对血凝素和神经氨酸酶的联合免疫以累加效应降低甲型H1N1流感病毒在雪貂模型中的空气传播

《SCIENCE ADVANCES》：Immunity to hemagglutinin and neuraminidase results in additive reductions in airborne transmission of influenza H1N1 virus in ferrets

本研究旨在解决流感病毒（特别是2009年甲型H1N1病毒）空气传播的免疫学机制尚不明确的问题。研究人员通过肌肉注射(IM)和鼻内接种(IN)疫苗以及感染重组病毒三种策略，在雪貂模型中诱导针对血凝素(HA)、神经氨酸酶(NA)或两者联合的免疫力，并评估其对病毒空气传播的影响。结果发现，无论通过何种方式诱导，针对HA和NA的联合免疫在降低病毒传播方面效果最显著，并且这种降低作用是累加而非协同的。此外，研究还确定了与传播概率显著降低相关的病毒滴度阈值。这项研究为开发能够同时有效预防疾病和减少传播的流感疫苗（特别是包含标准化NA抗原的疫苗）提供了关键依据，对控制流感流行具有重要意义。

　　

每年，流感病毒在全球范围内引发季节性流行，导致数亿人感染和数十万死亡。空气传播是流感病毒扩散的主要途径。目前广泛使用的灭活裂解病毒疫苗主要旨在诱导针对病毒表面蛋白——血凝素(HA)的抗体，虽然能减轻疾病严重程度，但在预防感染和阻断后续传播方面效果有限。疫苗中同时存在的另一种关键表面蛋白——神经氨酸酶(NA)，其含量和质量却参差不齐，未被标准化。尽管已知针对HA和NA的免疫力都能减轻疾病，但二者单独或联合对病毒“人传人”（在动物模型中即“动物传动物”）这一关键环节究竟有何影响，科学界此前知之甚少。这就像我们知道盾牌（HA免疫）和长矛（NA免疫）都能在单兵作战中提供保护，却不清楚它们是否能、以及如何协同作用，有效阻挡敌军（病毒）在整个军团中的蔓延。为了填补这一知识空白，并为下一代“既能防病又能阻传”的流感疫苗设计提供路线图，一个研究团队在《SCIENCE ADVANCES》上发表了一项系统性研究。

研究人员综合运用了多种关键技术方法展开探索。他们以雪貂——这一流感空气传播研究的“金标准”动物模型为载体。通过肌肉注射(IM)和鼻内(IN)接种含佐剂的重组HA/NA蛋白疫苗，或预先感染携带不同HA/NA组合的重组病毒，在雪貂体内分别诱导出针对HA、NA或HA+NA的特异性免疫力。随后，用2009年甲型H1N1流感病毒攻击这些具有免疫力的雪貂，并将其作为病毒“供体”(DR)，与免疫学“空白”的雪貂“接触者”(RC)配对，在特殊设计的空气传播笼中进行传播实验。通过定期收集鼻洗液测定病毒滴度(TCID₅₀)，并检测接触者血清转化情况，来精确评估传播效率。此外，研究还采用了酶联免疫吸附试验(ELISA)、血凝抑制(HAI)试验、微量中和试验以及酶联凝集素试验(ELLA)来全面分析血清中的抗体应答；并对传播过程中的病毒样本进行了全基因组测序，以排查免疫逃逸变异株的出现。

IM和IN接种疫苗诱导了针对HA和/或NA的功能性抗体

研究首先证实，无论是IM还是IN途径接种三剂含佐剂的疫苗，均成功在雪貂体内诱导出了能够结合并抑制HA或NA蛋白功能的特异性抗体。接种HA或HA+NA疫苗的动物产生了高滴度的H1结合IgG、HAI和中和抗体；而接种NA或HA+NA疫苗的动物则产生了高滴度的N1结合IgG和神经氨酸酶抑制(NAI)抗体。这为后续的传播研究奠定了免疫学基础。

IM疫苗接种HA和NA使2009年H1N1病毒空气传播率降低50%

在传播实验中，IM接种模拟疫苗（对照）的供体雪貂将病毒传播给了100%的接触者。单独接种HA疫苗的供体传播率为75%，而单独接种NA疫苗未观察到传播减少（100%）。然而，当供体同时具有HA和NA免疫力（HA+NA接种组）时，传播率显著降至50%。此外，HA+NA接种组的供体其病毒峰值滴度和总病毒排出量均显著低于对照组。

通过IN接种诱导的HA+NA免疫力同样使传播率降低50%

通过鼻内途径诱导免疫力得到了类似的结果。IN接种模拟疫苗的供体传播率为100%。单独接种HA或NA疫苗的供体传播率均为75%。而HA+NA联合免疫再次将传播率降至50%，并且该组供体的病毒峰值滴度显著降低。

感染重组病毒诱导了相当的抗体反应，尽管病毒复制存在差异

为了模拟自然感染诱导的免疫力，研究人员让雪貂感染了一系列重组病毒。这些病毒在雪貂体内的复制能力不同，但在感染84天后，所有动物都产生了针对相应HA或NA抗原的、功能可比的特异性抗体。这表明，即使初始感染病毒的复制水平有差异，也能建立有效的免疫记忆。

通过感染诱导的针对HA和/或NA的免疫力可将传播率降低高达75%

当这些具有感染诱导免疫力的雪貂被用作供体时，结果与疫苗接种实验趋势一致但效果更显著。预先感染H3N2病毒（无H1N1交叉免疫）的供体传播率为100%。预先感染仅携带H1抗原的病毒（rsH1N2）的供体传播率为75%。预先感染仅携带N1抗原的病毒（rsH3N1）的供体传播率为50%。而预先感染同时携带H1和N1抗原的病毒（rsH1N1）的供体，传播率进一步降至25%。预先感染同源2009 H1N1病毒的供体则完全未排出病毒，实现了零传播。这再次表明，针对HA和NA的联合免疫力产生了最强的传播阻断效果。

从具有免疫力的供体向其接触者的传播与逃逸变异株的出现无关

通过对传播过程中病毒样本的全基因组深度测序，研究人员发现，在所有的疫苗接种或感染诱导的免疫组中，均未出现与特定免疫状态（如抗HA或抗NA）相关的、持续出现并传播的病毒基因变异。这表明，在本研究系统中，预先存在的免疫力并未驱动流感病毒发生免疫逃逸进化。不过，在HA抗原位点Sa的两个突变（E171K和G172E）在多组动物中被普遍检测到，它们被认为与细胞培养适应有关，而非免疫压力所致。

将病毒滴度降至10^1.5TCID₅₀/ml鼻洗液以下与传播概率降低50%相关

研究最后对全部50对供体-接触者的数据进行了汇总分析。逻辑回归分析显示，在感染后第1天和第3天，供体的病毒载量与传播概率显著相关。病毒滴度每降低1个对数值（log₁₀），第1天和第3天的传播几率分别降低66%和60%。更重要的是，研究确定了一个关键的病毒滴度阈值：当供体在感染后第1天的病毒滴度低于10^1.5TCID₅₀/ml，或第3天低于10²TCID₅₀/ml时，病毒传播给接触者的概率将低于50%。

研究结论与意义

本研究系统性地阐明，在雪貂模型中，无论是通过疫苗接种还是自然感染诱导的免疫力，针对流感病毒血凝素(HA)和神经氨酸酶(NA)的联合作用，在降低2009年甲型H1N1病毒空气传播方面效果最为显著。这种降低作用是累加性的，即联合免疫的效果等于单独HA免疫和单独NA免疫效果之和，而非超越两者之和的协同效应。研究未发现免疫力会驱动产生逃逸变异株。尤为重要的是，研究找到了一个可量化的预测指标：将感染早期（第1-3天）的病毒排出量抑制在特定阈值（10^1.5-10²TCID₅₀/ml）以下，就能将传播概率控制在50%以内。这意味着，理想的疫苗无需实现完全的无菌免疫（完全防止感染），只要能强效抑制病毒在上呼吸道的早期复制，就能有效阻断传播链。这项研究不仅深化了对流感传播免疫学机制的理解，更直接为下一代流感疫苗的研发提供了关键启示：旨在最大化公共卫生效益的流感疫苗，应当致力于同时激发针对HA和NA的高水平、功能性免疫应答，并对NA抗原进行标准化。这为开发既能减轻个人病痛、又能从群体层面遏制疫情蔓延的“阻断传播型”流感疫苗奠定了坚实的理论基础和实践依据。