病毒“两条主干”揭示轮状病毒疫苗效果差异
病毒“两条主干”揭示轮状病毒疫苗效果差异
研究人员表明，不仅轮状病毒的两种表面蛋白，而是整个轮状病毒基因组的差异会影响疫苗的效果，这有助于解释为何某些菌株更容易感染接种过疫苗的人群。
这项研究今天以经过审查的预印本形式发布在《eLife》上，编辑称其为重要论文。他们指出，估计轮状病毒疫苗效果的新方法提供了有力的证据，表明轮状病毒疫苗应基于流行菌株的完整基因组进行设计，而非以往仅依赖两种表面蛋白。这一发现将对未来轮状病毒疫苗的设计及针对特定类型疫苗的评估产生重要影响。
轮状病毒是一种传染性的胃肠道感染，导致胃肠炎，伴有严重的脱水性腹泻。在美国，主要有两种疫苗——Rotarix (RV1)和RotaTeq (RV5)，显著减少了由轮状病毒引起的重症病例，但并未提供完全的保护。科学家们推测，流行菌株与疫苗菌株之间的遗传差异可能会影响疫苗效果。传统上，这些差异通过轮状病毒外壳上的两种蛋白质——VP7和VP4进行量化。
“我们着手调查为何一些接种过疫苗的儿童仍会感染轮状病毒，”研究的首席作者、耶鲁大学公共卫生学院微生物疾病流行病学系的博士生Jiye Kwon表示。“之前的研究主要集中在病毒的外部蛋白上，但轮状病毒实际上有11个遗传片段。我们希望观察整个基因组，以探讨其余九个片段（病毒‘主干’）是否对疫苗效果的差异有解释作用。”
为了进行研究，Kwon及其同事分析了2012年至2016年在美国七个医疗地点收集的254例轮状病毒相关疾病病例，涵盖接种与未接种个体。他们使用这些病例的全基因组测序数据，分析每种病毒菌株的完整遗传代码，并与Rotarix (RV1)或RotaTeq (RV5)疫苗进行比较。他们希望确定疫苗效果是否随着病毒和疫苗菌株之间遗传距离的增加而下降，并研究在疫苗覆盖率较高的地区轮状病毒的遗传多样性如何变化。
研究人员采用了一种名为“筛分分析”的技术，这是一种灵活的统计方法，使他们能够测量每个病例菌株与疫苗菌株之间的核苷酸碱基的百分比差异。
结果显示，接种Rotarix (RV1)的个体更可能被基因组差异超过9.6%的轮状病毒菌株感染。与疫苗相似的流行病毒菌株拥有称为基因组群1（Wa-like）的病毒主干，而基因差异较大的菌株则倾向于具有不同的病毒主干（称为基因组群2（DS-1-like））或混合变体（称为重配菌株）。疫苗效果的结果也反映了这一遗传模式。Rotarix (RV1)疫苗对遗传相似的病毒菌株提供了强有力的保护，但对更具遗传距离的菌株的保护显著下降。RotaTeq (RV5)疫苗也遵循了类似模式，但其效果差异相对不那么明显。
接下来，研究团队观察了不同地区的疫苗接种模式是否影响了人群中流行的轮状病毒菌株。他们发现，在更多人使用Rotarix (RV1)的地方，基因差异显著的轮状病毒菌株占主导地位。在RotaTeq (RV5)使用率高的地区也观察到这一现象。这表明，随着时间的推移，轮状病毒在疫苗诱导免疫的影响下，自然适应，导致流行菌株的遗传构成向与疫苗基因差异较大的菌株倾斜。
“当前的疫苗仍能对抗轮状病毒造成的严重疾病，但这些发现强调了持续监测病毒进化以保持疫苗长效性的必要性，”Kwon说道。研究团队警告，因需要全基因组测序数据，该研究受限于相对较小的病例样本。他们呼吁未来的研究在全基因组测序数据更广泛可用的其他环境中进一步验证他们的发现。“我们的研究表明，观察轮状病毒的整个遗传结构相比于仅关注两种表面蛋白能提供更清晰的疫苗效果图景，”共同高级作者、耶鲁大学公共卫生学院微生物疾病流行病学系的副教授Virginia Pitzer说道。“这突显了在设计疫苗时融合病毒的完整基因组结构的重要性。目前已有四种轮状病毒疫苗在市场上，未来还有更多正在研发；我们利用全基因组测序数据了解所有基因片段对免疫保护贡献的框架或许对维持疫苗的长期成功至关重要。”