百日咳（又称百日咳）在20世纪40年代引入疫苗之前，曾是美国和全球儿童死亡的主要原因之一。在此后的几十年里，这种细菌性疾病在美国几乎被根除，每年的死亡人数降至两位数。
然而，近年来由于COVID-19大流行后疫苗接种率下降，该疾病出现了令人担忧的反弹。2024年，几次爆发使公共卫生官员和医院措手不及，主要受影响的是婴儿，他们通常太小而无法接种疫苗，且症状最为严重。
现在，德克萨斯大学奥斯汀分校的新研究可能有助于改进百日咳疫苗，通过针对感染中的两个关键弱点再次推动这种疾病的根除。
新靶点
在这种背景下，包括UT化学工程系和分子生物科学系成员在内的一个研究团队，在理解和增强百日咳免疫力方面取得了重大进展。百日咳感染之所以危险，是因为百日咳杆菌产生的一种化学武器——百日咳毒素（PT），它会削弱患者的免疫反应并导致许多严重的百日咳症状。
这项发表在《美国国家科学院院刊》上的新研究重点关注两种强大的抗体hu11E6和hu1B7，它们以不同的方式中和PT。
研究人员使用先进的冷冻电子显微镜技术，确定了这些抗体结合的PT上的特定表位。表位是免疫系统可以集中攻击病原体的化学目标。Hu11E6通过干扰糖结合位点阻止毒素附着到人体细胞上，而hu1B7则防止毒素进入细胞并造成伤害。这些发现首次精确地绘制了这些关键区域，为改进疫苗提供了蓝图。
“目前有几种有前途的新百日咳疫苗正处于研究和临床试验阶段，”科克雷尔工程学院化学工程教授、该新研究的通讯作者詹妮弗·梅纳德说。“我们的发现可以很容易地纳入未来的版本中，提高整体有效性和保护的持久性。”
她提到了用于COVID-19疫苗的mRNA技术，以及利用基因工程技术生成更安全、更强效的新重组无细胞百日咳疫苗的技术，这些技术保留了中和表位，可以与她的团队的新发现结合。
“训练免疫系统针对毒素上最脆弱的部位，预计会产生更有效的疫苗，”梅纳德说。“而且疫苗越有效、保护期越长，希望会有更多人接种。”
除了帮助指导未来疫苗的设计外，hu1B7和hu11E6抗体本身也有可能作为治疗药物用于感染和高风险婴儿。梅纳德及其同事的先前研究表明，它们可以预防百日咳感染的致命方面。德克萨斯大学的研究人员正在积极寻求合作，以开发防止新生儿因接触该疾病而导致肺损伤和死亡的方法。
持续的威胁
由百日咳杆菌引起的百日咳以其剧烈的咳嗽著称，这可能导致肺炎、癫痫发作甚至死亡，特别是在婴儿中。这种疾病的一个绰号是“百日咳”，因为即使在轻度或中度病例中，痛苦的咳嗽也可能持续数月。据估计，全球每年有20万人死于百日咳，其中大多数是婴儿和儿童，严重病例的幸存者可能会留下脑损伤和肺疤痕。
虽然现代疫苗减少了这种疾病的负担，但其有效性会随着时间的推移而减弱，保护期仅为两到五年。现代百日咳疫苗是无细胞的，这意味着它们含有部分细菌，训练免疫系统识别病原体，包括PT。
最近全球各地百日咳的爆发让公共卫生官员感到震惊。今年秋季，纽约市自2023年以来百日咳病例增加了169%。自2019年以来，病例增加了500%。澳大利亚目前正在经历自20世纪40年代引入疫苗以来最大的百日咳爆发，今年报告的病例估计为41,000例。
卫生官员指出，错过初次接种和加强剂是爆发的主要原因。
克服犹豫
尽管在抗击百日咳方面取得了令人兴奋的进展，但仍面临双重挑战：克服百日咳的生物学复杂性和疫苗犹豫的社会障碍。防止易感新生儿感染百日咳最有效的方法是在怀孕期间给母亲接种疫苗，这样可以在新生儿足够大接种疫苗之前为其提供保护。根据CDC的数据，美国学龄前儿童的百日咳疫苗完全接种率通常超过90%，但在怀孕期间接种疫苗的母亲比例不到60%。对疫苗安全性的怀疑以及COVID-19大流行后常规疫苗接种的缓慢正常化导致了未接种疫苗社区的出现，总体上新生儿的保护水平较低，为致命爆发提供了肥沃的土壤。这种环境加上当前疫苗的局限性使得创新变得至关重要。
共同作者、化学工程系研究教授安纳莉·阮强调了预防的重要性。“总是更容易预防高风险人群的疾病，”她说。“一旦某人病情非常严重，他们的免疫系统就无法正常工作，帮助他们恢复也就更加困难。母亲们有一个绝佳的机会，通过在怀孕期间接种百日咳加强剂来保护她们出生后的婴儿，父母也可以继续与儿科医生合作，确保儿童和青少年的疫苗接种是最新的。”
通过专注于中和表位——抗体可以有效阻断毒素的区域——新疫苗可以潜在地提供更强、更持久的免疫力。这有助于增强公众对百日咳疫苗的信心，并遏制该疾病的复苏。
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