一场由来已久的战争：科学家揭开疟疾如此狡猾的敌人的原因 ...

恶性疟原虫是导致人类最致命形式疟疾的寄生虫，它是一个逃避高手，它躲过了所有对有效和持久疫苗的尝试。现在，Chan Zuckerberg Biohub-San Francisco (CZ Biohub SF) 和加州大学旧金山分校 (UCSF) 的研究人员使用一种复杂的方法来表征抗体如何对所有寄生虫的大约 5,400 种蛋白质作出反应，创建了第一张高分辨率的寄生虫地图人类对恶性疟原虫的免疫反应，让我们深入了解是什么让这种寄生虫成为如此持久的病原体。

PhIP-seq 概述和分析流程。Falciparome 噬菌体库在 T7 噬菌体上以 62-aa 肽和 25-aa 步长显示恶性疟原虫的蛋白质组，还包括许多抗原的变异序列，包括主要变异表面抗原 (VSA)。PhIP-seq 是通过将 Falciparome 文库与人血浆一起孵育进行的，然后是样品中抗体的 IP 和抗体结合噬菌体的富集。进行了两轮富集并对富集的噬菌体进行测序以获得编码肽的身份。然后使用过滤管道来识别特定于疟疾队列的血清反应肽。

在 3 月 10 日发表的一项研究中，研究人员采用了一种复杂的方法将构成恶性疟原虫的蛋白质分解为我们的免疫系统可识别的片段，然后将它们暴露于 198 名乌干达成人和儿童的血液中。结果表明，抗体与恶性疟原虫的许多区域结合，这些区域不会产生长期抗体反应，这是一种明显的“转移策略”，迫使免疫系统产生短期反应。

“在免疫逃避方面，疟疾是一个专业人士，”该研究的共同资深作者 CZ Biohub SF 总裁 Joe DeRisi 说。“但我们的新发现表明，疟疾寄生虫并没有隐身，而是在上演一场分散免疫系统注意力的烟火表演，让它一直追逐最终无助于发展长期保护的目标。”

老练的敌人

至于为何难以获得持久的疟疾疫苗，专家指出寄生虫生命周期的复杂性。恶性疟原虫在人体中移动时会发生深刻变化，首先像单细胞蠕虫一样在血液中滑行，然后在肝脏细胞中繁殖，然后爆发到循环系统中，反复吞噬红细胞内容物作为燃料，乘。

这种寄生虫的基因也很复杂，具有数百种被认为专门用于免疫逃避的蛋白质。寄生虫的蛋白质还具有大量简单的重复序列，几十年来一直困扰着科学家。

面对如此狡猾的敌人，我们的自然免疫反应和研制疫苗的努力都失败了，这也许不足为奇。只有在其一生中多次反复接触疟疾传播地区的人，才能在感染寄生虫时停止生病——有时甚至这还不够。

产生免疫力的漫长时间使儿童特别容易受到威胁。更重要的是，来之不易的免疫力会迅速减弱——离开高传播区域的人很可能会失去保护并在返回时再次生病。

这些对发展自然免疫力的挑战已经转移到疫苗工作中。被称为 RTS,S 的疫苗是第一个被批准用于治疗疟疾的疫苗，需要连续四次注射，但对严重疾病的有效性仍然只有 30% 左右，而且它提供的保护作用在短短几个月后就会减弱。

加州大学旧金山分校医学教授、这篇新论文的共同资深作者布赖恩格林豪斯说：“关于疟疾免疫力是如何形成的，我们还有很多不知道的地方。” “这在很大程度上是由于缺乏全面表征免疫系统反应的工具。不过，我们在这里开发的新方法将有助于缩小这一差距。”

这张由 CZ Biohub 的定制疟疾显微镜（目前正在乌干达进行实地测试）拍摄的图像显示了疟疾寄生虫的三个不同生命周期阶段：黄色方框是环状阶段寄生虫，粉色是滋养体阶段寄生虫，橙色是裂殖体阶段。绿色框显示健康细胞。

绘制免疫反应图

为了更好地理解为什么开发疟疾免疫力如此困难，Biohub SF 和 UCSF 研究人员利用了一种称为 PhIP-Seq 的强大技术，这使他们能够在实验室中分析暴露于恶性疟原虫的人的免疫系统如何对其作出反应.

该方法涉及获取构成恶性疟原虫寄生虫的大约 5,400 种蛋白质——寄生虫的“蛋白质组”——并将它们切成数十万块，近似于我们的免疫系统在寻找病原体片段时的工作规模目标。然后，研究人员设计了病毒来展示这些小块中的每一个——就像士兵挥舞着敌对军队的旗帜——并将它们与研究参与者的血液混合在实验室培养皿中。

“我们所做的是创建一个图书馆，其中包含疟疾可能向我们的免疫系统显示的所有蛋白质的所有成分，”加州大学旧金山分校生物化学和生物物理学教授 DeRisi 说。“我们可以准确地看到我们的免疫系统看到了什么，并试图弄清楚它是如何反应的。”

现在，研究人员可以分析寄生虫的哪些片段触发人体血液中的抗体来抵抗这种疾病。如果免疫系统之前遇到过一个块并产生了抗体，那么抗体应该对 PhIP-seq 平台中的这些块表现出反应性。

正如预期的那样，从美国成年人的对照组中收集的样本（大部分可能从未接触过疟疾）对寄生虫的蛋白质块几乎没有反应。但是当研究小组观察乌干达人捐献的血液时，他们观察到了有趣的模式。

乌干达人的血液含有抗疟疾寄生虫许多成分的抗体，但最常见的是被称为“重复元素”的蛋白质块。重复元素是蛋白质的区域，构成它的氨基酸序列一遍又一遍地重复，并且被认为对蛋白质的功能没有什么用处。

奇怪的是，对重复元素的反应在很大程度上取决于曝光。生活在极高疟疾暴露环境中的乌干达儿童——平均每年被受感染的蚊子叮咬 49 次——对这些重复元素的反应性是生活在中等暴露地区的儿童的两倍——每年被感染蚊子叮咬 5 次。

但是随着时间的推移，对其中一些重复元素的反应性比对非重复区域的反应性减弱得更多。明显的差异表明，虽然针对这些重复元素的抗体主导了对疟疾的免疫反应，但这种反应是短暂的，并且比对非重复区域的反应消失得更快。

“在建立长期防御方面，这些重复往往不是很好的目标，”加州大学旧金山分校生物化学和生物物理学博士后学者、这项新研究的主要作者 Madhura Raghavan 说。“免疫资源是有限的，在疟疾的情况下，我们的身体似乎在他们创造自然免疫力的目标上做出了重大错误的估计。”

DeRisi 对此表示同意，并补充说：“我们的免疫系统会立即采取行动来对付这些诱饵。它会让人分心，以至于身体错过了发展防御机制的机会，而这种防御机制在下一次确实会有所帮助。”

这些发现可能为疫苗开发提供了重要教训，疫苗开发通常依赖于模仿人体自身的免疫防御，而不必评估其有效性。事实上，RTS,S 疫苗使用恶性疟原虫重复元素作为其目标——这可能是其耐久性低的原因。

有了新的恶性疟原虫蛋白质组文库，Biohub 研究人员计划在乌干达继续测试对疟疾的免疫反应，接下来研究这些反应如何随时间和不同暴露水平发生变化。他们预计，更多的数据最终将引导他们找到寄生虫蛋白质的特定成分，这些成分可能是通过疫苗接种引发更有效免疫反应的关键。

“不幸的是，疟疾对许多人来说只是日常生活的正常组成部分，而免疫力是阻止他们继续生病或死亡的唯一方法，”格林豪斯说。“如果我们想有机会开发出一种有效的拯救生命的疫苗，那么我们必须继续努力更好地了解免疫力。”