对细节的执着与持续的热情：我的病毒学与免疫学职业生涯

《Annual Review of Animal Biosciences》：A Passion for Small Things and Staying Primed: My Career in Virology and Immunology

病毒学家通过研究动物冠状病毒与轮状病毒，揭示了跨物种传播机制及疫苗开发策略，尤其在母体被动免疫和肠道-乳腺免疫轴领域取得突破，为SARS-CoV-2等人类冠状病毒防控奠定基础。

　　作为一名科学家，我的职业生涯深受对科学和动物的热爱、坚持不懈以及偶然的机会所推动。我专注于研究新生儿牲畜和人类中致命的肠道和呼吸道病毒性感染，目标是理解这些疾病的发生率、发病机制、跨物种传播以及免疫反应，并开发有效的疫苗。通过对动物冠状病毒（CoVs）的研究，包括其广泛的跨物种传播特性，我为理解新兴的致命人类呼吸道CoVs（如严重急性呼吸系统综合征、中东呼吸综合征和严重急性呼吸系统综合征冠状病毒-2）提供了基础，同时也揭示了SARS-CoV-2从动物传播给人类的可能性。在早期研究中，我曾发现肠道-乳腺-分泌性免疫球蛋白A（sIgA）轴，这一发现表明了黏膜免疫系统在不同部位之间的联系，这一概念至今仍是设计母源疫苗以提供新生儿被动免疫的关键。我们通过创新的细胞培养技术成功地对一些难以培养的人类和动物轮状病毒（RVA）及杯状病毒（caliciviruses）进行了研究，并验证了它们在无菌动物中的感染性，这为我们后续的病毒学和免疫学研究以及疫苗开发提供了细胞适应和动物疾病模型。

我的研究历程并非一帆风顺，面临着诸多挑战。比如，在我刚开始从事硕士研究时，缺乏针对猪的商业免疫学试剂，这迫使我在一个老旧的阁楼实验室中长时间工作，利用尺寸排阻和离子交换柱层析技术来纯化猪的免疫球蛋白（IgM、IgA和IgG）并制备相应的抗血清。这些工作不仅为我后续的研究奠定了基础，也带来了意想不到的突破。例如，我们发现轮状病毒sIgA抗体在感染或口服减毒疫苗后在乳汁中占主导地位，而使用灭活疫苗则主要诱导血清中的IgG抗体。这一发现对母源疫苗的设计具有重要意义，因为乳汁中的sIgA抗体能够提供有效的被动免疫保护。

随后，我与多位研究生和博士后合作，进一步拓展了黏膜免疫的概念。我们发现，轮状病毒和另一种猪呼吸道变异型冠状病毒（PRCV）在不同的黏膜部位引发的感染可能对疫苗的有效性产生不同的影响。例如，轮状病毒肠道感染能够提供对轮状病毒和PRCV的保护，但PRCV呼吸道感染只能部分保护猪免受轮状病毒感染。这一研究不仅揭示了黏膜免疫系统在不同部位的特异性，还为我们理解如何设计针对不同黏膜部位的疫苗提供了重要参考。此外，我们还发现，多次感染的母猪能够诱导足够的乳汁sIgA抗体，从而保护哺乳的仔猪。这一发现与后来对SARS-CoV-2的研究产生了联系，即如何通过肠道感染和粪便传播来预防病毒的传播和致病。

在研究过程中，我还探索了维生素A（VA）对黏膜免疫的影响。我们发现，VA及其代谢产物视黄酸（RA）在黏膜免疫调节和增强免疫反应中起着重要作用，能够通过增加sIgA抗体的产生和表达肠道归巢受体，促进B细胞和T细胞向肠道的迁移。基于这些发现，我们研究了妊娠期和哺乳期VA缺乏对乳汁中sIgA抗体水平的影响，并探讨了补充VA对提高黏膜和母源疫苗效力的可能作用。这一研究为未来的疫苗开发提供了新的思路，即通过增强黏膜免疫轴来提高疫苗的效果。

在研究牛冠状病毒（BCoVs）时，我们注意到其在不同年龄段的牛中引起的多种临床症状，包括犊牛腹泻、冬季腹泻（WD）和呼吸道疾病。我们利用无菌牛模型来研究病毒的致病机制和流行病学，并发现BCoVs具有广泛的宿主范围，不仅感染牛，还可能感染野生动物和人类。这一发现为理解冠状病毒如何从动物传播到人类提供了重要线索。例如，我们发现BCoVs与SARS和MERS等病毒在遗传和抗原特性上存在相似之处，这些病毒可能来源于共同的祖先，并在不同的宿主群体中演化。此外，我们还发现BCoVs能够通过呼吸道和肠道传播，并且在宿主受到压力时更容易引发严重疾病。

在研究过程中，我们还关注了其他因素，如营养不良和肠道微生物群的紊乱，对病毒性疾病和疫苗效果的影响。我们建立了营养不良的无菌小猪模型，以研究这些因素如何影响轮状病毒的免疫反应和疫苗效果。结果显示，营养不良会抑制新生儿的免疫反应，增加病毒性疾病的发生率和严重程度。这为我们提供了新的视角，即通过改善营养和肠道菌群来提高疫苗的效果，特别是在低收入和中等收入国家（LMICs）的婴儿中。

此外，我们还研究了轮状病毒和杯状病毒在不同宿主中的传播和致病机制。例如，我们发现轮状病毒在无菌小猪中可以被成功培养，并且能够作为人类轮状病毒的模型来研究其发病机制和疫苗开发。这一研究不仅有助于理解轮状病毒的生物学特性，还为开发针对不同宿主的疫苗提供了重要依据。同样，我们还研究了杯状病毒，特别是诺如病毒（NoVs）在不同宿主中的传播情况。我们发现，猪和牛的肠道组织能够表达与人类相似的高甘露糖抗原（HBGAs），这使得它们成为研究人类诺如病毒的潜在模型。我们还发现，无菌猪肠道中的胆汁酸能够促进杯状病毒的复制，这为其他难以培养的杯状病毒的实验室研究提供了新思路。

在职业生涯的后期，我意识到科学研究不仅关乎知识的积累，更关乎对社会和人类健康的贡献。例如，在SARS、MERS和SARS-CoV-2爆发期间，我有幸参与了多项国际合作项目，包括作为美国疾病控制与预防中心（CDC）的顾问和世界卫生组织（WHO）的专家小组成员。这些经历让我更加深刻地认识到，病毒性疾病的发生往往与环境和社会因素密切相关，因此需要多学科合作和全球视角来应对这些挑战。此外，我还参与了多个国际项目，包括促进埃及和以色列科学家之间的合作，以共同应对这些国家中普遍存在的反刍动物疾病。

总的来说，我的研究涵盖了从基础免疫学到应用疫苗开发的广泛领域，同时也在多个方面推动了对病毒性疾病的理解。通过研究动物病毒，我不仅为人类疾病的防控提供了新的视角，也为疫苗的开发和改进提供了重要的理论和技术支持。我的研究团队和合作网络在这一过程中发挥了关键作用，他们的努力和贡献使我们能够在面对复杂的病毒性疾病时，不断取得新的突破。此外，我也深刻体会到，科学研究不仅仅是实验室中的工作，更是与现实世界紧密相连的过程，它需要我们关注社会需求，并通过科学探索来改善人类和动物的健康状况。