),其余为野生型 (95 )(校正Y。=4.45,大于.)[8.o5—3.84,P< 0.05)。 2.4 1 246位点测试结果 42份血液样本经套式 PCR扩增含有编码1246位氨基酸的pfmdrl基因 片段,全部为阳性,片段大小约为410bp。用性 内切酶EcoRV消化扩增产物,有7个样本具有酶切 位点为突变型,酶切后DNA片段大小分别约为 维普资讯 http://www.cqvip.com 中国人兽共患病学报 Chinese Journal of Zoonoses ll45 210bp和200bp(图3)。所有7个突变型都是抗性 株(32 9,6),其余为野生型(68 );所有敏感株都为野 生型(校正x 一5.52,大于 。5—3.84,P<0.05)。 M 1 2 3 l 1 1 81 692 501 489 404 331 242 图2a Pfmdrl基因N1042D点突变第二次PCR反应电泳 结果 Fig.2a PCR ampliifcation of pfmdrl gene N1042D muta— tion. 卜3:amplified product of pfmdrl gene N1042D mutation;M:pUC、lix8 marker. M 1 2 3 4 l l1 s81 692 501 189 104 331 242 l90 147 111 图2b ldrl基因N1042D点突变酶切电泳结果 Fig.2b Electrophoresis result of pfmdrl gene N1042D nmta。 tion. 1。3:mutantohype negative product digested by re— striction endonuclease;2.4:wide-type positive product digested by Ase I restriction endonucle。 ase;M:pUC Mix8 marker. 2.5测序结果86位点K3等2个样本的PCR产 物、1042位点K5等7个样本的PCR产物、1246位 点K2o等6个样本的PCR产物测序结果证明各个 位点的基因序列与酶切结果相符。 3讨论 早期研究发现位于5号染色体上的恶性疟原虫 多药抗性基因(P.falciparum multidrug resist。 ante,pfmdr1),由它编码的160kDa P型糖蛋白(P— glycoprotein l,Pgh—1)在氯喹外排或吸收中发挥作 用,并认为与氯喹抗性产生有关,具体机制可能如 下:1.基因拷贝数增加致使合成蛋白量增加。2.给 药压力下pfmdrl基因的表达量增加。3.该基因特 1 l 2 1 9 4 l 2 0 7 图3 P,小drl基因DI246Y点突变酶切电泳结果 Fig.3 Electrophoresis result of pfmdrl gene D1246Y muta— tion. 1:Control of PCR product;2:pfmdrl negative product digested by Ec0RV restriction endonuelease: 3:pfmdrl positive product digested by Ec0RV re— striction endonuclease;M:pUC Mix8 marker. 定位点突变导致蛋白功能增强。 。PRICE等人认 为由于Pfmdrl基因扩增,其蛋白产物也相应增 加,导致氯喹外排速度加快从而产生抗性n ;与之 相反,另一些实验表明,Pfmdrl基因表达产物量增 加的同时,其拷贝数并没有发生变化n 。不少研究 认为同氯喹抗性相关的突变位点主要有 “86Ty 、Ty 184  ̄Ser1034cy。、 “1042 和 sp1246 Ty ,其中86位 点被认为是氯喹抗性产生的关键性突变位点,但是 这些突变同氯喹体内、体外抗性关系的现场研究结 果很不一致。VAN 们等认为pfmdrl的基因突变 导致编码产物Pghl的功能损伤,使得氯喹摄入量 减少而表现出抗性。近年来的研究发现pfmdrl基 因86位点的突变同氯喹抗性高低具有一定关系,但 不显著“ " 。DJIMDE等人的体内实验发现在氯 喹治疗失败的病人体内pfmdrl基因86位点的突 变率为86 ,高于基线50 9,6 。单个位点的突变同 疟原虫抗药性的关系不密切,而二个位点甚至多个 位点间的协同作用可能是抗药性产生的真正原因。 本文对42个海南株恶性疟原虫pfmdrl基因 若干位点的多态性进行分析,结果显示,1042位点 和1246位点突变多见于氯喹抗性虫株中(表2),显 示pfmdrl的1042位点和1246位点的突变同氯喹 抗性具有一定关系。此外,在1042位点的l0个突 变株和1246位点的7个突变株中同时发生二者突 变的有3个样本,仅占抗性虫株的l4 ,但在发生 突变的抗性虫株中分别占了33 9,6(3/9)和43 (3/ 7)。值得一提的是,本研究及作者以前的另一研究 均未发现海南株恶性疟原虫存在N86Y位点突变, 即全部虫株均为野生型,而同样对恶性疟原虫海南 株的研究,官亚宜等㈣则检测到N86Y位点突变 维普资讯 http://www.cqvip.com ll46 Chinese Journal of Zoonoses 中国人兽共患病学报 2007,23(11) (仅占样本量的3.4%),尽管其突变与氯喹抗性不 存在关联。这可能同两个研究样本采集的时间和具 情况。综合相关的研究结果,我们认为我国海南省 恶性疟原虫虫株pfmdrl基因的某些位点的突变与 体地点不同有关,但因所研究的样本数量均不够大, 所以并不一定能反映海南省恶性疟原虫种群的真实 氯喹抗性并不存在必然的联系,不能用作氯喹抗性 的分子标记。 表1用于扩增pfmdrl基因的引物 Tab 1 Primer for amplification of the pfmdrl gene 表2 1042位点和1246位点基因型及氯喹抗性 Table 2 Parasite sensitivities to chloroquine and genetic poly— acterization of Plasmodium falciparum isolated from the Ama— zon region of Brazil:evidence for quinine resistance(J3.Am J Trop Med Hyg,1998,58(5):630—637. morphisms in 1042 and 1246 mutations of pfmdrl gene. 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