《SCIENCE ADVANCES》：Integrated evaluation of antibody responses to mosquitoes and mosquito-borne pathogens using highly multiplexed serology
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蚊媒疾病（vector-borne diseases, VBDs）是全球发病率和死亡率的主要原因。驱动宿主对病原体和媒介产生免疫反应的抗原可作为疫苗候选物和既往暴露的生物标志物，但相关蛋白质组的免疫原性仍未得到充分表征。为全面剖析对VBDs及媒介本身的抗体反应
蚊媒疾病（vector-borne diseases, VBDs）是全球发病率和死亡率的主要原因。驱动宿主对病原体和媒介产生免疫反应的抗原可作为疫苗候选物和既往暴露的生物标志物，但相关蛋白质组的免疫原性仍未得到充分表征。为全面剖析对VBDs及媒介本身的抗体反应，研究人员开发了一种高度多重化的噬菌体展示文库——VectorScan，其中包含来自多种节肢动物媒介和流行蚊媒病原体的超过25万个肽段。研究人员使用噬菌体免疫沉淀测序（phage immunoprecipitation sequencing, PhIP-seq）筛选VectorScan，针对有实验性和自然暴露于虫媒病毒、疟原虫和蚊虫的血液样本。研究人员分析了肽段血清反应性的定量测量，以识别驱动病毒血清型水平暴露特征的表位和蚊虫唾液组（sialome）抗原。针对蚊虫的抗体反应与自然病毒和寄生虫暴露呈定量关联。研究人员利用VectorScan定义了蚊虫暴露强度与儿童疟疾感染率之间的关系，证明了这一用于配对媒介和病原体血清监测工具的公共卫生效用。
**研究背景与问题**
蚊媒疾病（vector-borne diseases, VBDs）每年导致全球超过70万人死亡和数亿感染。节肢动物媒介（如蚊虫）通过吸血传播病原体。唾液蛋白（统称唾液组sialome）可增强病原体传播并升高感染死亡率。免疫原性唾液蛋白作为疫苗候选物已在动物模型中显示出预防效果，但其作为暴露生物标志物的应用因个体间变异而受限。同时检测病原体和媒介的血清学标志物，对评估暴露-感染关系、指导公共卫生措施、监测媒介分布变化及疫苗研发至关重要。现有噬菌体展示文库（如ArboScan、Falciparome）分别聚焦于虫媒病毒或疟原虫，缺乏同时检测多类病原体及其媒介的工具。
**研究目标与结论**
研究人员开发了VectorScan噬菌体展示文库，包含来自24种媒介物种和15种病毒、细菌、寄生虫病原体的超过25万个肽段，同时剖析病原体和媒介的免疫原性。通过PhIP-seq筛选，研究人员在实验感染和自然暴露样本中验证了文库性能，鉴定出病毒血清型特异性抗体特征和蚊虫唾液抗原。在儿童队列中发现，蚊虫暴露强度（以蚊虫肽血清反应性为指标）与疟疾感染率（molFOI）显著正相关，表明VectorScan可用于同时监测媒介和病原体暴露。研究发表在《SCIENCE ADVANCES》。
**关键技术方法**
研究人员主要采用以下技术：1）基于同源性的噬菌体展示文库设计，通过蛋白序列聚类减少冗余，合成编码253,789个肽段的DNA寡核苷酸库，包装入T7噬菌体。2）PhIP-seq流程：将文库与血清样本孵育，利用蛋白A/G磁珠免疫沉淀抗体-噬菌体复合物，经PCR扩增和高通量测序定量肽段血清反应性。3）通过mock免疫沉淀和空载体对照（PBS）设定背景阈值（均值+5倍标准差）判定血清反应性肽段。样本来源包括：非人灵长类（NHPs）DENV实验感染血清（BEI Resources）、美国CDC登革热分支的62份波多黎各/美属萨摩亚人群血清、NIH临床试验（NCT03641339）DC地区志愿者经四次无感染埃及伊蚊暴露前后的血浆、以及马里Kalifabougou纵向队列儿童（2011-2016年）的干血斑样本（已测定疟疾分子感染力molFOI）。
**研究结果**
**VectorScan包含来自多种蚊媒病原体和节肢动物媒介的肽段**
研究人员通过同源性方法最小化肽段冗余，构建了含253,789个肽段的文库（包括蚊虫、蜱虫、虫媒病毒、细菌、疟原虫及对照）。PhIP-seq中，每个样本进行两次独立技术重复，以确定血清反应性肽段。
**表位谱反映DENV暴露的物种和血清型特异性抗体反应**
对三只分别感染DENV1、DENV2、DENV4的非人灵长类（NHP）血清进行筛查，发现感染后血清反应性肽段数量（广度）和信号强度（幅度）均增加。基因集富集分析（GSEA）显示DENV肽段信号显著富集，且可检测到感染血清型特异性反应（如NHP1中DENV1特异性肽段富集，OR=2.60）。主要反应靶点位于包膜蛋白、NS1和NS3。
**现场样本中噬菌体展示与ELISA对CHIKV血清阳性的高度一致性**
对62份来自登革疫区（波多黎各/美属萨摩亚）的血清（已有CHIKV/DENV IgG/IgM ELISA结果）进行VectorScan筛查。CHIKV IgG阳性个体中CHIKV肽段广度显著高于阴性（P<0.0001），且GSEA分析显示CHIKV肽段信号显著富集（P=5.53×10
-18）。通过同源聚类识别出27个免疫原性肽段簇，其中簇24和25在CHIKV IgG阳性个体中得分更高，且簇24肽段映射至E2蛋白B结构域（已知诱导中和抗体）。DENV抗体反应分析未发现显著差异，可能因血清型间信号稀释或检测灵敏度差异。
**蚊虫衍生抗原的抗体反应与感染蚊虫暴露相关**
分析同一队列中CHIKV IgM阳性（近期感染）与阴性个体的蚊虫肽段反应。CHIKV IgM阳性个体蚊虫肽段广度显著更高（P=0.0436）。通过聚类分析，五个蚊虫肽簇在IgM阳性组显著上调，其中两个簇（1506和3428）的肽段主要来自伊蚊属（Aedes），且簇3428肽段与感染后上调的伊蚊蛋白AAEL013532高度同源。对NIH对照暴露实验（四次无感染A. aegypti叮咬）样本的分析显示，暴露前后蚊虫肽段反应性无显著差异，表明自然暴露或长期暴露可能诱导更强反应。
**疟原虫和蚊虫衍生肽段的血清反应性与疟疾感染率相关**
对马里儿童（n=19，已知2011年疟疾季节的分子感染力molFOI）的蚊虫和疟原虫反应进行分析。疟原虫肽段广度显著高于CDC/NIH对照，且与molFOI正相关（准泊松回归，P=0.001），表明感染率越高，抗疟原虫抗体谱越广。蚊虫肽段聚类结果显示，7个簇在马里样本中得分显著更高，其中按蚊（Anopheles）肽段趋向富集（OR=1.79, Padj=0.075）。Anopheles衍生肽段广度与molFOI显著正相关（准泊松，P=0.027），支持蚊虫暴露差异与疟疾感染率相关的假说。
**对蚊虫暴露的体液反应是广泛的**
在人样本中，53,017个蚊虫肽段（占文库33.8%）在不同个体中显示血清反应性。通过同源聚类分析，免疫原性肽段来自广泛的功能蛋白组，其中胰蛋白酶、血纤蛋白原C结构域蛋白和几丁质酶肽段数量最多，但显著富集的却是粘蛋白样蛋白、昆虫角质层蛋白和细胞外基质样蛋白。许多未表征的蛋白也具免疫原性，提示蚊虫暴露诱导的免疫应答中尚有许多未知成分。
**讨论部分总结与结论翻译**
讨论中指出，人的抗体库高度异质，而PhIP-seq需要在个体间异质性背景下识别抗原特异性模式。VectorScan通过同时筛查病原体和媒介蛋白，在DENV、CHIKV和疟原虫暴露中证明了其识别物种和血清型特异性信号的能力。研究发现感染个体对同源媒介（如按蚊与疟原虫、伊蚊与CHIKV）的抗体反应更强，支持“媒介暴露驱动感染风险”的假说。传统生物标志物（如AeD7L1、SG6）在研究中未表现显著血清反应性，可能由于位点构象、翻译后修饰缺失或需要高强度暴露。未来需更大样本群体验证VectorScan在其他病原体和媒介中的诊断/监测潜力。研究结论：深度多重血清学筛查（如VectorScan）可加速疫苗候选物和生物标志物发现，通过将媒介暴露与VBD流行率关联，帮助理解媒介密度和范围变化对公共卫生的影响，并为气候变迁下的生态模型提供数据。
