都是病毒,为什么有的能终身免疫,有的却不能?

百家 作者:果壳 2020-09-08 21:40:18
麻疹病毒抗体的半衰期很长,只要感染过或接种过疫苗,人体就能持久地产生抗体,这是获得终身免疫的关键。

流感病毒抗体半衰期较短,只有半年。而且由于流感病毒的种类太多,基因型容易因病毒株间基因交换而出现重大突变,导致免疫保护完全失效,造成大流感。

有研究表明新冠病毒抗体的半衰期很短,所以我们不太可能对新冠病毒获得持久的免疫保护。但好在目前其亚型少,也还未发生重大突变,人体内还有细胞免疫反应,也许可以一定程度上抵挡新一轮的病毒感染。

一节生姜
宾夕法尼亚大学医学院病理及实验医药系研究副教授

感染过新冠的患者能终身免疫吗?新冠疫苗到底能管多久?这些都是目前大家比较关心的问题。回顾人类与病毒的斗争史我们会发现,有的病毒我们只要感染过一次就可以终身免疫,而对于有的病毒,却会反复地被感染,这是为什么呢?

一、我们对麻疹病毒的终身免疫,是怎么产生的?

如果没有免疫保护,麻疹会是儿童中最常见的急性呼吸道传染病。麻疹由麻疹病毒感染导致,会有发热、上呼吸道炎症、眼结膜炎等症状,感染者皮肤上会伴随出现红色斑丘疹。麻疹病毒通过飞沫传播,传染性很强,在没有普及麻疹疫苗的人口密集地区,每隔约2~3年就会发生一次麻疹大流行。感染麻疹病毒后,儿童的病死率为0.2%,但是在医疗条件不好的地区,病死率可以高达10%。

根据世界卫生组织2017年的数据,全世界约有85%的儿童在1周岁前会开始接种麻疹疫苗,通过接种疫苗来获得对麻疹病毒的免疫保护。因为大约有15%的儿童在一次接种后不能获得很好的免疫保护,所以常规的麻疹疫苗需要接种两次。在2017年,全球67%的儿童接种了二剂麻疹疫苗。

当然,接种疫苗并不是获得免疫保护的唯一手段,直接感染也是一个办法,只是比较原始和粗暴。美国麻疹的病死率较低,受到“反疫苗”运动的影响,有人不让孩子接种麻疹疫苗,而是举办“麻疹聚会”(pox party),也就是邀请正在出疹的孩子来家里“party”,让自家的孩子获得感染。这听起来有点儿让人难以置信,但却是真实的。在“反疫苗”人士的眼里,带孩子接种疫苗才不正常。

不管是接种疫苗还是直接感染,只要获得了免疫保护,往后余生就不用担心再得麻疹了。为什么麻疹的免疫力可以那么持久呢?有研究检测了45名志愿者血清里的病毒抗体浓度,通过比较在15年时间里抗体的浓度变化,推算出各种抗体的半衰期。根据这个研究,麻疹抗体的半衰期为3014年[1],也就是说,要经过3000年之后,体内抗麻疹病毒的抗体浓度才会减半。

不同病原体抗体的半衰期,数据来自文献[1]

这个3000年的半衰期有点儿夸张,但是不管到底有没有3000年,100年之内麻疹抗体的浓度基本不会改变,所以,在没有接种麻疹疫苗的贫困国家,即便2~3年就流行一次麻疹,也不会造成大面积的死亡,原因就是之前得过麻疹的人,体内长期都会有大量的抗体存在,可以终身保护,及时清除感染的麻疹病毒。

麻疹病毒还有一个特点:只会感染人类。因为自然宿主有限,麻疹抗体又很给力,麻疹病毒生存的空间和时间都很有限,虽然病毒会出现基因突变,但是变异只会缓慢发生。也正是因为基因变异没有重大的质变,所以抗体对麻疹病毒的识别才不会受到严重影响,免疫保护一但拥有,就会恒久。

、流感疫苗为什么需要年年打?

流感病毒有甲、乙、丙、丁四种类型,引起季节性流感的主要是甲流和乙流,而引起大流感的,通常是甲流,比如1918年的大流感。甲流病毒又可以根据病毒H蛋白和N蛋白的款式,分成不同的亚型,由于H有18款,N有11款,甲流就有198种亚型。因为常常闹事的流感病毒是H1N1和H3N2,所以每年的流感疫苗里都会包含有针对这两种甲流亚型的疫苗。

与麻疹抗体不同的是,流感病毒的抗体半衰期只有半年左右[2]。因为这个原因,流感疫苗需要年年打。也正是因为这个原因,去年得过流感的人,今年可能还会再得流感。

为什么流感病毒的抗体那么短命呢?8月14日,《科学》杂志最新发表的一份研究给出了解答。这份来自埃默里大学(Emory University)Rafi Ahmed教授课题组的研究认为,不管是病毒感染还是注射疫苗之后,骨髓里的一种B细胞——骨髓浆细胞(BMPC)是维持抗体能够源源不断产生的关键。但是,对53名接种流感疫苗的志愿者研究后发现,尽管在接种疫苗4周后,血液里就能检测到对流感病毒特异的骨髓浆细胞,但在一年之后,这些细胞就都消失不见了[3],所以抗体也就不再产生了。

流感抗体虽然短命,但这个研究也发现,之前感染的流感病毒也不是白感染。在注射疫苗之前,人体其实已经有一些针对流感病毒的骨髓浆细胞,这应该是之前感染病毒之后所产生的,这些细胞在一年后变化不大,说明寿命还是比较长的。而且,人体的免疫力也不只是来自抗体,还得把免疫细胞算上。之前的病毒感染之后,虽然抗体消失了,但是还有记忆性B细胞,不管是再次感染病毒或者接种疫苗,这些现存的记忆性B细胞都会帮助制造新的抗体。

但是,流感病毒种类太多,宿主也不限于人类,这点也与麻疹病毒大有区别。流感病毒的这个特点,给繁殖、突变带来了巨大的机会,通过不同亚型病毒株之间的基因交换,流感病毒可以获得质变,导致之前的抗体完全不能识别,也促进了病毒在物种之间的跳跃传染。

病毒的这种基因“质变”可以用一副麻将牌说清楚:大家知道,打麻将的时候每一轮只能摸上一张牌,再打掉一张牌。但是,如果牌桌上有一伙的人,就可以做手脚换牌,那“胡”的机会就多了!对于流感病毒来说,甲流病毒亚型之间的换牌,不但可以躲避抗体的识别,还可以产生崭新的病毒,让现有的免疫记忆细胞也不能识别,导致严重的大流感的爆发。后面这种导致“质变”的换牌,通常是有来自其他宿主的甲流病毒参与[4]。

对病毒特异性骨髓浆细胞的研究也指出,如果要提高骨髓浆细胞的生存时间,可以通过在疫苗中增加佐剂来实现。这虽然无法对付出现了“质变”的新病毒,但是至少可以减少感染流感的次数。

新冠疫苗的保护期有多久?尚无定论

8月11日,俄罗斯宣布批准了一款新冠疫苗,并且说有两年的保护期。但是,这应该不是一个科学结论。为什么这么说呢?俄罗斯的疫苗只进行了两个月的临床试验,参加试验的志愿者也只有76人,按照常规的操作,这样的试验根本无法证明疫苗是否能产生有效的免疫保护,更不用说有2年的保护期了。

大家都在关心未来上市的疫苗能带来多久的保护。因为疫苗的临床试验还在进行中,目前尚无确切的答案,只能通过现有的数据进行推测。

从新冠感染康复者中抗体滴度的变化来看,感染产生的抗体并不持久,在感染两、三个月之后,很多人的抗体就已经大幅减少了。有研究表明,在轻症新冠患者中,抗体的半衰期只有36天[5]。所以,从这一点来看,新冠病毒很接近流感病毒,肯定不会像麻疹病毒那样,诱发产生持久的抗体反应。

那么接种新冠疫苗之后所产生的抗体,寿命会不会久一点呢?目前的新冠疫苗有很多种类型,包括灭活疫苗、腺病毒载体疫苗、核酸疫苗、重组蛋白疫苗等,如果疫苗中有免疫佐剂的,有可能获得比较持久的抗体反应。

现在关键的问题是,从抗体反应上看,新冠更接近流感,那新冠会不会像流感一样每年都会季节性地骚扰一下人类呢?希望不会有那么糟糕。正如前面所说,免疫力除了抗体免疫,还有细胞免疫,目前有证据表明,尽管新冠与SARS病毒有所差异,但17年前感染过非典的人,体内的免疫细胞还是可以识别新冠病毒。所以,也许细胞免疫反应可以为人体抵挡一下新一轮的病毒感染,虽然目前我们并不清楚新冠的免疫细胞能存在多久。

此外,新冠病毒虽然不断出现突变,但是目前来看突变尚未带来巨大的差异,基本还是同一种病毒,不像流感病毒那样种类繁多。其他的人类冠状病毒也只有6种,新冠病毒换牌的机会很少。不过,由于动物中还存在很多种冠状病毒,我们还需要特别警惕来自动物中间宿主的病毒,疫苗也就变得更为重要。

值得一提的是,通过基因工程也可以生产抗新冠病毒的抗体,目前有一些单克隆抗体已经进入了临床试验。当人体暴露于新冠病毒之后,如果体内没有高浓度的抗体,可以通过注射单克隆抗体来获得及时的保护。

参考资料:
[1]Amanna, I.J., N.E. Carlson, and M.K. Slifka, Duration of Humoral Immunity to Common Viral and Vaccine Antigens. New England Journal of Medicine, 2007. 357(19): p. 1903-1915.
[2]Zhao, X., et al., Individual and Population Trajectories of Influenza Antibody Titers Over Multiple Seasons in a Tropical Country. American Journal of Epidemiology, 2017. 187(1): p. 135-143.
[3]Davis, C.W., et al., Influenza vaccine–induced human bone marrow plasma cells decline within a year after vaccination. Science, 2020: p. eaaz8432.
[4]Shao, W., et al., Evolution of Influenza A Virus by Mutation and Re-Assortment. International journal of molecular sciences, 2017. 18(8): p. 1650.
[5]Ibarrondo, F.J., et al., Rapid Decay of Anti–SARS-CoV-2 Antibodies in Persons with Mild Covid-19. New England Journal of Medicine, 2020.
本文编辑:yutonggliu

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