H5N1流感病毒演化迅速，現有抗體的效力不斷減弱，對人類的潛在威脅日益增大。北卡羅來納大學夏洛特分校和麻省理工學院的科學家利用高性能計算模型分析了數千種病毒蛋白-抗體相互作用，揭示了免疫反應有效性的下降。他們的研究表明，H5N1 突變可能很快就會實現人際傳播，引發流行病擔憂。該病毒已經在野生鳥類、家禽、牛甚至農場工人中傳播，凸顯了迅速開發疫苗的必要性。

人類抗體（綠色；FLD194）與禽流感HA 蛋白（黃色；GISAID：EPI3158642）之間的預測交互作用。由Colby Ford 使用Blender 和Molecular Nodes 渲染。圖片來源：Colby Ford，北卡羅來納大學夏洛特分校

H5N1 病毒快速演化，威脅日益嚴重

北卡羅來納大學夏洛特分校的研究小組利用先進的計算模型研究了H5N1 禽流感病毒如何與免疫系統相互作用。他們的研究結果表明，這種病毒正在進化，幫助它逃避哺乳動物的免疫防禦，無論是過去感染還是接種疫苗。

這項研究於3 月17 日發表在《eBioMedicine》 （柳葉刀旗下期刊）上，強調了緊迫問題。隨著禽流感繼續在全球蔓延，它不僅對農業構成嚴重威脅，而且對人類健康的威脅也日益增加。

抗體親和力下降引發擔憂

研究人員發現了一個明顯的趨勢：抗體對新型H5N1 病毒株的效力正在減弱。這種「抗體親和力下降」表明，未來版本的病毒可能更難被免疫系統識別和對抗，從而增加了病毒在人與人之間傳播的風險。

該研究的主要作者是Colby T. Ford 博士，他是北卡羅來納大學夏洛特分校CIPHER 中心的數據科學訪問學者，也是位於夏洛特的生物技術諮詢公司Tuple,LLC 的創始人。

至關重要的是，福特解釋說，這種快速適應意味著「如果用以前的候選病毒製作H5N1 疫苗，那麼根據我們對近年來病毒進化程度的測量，該疫苗的有效性會降低」。因此，該團隊的研究方法為跟上快速適應的病毒威脅提供了指導。

北卡羅來納大學夏洛特分校生物資訊學和基因組學系的團隊包括學生Shirish Yasa、Khaled Obeid 和Sayal Guirales-Medrano，由生物資訊學助理教授Richard Allen White III 博士和CIPHER 聯合主任Daniel Janies 博士（Carol Grotnes Belk 生物資訊學和基因組學傑出教授）領導。北卡羅來納大學夏洛特分校團隊與麻省理工學院的研究人員合作：Rafael Jaimes III 博士和Phillip J. Tomezsko 博士。

抗原漂移和人畜共通風險增加

透過全面研究病毒猖獗的宿主轉移和最近的突變，研究人員發現“H5N1 從鳥類持續傳播到哺乳動物，以及隨著時間的推移，哺乳動物樣本中具有免疫逃避型HA 的菌株不斷增加，這表明抗原漂移是人畜共患風險的一個來源。”

在論文《針對HA1 中和抗體的H5 流感變體的大規模計算建模》中，北卡羅來納大學夏洛特分校的研究團隊分享了他們對1，804 個病毒蛋白-宿主抗體比較的分析結果。實驗包括目前血凝素結構域1 病毒蛋白，這些蛋白在物理模型中與1996 年至2018 年從受感染宿主和疫苗接種者身上獲得的中和抗體進行計算綁定。

計算模型揭示令人擔憂的趨勢

CIPHER 研究人員利用高效能運算模型記錄了「從接種疫苗或受感染的宿主中收集的多種現有抗體對H5 病毒分離株的結合親和力隨著時間的推移而減弱的趨勢」。

由於其對公共衛生的重要性，該研究結果在通過同行評審之前於2024 年7 月透過預印本發表。由於他們在SARS-CoV-2大流行期間組裝的計算工具，該團隊能夠在首次報告牛傳人H5N1 病毒（發生在德克薩斯州一名農場工人身上）三個月後完成這項關於H5N1 的研究。

在評估H5 禽流感傳播和變異可能引發的大流行風險時，全球研究人員一致認為，“禽流感病毒在潛在大流行病原體名單中仍然名列前茅”，正如2024 年12 月《科學》雜誌報道的那樣。

哺乳動物和家禽H5N1 病例激增

截至撰寫本文時，尚未報告人際傳播病例。然而，除了野生鳥類、小型哺乳動物、商業雞和其他雞群中數百萬例病例外，至少有17 個州的牛被檢測出H5N1 陽性。 2022 年1 月至2025 年3 月期間，疾病管制中心報告：

美國野生鳥類爆發疫情12510 起

51 個管轄區出現野生鳥類禽流感疫情。

166417923隻家禽受到影響

美國有70 人感染H5N1 病毒，其中1 人死亡

根據世界衛生組織統計，自2003 年1 月以來，H5N1 病毒已導致全球466 人死亡。

速度對於對抗快速適應的病毒至關重要

許多專家表示，隨著病毒譜系的突變能夠適應新的哺乳動物宿主，疫苗可能成為控制禽流感大流行的關鍵工具。

在《eBioMedicine》雜誌上，來自夏洛特的研究小組寫道，他們的研究結果“表明該病毒有可能在不久的將來從流行病發展為大流行狀態。”

研究以及其他研究都證實，隨著時間的推移，抗體結合率會不斷下降，同時禽類與哺乳動物之間的傳播也會增加。這表明“高致病性H5 流感病毒株可以感染禽類和哺乳動物牲畜，並傳播給人類，對人類健康構成迫在眉睫的危險。”

由於禽流感病毒可跨地域和跨物種廣泛傳播，因此它已被視為野生和家養動物中的流行病。同樣，H5N1 病毒從野生鳥類傳播到雞、乳牛和農場工人，顯示感染具有跨物種的機會性。

現在，北卡羅來納大學夏洛特分校的計算建模結果“明確指出，抗體性能的惡化趨勢以及已經存在的動物大流行，令人擔憂最終會導致人類大流行。”

計算建模：做好準備的關鍵工具

此外，作者寫道，高效能運算（在本例中包含基於人工智慧的蛋白質折疊和基於物理的病毒蛋白質-抗體相互作用模擬）提供了快速可靠的結果，為領導者做好準備。

Janies在最近的一次採訪中解釋了計算模型作為理解病毒變異以及預測病毒如何進化的手段的實用性。高效能運算建模是一種“快速、大規模地從多個角度消除生物變異”的途徑，可以在病毒進化過程中“根據我們的直覺調整正確的方法”，以實現疫苗功效和感染控制。

編譯自/ ScitechDaily