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        HCV 3b亞型全長序列測定及基線耐藥相關(guān)置換的分析

        2020-02-08 03:05:58黃杰庭單振剛尤慶柱付涌水
        臨床肝膽病雜志 2020年1期
        關(guān)鍵詞:研究

        黃杰庭,許 茹,廖 峭,王 敏,單振剛,尤慶柱,戎 霞,4,付涌水,4

        1 廣州血液中心,廣州 510095; 2 廣州市醫(yī)學(xué)重點實驗室(血液安全重點實驗室),廣州 510095;3 韶關(guān)市第一人民醫(yī)院 耳鼻喉科,廣東 韶關(guān) 512000; 4 南方醫(yī)科大學(xué) 檢驗與生物技術(shù)學(xué)院輸血醫(yī)學(xué)系,廣州 510515

        我國是HCV高流行地區(qū),約有1000萬感染者[1],其中75%~85%的感染者發(fā)展為慢性丙型肝炎(CHC),后者有可能進一步發(fā)展為肝纖維化、肝硬化、甚至肝癌或肝衰竭等[1-2]。HCV感染已經(jīng)成為我國不容忽視的公共衛(wèi)生問題。

        HCV具有高度異質(zhì)性,根據(jù)基因序列的差異程度可分為7種基因型和超過80種亞型,HCV準確分型的金標準是基于病毒全長序列的系統(tǒng)進化分析[3]。目前主要通過分區(qū)段擴增和一代測序,把各段序列進行拼接得到HCV全長序列[4]。然而,由于HCV基因組的高度變異,這種方法不易獲得病毒全長序列,而且分區(qū)段擴增的策略增加了實驗操作的工作量和工作難度。此外,一代測序的靈敏度較低,僅能檢測豐度超過15%的突變或變異。因此,建立一種快速且高靈敏度的HCV全長序列測定方法,仍是當(dāng)前HCV研究熱點之一。

        近年來,多種針對HCV的直接抗病毒藥物(direct-acting antivirals, DAA)已進入臨床應(yīng)用[5]。我國從2016年4月開始陸續(xù)引進和批準sofosbuvir等6種DAAs上市[6]。此前的標準治療方案為聚乙二醇干擾素聯(lián)合ribavirin,與其相比,DAA治療方案具有更高的持續(xù)病毒學(xué)應(yīng)答(sustained virological response, SVR)率、療程短和不良反應(yīng)少等優(yōu)點[5]。然而,仍有部分感染者未獲得SVR或出現(xiàn)停藥后復(fù)發(fā),與基線耐藥相關(guān)置換(resistance associated substitution, RAS)密切相關(guān)[7]。命名RAS需要確定對應(yīng)的HCV蛋白以及氨基酸位點。以NS3 Q80K為例,RAS的首字母(Q)為野生型氨基酸,然后是氨基酸的位置(NS3蛋白的第80位),后面跟的字母表示耐藥突變的氨基酸(K)[7]。體外研究[7]表明,NS3 Q80K可使simeprevir的抗病毒作用降低10倍;臨床使用daclatasvir聯(lián)合sofosbuvir治療HCV基因3型感染者時,無NS5A基線RAS患者的12周SVR率高達92%,而存在NS5A基線RAS患者則僅有54%。因此,對HCV感染者在進行個體化DAA治療前檢測基線RAS以選擇最佳藥物組合和治療方案,尤為重要。

        本課題組在前期研究中通過基因片段擴增,發(fā)現(xiàn)1例獻血者可能感染了HCV 3b亞型。該亞型在廣州地區(qū)十分少見。在Genbank數(shù)據(jù)庫中,HCV 3b亞型的全長序列僅有13條,其中分離自中國的僅有2條。研究[8]發(fā)現(xiàn)感染HCV 3型(主要為3a亞型)的患者中,NS5A Y93H和A30K兩個基線RAS的頻率均為5%~10%。本研究采用二代測序法(next generation sequencing,NGS)分析該獻血者的HCV全長序列和基線RAS,為HCV 3b在廣州地區(qū)的分子流行病學(xué)研究和DAA治療方案的制訂提供科學(xué)依據(jù)。

        1 材料和方法

        1.1 研究對象 實驗編號為2584的無償獻血者(男性,30歲)于2016年7月在廣州血液中心參與無償獻血,血液篩查顯示其抗-HCV和HCV RNA呈反應(yīng)性,無HBV、HIV和梅毒螺旋體感染,ALT水平升高(203 IU/ml)。1個月后對該獻血者隨訪,抽取靜脈血5 ml,EDTA抗凝,離心后將血漿置-20 ℃保存,用于HCV RNA定量和NGS。本研究方案經(jīng)由廣州血液中心醫(yī)學(xué)倫理委員會審批(編號:廣州血液中心醫(yī)倫〔2019〕第40號),研究對象簽署知情同意書。

        1.2 HCV RNA定量 研究對象的隨訪血漿標本送至廣州金域醫(yī)學(xué)檢驗中心進行HCV RNA定量,采用實時熒光定量PCR法(Roche COBAS AmpliPrep/COBAS TaqMan,德國羅氏診斷有限公司)。

        1.3 血漿病毒核酸的提取 采用Ng等[9]報道的方法,將血漿標本經(jīng)0.45 μm濾器過濾去除細胞碎片后,取120 μl加入核酸酶混合物(RNase One Ribonuclease,普洛麥格生物技術(shù)有限公司;Turbo DNase,賽默飛世爾科技有限公司)于37 ℃孵育1.5 h以去除游離核酸。隨后使用QIAamp viral RNA mini kit(凱杰生物工程有限公司),按照說明書的步驟提取病毒RNA。

        1.4 序列非依賴性擴增 采用Ng等[9]報道的方法,以帶有9個隨機堿基(N)和18個固定堿基的逆轉(zhuǎn)錄引物(GCCGACTAATGCGTAGTCNNNNNNNNN),采用SuperScript Ⅲ First-Strand Synthesis Kit(賽默飛世爾科技有限公司)將病毒RNA逆轉(zhuǎn)錄為cDNA。然后采用Platinum Taq Hot-Start PCR Master Mix(賽默飛世爾科技有限公司)對cDNA進行PCR擴增,PCR引物序列與逆轉(zhuǎn)錄引物的18個固定堿基一致。

        1.5 二代測序(NGS) 上述PCR產(chǎn)物送至上海派森諾生物科技有限公司,采用Illuminate Hiseq進行2×150 bp雙末端測序。

        1.6 測序數(shù)據(jù)的處理分析 參照Thomson等[10]報道的方法,對NGS獲得的原始序列(Raw reads),采用Babraham Bioinformatics(https://www.bioinformatics.babraham.ac.uk)的FastQC和Trim_galore分別去除低質(zhì)量序列和引物/接頭序列,得到高質(zhì)量序列(HQ reads)。后者經(jīng)Bowtie程序(http://bowtie-bio.sourceforge.net/index.shtml)處理去除人類基因組序列,余下的序列通過Tanoti(http://bioinformatics.cvr.ac.uk/tanoti.php)與187條HCV全長參考序列比對得到HCV reads。最后將HCV reads通過Tanoti的從頭組裝(de novo assembly)拼接得到HCV全長序列。該序列已上傳至Genbank(https://www.ncbi.nlm.nih.gov/genbank/),進入號為MN385583。通過HCV-GLUE(http://hcv.glue.cvr.ac.uk/#/aboutGlueProject)進行RAS分析[10]。

        1.7 HCV基因分型 采用本課題組此前建立的方法[4],通過MEGA7.0,將2584號標本的序列和HCV各基因型/亞型參考序列構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)生樹,獲得準確基因分型。

        2 結(jié)果

        2.1 NGS測序結(jié)果 2584號標本的HCV RNA定量為1.57×107IU/ml。NGS共獲得8.4 Gb數(shù)據(jù),raw reads數(shù)為56 092 306。去除引物序列、接頭序列以及低質(zhì)量序列后,高質(zhì)量序列(HQ)數(shù)為40 694 590,占72.5%。HCV reads數(shù)為33 295 509,占HQ reads的81.8%。

        2.2 HCV全長序列分析 如圖1所示,2584號標本的HCV reads拼接后得到的序列對HCV基因組的覆蓋率為100%,即獲得病毒全長序列,平均測序深度為488 007。

        圖1 2584號標本HCV核苷酸位點的測序深度

        2.3 病毒基因分型 通過MEGA7.0對2584號標本的病毒全長序列和參考序列構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)生樹(圖2)。HCV基因1型-7型(gt1-gt7)形成7個不同的簇。2584號標本(紅點)位于HCV gt3的簇上,與13株3b亞型同源性最高,形成獨立分支,表明此標本屬于3b亞型。從3b的分支(圖2右)可見2584號標本和另外2株分離自中國的序列均位于C簇上,明顯獨立于A簇和B簇,提示我國的HCV 3b可能具有獨特的分子流行病學(xué)特征。

        2.4 RAS分析 2854號標本的NS3、NS5A和NS5B RAS如表1所示。其中NS5A Q/A30K和L31M的豐度分別為99.16%和98.37%,屬于高豐度RAS。此外,還發(fā)現(xiàn)了10個低豐度RAS(<0.5%),包括NS3 Y56H、Q80K、Q80R和A156G,NS5A M28G、Q/A30G、L31F和Y93H,以及NS5B S282T和V321A。

        注:虛線方框為3b亞型,紅點標示為2584號標本。

        表1 2584號標本的RAS分析

        3 討論

        HCV的基因型/亞型與病毒的傳播途徑,感染的發(fā)生、發(fā)展和治療方案密切相關(guān),而且在不同地域的分布存在明顯差異。本研究的2584號標本屬于3b亞型,在廣州則較為少見,僅占HCV慢性感染者的5%[11]。受分段擴增和一代測序的限制,HCV 3b的全長序列很難獲得,迄今我國僅有2條3b全長序列上傳到Genbank。本研究采用NGS和生物信息學(xué)分析方法,成功獲得2584號標本的全長序列。與基于一代測序的傳統(tǒng)方法相比,本方法具有以下優(yōu)點:(1)采用序列非依賴性擴增,避免了特異性引物在擴增時引入偏倚;(2)大大減少了實驗操作的工作量和工作難度;(3)超大的數(shù)據(jù)量;(4)更高的靈敏度以檢測低豐度變異。

        DAA因具有高SVR水平、不良反應(yīng)發(fā)生率低以及縮短治療時間等優(yōu)勢,已被認為是治療CHC的首選藥物[12]。根據(jù)藥物作用靶點的不同,DAA分為NS3/4A蛋白酶抑制劑、NS5A抑制劑和NS5B聚合酶抑制劑[5]。然而亦有DAA治療無效的病例報告,經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)與RAS密切相關(guān)。這些RAS發(fā)生在患者所用DAA的靶基因上,導(dǎo)致藥物敏感性下降甚至無效[7]。通過臨床證據(jù)和體外試驗,目前已鑒定出約50個RAS[12]。HCV不同基因型/亞型之間的RAS和基因耐藥屏障不盡相同[7]?;€RAS影響著臨床治療方案的確定,包括DAA的選擇和療程的長短等。歐洲肝病學(xué)會建議,采用DAA治療CHC患者前需進行RAS檢測,尤其是選擇NS5A抑制劑前應(yīng)檢測NS5A 24~93位氨基酸序列是否含有基線RAS[12]。本研究在2584號標本發(fā)現(xiàn)NS5A Q/A30K和L31M兩個高豐度RAS,可能會導(dǎo)致對daclatasvir等6種DAAs無效。筆者也分析了Genbank的13條HCV 3b的全長氨基酸序列,發(fā)現(xiàn)其中12條也攜帶Q/A30K和L31M,1條攜帶Q/A30K,提示攜帶兩個基線RAS的3b亞型病毒株出現(xiàn)的頻率可能相當(dāng)高。值得注意的是,雖然這兩個RAS導(dǎo)致3b亞型對NS5A抑制劑耐藥已在體外試驗中被證實,但未見相關(guān)臨床報道。這可能與3b亞型少見于歐美國家有關(guān)。此外,雖然一般認為RAS的豐度超過15%才會影響DAA的療效,但亦有研究[13-14]指出,低豐度RAS在DAA的選擇壓力下可成為優(yōu)勢毒株導(dǎo)致治療無效或復(fù)發(fā)。本實驗在2584號標本檢測到10個低豐度RAS(<0.5%)。由于有著足夠的測序深度,這些RAS的reads均>25,表明不是測序錯誤,而是病毒序列中真實存在的變異。后續(xù)研究擬對該獻血者進行隨訪,尤其是DAA治療后的病毒核酸定期監(jiān)測,以了解低豐度RAS是否影響該獻血者的DAA療效。

        本研究建立的基于NGS的HCV全長序列測定和RAS分析方法可進行進一步優(yōu)化。對于病毒載量高的標本,后續(xù)試驗在保證序列拼接質(zhì)量的前提下,可適當(dāng)降低NGS數(shù)據(jù)量和測序深度,以獲得更好的成本效益。此外,近年來,以單分子測序為技術(shù)核心的第三代測序技術(shù)(third generation sequencing, TGS)迅速發(fā)展。TGS最主要的優(yōu)勢在于超長的讀長,可達30 kb甚至超過100 kb,遠遠超過NGS的100~400 bp[15]。超長的讀長使得序列拼接更準確,也使得病毒準種的研究成為可能。然而,就當(dāng)前技術(shù)水平而言,TGS尚未能廣泛應(yīng)用于HCV或其他研究,主要是因為TGS在文庫構(gòu)建和測序的過程中沒有核酸擴增的步驟,因而對待測樣本的核酸濃度要求相當(dāng)高。從血漿中提取的病毒核酸,濃度往往很難達到TGS建庫要求。此外,TGS的測序錯誤率較高,不適用于測定基因組變異程度很高的HCV序列。總之,NGS是目前測定HCV全長序列的最好方法,但隨著技術(shù)水平的不斷發(fā)展,TGS有著更廣闊的應(yīng)用前景。

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