三种无pertactin百日咳杆菌临床分离株的毒力差异研究及其对疫苗设计的启示

这篇研究通过比较三种无pertactin（PRNNEG）百日咳杆菌临床分离株与PRNPOS菌株D420在狒狒模型中的毒力差异，揭示了PRNNEG菌株间存在显著毒力异质性。研究发现部分PRNNEG菌株（如J021）在白细胞增多症、咳嗽症状、昼夜体温模式破坏等指标上表现较弱，为无细胞百日咳疫苗（aP）中保留PRN成分的必要性提供了实验依据，对疫苗株选择和人源化感染模型（CHIM）研究具有重要指导意义。

　　

ABSTRACT

百日咳是由百日咳杆菌（Bordetella pertussis）引起的呼吸道传染病。尽管无细胞百日咳疫苗（aP）已取代全细胞疫苗（wP），但疫苗接种率升高背景下百日咳发病率仍持续增长。研究发现，aP疫苗广泛使用的国家中，无pertactin（PRN^NEG）菌株占比超过85%，提示PRN可能非致病必需但影响细菌传播。本研究通过狒狒模型评估三种代表性PRN^NEG临床分离株（J021/J172/J820）与PRN^POS菌株D420的毒力差异，为疫苗设计和感染模型研究提供依据。

INTRODUCTION

百日咳典型症状包括阵发性咳嗽、吸气性哮鸣和发绀，婴幼儿重症风险最高。aP疫苗含pertactin（PRN）、百日咳类毒素（PT）等成分，但PRN^NEG菌株的流行表明该蛋白可能受疫苗选择压力影响。PRN作为毒力因子可介导细菌粘附、抵抗中性粒细胞清除，但其缺失菌株仍能致病。

MATERIALS AND METHODS

研究选取美国2010-2020年流行的三种PRN^NEG菌株（基因组特征见表1），通过狒狒鼻腔接种1×10⁹ CFU。采用植入式数据记录仪监测活动度（AvgEA）和体温变化，每周两次采集鼻咽洗液定量菌落（CFU）和血液白细胞（WBC）计数，ELISA检测血清抗PRN/PT抗体及PBMC细胞因子（IFNγ/IL17A）。

RESULTS

PRN^NEG strain selection
基于系统发育树选择代表美国主流克隆的菌株：J021（fimH1，启动子区缺失）、J172（fimH2，IS481插入）、J820（fimH1，IS481插入）。

Colonization and leukocytosis
所有菌株定植水平相当（峰值~10⁵ CFU/mL），但J021诱导的WBC升高显著低于D420（P<0.05）。D420感染组咳嗽持续8天，而PRN^NEG组仅J172/J820在第4天出现咳嗽。

Immune responses
D420感染组抗PRN抗体显著升高，而PRN^NEG组无响应。J021组抗全菌抗体（HKBp）水平较低，但各组抗PT抗体无差异。PBMC重刺激显示，D420诱导更强的IFNγ（vs J021/J820，P<0.01）和IL17A（vs J021，P<0.05）。

Activity and body temperature
D420组峰值期活动度降低最显著（P<0.05），昼夜体温节律完全破坏；J021组则无显著变化。J172/J820组表现介于两者之间。

DISCUSSION

研究表明PRN^NEG菌株毒力存在梯度差异：J021在白细胞增多、咳嗽、活动度等指标上均弱于D420，而J820与D420最接近。这些发现提示：①CHIM研究需谨慎选择PRN^NEG菌株；②PRN可能通过调节Th1/Th17反应影响毒力；③维持aP疫苗中PRN成分或可抑制高毒力PRN^POS菌株传播。未来需通过等基因菌株实验明确PRN的精确毒力贡献。

（注：全文严格依据原文数据，未添加非文献支持结论；专业术语如PRN^POS/PRN^NEG、CFU等均保留原文格式；去除了文献引用标记和图表标识）