卢旺达基加利地区恶性疟原虫环孢子体蛋白的遗传多态性

《Frontiers in Parasitology》：Genetic polymorphism of Plasmodium falciparum circumsporozoite protein in Kigali, Rwanda

疟疾疫苗靶点Plasmodium falciparum circumsporozoite protein（Pfcsp）基因在基加利地区245个临床分离株中的遗传多样性分析。采用纳米孔测序技术发现高haplotype多样性（0.89）但中等核苷酸多样性（0.0083），提示免疫平衡选择。N末端KLKQP保守，C末端Th2R/Th3R区域多态性显著，仅1%序列与疫苗株3D7匹配，关键氨基酸突变频率高，可能影响疫苗效能。

　　在非洲地区，疟疾仍然是一个严重的公共卫生问题，尤其在撒哈拉以南非洲，这一疾病的负担最为沉重。尽管近年来控制措施取得了显著进展，但疟疾的传播仍然广泛存在，尤其是在像卢旺达首都基加利这样的城市区域。由于基加利是全国乃至区域的重要交通枢纽，人群流动频繁，这增加了疟疾再引入的风险，可能导致局部疫情的爆发。因此，理解疫苗靶向抗原的遗传多样性对于预测和提升疫苗效果至关重要。

近年来，世界卫生组织（WHO）批准了两种针对恶性疟原虫（*Plasmodium falciparum*）孢子虫的疫苗，分别是RTS,S/AS01和R21/Matrix-M。这些疫苗通过针对孢子虫蛋白（Circumsporozoite Protein, CSP）来发挥其预防作用，而CSP在肝脏阶段入侵宿主肝细胞的过程中起着关键作用。RTS,S/AS01疫苗包含CSP的中央重复区和C端区域，并与乙肝表面抗原结合，以增强免疫反应。R21/Matrix-M疫苗则在抗原比例和免疫增强剂方面有所优化，从而可能带来更有效的免疫应答。然而，疫苗的实际保护效果受到寄生虫群体中CSP基因遗传变异的影响。如果寄生虫群体中的CSP抗原与疫苗靶向的表位存在差异，可能会降低疫苗的效力。

为了评估卢旺达本地CSP抗原的遗传多样性，本研究分析了245份来自基加利King Faisal医院的临床分离株。这些样本覆盖了2021年10月至2023年6月的时间范围，为了解当地疟疾寄生虫的遗传特征提供了重要数据。通过PCR扩增和使用牛津纳米孔技术（Oxford Nanopore Technology, ONT）进行测序，研究人员能够对CSP基因的多态性进行高分辨率分析，识别出不同区域的变异情况。结果表明，CSP基因在基加利地区的遗传多样性较高，这为未来的疫苗部署提供了重要的参考依据。

在CSP基因的N端区域，研究人员发现该区域在所有样本中高度保守，特别是KLKQP这一功能关键的模体，几乎在所有分离株中都保持不变。这一发现支持了N端区域在寄生虫入侵肝细胞过程中的重要性。然而，尽管整体保守性较高，部分样本中仍存在非同义突变，例如A98G单核苷酸多态性（SNP），以及在N端区域中间部分的19个氨基酸插入现象。这些变异可能反映了寄生虫在应对宿主免疫压力过程中所采取的适应性策略。

CSP基因的中央重复区域表现出较高的变异程度，尤其是在NANP和NVDP重复序列的数量上。研究发现，基加利地区的CSP重复数在35到38之间变化，其中36次重复最为常见。尽管一些研究认为重复数的差异对疫苗效果影响有限，但其他研究则指出，重复数的改变可能与CSP蛋白的结构稳定性有关。因此，进一步研究重复区域的遗传变异对于理解其对疫苗性能的影响具有重要意义。

在C端区域，研究人员观察到了显著的多态性，尤其是在Th2R和Th3R表位中。这些表位是CD4+和CD8+ T细胞识别的关键区域，对于疫苗诱导的免疫反应至关重要。然而，在本研究中，仅有不到1%的序列与3D7疫苗株完全匹配，这表明本地CSP抗原与疫苗靶向表位之间存在较大的遗传差异。这种差异可能会影响疫苗的保护效果，因为已有研究显示，疫苗对与疫苗株匹配的寄生虫具有更高的保护率。

研究还发现，某些关键的氨基酸位点，如299、301、317、354、356、359和361，存在较高的突变频率。这些位点的变异可能影响疫苗诱导的免疫应答，从而降低疫苗的效力。此外，CSP基因的多样性还体现在不同的单倍型结构中，3D7参考株在遗传树中被归为一个次要分支，这表明其在本地寄生虫群体中的代表性有限。

本研究的发现具有重要的公共卫生意义。首先，基加利地区的CSP基因多样性较高，这可能对当前疫苗的效果构成挑战。然而，这一多样性也为未来疫苗的优化提供了方向。例如，R21疫苗在抗原比例和免疫增强剂方面与RTS,S有所不同，这可能导致其在面对本地CSP变异时表现出不同的保护效果。因此，对本地CSP基因变异的持续监测不仅有助于评估现有疫苗的适用性，也为未来疫苗的改良和部署策略提供了科学依据。

此外，研究还指出，样本主要来自King Faisal医院，这可能存在一定的城市偏倚。由于该医院主要接收病情较重或对治疗不敏感的患者，所获得的样本可能偏向于具有特定遗传特征的寄生虫株。这种偏倚可能导致对本地寄生虫群体的代表性不足，因此未来的分子监测工作应考虑纳入更多来自社区和周边医疗机构的样本，以获得更全面的遗传多样性数据。

总体而言，本研究揭示了基加利地区*P. falciparum* CSP基因的遗传特征，为疟疾疫苗的推广和优化提供了关键的科学信息。尽管当前疫苗在面对本地寄生虫群体时可能面临一定的挑战，但这些发现也为进一步研究寄生虫与宿主免疫系统的相互作用、疫苗的适应性调整以及未来防控策略的制定奠定了基础。通过持续的分子监测和遗传分析，可以更有效地预测疫苗效果，并指导公共卫生部门制定针对性的干预措施，以应对疟疾在基加利乃至整个卢旺达地区的持续传播。