佛罗里达大学的一个研究小组及其他人的新研究提供了证据，表明宿主免疫驱动了登革热病毒的进化。今天发表在《科学》杂志上的这项研究回顾性分析了泰国20年来登革热病毒的遗传变异，以及人群水平的感染和免疫措施。
登革热病毒有四种类型，自20世纪60年代初以来，这四种病毒都在泰国共同传播。这为研究病毒如何相互竞争人类宿主提供了机会。
“我们想了解登革热病毒的进化生态学和循环在很长一段时间在一个地方,”该研究的第一作者说,利亚Katzelnick,以前在佛罗里达大学生物学博士后,现在的病毒流行病学和免疫单位在国家过敏症和传染病研究所。
登革热病毒类型是根据其表面蛋白或抗原与人类血液中抗感染抗体相互作用的方式分组的。这四种类型，也被称为血清型，被记录为DENV1到DENV4。虽然每种登革热病毒类型之间存在遗传变异，但每种登革热病毒类型内部也存在变异。
“我们想要了解免疫力是否或如何推动登革热病毒特定谱系的灭绝或持续在这个地方传播。为了做到这一点，我们对在曼谷长期分离的登革热病毒的免疫特征进行了描述，”该研究的资深作者、佛罗里达大学生物学教授德里克·卡明斯说。
这项新研究使用了曼谷1944份存档的血液样本。这些样本保存于已知登革热患者身上，它们代表了1994年至2014年期间每年出现的所有四种登革热病毒株。该团队对2000多个病毒样本进行了基因测序。
然后，研究人员对代表每个菌株的时间序列的较小样本子集进行了测试。据此，他们确定了不同菌株之间的抗原关系。抗原关系描述了对一种病毒的免疫反应对其他病毒的保护程度。
“我们发现有一种模式，就像流感一样，我们每年都会得到不同的病毒，这是由自然选择驱动的，这些病毒逃避了人类对人群的免疫反应，”卡明斯说，他也是佛罗里达大学新兴病原体研究所的教员。“我们已经证明，登革热也在发生这种情况。”
抗原变化该团队使用了一种叫做抗原制图法的方法，它可以绘制出一幅地图来可视化病毒之间的相关性。
卡兹尼克说:“当两种病毒在地图上接近时，这就意味着免疫反应‘看到’了类似的病毒。”“例如，如果你感染了一种病毒，那么对这种病毒的免疫反应会保护你免受地图上附近的另一种病毒的侵害。”
该团队发现，在20年的研究时间框架内，登革热病毒株相互进化的总体模式。虽然血清型有时振荡得更近，但一般来说，它们之间的距离越来越远。
但结果也表明，抗原多样性水平在特定年份与流行水平之间存在明显的反向关系。当泰国经历大规模疫情时，抗原多样性很低。但在流行水平低于平均水平的年份，抗原多样性较高。
卡明斯说:“一般来说，人们认为如果你感染了一种血清型DENV，那么你的余生都会对这种血清型产生免疫力。”“但有一些观察结果似乎并不完全正确。”
对再次感染的一种解释是，登革热病毒可能受到自然选择力量的影响，以逃避以前感染过的人的免疫系统。本质上，它们必须改变到足以避免宿主的免疫检测，而宿主的另一种血清型已经引起了感染。
“我们的发现表明，登革热病毒正在远离过去在人群中产生免疫力的病毒，”该研究的作者之一、剑桥大学助理教授Henrik Salje说。“这有点像流感的故事，登革热正在进化，以逃避任何特定时间人群中的免疫力。但与流感相比，登革热的发病速度似乎要慢一些。”
影响研究人员已经知道，免疫和登革热病毒之间存在着复杂的相互作用。当有人接触到这种血清型病毒时，他们通常会经历轻度感染，导致部分感染。但当他们再次接触时，部分免疫可能会引发过度反应，导致严重的后果。在这些情况下，登革热病毒似乎不仅能逃避免疫反应，还能利用免疫反应潜在地提高其生长速度。
卡明斯说:“在曼谷一家医院就诊的90%至95%的登革热患者都是第二次感染。“大多数一生都生活在曼谷的人都多次被感染。”
这种增强的感染现象也可能有助于病原体的进化，选择足够相似的病毒来利用免疫反应。
“总的来说，随着时间的推移，病毒之间的差异越来越大，但我们也观察到，在某些时期，特别是在时间序列的早期，它们之间的距离越来越近。这表明了回避豁免权和利用部分豁免权之间的权衡，”Katzelnick说。
卡明斯说，这项新研究为登革热的生态学提供了线索，也与疫苗设计和正在进行的监测工作有关。
卡明斯解释说:“这与我们在COVID-19疫情中看到的影响一样，我们需要更新病毒监测，以了解一个社区的免疫力和正在传播的东西。”“这篇论文表明，登革热病毒正在发生变化，我们需要更新监测方法，以便更好地了解人群的免疫力，并最终减少患病人数。”
Antigenic evolution of dengue viruses over 20 years