Снижение чувствительности Plasmodium falciparum как к дигидроартемизинину, так и к люмефантрину на севере Уганды.

Nature Communications, том 13, номер статьи: 6353 (2022) Цитировать эту статью

2042 Доступа

4 цитаты

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Частичная резистентность к артемизинину может способствовать отбору Plasmodium falciparum, резистентного к препаратам-партнерам комбинированной терапии. Мы оценили 99 изолятов P. falciparum, собранных в 2021 году из северной Уганды, где возникли связанные с устойчивостью мутации PfK13 C469Y и A675V, и восточной Уганды, где эти мутации встречаются редко. При кольцевом анализе выживаемости ex vivo изоляты с мутацией 469Y (медиана выживаемости 7,3% для мутантного, 2,5% для смешанного и 1,4% для дикого типа) и/или мутациями в Pfcoronin или фальципаине-2a имели значительно большую выживаемость; все изоляты с выживаемостью >5% имели мутации хотя бы в одном из этих белков. При анализе ингибирования роста ex vivo чувствительность к люмефантрину (медиана IC50 14,6 против 6,9 нМ, p < 0,0001) и дигидроартемизинину (2,3 против 1,5 нМ, p = 0,003) была снижена в северной и восточной Уганде; 14/49 северных и 0/38 восточных изолятов имели IC50 люмефантрина > 20 нМ (p = 0,0002). Целевое секвенирование 819 изолятов из 2015–2021 годов выявило множественные полиморфизмы, связанные с измененной чувствительностью к лекарственным средствам, в частности PfK13 469Y со сниженной чувствительностью к люмефантрину (p = 6 × 10–8) и мутации PfCRT с устойчивостью к хлорохину (p = 1 × 10–20). . Наши результаты вызывают обеспокоенность по поводу активности артеметер-люмефантрина, противомалярийного препарата первой линии в Уганде.

Лекарственная устойчивость на протяжении десятилетий затрудняла лечение и борьбу с малярией, вызванной falciparum1. Частичная устойчивость к артемизининам, наиболее важным препаратам, используемым в настоящее время для лечения малярии, была выявлена в Юго-Восточной Азии около 15 лет назад2,3. Фенотип частичной устойчивости влечет за собой задержку выведения паразитов после лечения пациентов артемизинином4 или повышенную выживаемость культивируемых паразитов после воздействия дигидроартемизинина (ДГК)5. Было показано, что частичная устойчивость в Юго-Восточной Азии связана с любой из примерно 20 кандидатных или подтвержденных мутаций в пропеллерном домене белка P. falciparum kelch 13 (PfK13)6,7. Дополнительные полиморфизмы сопровождали мутации PfK13 у устойчивых к артемизинину паразитов Юго-Восточной Азии,8,9, а селекция in vitro африканских паразитов с DHA привела к отсроченному клиренсу, связанному с мутациями в коронине P. falciparum (Pfcoronin)10. Мутации PfK13, подтвержденные как медиаторы резистентности в Юго-Восточной Азии, были зарегистрированы и в некоторых других частях мира11,12,13, но до недавнего времени доказательства устойчивой распространенности этих мутаций или документально подтвержденной клинической или in vitro резистентности отсутствовали14. Наибольшую озабоченность вызывает потенциальное появление или распространение устойчивости к малярии в Африке, где наблюдается основная часть заболеваемости и смертности от малярии15. Недавно мутации PfK13, ранее связанные с частичной резистентностью к артемизинину в Азии, были описаны в Восточной Африке с появлением мутации PfK13 R561H в Руанде16,17,18 и мутаций C469Y и A675V в северной Уганде19,20,21,22. В ограниченных исследованиях было показано, что мутации C469Y, R561H и A675V связаны с частичной резистентностью к артемизинину, измеренной клинически (замедленный клиренс) или in vitro (повышенная выживаемость)17,22, но наше понимание воздействия недавно появившегося P. falciparum мутации в отношении чувствительности к лекарствам и эффективности лечения ведущими комбинированными методами лечения на основе артемизинина (АКТ) в Африке являются неполными.

АКТ сочетают в себе быстродействующий артемизинин и медленнодействующий партнерский препарат23. В Юго-Восточной Азии за появлением частичной резистентности к артемизинину последовали данные о снижении противомалярийной активности препаратов-партнеров АКТ мефлохина24 и пиперахина25. Примечательно, что резистентность к артемизинину, связанная в первую очередь с мутацией PfK13 580Y, и пиперахину, связанная с новыми мутациями в PfCRT и амплификацией гена плазмепсина 2/3, привела к частоте неудач при применении DHA-пиперакина >50% в Камбодже26,27,28. Недавнее появление частичной устойчивости к артемизининам в Восточной Африке может аналогичным образом привести к отбору паразитов со сниженной чувствительностью к препаратам-партнерам АКТ. Учитывая огромные потери от малярии в Африке, эти последствия могут быть разрушительными, как это было видно с появлением устойчивости к хлорохину в 1980-х годах, что привело к миллионам дополнительных смертей от малярии29.

20 nM (p = 0.0002; Fig. 2). RSAs, which entailed counting parasites 72 h after initiation of a 6 h DHA pulse, did not show significant differences in survival between isolates from northern (median 2.5% survival for 52 samples) and eastern (median 1.4% survival for 29 samples; p = 0.53) Uganda, but of note some parasites with PfK13 mutations associated with delayed parasite clearance were present at both sites (Fig. 2)./p>5% had either the PfK13 469Y mutation, mutations in falcipain-2a, or both. Interestingly, mutations in PfK13 outside the propeller domain were associated with decreased RSA survival (the opposite of the effect of PfK13 469Y); considering any of 15 non-propeller mutations identified, survival was 1.5% in 42 mutant vs. 5.5% in 26 fully wild type isolates (p = 0.02; Supplementary Table 2). Two other polymorphisms with significant independent associations were deletion in a putative ubiquitin carboxyl-terminal hydrolase 1, associated with increased RSA survival, and a SNP in a gene encoding a protein of unknown function, associated with decreased survival./p>30 nM (median IC50 39.5 nM), subsequent IC50 values measured after culture for 4 or more weeks and then after freezing, thawing, growth in culture, and repeat assays, were generally lower than the initial ex vivo values (Table 5). However, after culture adaptation IC50 values for these eight northern Uganda isolates measured before (median IC50 13.2 nM) or after (median IC50 16.9 nM assessed in Uganda and 7.4 nM assessed in the USA) freeze-thaw-reculture were above values for parasites collected from eastern Uganda for direct comparison with the northern Uganda isolates (median IC50 6.9 nM for 38 isolates) or for a larger set of isolates published earlier (median IC50 5.1 nM for 365 isolates32)./p>5% despite lack of the PfK13 469Y mutation had mutations in falcipain-2a. Of the 17 mutations identified in falcipain-2a, 11 were also identified in isolates from southeast Asia in which falcipain-2a haplotypes were associated with enhanced RSA survival9. Falcipain-2a is a hemoglobinase that plays a key role, in concert with other proteases, in hydrolyzing hemoglobin to supply amino acids for parasite metabolism43. Loss of falcipain activity due to treatment with specific inhibitors or gene knockout markedly blunted the antimalarial activity of DHA, indicating that falcipain-mediated proteolysis of hemoglobin is needed for efficient activation of artemisinins44. These results are consistent with our understanding that the conversion of artemisinins by heme, after liberation from hemoglobin, into toxic free radicals, is a prerequisite to efficient action of artemisinins45. Interestingly, a mutation encoding a falcipain-2a stop codon was identified in parasites selected in vitro for resistance to artemisinin, but this selection occurred after emergence of a PfK13 mutation6. Taken together, available data suggest that certain mutations in falcipain-2a can mediate artemisinin partial resistance independent of or in concert with mutations in PfK13./p>1% parasitemia were diluted to 1%; isolates with ≤1% parasitemia were cultured at starting parasitemias. The cells were washed to remove drug after 6 h, and culture was continued for an additional 66 h. At 72 h after culture initiation, Giemsa-stained thin smears were prepared. Cultures were considered viable and appropriate for assessment if control parasitemia was ≥0.2% and also ≥25% of the starting parasitemia. Parasitemias were counted in control and treated cultures, and RSA survival was expressed as the proportion of viable parasites in the DHA treated cultures relative to controls./p>15%) prevalence of minor alleles were evaluated independently, as described above, and loci with low (≤15%) minor allele prevalence were analyzed as aggregate variables, in which the presence of any minor allele was compared with the major allele. For both high and low prevalence loci, p ≤ 0.05 were considered significant. For loci that were statistically significant, RSA survival was also evaluated in the context of K13 C469Y and A675V mutations. Candidate loci and K13 genotypes were treated as binary variables as described above./p>