研发流感疫苗的难点之一是流感病毒表面抗原变异快速且有多种变化,如我们熟知的:H1N1、H7N9、H5N1等。近年来,有多个队列研究发现不同年份出生的人对不同流感病毒株有不同的抗病毒能力,出生后几年间感染的病毒株可增强免疫系统抵御相近病毒株的能力,而且根据出生年份,就可以预测成人队列对某些特定病毒株的免疫反应。研究人员企图剖析这类“免疫印迹”背后的机制,借以研发“通用型”的流感疫苗。
1918 至 1920 年爆发的全球 H1N1 甲型流感大流行是人类传染病史上的一次噩梦,它造成约 5 亿人感染,5 千万至 1 亿人死亡(当时全球人口约 17 亿)。奇怪的是,因感染流感病毒而死亡的大多是青壮年人而不是儿童或老人。
研究者发现 1890-1918 年间流行的流感病毒株为 H3N8,在这段时间出生的人没有感染过 H1N1 的同组病毒株,因此对大流行的流感病毒株没有抵抗能力,从而造成大规模的死亡。流感病毒有极强的变异性,每隔十几年就会有表面抗原的改变。流感病毒表面抗原主要由两种糖蛋白——血凝素(Haemagglutinin, HA)和神经氨酸酶(Neuraminidase, NA)组成。
因此流感病毒株用HaNb来表示(a,b为数字),如我们熟知的 H1N1 和 H7N9 。接种流感疫苗是预防流感最有效的手段,可以显著降低接种者罹患流感和发生严重并发症的风险。世界卫生组织(WHO)每年都会预测下一季可能流行的流感病毒株并提出流感疫苗的推荐意见,全球各国的疫苗企业根据 WHO 的预测结果生产当年的流感疫苗,因此不同年度生产的流感疫苗所针对的流感病毒株可能会有差别。
但预测毕竟是预测,有时难免发生“押错题”的情况,无法有效防堵某个病毒株的流感病毒大面积流行。流感病毒表面抗原不断变异以逃避人体免疫系统的清除,在病原体-宿主的长期演化过程中,人体免疫系统也有相应的对策——“免疫印迹”(Immune imprinting)。体液免疫中的记忆型 B 细胞根据感染过的流感病毒产生对应的保护性抗体。
流感病毒的基因组变异会造成表面抗原的小幅度变异,但这些理论上只针对第一次感染的病毒抗原产生的抗体,竟也能保护人体抵抗经过抗原漂流(Antigen drifted)的流感病毒。但免疫印迹在另一方面削弱了抵抗不同家族的新型突变流感病毒的能力。Smith 研究团队于 2016 年在 Science 发表了一篇关于禽流感 H5N1 和 H7N9 的文章。他们发现抗不同病毒株的能力竟和年龄有神秘的相关性。
根据一个人的婴幼儿时期流行的流感病毒株就能预测他往后甚至成年后抵抗其他/新型病毒株的能力。感染 H5N1 的年轻人发生重症较多,但感染 H7N9 的人发生重症却以老年人居多。分析大量数据之后,他们发现 1968 年是这个年龄相关现象的分水岭。
1968 年前流行的是 H1N1 和 H2N2(和 H5N1 属于一个表面抗原家族),而 1968 年后流行的病毒株却不是 H1N1 同一家族的 H3N2(和 H7N9 属于同一个表面抗原家族)。
目前的单细胞检测技术使得研究婴幼儿病毒感染情形、疫苗接种和免疫系统成为可能。GatesFoundation 和 NIAID 未来将投入大量经费于尼加拉瓜、香港和新西兰队列,研究免疫印迹形成的机制,并期望将其应用于“通用型”流感病毒疫苗研发。