马拉维新生儿侵袭性大肠杆菌O抗原多样性对疫苗开发的挑战及启示

针对撒哈拉以南非洲地区新生儿败血症主要病原体大肠杆菌(Escherichia coli)的疫苗开发难题，Oliver Pearse团队通过基因组学分析2012-2021年马拉维医院169株临床分离株，发现O抗原(O-type)呈现前所未有的高多样性(含10种新型O型)，现有9价疫苗(EXPEC9V)仅覆盖37.9%病例。研究揭示了地域特异性血清型分布特征，为全球疫苗公平性设计提供了关键数据。

　　

在撒哈拉以南非洲地区，新生儿败血症每年夺走无数生命，其中大肠杆菌(Escherichia coli)是仅次于B族链球菌和肺炎克雷伯菌的第三大病原体。更严峻的是，随着抗菌素耐药性(AMR)问题日益加剧，当地一线抗生素如苄青霉素(benzylpenicillin)和庆大霉素(gentamicin)的疗效正逐渐丧失。面对这一双重威胁，母体接种疫苗被视为最有希望的解决方案之一。然而，当前针对高收入国家老年人群开发的O抗原多糖疫苗(如处于临床试验阶段的EXPEC9V)能否适用于非洲新生儿群体，成为亟待解答的科学问题。

来自马拉维-利物浦威康计划(Malawi-Liverpool Wellcome Programme, MLW)和英国威康桑格研究所(Wellcome Sanger Institute)的研究团队，对2012-2021年间马拉维布兰太尔市伊丽莎白女王中央医院(Queen Elizabeth Central Hospital, QECH)收集的169株新生儿侵袭性大肠杆菌分离株进行了全基因组测序(WGS)分析。这项发表在《Communications Medicine》的研究揭示：非洲新生儿面临的大肠杆菌血清型多样性远超预期，现有疫苗策略可能无法提供充分保护。

研究人员采用短读长(Illumina NovaSeq)和长读长(Oxford Nanopore)测序技术相结合的策略，通过SRST2和EcOH数据库进行O/H血清型预测，mlst进行序列分型，AMRFinderPlus分析耐药基因。特别针对14株无法分型的菌株进行纳米孔测序，以解析其O抗原基因簇结构。样本队列来自常规血培养和脑脊液(CSF)检测，涵盖早发型(<72小时)和晚发型败血症病例。

种群结构特征
研究发现了惊人的遗传多样性：71种序列型(ST)中53.5%为单例，包含11个新型ST型。主要流行克隆ST69(11.8%)、ST131(10.7%)和ST10(8.9%)呈现明显的时间波动，无任一ST型能持续主导流行。值得注意的是，ST410菌株(4.7%)表现出特殊的神经侵袭性，75%分离自脑脊液，且全部携带bla_CTX-M-15基因，对一线治疗药物普遍耐药。

抗原多样性图谱
O抗原类型达63种，最高频的O15、O25B和O8分别仅占8.9%、8.9%和7.7%。通过纳米孔测序新发现10种潜在新型O型，包括一个与沙门氏菌OX-13抗原相似的杂交型。H型相对集中，H4(16.8%)、H18(13.9%)和H5(10.4%)占据主导。值得注意的是，单个ST型可对应多种O/H型组合，如ST10关联10种O型和7种H型，显示出抗原转换的高度灵活性。

疫苗覆盖率评估
现有EXPEC9V疫苗(O1A/O2/O4/O6A/O15/O16/O18A/O25B/O75)仅覆盖37.9%的马拉维分离株，而最初设计的10价疫苗(含O8)因技术问题缩减后，覆盖率下降了7.7个百分点。分析显示，需要包含30种O型才能达到80%覆盖率，远高于高收入国家流行病学数据。时间趋势分析显示，各年份疫苗覆盖率波动在23-46%之间，无改善迹象。

耐药性动态变化
头孢曲松(ceftriaxone)耐药率从2012年的0%飙升至2020年的46.2%，主要归因于bla_CTX-M-15基因的传播。晚发型败血症的耐药率显著高于早发型(头孢曲松37.2% vs 20.4%)，暗示不同感染源的存在。值得注意的是，ST410和ST131分别携带平均24.0和20.6个耐药基因，构成严重治疗挑战。

这项研究首次系统描绘了非洲新生儿侵袭性大肠杆菌的抗原多样性图谱，揭示了几个关键科学启示：首先，高收入国家疫苗策略不能直接移植到非洲 setting，需要基于本地流行病学数据重新设计；其次，O抗原的高变异性提示需探索H型蛋白疫苗等替代策略；最后，耐药基因与特定克隆(ST410)的关联，凸显了"One Health"防控理念的重要性。

研究团队强调，要实现全球健康公平性，必须扩大对低收入国家病原体多样性的监测规模。正如作者指出："开发适合非洲新生儿的疫苗将是个漫长过程，在此期间，加强感染预防控制(IPC)和早期诊断仍是拯救生命的重中之重。"这些发现不仅为疫苗设计提供了分子流行病学基础，也为全球抗菌素耐药性防控策略的差异化制定提供了重要依据。