免疫学上的罪过：一个人最早的流感感染如何决定其终身免疫力

每年夏天，密歇根大学安娜堡分校的流行病学家奥布里·戈登都会在尼加拉瓜首都马那瓜待上大约一个月，那时正值雨季。但戈登感兴趣的是另一个季节。“六月或七月可能是尼加拉瓜流感的高发期，”戈登说。

自 2011 年以来，她和位于加州奥克兰的可持续科学研究所马那瓜分所的同事们一直在追踪数百名参与尼加拉瓜儿童流感队列研究的儿童的流感感染、疫苗接种和免疫反应。这项工作是规模更大的“儿童免疫流感疫苗接种和感染剖析”（DIVINCI）研究的一部分，该研究正在追踪美国、尼加拉瓜和新西兰的约 3000 名儿童，其中大多数儿童从出生起就接受追踪。通过研究抗体、免疫细胞和病毒基因组，研究人员希望了解人类对快速进化的流感病毒的免疫反应中一个神秘的特征。

自然聚焦：流感

流感病毒经常改变其表面蛋白质，因此一个人一生中会接触到许多略有不同的流感病毒变种。但免疫系统通常会保留之前有效的病毒。“我们童年早期接触流感病毒会启动终身有效的抗体反应，”费城宾夕法尼亚大学的微生物学家斯科特·亨斯利说。

这种现象被称为原始抗原罪（OAS）——抗原（agentical）一词来源于抗原（agentina），指的是病毒中任何能与抗体结合的部分。OAS 这个术语源于 20 世纪 50 年代的研究人员，他们发现人们血液中循环的大多数流感结合抗体与他们童年时期最流行的流感病毒株相匹配 ^¹ 。

猪流感和禽流感的出现使得观察 OAS（免疫印迹效应）的作用成为可能，因为它能为几十年前感染过类似流感病毒株的人群提供保护。然而，这种对“逆向”抗体的偏好何时会促进或阻碍对当前毒株和更新疫苗的免疫反应，目前尚难预测。一些证据表明，人体倾向于增强旧的免疫反应来对抗感染，这可能会限制其识别近期发生变异的流感病毒片段的能力。

如今，研究人员正试图阐明 OAS 的生物学基础，并设计能够利用这一机制或克服其影响以产生针对更多流感病毒株免疫力的疫苗。诸如 DIVINCI 之类的纵向研究有望提供实现这一目标所需的数据。“疫苗学面临的挑战在于如何更好地利用现有的免疫记忆，”伊利诺伊州芝加哥大学的进化病毒学家莎拉·科比（Sarah Cobey）说道。然而，在唐纳德·特朗普总统执政期间，美国国立卫生研究院（NIH）政策的转变，使得这些研究的未来资金来源充满不确定性。

没那么罪恶

2016 年的一项研究 ^² 清晰地证明了 OAS 的益处，该研究也被认为重新燃起了人们对这一现象的广泛兴趣。在该研究中，研究人员运用统计模型，将人们的出生年份与他们最有可能首次接触的流感亚型进行关联分析。

最常见的流感类型——甲型流感——有多种亚型，这些亚型以其表面蛋白命名：血凝素和神经氨酸酶。这些 H 蛋白和 N 蛋白有多种变体，流感亚型的命名取决于所含蛋白的组合。例如，过去 100 年的主要亚型是 H1N1、H2N2 和 H3N2。根据所含血凝素的不同，感染人类的​​亚型可分为两大类：第一类病毒含有 H1、H2 或 H5，第二类病毒含有 H3 或 H7。

亨斯利说，由于大多数人在三岁之前就已经接触过流感，“出生年份确实可以很好地反映我们最初接触流感的情况”。例如，1918 年至 1957 年出生的人很可能在儿童时期感染过 H1N1 流感（1918 年流感大流行的病原体）（参见“童年记忆”）。

2016 年的这项研究将概率数据与 20 世纪 90 年代和 21 世纪初出现的两种禽流感亚型——H5N1 和 H7N9 的流感监测数据相结合。他们发现，幼年时期可能感染过 1 组病毒的人，在成年后对 1 组病毒 H5N1 具有最强的抵抗力。同样，早期接触过 2 组病毒的人，对 2 组病毒 H7N9 的抵抗力也更强。研究人员将这种保护作用称为免疫印记。虽然免疫印记经常与 OAS 互换使用，但它描述的是早期流感暴露对整个免疫系统的影响，而不仅仅是对抗体水平的影响。

此后多项研究阐述了抗体在病毒印记所赋予的保护作用中的作用。血液中循环的抗体可以帮助阻止流感病毒附着并感染细胞。在今年发表的一项研究 ^³中 ，Cobey、Hensley 及其同事发现，1968 年以前出生的人——因此可能携带了 1 组病毒印记——体内能够结合、阻断或中和 H5N1 毒株的抗体水平最高。

研究人员还分析了 H5N1 疫苗临床试验期间采集的血液样本。在老年人中，H5 中和抗体的水平已经很高，疫苗只能略微提高抗体水平。相比之下，在儿童中，疫苗显著提高了原本就较低的抗体水平。亨斯利表示，这一结果表明，如果 H5N1 禽流感大流行，公共卫生官员应该优先为儿童而非老年人接种疫苗。

以往的印迹研究主要集中于针对甲型流感病毒血凝素蛋白的抗体反应。但亨斯利、科比及其同事描述了一种针对甲型流感病毒另一种表面蛋白——神经氨酸酶 ^{4 的}印迹抗体反应。与此同时，由澳大利亚墨尔本大学免疫学家马里奥斯·库察科斯领导的团队也提供了证据 ⁵ ，表明印迹会影响针对一种不太常见的流感病毒——乙型流感病毒——的循环抗体水平。

记得的事

循环抗体只是抵御流感的一道防线。被称为 B 细胞和 T 细胞的免疫细胞还能记住过去的感染，并迅速采取行动保护身体免受熟悉病原体的侵害。OAS 和印记在这一激活阶段至关重要。

1956 年，最初描述 OAS 的研究团队报告说，接种各种甲型流感病毒株中的一种疫苗后，人们体内会产生针对他们在童年时期接触过的任何病毒株的抗体 ^6。 人们仍然会产生疫苗株特异性抗体，但通常比他们童年时期针对流感病毒的特异性抗体要少。

免疫学家现在知道，这种效应是正常免疫记忆和病毒快速变异共同作用的结果。记忆 B 细胞能够记住流感病毒蛋白的三维特征，即表位。“这很可能就是现在所谓的免疫印记的免疫学基础，”亨斯利说。

但流感病毒不断变化的抗原表位格局给这一过程带来了阻碍。记忆 B 细胞可能高效地产生抗体，以至于其他新接触病毒的 B 细胞错失了识别任何新的或改变的抗原表位并形成记忆的机会。这可能会对每年的流感疫苗造成影响，因为流感疫苗旨在增强人体对病毒进化产生的新抗原表位的免疫力。

研究人员尚不清楚在人类感染或接种疫苗后，初始 B 细胞和记忆 B 细胞之间的这种竞争会发展到何种程度。但动物研究提供了一些线索。

2023 年，纽约洛克菲勒大学的免疫学家加布里埃尔·维克托拉及其团队发现，当动物连续接触两种相同或非常相似的病毒株时，记忆 B 细胞更有可能在免疫反应中占据主导地位 ⁷ 。在小鼠中，他们先感染了一种名为 PR8 的流感病毒株，几个月后又注射了 PR8 血凝素，结果发现，90%的疫苗诱导抗体都来自记忆 B 细胞。“几乎所有的免疫反应都由旧的记忆细胞主导，”维克托拉说道。

然而，当研究人员给先前感染过的鼠注射一种与 PR8 血凝素仅有 90%相似度的血凝素时，记忆 B 细胞和初始 B 细胞产生的抗体比例下降到约 50:50。Victora 的团队用几种与初始感染毒株相似度较低的血凝素蛋白重复了该实验，发现随着相似度的降低，初始 B 细胞产生的抗体比例增加。

印刷成本

维克托拉的研究表明，当记忆 B 细胞对一种非常熟悉的流感病毒蛋白产生反应时，能够对该蛋白做出反应的初始 B 细胞数量就会减少。“目前争论的焦点之一是这是否会造成问题，”维克托拉说。

印迹抗体结合的表位似乎是一个重要因素。“如果抗体反应针对的是保守的、具有中和作用的表位，那么这或许是一种投射型印迹，”库萨科斯说道。但如果记忆 B 细胞及其抗体针对的是病毒中对感染并不重要的部分，那么这种印迹可能会降低人体的保护能力。

2020 年，亨斯利和科比的研究小组报告称，20 世纪 60 年代和 70 年代流行的 H3N2 毒株的印记可能使中年人更容易感染 2014 年出现的 H3N2 毒株 ^8。 该研究发现，所有年龄段的人都携带能够与新的 H3N2 结合的抗体，但中年人产生的抗体在实验室实验中通常无法有效中和病毒。

即使抗体不能预防感染，它们仍然可以帮助抵抗感染。亨斯利说，最初产生结合力较弱抗体的记忆 B 细胞，在每次接触流感病毒后都会通过获得突变和经历选择过程而得到改善，最终产生高度特异性、结合力强的抗体。

然而，如果记忆 B 细胞的防御机制过于专注于病毒蛋白的某个特定区域，反而可能成为一种隐患——尤其是在该区域发生突变的情况下。这种情况似乎在 2013-2014 年流感季就有所体现，当时 H1N1 病毒占据主导地位。“那个流感季，中年人群的感染率和发病年龄都发生了变化，”科比说道。一些出生于 20 世纪 60 年代和 70 年代的人，由于其免疫反应集中于 H1N1 病毒的特定区域，因此更容易感染在该区域发生突变的新型 H1N1 毒株。有证据表明，美国和加拿大同一出生年份的人群在 2015-2016 年流感季的疫苗有效性有所下降，这可能是因为他们的免疫印记使他们更难对当年的疫苗毒株产生免疫力。

像 DIVINCI 这样的纵向研究可以揭示免疫印记如何影响流感疫苗的有效性，以及年度疫苗接种如何塑造流感免疫力。该研究的主要研究者之一、华盛顿州西雅图弗雷德·哈钦森癌症中心的免疫学家保罗·托马斯表示，研究的目标是“描述这些免疫反应是如何形成的，以及它们在后续感染或疫苗接种环境中的潜在作用”。

然而，DIVINCI 研究的研究人员并不确定他们还能收集这些数据多久。今年 5 月，美国国立卫生研究院（NIH）宣布将不再为包含海外分包合同的项目提供资助，DIVINCI 位于新西兰的研究中心也因此失去了 NIH 的资助。新西兰公共卫生与法医学研究所将为该研究中心提供资金，直至 2026 年春季。

Thomas 和 Gordon 一直在寻找弥补资金缺口的方法，以便他们能够持续跟踪那些他们拥有精心整理的流感病史的儿童；只有在孩子们成年后感染或接种疫苗之后，研究人员才能准确地确定早期生活印记的影响。

尼加拉瓜第一批出生的孩子现在都14岁了，戈登说她希望再跟踪他们五年。“一个重要的目标就在眼前，”她说。但他们能否实现这个目标的不确定性“至少可以说令人沮丧”。

记忆规则

DIVINCI 研究的两个研究点包含一些儿童群体，由于 2020 年开始的新冠疫情封锁措施，这些儿童首次接触流感的时间比正常情况晚得多。“有些孩子最初五次接触流感病毒似乎是接种疫苗，而有些孩子最初五次接触流感病毒似乎是感染，”托马斯说。

目前的流感疫苗包含甲型流感病毒的 H1N1 和 H3N2 毒株，以及乙型流感病毒的一个毒株。戈登表示，DIVINCI 数据应该有助于明确，在感染前接种疫苗是否能让儿童的免疫系统对疫苗中的所有毒株产生免疫印记，或者是否会干扰免疫印记。

解答这些问题对于希望利用原始抗原性（OAS）并尽早为人群接种疫苗的研究人员至关重要。“如果我们能够研发出含有多种不同流感抗原的多价疫苗，我们就可以用诱导免疫的益处来取代原始抗原性，”亨斯利说道。

亨斯利和他的同事设计了一种信使 RNA 疫苗，该疫苗可诱导小鼠和雪貂对甲型流感病毒所有 18 种已知的血凝素和乙型流感病毒的两种血凝素产生免疫力，并保护动物免受 H1N1 感染 ^9。 亨斯利正在计划进行 I 期安全性试验，该试验将测试一种仅在成人中表达五种血凝素的疫苗版本。

与此同时，北卡罗来纳州达勒姆市杜克大学医学院的免疫学家托尼·穆迪及其团队正在非人灵长类动物身上测试这种含有20种血凝素的疫苗。尚未发表的研究表明，这种疫苗可以在已经感染过流感病毒的动物体内产生高水平的多种抗体。“对所有病毒的免疫反应都非常强烈，”穆迪说。

亨斯利表示，mRNA 疫苗或许能够克服 OAS，因为它们比其他疫苗能产生更持久的免疫反应，使初始 B 细胞长时间接触病毒抗原，从而无论记忆 B 细胞如何运作，它们都能产生抗体。“我们拭目以待，看看这在人体试验中是否也有效。”他说道。

穆迪的团队正在继续研究动物首次接触流感病毒时，如果病毒以20种血凝素的形式出现，会发生什么，以及这种广泛的抗体反应是否会造成任何损失。“广泛的初始免疫印记更好，还是强烈的初始免疫印记更好？”他说道，“实际上，我们想知道的是记忆的规则是什么？因为这些规则才是我们赖以生存的根本。”