plos pathogens:群体免疫简直是白日做梦

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作者|中科院Rhyme Z.
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群体免疫,指当人群中足够一部分人对感染或疫苗产生免疫力时,病毒传播会降低到几乎可以忽略不计。“对引起COVID-19的严重急性呼吸系统综合症冠状病毒2(SARS-CoV-2)的群体免疫将保护未接种疫苗的个人免受感染。”人们经常看到这样的说法,并有很多人信以为真。


然而,尽管中和抗体的表位仅表现出有限的抗原进化,致约20%的普通感冒的季节性冠状病毒仍然流行。虽然只有4种循环季节性冠状病毒,感染却经常反复发作,甚至每年发生一次,这可能与抗体水平下降有关。


2021年4月26日,科罗拉多大学丹佛分校Thomas E. Morrison在plos pathogens杂志上对此发表了题为《Individuals cannot rely on COVID-19 herd immunity: Durable immunity to viral disease is limited to viruses with obligate viremic spread》的评价性文章。


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研究证实,季节性冠状病毒再次感染相同菌株会在首次接触后一年内发生,血清中和抗体半衰期只有大约5周的轻度新冠病毒病例也会再次感染。


如果对SARS-CoV-2和季节性冠状病毒的免疫相似,再鉴于在尖峰蛋白中选择氨基酸替代品的突变体相对较快,降低了血清抗体中和效率,COVID-19群体免疫简直是白日做梦!如果没有有效的群体免疫,未来几年,个人可以选择第一次接触SARS-CoV-2免疫原是通过接种疫苗还是感染。随着新冠病毒严重程度与年龄相关性增加,个人尽早接种疫苗至关重要!


病毒再次感染无独有偶


事实上,冠状病毒在再次感染人类的能力方面并不是独一无二的。没有一种常见的地方性人类呼吸道病毒感染可以持续诱导持久免疫。尽管甲型流感病毒和乙型流感病毒在这方面臭名昭著,但在某种意义上,它们不如其它呼吸道病毒得心应手,后者在不借助显著抗原变异的情况下即可再次感染人体。

同样,许多感染胃肠道的病毒可能会感染接种过疫苗或以前感染过的人,这很可能是由于免疫力下降。然而,与呼吸道病毒不同,几种胃肠道病毒可以通过感染或疫苗接种很好地控制,其中脊髓灰质炎病毒现在正濒临疫苗导致的灭绝。


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抗病毒免疫本质为何?


脊髓灰质炎病毒疫苗接种为保护性抗病毒免疫的本质提供了视角。肌肉内免疫接种灭活病毒可以预防麻痹性疾病,但不能预防胃肠道感染,需要重复接种疫苗,以减少感染性病毒的脱落。同样,尽管呼吸道感染无症状且不可传播,即使是以诱发终身免疫而闻名的麻疹或天花病毒的自然呼吸道感染也不能阻止呼吸道再次感染,但是可以通过增加的抗病毒抗体效价来检测。


脊髓灰质炎、天花和麻疹病毒通过淋巴和血液从初识感染部位传播,这是发病机制或传播的专性步骤。因此,病毒编程的器官间传播在几天内分阶段进行,通过淋巴和血液从一个器官进入另一个器官。事实证明,基于血液/淋巴的传播或定向与病毒对感染/疫苗诱导的免疫的严重脆弱性有关。


相比之下,免疫记忆通常无法控制粘膜病毒的再次感染。90%的合成抗体(绝大多数是免疫球蛋白A(IgA))被输送到粘膜上,但选择性IgA缺乏症作为白种人最常见的遗传免疫缺乏症,对粘膜病毒的易感性影响并不大。这表明,进化可能将抗病毒免疫的重点放在了防止病毒通过体液传播上,而不是阻止粘膜感染。


抗病毒抗体在血液和淋巴中浓度相对较高,可以通过中和病毒感染直接发挥作用,并通过Fc介导的吞噬细胞和自然杀伤(NK)细胞的病毒清除间接发挥作用。吞噬细胞清除在淋巴结中特别有效,淋巴结部分进化是为了根除微粒病原体。重要的是,限制病毒在体液中的传播可以阻止末端器官中的病毒致病性,并防止末端器官参与病毒传播。


为什么免疫系统很难控制粘膜病毒感染?


在某种程度上,免疫系统很难控制粘膜病毒感染可能因为病毒的任性,其生存需要领先宿主免疫一步。


由于皮肤为病毒提供了非常有效的物理屏障,通常只有昆虫叮咬才能打破,因此粘膜是病毒传播的主要部位。粘膜充满了免疫组织,这些组织具有大部分分泌抗体的B细胞。大多数粘膜抗体都具有控制共生细胞微生物群的功能,这需要不断的放牧,以免它压倒宿主。而肠道病毒可以与细菌结合,以增强上皮细胞的粘附和感染。


还有其他几个因素,可能导致人类粘膜对病毒再次感染的免疫有限。


首先,直到大约一万年前,人类都是在孤立的小种群中进化而来的,病毒感染可能主要限于能够垂直传播的病毒(疱疹病毒、乳头瘤病毒)和虫媒病毒(即昆虫传播到血液中)。在这种情况下,处理感染粘膜的水平传播病毒可能几乎没有选择压力。比较在小种群中和大种群中进化的脊椎动物之间的粘膜免疫能力可能会揭示更有效地控制粘膜感染的免疫机制,从而为改善疫苗接种和治疗提供见解。


其次,免疫系统可能已经进化为允许病毒粘膜感染。如果粘膜感染对宿主繁殖构成重大威胁,先天抗病毒机制(例如I型干扰素(IFN)刺激的基因)就会在粘膜中被构成性使用,而不是有条件地使用。尽管抗病毒细胞因子对神经系统产生有效影响,如果长期存在(发烧、不适等),会影响进化适应性,但进化似乎可能已经制定出一种解决方案,以使先天抗病毒效应局部化。


总结


随着对免疫的了解,我们有可能开发出比自然感染提供更强大免疫力的疫苗,并克服粘膜免疫的限制。事实上,由于疫苗接种诱导的抗体效价高于感染,mRNA免疫可能比SARS-CoV-2感染提供更持久的保护。与我们的无知造成的破坏相比,开发有效疫苗的成本是困扰人类的许多当前和未来粘膜病毒的成本。


新冠病毒尽管很可怕,但它应该是一个警钟:自然界潜伏着更危险病毒。


原文链接:https://journals.plos.org/plospathogens/article?id=10.1371/journal.ppat.1009509



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