恶性疟原虫血期抗原极端遗传多样性及平衡选择特征揭示疫苗设计新路径

《The Journal of Infectious Diseases》：Extreme Genetic Diversity and Signatures of Balancing Selection in Plasmodium vivax Blood-Stage Antigens

本研究针对恶性疟原虫（Plasmodium vivax）疫苗研发中抗原多样性不明的瓶颈问题，通过对全球289个全基因组序列的系统分析，首次全面评估了14种候选抗原的遗传多样性及选择压力。研究发现AMA1、CyRPA、RBP1a和P41等血期抗原存在极端多样性及平衡选择特征，而基于Sal-1疫苗株的现行方案可能因等位基因频率过低而失效。该研究为多价疫苗设计提供了关键靶点筛选框架，对推动全球疟疾消除计划具有重大意义。

　　

在热带病防治领域，恶性疟原虫（Plasmodium vivax）因其独特的生物学特性成为疟疾消除行动中的"顽固分子"。与恶性疟原虫（Plasmodium falciparum）相比，间日疟原虫具有肝期休眠、偏好网织红细胞感染、低密度原虫血症等特性，使其在出现临床症状前就完成配子体成熟，从而逃逸常规监测系统。尽管全球疟疾控制措施已使间日疟病例显著减少，但抗药性、杀虫剂抗性以及流行区人群葡萄糖-6-磷酸脱氢酶（G6PD）缺乏等问题持续挑战着消除进程。开发高效疫苗被视为突破这些瓶颈的关键策略，然而当前间日疟疫苗研发严重滞后，仅有环子孢子蛋白（CSP）、达菲结合蛋白（DBP）和顶端膜抗原1（AMA1）进入候选阶段，其中仅CSP开展过临床试验。

抗原多态性导致的株特异性免疫是疫苗设计的主要障碍。间日疟原虫通过单核苷酸多态性（SNP）和串联重复序列变异等机制，不断逃逸宿主已建立的免疫应答。当新型变异株感染时，宿主需要约两周时间产生新抗体，这期间形成的"免疫空白期"使传播链得以延续。更严峻的是，间日疟原虫具有比恶性疟更复杂的生物学特性和更高的遗传多样性，这意味着单株疫苗可能难以提供广谱保护。为破解这一难题，由Alyssa E. Barry教授领衔的国际研究团队在《The Journal of Infectious Diseases》发表重要成果，通过对全球公开基因组数据的深度挖掘，系统绘制了间日疟主要疫苗候选抗原的遗传多样性图谱。

研究团队采用多阶段生物信息学分析流程：首先从MalariaGEN等数据库获取353个全球间日疟分离株全基因组序列（涵盖亚洲、美洲、大洋洲18个国家），经严格质控筛选获得289个高质量序列；通过F_ws统计量筛选低复杂度感染样本（n=261），确保种群遗传分析可靠性；利用VaxPack工具计算Nei核苷酸多样性（π）、单倍型多样性（Hd）及Tajima's D等参数；结合AlphaFold2预测的蛋白质三维结构进行空间映射分析；采用TCS算法构建单倍型网络以揭示等位基因地理分布。

血期抗原呈现极端遗传多样性

分析显示，裂殖子阶段抗原AMA1、半胱氨酸富集保护性抗原（CyRPA）、网织红细胞结合蛋白1a（RBP1a）和6-半胱氨酸蛋白P41具有最高的核苷酸多样性（π>10×10^-3）和单倍型多样性（Hd>0.85）。这些抗原的多样性热点集中在功能关键域：AMA1的I/II结构域（含RON2结合位点）、P41的C末端、RBP1a的III区以及CyRPA的外显子1区，这些区域恰好是宿主抗体攻击的主要靶标。

平衡选择揭示免疫压力热点

Tajima's D分析发现上述抗原在多数种群呈现显著正值（p<0.05），表明存在平衡选择。三维结构映射显示这些选择热点空间邻近宿主-病原体结合界面，例如AMA1的I结构域多态性表面、CyRPA外显子1区形成的空间簇等。特别值得注意的是，巴布亚新几内亚种群在AMA1氨基末端出现独特的平衡选择信号，可能与该地区特有的红细胞多态性适应相关。

抗原等位基因呈现地理分层

单倍型网络分析揭示Sal-1疫苗株等位基因在全球频率普遍低于1%，且与美洲菌株聚簇；PvP01参考株则与巴布亚印尼分离株亲缘最近。CyRPA表现出弱地理结构性和高多样性，而CSP、MSP4等抗原单倍型分布相对均匀。泰国/柬埔寨种群在TRAP的血小板反应蛋白重复区显示平衡选择，秘鲁/哥伦比亚种群则在β带扩展区出现选择信号，反映新旧大陆间不同的进化压力。

研究结论强调，AMA1、CyRPA、RBP1a和P41作为经受强免疫选择的核心抗原，应优先纳入多价疫苗设计；而Sal-1疫苗株的局限性提示需基于高频等位基因重新规划疫苗策略。该研究创建的"抗原多样性-选择压力-空间结构"多维评估框架，为理性疫苗设计提供了关键科学依据，将显著加速间日疟疫苗的临床转化进程。