禽流感病毒正在快速变异 科学家担心我们的疫苗可能不够用
H5N1流感病毒进化迅速，现有抗体的效力不断减弱，对人类的潜在威胁日益增大。北卡罗来纳大学夏洛特分校和麻省理工学院的科学家利用高性能计算模型分析了数千种病毒蛋白-抗体相互作用，揭示了免疫反应有效性的下降。他们的研究表明，H5N1 突变可能很快就会实现人际传播，引发流行病担忧。该病毒已经在野生鸟类、家禽、牛甚至农场工人中传播，这凸显了迅速开发疫苗的必要性。
人类抗体（绿色；FLD194）与禽流感 HA 蛋白（黄色；GISAID：EPI3158642）之间的预测相互作用。由 Colby Ford 使用 Blender 和 Molecular Nodes 渲染。图片来源：Colby Ford，北卡罗来纳大学夏洛特分校
H5N1 病毒快速进化，威胁日益严重
北卡罗来纳大学夏洛特分校的一个研究小组利用先进的计算模型研究了 H5N1 禽流感病毒如何与免疫系统相互作用。他们的研究结果表明，这种病毒正在进化，帮助它逃避哺乳动物的免疫防御，无论是过去感染还是接种疫苗。
这项研究于 3 月 17 日发表在《eBioMedicine》 （柳叶刀旗下期刊）上，强调了紧迫问题。随着禽流感继续在全球蔓延，它不仅对农业构成严重威胁，而且对人类健康的威胁也日益增加。
抗体亲和力下降引发担忧
研究人员发现了一个明显的趋势：抗体对新型 H5N1 病毒株的效力正在减弱。这种“抗体亲和力下降”表明，未来版本的病毒可能更难被免疫系统识别和对抗，从而增加了病毒在人与人之间传播的风险。
该研究的主要作者是 Colby T. Ford 博士，他是北卡罗来纳大学夏洛特分校 CIPHER 中心的数据科学访问学者，也是位于夏洛特的生物技术咨询公司 Tuple,LLC 的创始人。
至关重要的是，福特解释说，这种快速适应意味着“如果用以前的候选病毒制作 H5N1 疫苗，那么根据我们对近年来病毒进化程度的测量，该疫苗的有效性会降低”。因此，该团队的研究方法为跟上快速适应的病毒威胁提供了指导。
北卡罗来纳大学夏洛特分校生物信息学和基因组学系的团队包括学生 Shirish Yasa、Khaled Obeid 和 Sayal Guirales-Medrano，由生物信息学助理教授 Richard Allen White III 博士和 CIPHER 联合主任 Daniel Janies 博士（Carol Grotnes Belk 生物信息学和基因组学杰出教授）领导。北卡罗来纳大学夏洛特分校团队与麻省理工学院的研究人员合作：Rafael Jaimes III 博士和 Phillip J. Tomezsko 博士。
抗原漂移和人畜共患风险增加
通过全面研究病毒猖獗的宿主转移和最近的突变，研究人员发现“H5N1 从鸟类持续传播到哺乳动物，以及随着时间的推移，哺乳动物样本中具有免疫逃避型 HA 的菌株不断增加，这表明抗原漂移是人畜共患风险的一个来源。”
在论文《针对 HA1 中和抗体的 H5 流感变体的大规模计算建模》中，北卡罗来纳大学夏洛特分校的研究团队分享了他们对 1，804 个病毒蛋白-宿主抗体比较的分析结果。实验包括当前血凝素结构域 1 病毒蛋白，这些蛋白在物理模型中与 1996 年至 2018 年从受感染宿主和疫苗接种者身上获得的中和抗体进行计算绑定。
计算模型揭示令人担忧的趋势
CIPHER 研究人员利用高性能计算模型记录了“从接种疫苗或受感染的宿主中收集的多种现有抗体对 H5 病毒分离株的结合亲和力随着时间的推移而减弱的趋势”。
由于其对公共卫生的重要性，该研究结果在通过同行评审之前于 2024 年 7 月通过预印本发表。得益于他们在SARS-CoV-2大流行期间组装的计算工具，该团队能够在首次报告牛传人 H5N1 病毒（发生在德克萨斯州一名农场工人身上）三个月后完成这项关于 H5N1 的研究。
在评估 H5 禽流感传播和变异可能引发的大流行风险时，全球研究人员一致认为，“禽流感病毒在潜在大流行病原体名单中仍然名列前茅”，正如2024 年 12 月《科学》杂志报道的那样。
哺乳动物和家禽中 H5N1 病例激增
截至撰写本文时，尚未报告人际传播病例。然而，除了野生鸟类、小型哺乳动物、商业鸡和其他鸡群中数百万例病例外，至少有 17 个州的牛被检测出 H5N1 阳性。2022 年 1 月至 2025 年 3 月期间，疾病控制中心报告：
美国野生鸟类爆发疫情 12510 起
51 个管辖区出现野生鸟类禽流感疫情。
166417923只家禽受到影响
美国有 70 人感染 H5N1 病毒，其中 1 人死亡
据世界卫生组织统计，自 2003 年 1 月以来，H5N1 病毒已导致全球 466 人死亡。
速度对于对抗快速适应的病毒至关重要
许多专家表示，随着病毒谱系的突变能够适应新的哺乳动物宿主，疫苗可能成为控制禽流感大流行的关键工具。
在《eBioMedicine》杂志上，来自夏洛特的研究小组写道，他们的研究结果“表明该病毒有可能在不久的将来从流行病发展为大流行状态。”
该研究以及其他研究都证实，随着时间的推移，抗体结合率会不断下降，同时禽类与哺乳动物之间的传播也会增加。这表明“高致病性 H5 流感病毒株可以感染禽类和哺乳动物牲畜，并传播给人类，对人类健康构成迫在眉睫的危险。”
由于禽流感病毒可跨地域和跨物种广泛传播，因此它已被视为野生和家养动物中的流行病。同样，H5N1 病毒从野生鸟类传播到鸡、奶牛和农场工人，表明感染具有跨物种的机会性。
现在，北卡罗来纳大学夏洛特分校的计算建模结果“明确指出，抗体性能的恶化趋势以及已经存在的动物大流行，令人担忧最终会导致人类大流行。”
计算建模：做好准备的关键工具
此外，作者写道，高性能计算（在本例中包括基于人工智能的蛋白质折叠和基于物理的病毒蛋白质-抗体相互作用模拟）提供了快速可靠的结果，为领导者做好准备。
Janies在最近的一次采访中解释了计算模型作为理解病毒变异以及预测病毒如何进化的手段的实用性。高性能计算建模是一种“快速、大规模地从多个角度消除生物变异”的途径，可以在病毒进化过程中“根据我们的直觉调整正确的方法”，以实现疫苗功效和感染控制。
编译自/ScitechDaily
