마크로라이드 유도내성 및 획득내성이 Mycobacterium abscessus 폐질환 치료성적에 미치는 영향과 치료실패 시 유전형의 변화 = Effect of inducible and acquired macrolide resistance on the treatment outcome of Mycobacterium abscessus lung disease and genotype variability in patients with treatment failure

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Background: The prevalence of lung disease due to non-tuberculous mycobacteria (NTM) is increasing worldwide. Among the rapidly growing mycobacteria, Mycobacterium abscessus complex is the most significant cause of NTM lung disease. Based on recent whole-genome sequencing studies, the M. abscessus complex is divided into three subspecies (subsp.): M. abscessus subsp. abscessus (hereafter referred to as M. abscessus), M. abscessus subsp. massiliense (hereafter referred to as M. massiliense), and M. abscessus subsp. bolletii. Compared to the highly negative culture conversion rate of ~90% in patients with M. massiliense lung disease, the culture conversion rate in patients with M. abscessus lung disease is ~30%. Inducible macrolide resistance by functional erm(41) gene and acquired macrolide resistance by mutation of the rrl gene are believed to contribute to the low success rate of antibiotic treatment in patients with M. abscessus lung disease; however, the extent to which these factors truly contribute to treatment failure is unknown. Additionally, little is known regarding the associations between treatment outcome and colony morphotypes or genetic variations that arise upon antibiotic treatment.
Objectives: The aim of this study was to assess the effect of colony morphotype, inducible resistance conferred by erm(41), and acquired resistance due to rrl mutations on treatment outcome. We also aimed to characterize genetic variations that arise upon antibiotic treatment.
Methods: Treatment outcomes were analyzed in 67 patients with M. abscessus lung disease who underwent antibiotic treatment for more than one year between January 2002 and December 2012. Genetic analyses of stored M. abscessus clinical isolates were performed on the final failure group consisting of 24 patients with treatment failure after one year of antibiotic treatment and 5 patients with positive M. abscessus culture(s) after treatment with negative conversion. These results were compared with the final success group consisting of 15 patients with negative cultures to M. abscessus after treatment completion with negative conversion.
Measurements and Main Results: Among the 67 patients with M. abscessus lung disease that received antibiotic treatment for more than one year, the culture conversion rate was 41.8% (28/67) after one year of treatment, and the final success rate was 40.3% (27/67). Final success rates were more common in patients with a negative smear result, non-cavitary disease, and no prior history of pulmonary tuberculosis at the beginning of antibiotic treatment. Smooth colony morphotypes and C28 sequevars of erm(41) were more common in the final success group compared to the final failure group (8/15 [53.3%] vs. 3/29 [10.3%]; p = 0.011, 6/15 [40.0%] vs. 1/29 [3.4%]; p = 0.004, respectively). All colonies with the C28 sequevar of erm(41) were susceptible to clarithromycin. A single colony harboring a 19C→T point mutation in the T28 sequevar of erm(41) was also susceptible to clarithromycin, and the others with the T28 sequevar of erm(41) were resistant to clarithromycin. The incidence of acquired resistance due to rrl mutations was 10% (3/29) in the final failure group. According to repetitive sequence-based PCR results in the final failure group, polyclonal infections were detected in 72.4% (21/29).
Conclusions: The low success rate of antibiotic treatment in patients with M. abscessus lung disease may not be caused by mutations in rrl, but rather, appear to be caused by the inducible resistance conferred by functional erm(41) and polyclonal infections. Thus, the identification of erm(41) sequevars from infecting strains is important for efficiently treating patients with M. abscessus lung disease. In addition, further research on environmental interventions might be necessary to reduce reinfection.

국문 초록 (Abstract)

최근 Mycobacterium abscessus complex는 전장유전체염기서열분석법 등을 통하여 M. abscessus subspecies (spp.) abscessus (이후로는 M. abscesus), M. abscessus spp. massiliense, M. abscessus spp. bolletii 등 3가지 아종으로 나뉘고 있다. M. abscessus 폐질환은 30% 내외의 낮은 객담배양음전 성공률을 보이는데, 치료성적이 낮은 것은 erm(41) 유전자에 의한 마크로라이드 유도내성 때문인 것으로 알려져 있다. 하지만 erm(41) 유전자에 의한 유도내성과 rrl 유전자 돌연변이에 의한 획득내성이 치료성적에 어느 정도 영향을 미치는지 알려진 바가 적다. 또한 M. abscessus의 집락형태형에 따른 치료성적이나 원인균의 시간에 따른 유전형 변화에 대해 알려진 바가 거의 없다. 따라서, 본 연구는 M. abscessus의 집락형태형, erm(41) 유전자에 의한 유도내성 발현 여부, rrl 유전자의 돌연변이에 의한 획득내성 여부가 치료성적에 미치는 영향을 분석하고, 치료실패군에서 원인균의 시간에 따른 유전형 변화에 대해서 알아보고자 하였다.
2002년부터 2012년도까지 M. abscessus 폐질환으로 1년 이상 항생제치료를 받은 환자 67명을 대상으로 치료 성적을 분석하였다. 1년 이상 항생제치료에도 객담배양음전에 실패한 환자와 객담배양음전에 성공한 상태로 치료종결 후 다시 객담배양에서 M. abscessus가 확인된 환자를 최종치료 실패군으로 정의하였고, 객담배양음전에 성공한 상태로 치료종결 후 재발이 없었던 환자를 최종치료 성공군으로 정의하였다. 보관균주가 확보된 환자는 최종치료 실패군에서 29명, 최종치료 성공군에서 15명이었다.
67명의 M. abscessus 페질환 환자 중 1년째 객담배양음전에 성공한 환자는 28명(41.8%)이었고 최종치료 성공군은 27명(40.3%)이었다. 임상적으로는 도말음성, 공동이 없는 경우, 결핵 치료력이 없는 경우에 최종치료 성공률이 높았다. 최종치료 성공군에서 실패군에 비해 치료 전 집락형태형이 평활형인 경우가 더 흔하였다(8/15 [53.3%] vs. 3/29 [10.3%], P = 0.011). erm(41) 유전자의 C28 sequevar 비율은 최종치료 성공군에서 실패군에 비해 높았다(6/15 [40.0%] vs. 1/29 [3.4%], P = 0.004). 여기서 C28 sequevar의 erm(41) 유전자를 갖는 모든 집락은 클래리스로마이신 감수성을 보였다. T28 sequevar의 erm(41) 유전자를 갖는 경우 19C→T 돌연변이를 보인 한 집락에서만 클래리스로마이신 감수성을 보였고 나머지는 모두 유도내성을 보였다. 최종치료 실패군에서 rrl 유전자 돌연변이에 의한 마크로라이드 획득내성 발생 빈도는 10% (3/29)로 낮았다. Rep-PCR을 이용한 유전형 분석 결과 최종치료 실패군에 속한 환자 29명 중 21명(72.4%)에서 다양한 유전형에 의한 감염으로 확인되었다.
이상의 결과로서, M. abscessus 폐질환의 낮은 치료성공률에는 rrl 유전자 돌연변이에 의한 마크로라이드 획득내성 발현보다는 erm(41) 유전자에 의한 마크로라이드 유도내성 발현과 다양한 유전형에 의한 재감염 혹은 복합감염이 중요하다고 볼 수 있겠다. 따라서 M. abscessus 폐질환 환자에 대한 효율적인 치료를 위해서는 erm(41) 유전자의 C28 sequevar 여부 확인이 중요하겠으며, 생활환경 중재요법에 대한 연구가 필요하겠다.

목차 (Table of Contents)

• I.서론 1
• 1.1 M. abscessus complex의 분류학 1
• 1.2 M. abscessus complex 폐질환의 치료성적 2
• 1.3 집락의 형태형 3
• 1.4 erm(41) 유전자에 의한 마크로라이드 유도내성 4
• 1.5 rrl 유전자의 점돌연변이에 의한 획득내성 5
• 1.6 다클론성 감염 6
• II.연구 목적 8
• III.연구 대상 및 방법 9
• 3.1 연구 대상 9
• 3.2 M. abscessus 폐질환 환자에 대한 관리 및 항생제치료 프로토콜 10
• 3.3 보관균주의 종 확인 11
• 3.4 항생제 감수성검사 12
• 3.5 단일집락에 대한 유전자 분석 12
• 3.6 통계적 분석 14
• IV.연구결과 15
• 4.1 치료 1년째 객담배양음전 성공군과 실패군 사이의 기저상태 비교 15
• 4.2 치료 1년째 객담배양음전 성공군과 실패군 사이의 치료내역 비교 15
• 4.3 실험 대상 보관균주 수와 보관균주의 균종 재확인 16
• 4.4 치료 1년째 객담배양음전 실패군의 균주 특성 17
• 4.5 재발군의 균주 특성 19
• 4.6 최종치료 성공군의 균주 특성 19
• 4.7 보관균주가 확보된 최종치료 성공군과 실패군 사이의 임상상과 균주 특성 비교 20
• V.고찰 22
• 5.1 M. abscessus 폐질환의 치료성적과 치료 성공군의 임상적 특징 22
• 5.2 집락의 형태형과 치료성적의 관계 24
• 5.3 erm(41) 유전자의 C28 sequevar 빈도와 치료성적의 관계 25
• 5.4 치료 실패군에서 rrl 유전자 돌연변이 발생 빈도 26
• 5.5 M. abscessus 폐질환 균주의 다클론성 27
• 5.6 본 연구의 한계 28
• VI.결론 30
• VII.참고 문헌 31